1 Tiger組件介紹
1.1Tiger組件背景
全球光伏發(fā)電補(bǔ)貼和PPA的不斷下降,客觀要求光伏發(fā)電LCOE持續(xù)下行。伴隨Eagle, Cheetah和Swan組件的推廣,組件高功率,高效率的特性疊加雙面技術(shù)可以帶來(lái)單位面積更高的發(fā)電量以及系統(tǒng)端更低的BOS成本,因此“高能量密度”成為了晶科未來(lái)產(chǎn)品的發(fā)展方向。秉承著這一理念,晶科能源在2019年10月23日,澳洲All Energy展會(huì)上重磅推出了Tiger系列高效疊焊單晶組件。Tiger組件采用了多主柵+疊焊+半片的先進(jìn)工藝技術(shù),配合晶科自產(chǎn)高效電池,組件正面最高輸出功率可達(dá)475W,效率高達(dá)21.16%。Tiger組件包含單雙面兩種版型,雙面Tiger組件目前主推含杜邦Tedlar結(jié)構(gòu)的透明背板,在保證了雙面5%-30%發(fā)電增益的同時(shí),集合了透明背板組件輕質(zhì)的特點(diǎn),有效降低光伏發(fā)電的度電成本。
1.2Tiger組件產(chǎn)品介紹
Tiger組件分為單面和雙面兩大類。單面組件包含66片普通單面組件、66片全黑單面組件(適用分銷項(xiàng)目)以及78片普通單面組件;雙面組件包含78片的透明背板/雙面雙玻兩種版型。圖一是Tiger組件的產(chǎn)品分類和功率路線圖,2020年量產(chǎn)功率可達(dá)465w。
圖 1 Tiger組件功率路線圖
1.3.1 行業(yè)領(lǐng)先的多主柵技術(shù)
晶科Tiger組件創(chuàng)新性的采用了多主柵技術(shù),告別了傳統(tǒng)5主柵焊接的模式,通過(guò)增加電池片的主柵數(shù)來(lái)起到降低內(nèi)部損耗,增加組件功率的效果;通過(guò)升級(jí)的圓絲焊帶,有效對(duì)斜射光進(jìn)行二次反射,大幅提升IAM。在眾多的柵線數(shù)目選擇中,晶科通過(guò)多次試驗(yàn),結(jié)果如圖2所示,組件功率隨著主柵數(shù)量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì),且拐點(diǎn)基本都處于9主柵位置,此時(shí)對(duì)應(yīng)功率為最佳選擇。并且隨著組件主柵數(shù)增加,在工藝制程的精度以及準(zhǔn)度上,對(duì)組件廠家都是極大的挑戰(zhàn),良率較9主柵相比有明顯劣勢(shì)。綜合以上兩點(diǎn),晶科選擇9主柵作為Tiger組件的技術(shù)路線,實(shí)現(xiàn)最高功率輸出的同時(shí),有效保證組件可靠性。
圖 2 多主柵功率增益
1.3.2 疊焊技術(shù)助力組件提效
在提高功率輸出的同時(shí),Tiger組件也創(chuàng)新性的采用了疊焊技術(shù),細(xì)節(jié)圖如下。晶科研發(fā)通過(guò)特殊工藝將電池片進(jìn)行疊加,告別傳統(tǒng)組件的電池片間隙,組件效率>20.7%。高功率+高效率,契合了“高能量密度”的組件發(fā)展趨勢(shì),助力平價(jià)上網(wǎng)。圖 3 疊焊技術(shù)示意圖
疊焊組件的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)有三個(gè):
1. 重疊區(qū)焊帶減?。篢iger組件使用了柔性的圓絲焊帶,在重疊區(qū)域?qū)笌нM(jìn)行壓扁設(shè)計(jì),整體厚度低于非重疊區(qū)域和常規(guī)組件。
2. 重疊區(qū)焊帶整形:整形后的焊帶形狀為變形的 ”Z” 字形,可以有效解決電池片重疊區(qū)域與焊帶接觸面積小的問(wèn)題,防止碎片及不良。3. 特制的EVA/POE層壓后進(jìn)行重疊區(qū)域填充:電池片串接完成后,在層壓過(guò)程中使用特制的EVA/POE,高溫下有效填充重疊區(qū)域電池片與焊帶之間的縫隙,給電池片提供緩沖作用,保障組件可靠性。
