【2017PVCEC】漲知識！光伏組件光學損失降低的量化分析方法

2017-10-18 17:33:15 PVCEC 　點擊量：評論 (0)

2017年10月17日-19日，2017中國光伏大會暨展覽會(PVCEC2017)在北京隆重召開。在18日下午的創新劇場【光伏產品質量及可靠性】論壇上英利組件技術主管鄭炯出席并做主題報告。鄭炯報告的內容主要有三點，焊帶修飾技

2017年10月17日-19日，2017中國光伏大會暨展覽會(PVCEC2017)在北京隆重召開。在18日下午的創新劇場【光伏產品質量及可靠性】論壇上英利組件技術主管鄭炯出席并做主題報告。鄭炯報告的內容主要有三點，焊帶修飾技術實際效果可以通過建模方式進行量化評估的，第二點光學追跡通量可以實現功率變化的組件分析，這個相當于結合模擬器的調節輻照度，最后利用模擬器的調節可以實現組件光學損失。

以下為發言實錄：

鄭炯：各位下午好，我是來自英利的鄭炯，今天我所講的題目是組件光學損失降低的量化分析方法，當時拿到這個邀請的時候，因為是創新劇場，所以準備題目的時候，我們想從一個很小的切入點來解釋一些問題，然后通過一些模擬分析，解決我們現在產線中或者研究中組件的問題和方法，所以說從整個PPT的角度來說，應用基本上是一些現有的測試手段，結合一些3D的模擬，包括輔助的光學照明行業所應用的分析手段，結合起來，從而量化的分析組件光學損失降低的數據。我的報告主要分四部分，第一部分組件的光學損失，簡要介紹一下光學損失產生的各個方面，第二三部分主要講分析模型的建立和光線追跡，最后是一個小節。

組件的光學損失，就是光學組件所說的封裝損失，有兩部分，一部分電學損失，一部分光學損失，我這部分主要從光學損失的點來切入，光學損失主要分三部分，焊帶的遮光，因為電器通過主柵，所以焊帶的遮光在目前來說除了新的電池技術目前是無可避免的，還有玻璃和EVA，在2010年的時候對于組件光學的優化上大家做的比較多，像一些鍍膜玻璃，高透EVA的技術，在2011年的時候大家工作已經做的比較充分了，近些年也在不斷的優化，但是很難有質的提升。第三部分光學失配，嚴格來說應該不屬于組件的技術，主要說太陽光譜和電池吸收光譜，這部分主要還是在于電池的吸收光譜，增加它產生載流子的能力。

焊帶的遮光，不管是四主柵還是五主柵，占總面積3%左右吧，這一部分光是非常可喜的，焊帶一般來說是近似于一個平面，雖然說實際的形狀是一個輕微的弧型，但是太陽光照到電池片，照到焊帶上，通過EVA又重新返回，從光學角度上來說基本沒有被利用，所以引入一個問題，如何降低焊帶的光學損失，我總結主要有四個手段，第一減少焊帶的寬度，在組件這個技術上一直在應用，從最初二主柵、三主柵、四主柵，到現在五柵，甚至到現在的12主柵，這三個如果計算光學損失可以計算出來，焊帶寬度的減小，還有多主柵技術分兩部分，其實是一個光學損失降低和電學損失降低綜合的效果。最后一部分說焊帶修飾技術，所謂的焊帶修飾技術叫法不一樣，大家有的叫反光焊帶，還有在焊帶表面加入一些高反，或者一些散射的涂層，我都總結為焊帶修飾技術。這部分主要涉及到了，大家有的說聚光焊帶，核心原理還是用的光學上比較通用的原理，在光線通過玻璃、EVA照射到焊帶表面，焊帶表面的反射光線，再通過EVA到達玻璃和空氣的界面，在這個界面上發生全反射，只有發生全反射的光才能折回組件內部，對功率產生增益，單純從公式的計算或者說簡單的計算很難反應的，因為它有的時候不是一次的反射，可能是兩次或者三次，每一次反射光是減少的。如果嚴格來說，每一次的反射能量的減少至少在30%左右，后續的模擬圖上也會顯示出來。

