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半片组件如何做到降本增效!

由于单片电池的电压和电流较小,为了获得所需要的电流电压和输出功率,必须将若干单片电池串联并封装成光伏组件。一般情况下,封装后的光伏组件的输出功率(实际功率)小于该组件所有电池片的功率值之和(理论功率),那么组件的封装损失比例就是(理论功率-实际功率)/理论功率。

一般的,我们通常使用CTM 值(Cell To Module) 来衡量电池封装成为组件带来的效率损失,即用组件输出功率与电池片功率总和的百分比来表示,CTM 值越高就表示组件封装功率损失的程度越小。

1、半片组件提升CTM的原理

一般来说,封装损失主要来源于光学损失和电学损失。前者包括焊带遮光、玻璃和EVA等封装材料引起的反射和吸收损失,后者主要是电池之间的失配、焊带电阻、汇流带电阻、焊接不良引起的接触电阻、接线盒电阻等引起的功率损失。

随着行业内太阳能高效电池研究的不断进步,目前大部分单多晶电池组件的额定工作电流较高,其平均值在8A-9A左右,电流在流经组件内部的焊带时会产生功率损耗,这部分损耗主要转化为焦耳热(Ploss=I2R)存在于组件内部。因此随着电流的增大,这部分的损失也就越大。

为了解决这个问题,半片组件是行之有效的办法,半片电池技术是使用激光切割法沿着垂直于电池主栅线的方向将标准规格的电池片(如156mmx156mm)切成尺寸相同的两个半片电池片(如尺寸156x78mm),由于电池片的电流和电池片面积有关,如此就可把通过主栅线的电流降低到整片的1/2,当半片电池串联以后,正负回路上电阻不变,这样功率损耗就降低为原来的1/4(Ploss=1/4*I2R),从而最终降低了组件的功率损失,提高了封装效率和填充因子。一般的,半片电池组件比同版型的组件能提升5-10瓦(2%-4%)甚至更高。

半片组件如何做到降本增效!
▲图1 半片电池的原理(来源于网络)

2、半片组件的产品设计

半片组件内部结构设计包括串联结构和串联-并联结构、并联-串联结构等三种方式,常规组件通常采用串联结构,由于半片电池划片后电流减半,电压不变。所以如果使用串联结构进行设计,组件电压将是常规组件的一倍,会增加系统的成本,同时组件电压增倍后也存在一定的安全风险,所以为了保证和常规组件的整体输出电压、电流一致,半片电池组件一般会采用串联-并联结构设计,相当于两块小组件并联在一起。

如图2所示,半片电池组件与常规组件相同,均采用钢化玻璃、EVA和TPE(TPT、EPE)等背板进行封装。而接线盒会有所不同,一般采用三分体接线盒。在工艺上,半片组件工艺变更简单,由于电池片数量增加一倍,电池串联焊接的时间也会增加一倍,难点是汇流带引出线从组件背面中间引出,如果靠人工操作,会提高引出线处电池裂片或隐裂的风险,目前半片组件中间出线版型的汇流带焊接自动化难题已经被攻克,在一定程度上也促进了该半片电池组件的快速发展。

半片组件如何做到降本增效!
▲图2 常用的半片电池组件结构(串联-并联)

3、半片电池组件的特点

半片电池组件与传统组件相比,主要表现在三个方面,如表1所示,由于减少了内部电路和内耗,封装效率提高;组件工作温度降低,热斑几率大大降低,提高了组件的可靠性和安全性。在阴影遮挡方面,由于独特的设计,比常规组件表现出优秀的抗遮挡性能。

▼表1 半片组件特点

半片组件如何做到降本增效!
4、半片组件发展趋势

半片电池组件与常规组件相比,在制造环节主要增加的是电池的切片、辅料和人工费用、设备折旧费等,增加的额外成本不多。但是半片电池组件比同版型的组件能提升5-10瓦(2%-4%),甚至更高。随着组件价格的持续走低,半片电池组件整体上系统成本是降低的,目前约降低0.9分-1分/瓦。

随着电站投资商平价上网的压力越来越大,对度电成本的诉求越来越高,在高效降本的前提下,不增加过多额外成本,但又能让输出功率有效提升的半片技术无疑是最佳的方案,“半片”技术将会得到大规模应用,,同时,根据国际机构ITRPV市场分析,未来几年,半片组件会有一定的释放,将从2018年的约5%扩到2028年的40%左右,平均年递增率约10%。参考图3,其数据来源于“International Technology Roadmap forPhotovoltaic Results ”。

半片组件如何做到降本增效!
▲图3 常规组件、半片、1/4片电池组件市场占有率预测

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