對(duì)于疊焊組件,晶科內(nèi)部進(jìn)行了嚴(yán)格的單倍/雙倍IEC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試,結(jié)果如圖4所示。
圖 4 Tiger加嚴(yán)可靠性測(cè)試
結(jié)果顯示,單倍/雙倍IEC標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試結(jié)果遠(yuǎn)低于IEC標(biāo)準(zhǔn)要求的5%功率衰減,甚至優(yōu)于常規(guī)組件。疊焊技術(shù)在提效的同時(shí),保證了組件優(yōu)異的可靠性,確??蛻綦娬?0年穩(wěn)定高效的運(yùn)行。Tiger組件在面積擴(kuò)大的同時(shí),亦保持了優(yōu)異的載荷特性。在動(dòng)態(tài)機(jī)械載荷測(cè)試中,通過(guò)在組件前表面動(dòng)態(tài)施加±1000Pa的壓力完成1000次循環(huán),正面功率衰減率僅有0.6%,背面功率衰減率1.68%,遠(yuǎn)低于IEC標(biāo)準(zhǔn)要求的5%;在靜態(tài)機(jī)械載荷測(cè)試中,將組件安裝于載荷測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)上,對(duì)組件正面加壓5400Pa,反面加壓2400Pa,加壓6次每次保持1h,正面功率衰減僅有0.3%,背面功率衰減1.82%,遠(yuǎn)低于IEC標(biāo)準(zhǔn)要求的5%。
1.3.3 半片技術(shù)
晶科Tiger系列在采用了新型的多主柵和疊焊組件技術(shù)的同時(shí),保持了傳統(tǒng)的半片設(shè)計(jì),降低組件內(nèi)部電流和電學(xué)損耗,具備高功率和高可靠特性,較常規(guī)整片電池組件正面功率提升達(dá)15Wp。且戶外熱斑風(fēng)險(xiǎn)更低。如下圖所示,戶外正常工作時(shí),半片組件較整片組件,具有更低的工作溫度,且同一片組件內(nèi)部的溫度差更低(低約1.8℃),即半片組件能夠使熱斑發(fā)生的概率更小。
圖 5 半片組件和全片組件工作溫度對(duì)比
在采用豎向安裝時(shí),半片組件能夠有效抵御陰影遮擋。半片組件采用上半部分和下半部分并聯(lián)的設(shè)計(jì),在早晚陰影遮擋組件的下半部分時(shí),半片組件的上半部分仍能夠工作,實(shí)現(xiàn)50%的功率輸出,而全片組件輸出功率為0。此外,半片設(shè)計(jì)有效降低組件內(nèi)部的熱損耗,從而降低溫度系數(shù),晶科半片組件溫度系數(shù)為-0.35% W/℃,全片組件為-0.37% W/℃,在溫度較高地區(qū),組件工作溫度可能高達(dá)75℃,此時(shí)半片組件將比全片組件功率高5%。
圖 6 半片組件陰影遮擋狀態(tài)下功率輸出
2 Tiger組件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 Tiger組件與1500V兼容性
Tiger組件優(yōu)化了組件制作工藝,在保證組件功率和效率優(yōu)勢(shì)的同時(shí),降低了開(kāi)路電壓,確保在單個(gè)組串中可以連接更多的組件,節(jié)省BOS成本。在不同的項(xiàng)目地,單個(gè)組串可以接入的組件數(shù)和當(dāng)?shù)氐妮椪找约半姵販囟扔兄苯雨P(guān)系,因此,我們對(duì)460w的Tiger單面組件進(jìn)行了不同輻照和電池溫度下的開(kāi)路電壓模擬與測(cè)試,綜合結(jié)果如下表所示。
圖 7 Tiger不同輻照和溫度下的開(kāi)路電壓
上表中綠色標(biāo)記出來(lái)的部分是可以至少安裝29塊的情況。我們根據(jù)環(huán)境溫度和電池溫度的換算公式:
Tcell = Tamb + (1/U) * G_POA* Alpha* (1-efficiency).
