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电学损失
实际应用中,太阳电池通常以串联、并联或串并联相间的混联方式形成组件,满足所需的电流、电压,但是由于太阳电池的参数不一致,串并联后的组件的输出功率可能小于单个太阳电池的最大输出功率之和。电池串联时,两端电压为各单体电池中电压之和,电流等于个电池最小的电流;并联时,总电流为各单体电池的电流之和,电压取平均值。常见的组件一般为串联结构,若在串联的正常电池中混入一片低电流的电池,根据电流取小原则,组件的输出电流由这片最小电池决定,组件的输出功率会降低,造成较高的封装损失。要减少电池匹配损失获得最大的输出功率,需要选择相同或相近电性能参数电池串联成组件,这就要求在电池分选时应选择合适的分档方式,防止电池失配情况的发生。
组件中的太阳电池由焊带相连接导通,焊带一般为表面镀锡的铜带,锡层含Sn/Pb、Sn/Pb/Ag或Sn/Pb/Bi等。焊带的电阻主要受铜带影响,如果电阻值太高的话,组件输出电压会有一部分消耗在焊带上,造成电学上的封装损失。金属的电阻值等于电阻率乘以金属长度再除以金属横截面积。由于电阻率和长度值固定、不易改变,要降低焊带的电阻应考虑增加焊带的宽度和厚度。若焊带宽度宽于电池的主栅线,会造成遮光面积的增多,降低电池效率,所以焊带宽度也不应变化。因此考虑增加铜带的厚度,而焊带变厚会带来焊接时电池碎片问题。因此,需要选用适合宽度和厚度带来焊接时电池碎片问题。因此,需要选用适合宽度和厚度的焊带制作组件,才能防止过多的组件功率损失在焊带上。
焊接工艺也严重影响组件的功率,如果组件焊接过程中存在虚焊、漏焊等焊接不良的问题,会造成较高的接触电阻,降低组件的输出电流;不适合的焊接工艺还有可能造成电池的电极与硅片脱落,无法收集电流,从而造成封装损失的增加。
封装试验及讨论
不同氮化硅膜厚电池的封装对比
选族三组不同氮化硅膜厚、效率17.25%档的单晶S125-D165(对角线165mm)电池制作组件(板型:4×9=36片串联),在板式PECVD时,调节氮化硅膜后分布为70-75、80-85、90-95(nm),三组电池各制作5块组件,组件对其他辅材相同。组件的理论功率为96.15W,封装结构见表一。
从数据上看,氮化硅越厚的组件输出功率越高,封装损失越小,应该属于光学方面的损失,可能是因为厚的氮化硅膜与EVA、玻璃三者的匹配效果最好,具有较好的减反射效果,从而有助于提高组件的功率。
Eff与Iap分档方式对比
太阳电池一般用效率(Eff)分档,由1.2节的分析可知,串联电池的电流应越接近越好,所以我们考虑使用工作电流(Iap)方式来对电池进行分档。选择效率17.75%档的单晶S156电池,分别采用Eff与Iap两种分档方式进行分档,制作成组件(板型:6×10=60片串联),电池分别在两条生产线生产,组件的理论功率是254.4W,计算组件的平均功率、每组组件功率的标准偏差、每组的平均封装损失。
从表二的实验数据中可以看出,同一生产线(A线)生产的S156电池,Eff分档较Iap分档的封装损失低0.39%;不同生产线产出S156电池采用相同分档方式(Iap),封装损失存在一定差异。Iap分档对封装损失的改善不明显,但组件输出功率的一致性较好。
不同电池生产线对比
在Eff与Iap分档方式对比实验中,不同生产线生产的电池的封装损失有很大区别,为此我们从两条不同的生产线选取S125电池,分别用单条生产线的电池封装成组件、两条生产线电池相混封装成组件(6×12=72片串联),测试组件功率,计算标准偏差和平均封装损失。电池的效率为17.5%档,组件的理论功率为195.08W。
从表三的测试结果来看,单线电池封装出的组件的封装损失较混线的要小,且混线电池的组件功率的一致性要差一些。从组件封装功率偏差均值来看,A线要比B线小,A线的封装损失较低,说明不同电池生产线之间存在一定的差异,可能与校准和设备的差别有关。
表一:不同氮化硅膜厚电池的封装损失
表二:不同分档方式的封装损失
表三:不同生产线电池的封装损失
表四:电流细分实验
表五:不同焊带的组件封装
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