左邊是常規焊帶的模型，右邊像反光焊帶、壓花焊帶基本模型的東西。這種技術一旦應用于組件，就會出現一個問題，也是現在組件廠已經應用了這種技術，我們經常在一些會議中，有一些光伏的廠，有些廠已經在用包括英利已經采用這種技術，這種技術現在面臨一個問題，相當于組件技術和焊帶廠家有一個技術之間的脫節，兩年前能做成熟批量示意推廣焊帶整個市面不超過5家，今年應該會多一些，將近10家有儲備的技術，能夠批量生產，也會在五六家左右的水平上，就是能適合批量推廣的。但是又面臨了一個問題，大家做的五花八門，有四個突起的，有五個突起，還有六個，當然還有更多或者更少，但是哪種結構更有利于光學損失的降低呢?從這一點來說，因為這種技術目前掌握在少數的幾個焊帶廠，對這些光伏廠的交流還是比較欠缺，出于一種保密的狀態，所以各研究各的，中間其實是有一些脫節的。在這種情況下，組件廠如何區分這些焊帶，現在的實際情況我們了解的，每一批焊帶或者說應用技術的焊帶，應用到實際生產中，其實很難從進廠檢驗的這道，從進廠的時候，還沒有應用到批量生產的時候能區分出哪種是更利于我，所以現在面臨的問題是一旦應用這種技術，組件常規的監測手段，封裝損失一直是在波動的，而且這個波動的比例會隨著不同焊帶廠家的介入，會逐漸的加大，所以我們現在必須研究一種很好的手段，去避免，在焊帶應用于組件之前，就把風險降低和屏蔽。

下一部分主要講分析模型的建立，我們還是要建立在真實的焊帶表面基礎上，從設計之初的時候，每家焊帶或者說這種技術，無論是反光膜或者是圓形焊帶，像圓形焊帶實際焊出來表面還不是同心圓，真正完成焊接的時候，由于焊錫化錫回流角度會發生很大變化，實際模擬中角度一旦發生變化，在組件上影響一瓦到兩瓦都很正常，所以損失的收益還是比較可觀的，在截面之中我們一般不采用廠家的圖，一般采用實際分析出的圖。因為焊帶主體是加錫，如果像裁切，或者常規的切割手段很難獲取真實的，所以大家是用一種雙組件的膠，透明的膠把它封裝在里面，經過打磨、研磨，這個就是焊帶真實的截面，有這個圖我們才獲得。下一步通過一些3D軟件，相當于把它焊帶表面的真實形貌完整描述出來，還是同樣通過3D軟件、拉伸手段得到反光焊帶或者是其他球形焊帶都可以用這種原理分析，得出它的表面完整真實形貌。最后一幅圖集成了上面的玻璃，因為這個原理最終應用的是玻璃和空氣的全反射，所以把玻璃加進來。

在模型建立以后，如何去分析這個模型，從這個里面我是應用了一個在照明系統常用的永遠的分析手段，照明系統一般用軟件，這個也是常規的軟件，這是一個光線追跡，我們應用他們的設計思路加入到分析里邊。從左邊這個圖可以看到，玻璃和焊帶中間有一個紅色的小方框，這是我插入的光源，因為從真實的現在已有的軟件之中，很難說能做到直接從玻璃的正上方的，設計起來理論計算比較多。當然這個光插入設置有很多的，比方可以設置混合光源，也可以設置單波長600納米或者800納米，都可以隨意設置的。右邊這幅圖雖然設計的模型，就要對各個模型做一個參數的設定，比方說焊帶表面的反射，如果采用的是涂層的方法，設入的參數值是慢反射，有漫反射的值，從右邊列表圖可以反射出來，如果采用類似鏡面的反射，反射率是多少，也可以從這里邊去設置，包括這個界面，電池一般設置為吸收面，通過折射以后到達電池吸收的光通量來分析。