以澳洲項(xiàng)目為例,達(dá)到逆變器啟動(dòng)電壓時(shí),假設(shè)輻照為200W/m2, 環(huán)境溫度在0℃。此時(shí)的電池溫度可以根據(jù)公式計(jì)算。項(xiàng)目地Uc=29W/m2k, Uv=1.6W/m2k, Alpha=0.9, efficiency=20.71%,計(jì)算得到電池溫度為6.28℃。從表中的數(shù)據(jù)可以看到,安裝29片是完全符合要求的。
對(duì)于Tiger組件的1500V系統(tǒng)設(shè)計(jì),客戶可以根據(jù)項(xiàng)目地詳細(xì)的輻照、風(fēng)速和溫度等情況來(lái)確定每串組件可以接入的組件數(shù),來(lái)最大程度發(fā)揮系統(tǒng)端優(yōu)勢(shì)。晶科也會(huì)聯(lián)合逆變器廠家來(lái)對(duì)組串進(jìn)行技術(shù)審核,確保設(shè)計(jì)滿足1500V系統(tǒng)安全要求。
2.2 Tiger組件與支架兼容性
Tiger高效組件,可實(shí)現(xiàn)主流支架類型兼容,并有效降低支架的成本;目前行業(yè)中主要存在固定支架和跟蹤支架兩種主流類型。
1.固定支架,具有高度定制型,基本是針對(duì)電站項(xiàng)目實(shí)際條件進(jìn)行骨架設(shè)計(jì),支架的設(shè)計(jì)核心就是迎風(fēng)和積雪的承載面積。而Tiger高效組件,可實(shí)現(xiàn)單位面積更高能量密度,和發(fā)電能力;兩者結(jié)合來(lái)看,相同發(fā)電量的電站設(shè)計(jì),使用Tiger組件,可大幅度降低組件總面積;而如果組件的總體面積下降,那承載面積也會(huì)大幅度下降,所以支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度也可以大幅度下降,從而降低成本;舉例說(shuō)明,如果100MW項(xiàng)目,采用19.6%左右的普通單晶PERC組件,需要100MW/19.6%=510000平方米;采用20.7%左右的高效Tiger組件,需要100MW/20.7%=483091平方米;降低了5.3%的受風(fēng)和積雪面積,簡(jiǎn)化理論模型分析,固定支架的總體用鋼量可以降低5.3%;同時(shí),固定支架因?yàn)榭紤]惡劣氣候,需要設(shè)計(jì)承載能力更高,而總體面積的下降,有利于部分項(xiàng)目降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù),從而進(jìn)一步節(jié)約成本;
2.跟蹤支架,在Tiger設(shè)計(jì)之初,就與各主流跟蹤支架廠商進(jìn)行交流,也得到積極效應(yīng),具備了兼容性來(lái)匹配Tiger高效產(chǎn)品;即使Tiger產(chǎn)品的長(zhǎng)邊長(zhǎng)度較常規(guī)組件略有增加,但還是得益于效率的提升,一樣可以有效降低迎風(fēng)和積雪的承載面積,從而給予各跟蹤支架廠商優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的空間來(lái)進(jìn)行成本的下降;舉例說(shuō)明, 采用單排跟蹤支架,如果安裝常規(guī)405W組件19.78%效率,一排30個(gè),總功率是12.15KW,受風(fēng)和積雪面積需要12.15KW/19.78%=61.4平方米;而如果安裝Tiger465W組件,12.15KW僅需安裝26個(gè)就可以實(shí)現(xiàn);受風(fēng)和積雪面積需要12.15KW/20.43%=59.5平方米;兩者對(duì)比,相同功率可實(shí)現(xiàn)面積下降3%,這樣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的鋼用材也可以得到下降;跟蹤支架會(huì)逐漸優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)匹配;同時(shí),跟蹤支架具備旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)性,可以在高風(fēng)速區(qū)域及時(shí)調(diào)整角度,比如放平設(shè)置來(lái)降低風(fēng)壓對(duì)組件的影響;雪壓也可以通過(guò)加大傾斜角度,降低雪在組件表面的積累,從而降低雪載對(duì)組件的影響;進(jìn)一步降低組件變大所帶來(lái)的成本增加幅度;
