毫厘之间铸新产品“新价值” 争分夺秒助碳中和“加速度”

来源：《中国电业》 时间：2021-08-09 14:07

毫厘之间铸新产品“新价值” 争分夺秒助碳中和“加速度”

——访天合光能产品战略及市场负责人张映斌

杨娜

　　据我们所知，210系列光伏产品中有400瓦、500瓦、550瓦，600瓦、670瓦组件，可以广泛地适用于家用、工商屋顶、农光、渔光互补及大型地面电站等多种场景。而600瓦+是为地面电站打造的超高功率产品，将进一步降低系统成本及度电成本。不仅如此，600瓦+完全站在系统应用角度思考，将尺寸进行了统一，为设计院开展工作以及电站后期运行维护做好了铺垫。

　　近日，针对行业关注的210组件热点问题，天合光能产品战略及市场负责人张映斌博士进行了详细解答。

　　《中国电业》：行业关注的210组件工作温度、热斑温度、接线盒电流、直流线损、发电量、载荷性能等热点问题，您是否可以做个详细解答？

　　张映斌：这些热点问题主要来源于210组件的低电压大电流设计理念。先谈下工作温度的话题。从电池、组件、组串、方阵，再到整个光伏电站，这个过程其实就是电流汇聚和电压累积的过程。打个比较形象的比方：太阳能电池发的电犹如无数的水滴，经过汇流条的串并联汇成小溪，就是组件；组件经过串联达到一定的系统电压形成组串，就像小溪汇成江河；接下来组串并联累计功率形成方阵，就如同江河注入大海；方阵再通过集电线路组成光伏电站就像大海最后流入大洋。

　　我们看一下大电流发生具体在哪里？的确相对行业其他产品，组件的输出和组串的输入电流比过去变大了。我们可以看到了方阵层级的时候，直流电流已经到了上千安培水平，犹如大海中的水，已经不是问题。

　　首先看组串的输入工作电流变大到了约17.3安，需要大电流逆变器与之匹配。自华为、阳光电源、SMA、上能电气宣布大电流逆变器全面匹配600瓦+组件以来，几乎全球所有的逆变器厂商都推出了相关产品，包括固德威，科华，锦浪等。因此大电流逆变器的瓶颈已经消除。

　　再看组件侧。600瓦+的短路电流18.4安，比友商的13.8安的确增加了。但是我们需要进到组件看下细节。其实真正的大电流只在中间汇流条和接线盒的输出端。由于都是PERC电池结构，转换效率接近，在两根细栅线之间的区域电流密度是一样的，大概41.7毫安/平方厘米。另外210组件采用12根栅线，友商采用9根栅线，210组件栅线间距为17.5毫米，电流传输路径比友商（20毫米）还更短一些。不仅如此，简单计算可以得到210组件及182组件每根栅线上承载的电流都在0.76安左右。不仅如此，我们还对焊带的直径及结构都做了优化，提升电流传导水平，焊带上电阻损耗带来的热量差异基本也在同一水平。简单来说，在组件的发电区域，无论是电流密度还是焊带上电阻损耗和友商组件在同一水平，工作温度不会更高。

　　在中间汇流条的位置工作电流可达17.3安，根据焦耳定律，由于导线中的电阻存在，电流经过导体时做功，电能一部分转化成热能，而这部分热能在相同材质条件下发热量与截面积和长度相关。210组件的汇流条的截面积，我们增加了80%以上，完全覆盖了电流的增加幅度，因此汇流条位置发热不会更多，温度也不会更高。

　　不仅如此，天合光能同鉴衡通过深度研讨一致认为，无论从理论上还是实证数据表明电流增大会导致组件工作温度升高是完全错误的说法。

　　根据能量守恒原理，组件获取的热量=外界传输给组件的能量（光辐射）-组件输出的能量（电功率输出）。如果电池转换效率越高，电流密度变大，组件输出功率变大，组件获取的热量反而更低。鉴衡曾经密切跟踪过单晶组件和多晶组件的工作温度情况，一年多的实际数据表明，单晶组件电流9.36安高于多晶组件8.36安，但是单晶组件年平均工作温度低于多晶组件2~3摄氏度左右。这也很容易理解，假设有100%的辐照（外界传输给组件的能量），先暂时不考虑别的因素，如果转换效率23%（电功率输出），还有77%的将转换成热量(组件获取的热量)。如果转换效率是25%，组件获取的热量为75%。

　　从散热的角度看，光伏组件通过热传导、热对流、热辐射等方式与外界环境进行热交换最终达到平衡。基于相同组件封装体系（材料），安装方式及综合散热条件下，210高功率组件与友商其他组件的工作温度将趋于一致。

　　所以，210高功率组件无论从热量获取，还是从电功率输出及散热角度看，工作温度都不会更高。我们不能只看输出大电流的表面现象，我们需要深入看下发电区域的细节，这样会更客观也更科学。

　　《中国电业》：210组件的接线盒的输出端是大电流，那么接线盒承受的最大电流到底是多少？

　　张映斌：接线盒主要作用是将光伏组件产生的电流输出到外部线路，包括壳体、二极管、连接器、线缆等部件，其中二极管是核心器件。当组件正常工作时，接线盒中的二极管处于反向截止状态，没有电流通过；当组件电池片发生遮挡、损坏等热斑效应时，旁路二极管导通对整个光伏组件起到保护作用。