這一部分是介紹最主要的內容，從模型建立之后就開始分析，光線是怎么打到焊帶的表面，然后通過全反射，又怎么回到電池片的時候，從上邊最左上角這個圖可以看到，有的光線是紅色的，紅色代表是一次反射的，綠色是二次反射，這個模型如果大家硬件條件具備，可以設置上萬條或者幾十萬條的光線，如果焊帶設置有稍微瑕疵，有可能出現三次反射，一般會用藍色表示，每一次反射的能量損失多少，我們也可以設置，比如通過實際測量，單次反射能量的減損是30%或者20%，同樣可以通過軟件設置出來，這樣在左下角的圖中就可可以模擬出光通亮，模擬光包括光的照射面積只能打到焊帶，模擬的的焊帶增益的光通亮。如何量化分析組件光學損失，處理數據來說，我們現在有兩種方式，一種比較簡單但是比較繁瑣，有一種更量化一些，但是這個需要在應用前一兩個月，收集數據的時候會相當的麻煩一些，或者更細心一些。數據處理，我們可以建立一個表格，通過光通亮的表現，到這一步，我可以判斷拿到這一款的焊帶或者反光膜，或者球性焊帶，到底是優是劣，但是我們無法分析，這個對應關系需要大量的試驗去驗證，結構我可以不用管，不管是兩個凹起或者三個凹起四個凹起，不管怎樣結構變化，只要確定光通亮，對應的組件功率提升，就是很對應的廣大，當然一旦形成這個表，到時候我們拿到一種焊帶，通過光線追跡的方式，就可以在沒有投入批量生產之前得出這種結論，這種相對比較繁瑣，變化起來比較小，換一種方式，就要重新建立一種模型，重新做一次試驗，所以說我們現在還有另一種分析方式。下邊介紹第二種分析方式，可以將光通亮的值，得出對常規組件做一個測試，模擬出預測值，應用到組件之中，對功率的提升到底是多少，這個就涉及到一個公式的計算，如何調整太陽模擬輻照度，其實模擬器參數設置一般從200到1200，每平米都可以設置的，在1000到正負100平米，可以不用采用濾光片，可以實現這個功能的。

所以說我們設定的方式就是調整太陽能模擬器，設置的時候，基本上會設置在一千零多少，設置多少就靠計算，通過前面所得出的光通亮，再通過玻璃EVA所疊加起來的透光量，這個計算相對來說比較簡單，等效模擬來說模擬器增加多少瓦，每平米輻照度打到常規焊帶的組件上，功率能測出來是多少，如果以這個數據來模擬各種焊帶技術或者說焊帶表面修飾技術的一些值。因為中間有很多是模擬過程，所以說就跟測試一樣，中間有個校正因子，這個校正因子根據不同電池的吸收不一樣，校正因子會在一定范圍的變化，應該在0.8到1.2期間，這個校正因子做的越準確，說明模型偏差越小，我們預期把它設置到校正因子能到0.9或是1.1左右的時候，這是相對來說比較可信的值，在實際應用中也是比較準確的。

我是以一個焊帶模型為例子介紹的，焊帶組件的建設，像白色EVA，或者其他一些反射技術，如果能通過直射，能通過只要是采用玻璃和空氣界面全反射，我覺得從理論模型能建立起來，包括一些數據收集和對應表建立起來，都可以采用同樣的模型和同樣原理手段去達到預測值，這種預測值在研究和易生產，在實際中還是比較大的，如果我們有這個值，同樣也可以指導材料廠家，讓它往那個方向去改進，大家共同努力，從而使組件的功率越來越高，或者說達到可以預測的理論值，從現在來說比方采用球形焊帶或者反光焊帶，大家都有一個理論值，如果采用這種模型去分析，我們可以很容易的算出來。

最后我總結一下我報告的內容，主要有三點，焊帶修飾技術實際效果可以通過建模方式進行量化評估的，第二點光學追跡通量可以實現功率變化的組件分析，這個相當于結合模擬器的調節輻照度，最后利用模擬器的調節可以實現組件光學損失。謝謝大家。