圖 9 跟蹤支架
3. Tiger組件發(fā)電性能分析3.1 IAM優(yōu)勢(shì)
Tiger組件采用了9BB+圓形焊帶的設(shè)計(jì),細(xì)節(jié)放大圖如下,從側(cè)面照射到焊帶的光線可以被有效反射回電池片上,對(duì)早晚太陽(yáng)角度較偏時(shí)的光線充分利用,帶來(lái)可觀的發(fā)電增益。而反觀常規(guī)的5BB組件,扁平焊帶無(wú)法有效將側(cè)面的光線反射回電池片上,造成發(fā)電量的損失。
下圖是SGS在第三方panfile的測(cè)試報(bào)告中的IAM數(shù)據(jù),Tiger組件在不同角度入射光的照射下,表現(xiàn)出了優(yōu)異的發(fā)電性能,早晚大部分光照為斜射光的情況下,優(yōu)勢(shì)尤其明顯。
3.2 低輻照優(yōu)勢(shì)
Tiger組件采用了優(yōu)化的圓形焊帶,相較于之前的扁平焊帶來(lái)說(shuō),橫截面積明顯減小。橫截面積的減小,一方面可以減少焊帶對(duì)電池片的遮擋,增加電池片受光面積,提升組件功率;另一方面,根據(jù)公式R=ρl/s,(R=電阻,ρ=電阻率,l=焊帶長(zhǎng)度,S=焊帶橫截面積),在焊帶橫截面積降低的情況下,焊帶電阻增加,從而帶來(lái)組件的串阻增加如下圖所示。
根據(jù)公式 ,組件PR值和組件串聯(lián)電阻Rs成正比。依據(jù)下圖CPVT實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,低輻照條件下,Tiger 組件PR值高于普通5柵組件,弱光環(huán)境下發(fā)電優(yōu)勢(shì)明顯。
針對(duì)這兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì),我們?cè)诰Э坪幯邪l(fā)中心針對(duì)普通5BB以及Tiger 9BB組件做了戶外實(shí)證分析,結(jié)果如下表所示。
實(shí)證結(jié)果顯示,相對(duì)于普通的5BB組件,Tiger組件的平均發(fā)電增益在1.57%。從表里可以看出,在9月21日和9月22日這兩天,低輻照環(huán)境下,發(fā)電增益達(dá)到了1.91%和1.72%。
“高能量密度”是未來(lái)組件發(fā)展的技術(shù)趨勢(shì),單位面積更高的發(fā)電量無(wú)疑會(huì)帶來(lái)度電成本的持續(xù)下降。
4.Tiger組件應(yīng)用場(chǎng)景
Tiger組件應(yīng)用場(chǎng)景廣泛,由于高功率、高效以及優(yōu)異發(fā)電量特性,Tiger組件適用于大型電站和分銷市場(chǎng)。在大型電站項(xiàng)目中,單面組件效率>20.7%,2020年主流功率465w,高效可以帶來(lái)土地面積的大幅節(jié)省,而高功率輸出,在BOS端優(yōu)勢(shì)明顯,組串功率的提升,有效節(jié)約支架成本。Tiger雙面組件采用背面透明背板封裝,特別適合沙漠、雪地等高反射地面的電站項(xiàng)目,實(shí)現(xiàn)高的背面發(fā)電增益。采用透明背板,同時(shí)可實(shí)現(xiàn)輕量化,有效節(jié)約BOS成本,進(jìn)一步降低LCOE。
Case 1: 國(guó)內(nèi)某南部低輻照地區(qū)項(xiàng)目
我們以國(guó)內(nèi)某南部地區(qū)為例,亞熱帶季風(fēng)氣候,屬于三類光照區(qū),地面為沙地,地面反射率在30%-40%。項(xiàng)目擬定容配比1.2,DC端容量120MW。
此類低輻照地區(qū)如果使用普通的5BB組件,大量的斜射光和散射光無(wú)法得到有效利用;從逆變器角度看,如果超配較低的情況下,大部分時(shí)間DC端電壓甚至無(wú)法達(dá)到逆變器的最佳輸出效率,兩個(gè)原因?qū)е掳l(fā)電量偏低,客戶收益率無(wú)法保證。如果選用465w的Tiger組件,9主柵的設(shè)計(jì)加上組件高串阻的特性在低輻照環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)非常小的弱光損失,斜射光和散射光也能夠得到更有效的利用。
在項(xiàng)目設(shè)計(jì)上,如果保持土地面積基本相同以及裝機(jī)量相同,Tiger組件可以實(shí)現(xiàn)更大的組串間距。雙面配合跟蹤支架的項(xiàng)目里,串間距的增加可以有效提升組件背面的受光量,正面遮擋也會(huì)相應(yīng)減少,總發(fā)電量的增加會(huì)帶來(lái)度電成本的顯著降低。
