毫厘之間鑄新產(chǎn)品“新價(jià)值” 爭(zhēng)分奪秒助碳中和“加速度”
來(lái)源：《中國(guó)電業(yè)》 時(shí)間：2021-08-09 14:07
毫厘之間鑄新產(chǎn)品“新價(jià)值” 爭(zhēng)分奪秒助碳中和“加速度”
——訪天合光能產(chǎn)品戰(zhàn)略及市場(chǎng)負(fù)責(zé)人張映斌
楊娜
據(jù)我們所知，210系列光伏產(chǎn)品中有400瓦、500瓦、550瓦，600瓦、670瓦組件，可以廣泛地適用于家用、工商屋頂、農(nóng)光、漁光互補(bǔ)及大型地面電站等多種場(chǎng)景。而600瓦+是為地面電站打造的超高功率產(chǎn)品，將進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本及度電成本。不僅如此，600瓦+完全站在系統(tǒng)應(yīng)用角度思考，將尺寸進(jìn)行了統(tǒng)一，為設(shè)計(jì)院開展工作以及電站后期運(yùn)行維護(hù)做好了鋪墊。
近日，針對(duì)行業(yè)關(guān)注的210組件熱點(diǎn)問題，天合光能產(chǎn)品戰(zhàn)略及市場(chǎng)負(fù)責(zé)人張映斌博士進(jìn)行了詳細(xì)解答。
《中國(guó)電業(yè)》：行業(yè)關(guān)注的210組件工作溫度、熱斑溫度、接線盒電流、直流線損、發(fā)電量、載荷性能等熱點(diǎn)問題，您是否可以做個(gè)詳細(xì)解答？
張映斌：這些熱點(diǎn)問題主要來(lái)源于210組件的低電壓大電流設(shè)計(jì)理念。先談下工作溫度的話題。從電池、組件、組串、方陣，再到整個(gè)光伏電站，這個(gè)過程其實(shí)就是電流匯聚和電壓累積的過程。打個(gè)比較形象的比方：太陽(yáng)能電池發(fā)的電猶如無(wú)數(shù)的水滴，經(jīng)過匯流條的串并聯(lián)匯成小溪，就是組件；組件經(jīng)過串聯(lián)達(dá)到一定的系統(tǒng)電壓形成組串，就像小溪匯成江河；接下來(lái)組串并聯(lián)累計(jì)功率形成方陣，就如同江河注入大海；方陣再通過集電線路組成光伏電站就像大海最后流入大洋。
我們看一下大電流發(fā)生具體在哪里？的確相對(duì)行業(yè)其他產(chǎn)品，組件的輸出和組串的輸入電流比過去變大了。我們可以看到了方陣層級(jí)的時(shí)候，直流電流已經(jīng)到了上千安培水平，猶如大海中的水，已經(jīng)不是問題。
首先看組串的輸入工作電流變大到了約17.3安，需要大電流逆變器與之匹配。自華為、陽(yáng)光電源、SMA、上能電氣宣布大電流逆變器全面匹配600瓦+組件以來(lái)，幾乎全球所有的逆變器廠商都推出了相關(guān)產(chǎn)品，包括固德威，科華，錦浪等。因此大電流逆變器的瓶頸已經(jīng)消除。
再看組件側(cè)。600瓦+的短路電流18.4安，比友商的13.8安的確增加了。但是我們需要進(jìn)到組件看下細(xì)節(jié)。其實(shí)真正的大電流只在中間匯流條和接線盒的輸出端。由于都是PERC電池結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換效率接近，在兩根細(xì)柵線之間的區(qū)域電流密度是一樣的，大概41.7毫安/平方厘米。另外210組件采用12根柵線，友商采用9根柵線，210組件柵線間距為17.5毫米，電流傳輸路徑比友商（20毫米）還更短一些。不僅如此，簡(jiǎn)單計(jì)算可以得到210組件及182組件每根柵線上承載的電流都在0.76安左右。不僅如此，我們還對(duì)焊帶的直徑及結(jié)構(gòu)都做了優(yōu)化，提升電流傳導(dǎo)水平，焊帶上電阻損耗帶來(lái)的熱量差異基本也在同一水平。簡(jiǎn)單來(lái)說，在組件的發(fā)電區(qū)域，無(wú)論是電流密度還是焊帶上電阻損耗和友商組件在同一水平，工作溫度不會(huì)更高。
