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组件封装中的电学与光学损失

2013-12-19 14:41| 发布者: echo| 查看: 21709| 评论: 0|原作者: 于振瑞|来自: 中国光伏测试网

摘要: 摘 要:晶硅太阳能电池组件封装中最重要的考核指标为封装损失,封装损失主要来源于封装材料的串联电阻损失和光学损失。本文对这两种封装损失建立了简单的物理模型、进行了数值模拟并与实验数值进行了比较。结果表明 ...
       3 数值估算及与实验数据的比较
       3.1 互连条、汇流条横截面积对于封装功率损失的影响
       比较两种规格的焊带带来组件功率的串联电阻损失。第一种情况:互连条为0.18mm×2mm(铜基材厚度为0.13mm),汇流条为0.25mm×5mm(铜基材厚度为0.2mm),没有出现焊接不良;第二种情况:互连条为0.20mm×2mm(铜基材厚度为0.15mm),汇流条为0.35mm×5mm(铜基材厚度为0.3mm)。假设组件中电池片的主栅线W=2mm,Imp=7.688A,经过 Glass/EVA 光增强之后,组件的 Imp=7.688×1.0377=7.99A。则总的串联电阻造成的功率损耗为见表1。

       由上述估算可知,互连条/汇流条的规格由0.18mm×2mm/0.25mm×5mm 更 换 为 0.20mm×2mm/0.35mm×5mm,可以带来2.1W的功率增益。
我们使用上述两种互连条/汇流条组合,每种情况下各制备了10套组件(效率为16.8%的6寸多晶硅电池片,6×10排版),测试数据如表1所示。可以看出,更换较厚的互连条/汇流条,实际带来了2.02W的功率增益,与数值估算非常相近。实验数据还表明,更换较厚的焊带后,组件的串联电阻下降了23mΩ,填充因子也略有增加。
       3.2 封装材料(Glass/EVA)对于组件封装造成的光学影响
       由上一节讨论可知,与裸片相比,热封装的Glass/EVA可以带来3.95%的光学增益。也就是说,此时每个电池片的短路电流Isc(以及做大功率点电流Imp)将会增加3.95%。根据上述模型计算出的光学损失、串联电阻损失、以及最大输出功率列在表2中。其中,接线盒的损失PJbox按13mΩ的串联电阻估算。 

       由上表可知,由于Glass/EVA造成的入射光透过率的变化带来了大约9W的功率增益,相当于3.95%的光强增益。
       为了验证上述理论估算的有效性,我们进行了如下的实验:选用10片通用的单晶125电池片,电池片功率档位为2.78W。使用焊带把其正、负电极焊接好,形成利用焊带导流的电池裸片。在STC条件下测量其电性能。测量之后各自封装成为包含单片电池片的小组件(Glass/EVA/Cell/EVA/Backsheet结构的层压件),封装件的尺寸为300×300 mm,封装之后再测量其电性能。比较电池片封装前后的短路电流的变化,以获得实际入射到电池片中的光强的变化。10片电池片/小组件的测试平均值如表3所示。

       实验证明,封装之后的电池片短路电流Isc增大,但增大的幅度根据电池片边缘的留白间距而变化。电池片周围不遮挡的区域(即所谓的“留白”区域)的面积越大,光学增益M越大。这可能是因为电池片表面以及玻璃表面都是绒面结构,所以从电池片正上方之外的周边区域照射来的光线也可能经过反射/折射最终进入电池片而对其电流有贡献。这一问题需要比较复杂的理论模拟,我们将另文讨论。这一实验结果进一步表明,Glass/EVA封装材料可以带来实际的光学增益。
       按上述估算出的CTM略低于实际的封装损失。大部分厂家实际的封装损失CTM约为3-4%。这部分差异可能来源于两方面的原因:第一是光学损失的理论估算可能不太准确,因为我们引用的玻璃、EVA的折射率以及光吸收均是各个材料的最佳值,实际上生产中大规模使用的玻璃和EVA的上述数值与引用的数值存在差异;第二是没有考虑电池片的失配损失、电池片的光衰退损失等对总体封装损失的影响。
       4、结论
       本文对焊带与Glass/EVA等封装材料对封装损失的影响进行了理论估算,并与实验结果进行了比较,得出以下几点结论:  
       A、 互连条与汇流条带来高达12-15W的功率损失, 焊带的横截面积适当增加可以明显降低封装损失,增加组件的输出功率;  
       B、 不太严重的虚焊或者电池片不连续的主栅线的 设计不会带来明显的功率损失;  
       C、 Glass/EVA等封装材料可以起到光学增益的作 用,增益幅度可以高达3~4%。生产中如何适当提高EVA的胶联度,增加其折射率,可以提高光增益的幅度,增加输出功率。
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