Tiger組件所有的技術(shù)升級(jí)都是為了從發(fā)電量和BOS兩方面降低度電成本,除去組件成本以外,支架成本和數(shù)量對(duì)BOS產(chǎn)生了關(guān)鍵影響,支架成本又和單串組件總功率以及系統(tǒng)組串?dāng)?shù)息息相關(guān)。
單串組件總功率的增加,意味著支架成本的大幅降低。在上述南方地區(qū)120MW的項(xiàng)目中,使用M6大尺寸組件需要9404串,而使用Tiger組件只需要9217串,組串?dāng)?shù)減少了2%。以1P結(jié)構(gòu)的跟蹤支架為例,如果一個(gè)支架可以安裝3串組件,在這個(gè)項(xiàng)目中,Tiger組件只需要3072組支架,而M6組件則需要3135組支架。結(jié)合主流跟蹤支架用鋼量成本測(cè)算,高功率的Tiger組件,可以直接減少約2.6%的支架成本。
不僅是支架,單塊組件功率增大,直流線纜可以減少2.5%,場(chǎng)地平整費(fèi)用減少4%,如果是在場(chǎng)地面積固定的項(xiàng)目地,還可以拉大雙面組件的組串間距,增大背面發(fā)電增益。
結(jié)合Tiger組件發(fā)電量的優(yōu)勢(shì),上表是針對(duì)南部地區(qū)120MW的LCOE分析。EPC,土地和發(fā)電量的多角度優(yōu)勢(shì),使Tiger組件在平價(jià)上網(wǎng)的趨勢(shì)下,成為了行業(yè)中的標(biāo)桿產(chǎn)品。
在“一帶一路”的戰(zhàn)略框架中,“電力通道建設(shè)”是其中的重要組成部分。“一帶一路”沿線部分國(guó)家光照資源豐富,尤其是近年來(lái),東南亞、印度、中東、中亞、非洲等地區(qū)或國(guó)家的光伏電站裝機(jī)正出現(xiàn)爆發(fā)性增長(zhǎng)的市場(chǎng)前景,無(wú)疑給中國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新機(jī)遇。
Case 2: 某“一帶一路”國(guó)家200MW光伏項(xiàng)目
該項(xiàng)目地屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候類型,常年光照充足,擬采用單面高功率組件,容配比1:1.05,該項(xiàng)目地處發(fā)達(dá)國(guó)家,土地價(jià)格便宜,人力成本高。
此類地區(qū)屬于高輻照地區(qū),陽(yáng)光充足,基本不需要超配就可以使系統(tǒng)在大部分時(shí)間都保持滿發(fā)狀態(tài),每串組件數(shù)目不用太多,太多會(huì)使運(yùn)行過(guò)程中電壓超過(guò)逆變器MPPT點(diǎn)的最大電壓值,從而造成很大的系統(tǒng)損耗。這個(gè)項(xiàng)目的核心在于單塊組件需要擁有絕對(duì)的高功率從而通過(guò)降低人工費(fèi)用來(lái)降低度電成本。該項(xiàng)目擬采用單面組件配合1P跟蹤支架,組串間距6m,組件最低點(diǎn)離地高度0.5m,跟蹤支架旋轉(zhuǎn)角度±45°。
Tiger 470w單面組件,在目前市場(chǎng)上主流產(chǎn)品中輸出功率最高,可以最大限度的節(jié)省組件數(shù)量以及支架數(shù)量,從而起到節(jié)省人力成本的目的。低人力成本配合高發(fā)電量,在此類項(xiàng)目中能夠帶來(lái)度電成本的顯著降低,內(nèi)部收益率也會(huì)有明顯增加。
結(jié)語(yǔ)
從2019年10月份首次亮相澳洲到2020年第一季度末,Tiger已簽單量超過(guò)1GW,全球客戶反饋良好,不僅是大型地面項(xiàng)目,分銷市場(chǎng)中Tiger配合N型電池片也頗受市場(chǎng)青睞,在海外分銷市場(chǎng)中,Tiger全黑組件也有大量簽單。晶科相信,Tiger組件所采用的9主柵+疊焊+半片的技術(shù)設(shè)計(jì)會(huì)逐漸成為行業(yè)主流,契合“高能量密度“的組件發(fā)展趨勢(shì),逐漸為客戶帶來(lái)價(jià)值。
重要申明
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原標(biāo)題:晶科能源發(fā)布tiger系列白皮書 疊焊技術(shù)前景可期