在中間匯流條的位置工作電流可達(dá)17.3安，根據(jù)焦耳定律，由于導(dǎo)線中的電阻存在，電流經(jīng)過導(dǎo)體時(shí)做功，電能一部分轉(zhuǎn)化成熱能，而這部分熱能在相同材質(zhì)條件下發(fā)熱量與截面積和長(zhǎng)度相關(guān)。210組件的匯流條的截面積，我們?cè)黾恿?0%以上，完全覆蓋了電流的增加幅度，因此匯流條位置發(fā)熱不會(huì)更多，溫度也不會(huì)更高。
不僅如此，天合光能同鑒衡通過深度研討一致認(rèn)為，無(wú)論從理論上還是實(shí)證數(shù)據(jù)表明電流增大會(huì)導(dǎo)致組件工作溫度升高是完全錯(cuò)誤的說法。
根據(jù)能量守恒原理，組件獲取的熱量=外界傳輸給組件的能量（光輻射）-組件輸出的能量（電功率輸出）。如果電池轉(zhuǎn)換效率越高，電流密度變大，組件輸出功率變大，組件獲取的熱量反而更低。鑒衡曾經(jīng)密切跟蹤過單晶組件和多晶組件的工作溫度情況，一年多的實(shí)際數(shù)據(jù)表明，單晶組件電流9.36安高于多晶組件8.36安，但是單晶組件年平均工作溫度低于多晶組件2~3攝氏度左右。這也很容易理解，假設(shè)有100%的輻照（外界傳輸給組件的能量），先暫時(shí)不考慮別的因素，如果轉(zhuǎn)換效率23%（電功率輸出），還有77%的將轉(zhuǎn)換成熱量(組件獲取的熱量)。如果轉(zhuǎn)換效率是25%，組件獲取的熱量為75%。
從散熱的角度看，光伏組件通過熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射等方式與外界環(huán)境進(jìn)行熱交換最終達(dá)到平衡?；谙嗤M件封裝體系（材料），安裝方式及綜合散熱條件下，210高功率組件與友商其他組件的工作溫度將趨于一致。
所以，210高功率組件無(wú)論從熱量獲取，還是從電功率輸出及散熱角度看，工作溫度都不會(huì)更高。我們不能只看輸出大電流的表面現(xiàn)象，我們需要深入看下發(fā)電區(qū)域的細(xì)節(jié)，這樣會(huì)更客觀也更科學(xué)。
《中國(guó)電業(yè)》：210組件的接線盒的輸出端是大電流，那么接線盒承受的最大電流到底是多少？
張映斌：接線盒主要作用是將光伏組件產(chǎn)生的電流輸出到外部線路，包括殼體、二極管、連接器、線纜等部件，其中二極管是核心器件。當(dāng)組件正常工作時(shí)，接線盒中的二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，沒有電流通過；當(dāng)組件電池片發(fā)生遮擋、損壞等熱斑效應(yīng)時(shí)，旁路二極管導(dǎo)通對(duì)整個(gè)光伏組件起到保護(hù)作用。
那么，當(dāng)發(fā)生遮擋的時(shí)候，旁路二極管最大電流是多少？無(wú)論是理論分析還是實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)都表明，旁路二極管的最大電流在各種遮擋條件≤工作電流Imp（≈95%Isc），對(duì)210組件而言，背板組件的工作電流Imp約為17.3安，雙面組件工作電流Imp大約為21安（只有最極端情況組件上部、下部、正面及背面都同時(shí)被遮擋，旁路二極管的電流才會(huì)達(dá)到，這樣的概率非常低）。再考慮1.25倍的安全系數(shù)，對(duì)應(yīng)電流為21.6安及26安。分別采用25安及30安的接線盒已經(jīng)綽綽有余。最新統(tǒng)計(jì)表明主流的接線盒廠商都有25安、30安甚至35安的接線盒，都已經(jīng)取得TUV及UL的認(rèn)證，產(chǎn)能合計(jì)已經(jīng)超過100吉瓦，供給能力根本不是問題，可以根據(jù)不同的需求選取。
《中國(guó)電業(yè)》：大組件一定會(huì)產(chǎn)生熱斑嗎？
張映斌：我們的結(jié)論是，任何組件都有可能產(chǎn)生熱斑，但是組件的熱斑與電池尺寸大小沒有關(guān)系，主要取決于旁路二極管并聯(lián)電池?cái)?shù)量和被遮擋電池的漏電流水平。根據(jù)IEC61215 10.9.2標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)光伏組件某單個(gè)電池或電池組被遮擋，此時(shí)被遮擋電池或電池組被置于反向偏置狀態(tài)，消耗功率，溫度升高，從而引起熱斑失效。我們需要知道消耗的功率是多少。