　　那么，当发生遮挡的时候，旁路二极管最大电流是多少？无论是理论分析还是实测数据都表明，旁路二极管的最大电流在各种遮挡条件≤工作电流Imp（≈95%Isc），对210组件而言，背板组件的工作电流Imp约为17.3安，双面组件工作电流Imp大约为21安（只有最极端情况组件上部、下部、正面及背面都同时被遮挡，旁路二极管的电流才会达到，这样的概率非常低）。再考虑1.25倍的安全系数，对应电流为21.6安及26安。分别采用25安及30安的接线盒已经绰绰有余。最新统计表明主流的接线盒厂商都有25安、30安甚至35安的接线盒，都已经取得TUV及UL的认证，产能合计已经超过100吉瓦，供给能力根本不是问题，可以根据不同的需求选取。

　　《中国电业》：大组件一定会产生热斑吗？

　　张映斌：我们的结论是，任何组件都有可能产生热斑，但是组件的热斑与电池尺寸大小没有关系，主要取决于旁路二极管并联电池数量和被遮挡电池的漏电流水平。根据IEC61215 10.9.2标准，当光伏组件某单个电池或电池组被遮挡，此时被遮挡电池或电池组被置于反向偏置状态，消耗功率，温度升高，从而引起热斑失效。我们需要知道消耗的功率是多少。

　　以目前主流的72型组件来看，每个旁路二极管并联的电池片数量为24。当某个电池被遮挡的时候，这个被遮挡电池片变成了一个电阻。它上面的反偏电压就是剩下的23片未遮挡电池的电压之和，即：23*Voc（约0.68伏）=15.64伏。那么此时通过这个被遮挡电池的电流是多少呢？由于这个电池完全被遮挡，没有光生电流。但是此时由于这个被遮挡电池被其他未遮挡电池的电压之和(15.64伏)反偏，会有反向漏电流通过。

　　旁路二极管并联电池片数越多，反偏漏电流越大，被遮挡电池消耗的功率越多，相应温度越高，发生热斑风险越大，而和硅片尺寸大小没有关系。210组件的二极管并联电池数量为20~22，小于主流72版型的24。不仅如此，针对210组件用的电池，我们将漏电流的控制标准进行了加严。室内及户外的实证数据显示：无论是室内还是户外210的55版型组件的热斑温度与166/182组件在相同水平甚至更低。

　　《中国电业》：系统侧为什么会有直流线损？

　　张映斌：由于导线中的电阻存在，根据焦耳定律，电流经过导体时做功，电能一部分转化成热能，而这部分热能，就是线损。相同材质、相同截面的线缆电阻率是一致的，整体线损由电流及线缆长度决定。在系统侧，直流线损发生在组串到汇流箱或者逆变器之前，无论是166组件、182组件还是210组件都有直流线损存在。210组件的电流的确变大了，但是由于其低电压的特性，组串功率提升，线缆总长也同时缩短了39%；通过严格的对比测算表明，采用4平方毫米线缆，210组件由于直流线损带来的系统效率比友商组件低0.06%~0.08%，并没有他们说的那么大，可能是因为他们计算时只是考虑电流变大，没有考虑线缆变短，因为他们不了解低电压的210组件提升组串功率可节省直流线缆的本质。在线缆的选择上，既可以采用4平方毫米，也可以采用6平方毫米。如果采用4平方毫米，系统成本更低，但是系统效率损失0.06%~0.08%；如果采用6平方毫米，系统效率提升约0.23%，但是线缆成本高一些，这就是一个算账和选择的问题。根据我们的测算，210组件不论采用4平方毫米电缆还是6平方毫米电缆，电站的IRR及LCOE都优于对比组件；在项目设计中，根据接线距离远近，我们建议可兼并采用4平方毫米或6平方毫米电缆，以实现最大发电效率并实现初始投资成本最优。

　　《中国电业》：用户最关切的还是210组件的发电性能，可否用数据说明？

　　张映斌：210组件工作温度不高于友商组件，而且还有低辐照的优势。根据第三方机构无锡质检所在银川实证基地的数据，210组件单面的发电量高于182-72单面1.26%，高于166-72单面约0.89%。

　　《中国电业》：大家比较关注210组件的载荷。

　　张映斌：在这里也再次说明，我们承诺为210的组件提供与行业主流组件完全相同的载荷性能保证，即正面5400pa，背面2400pa。

　　我们一方面通过无损切割的方式，确保每个电池片的切割面都是光滑无裂纹的，抗形变能力不衰减甚至更好；另一方面采取了一系列包括边框的壁厚加强，型腔加大，材料优选等。

　　210系列组件已经全部通过了第三方测试，并取得相关的认证证书。同时也完成了动态载荷4000次@±1000Pa（相当于12级风力）的测试，连接件疲劳程度趋势和行业主流组件在同一水平。目前还在进一步实验，我们的目标是通过更多次数更大压力的加严测试，确保在极端气候条件下210组件正常工作。不仅如此，我们同时也提供了大垫圈、大压块、大螺栓等连接件，以及檩条设计优化及安装加固解决方案给客户作为参考。

　　中国电业：非常感谢您细致、专业的讲解。直面这样一个变道超车的窗口期，您本人对600瓦+联盟有怎样的期盼？

　　张映斌：希望通过600瓦+联盟伙伴企业携手、深度协同、缩短学习曲线，尽快释放产品价值。通过600瓦+的全面推广应用，进一步降低度电成本，不仅可以惠及整个行业，还能够助力我国及全球碳中和的进程加速。

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