以目前主流的72型組件來(lái)看，每個(gè)旁路二極管并聯(lián)的電池片數(shù)量為24。當(dāng)某個(gè)電池被遮擋的時(shí)候，這個(gè)被遮擋電池片變成了一個(gè)電阻。它上面的反偏電壓就是剩下的23片未遮擋電池的電壓之和，即：23*Voc（約0.68伏）=15.64伏。那么此時(shí)通過這個(gè)被遮擋電池的電流是多少呢？由于這個(gè)電池完全被遮擋，沒有光生電流。但是此時(shí)由于這個(gè)被遮擋電池被其他未遮擋電池的電壓之和(15.64伏)反偏，會(huì)有反向漏電流通過。
旁路二極管并聯(lián)電池片數(shù)越多，反偏漏電流越大，被遮擋電池消耗的功率越多，相應(yīng)溫度越高，發(fā)生熱斑風(fēng)險(xiǎn)越大，而和硅片尺寸大小沒有關(guān)系。210組件的二極管并聯(lián)電池?cái)?shù)量為20~22，小于主流72版型的24。不僅如此，針對(duì)210組件用的電池，我們將漏電流的控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了加嚴(yán)。室內(nèi)及戶外的實(shí)證數(shù)據(jù)顯示：無(wú)論是室內(nèi)還是戶外210的55版型組件的熱斑溫度與166/182組件在相同水平甚至更低。
《中國(guó)電業(yè)》：系統(tǒng)側(cè)為什么會(huì)有直流線損？
張映斌：由于導(dǎo)線中的電阻存在，根據(jù)焦耳定律，電流經(jīng)過導(dǎo)體時(shí)做功，電能一部分轉(zhuǎn)化成熱能，而這部分熱能，就是線損。相同材質(zhì)、相同截面的線纜電阻率是一致的，整體線損由電流及線纜長(zhǎng)度決定。在系統(tǒng)側(cè)，直流線損發(fā)生在組串到匯流箱或者逆變器之前，無(wú)論是166組件、182組件還是210組件都有直流線損存在。210組件的電流的確變大了，但是由于其低電壓的特性，組串功率提升，線纜總長(zhǎng)也同時(shí)縮短了39%；通過嚴(yán)格的對(duì)比測(cè)算表明，采用4平方毫米線纜，210組件由于直流線損帶來(lái)的系統(tǒng)效率比友商組件低0.06%~0.08%，并沒有他們說的那么大，可能是因?yàn)樗麄冇?jì)算時(shí)只是考慮電流變大，沒有考慮線纜變短，因?yàn)樗麄儾涣私獾碗妷旱?10組件提升組串功率可節(jié)省直流線纜的本質(zhì)。在線纜的選擇上，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，系統(tǒng)成本更低，但是系統(tǒng)效率損失0.06%~0.08%；如果采用6平方毫米，系統(tǒng)效率提升約0.23%，但是線纜成本高一些，這就是一個(gè)算賬和選擇的問題。根據(jù)我們的測(cè)算，210組件不論采用4平方毫米電纜還是6平方毫米電纜，電站的IRR及LCOE都優(yōu)于對(duì)比組件；在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，根據(jù)接線距離遠(yuǎn)近，我們建議可兼并采用4平方毫米或6平方毫米電纜，以實(shí)現(xiàn)最大發(fā)電效率并實(shí)現(xiàn)初始投資成本最優(yōu)。
《中國(guó)電業(yè)》：用戶最關(guān)切的還是210組件的發(fā)電性能，可否用數(shù)據(jù)說明？
張映斌：210組件工作溫度不高于友商組件，而且還有低輻照的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)第三方機(jī)構(gòu)無(wú)錫質(zhì)檢所在銀川實(shí)證基地的數(shù)據(jù)，210組件單面的發(fā)電量高于182-72單面1.26%，高于166-72單面約0.89%。
《中國(guó)電業(yè)》：大家比較關(guān)注210組件的載荷。
張映斌：在這里也再次說明，我們承諾為210的組件提供與行業(yè)主流組件完全相同的載荷性能保證，即正面5400pa，背面2400pa。
我們一方面通過無(wú)損切割的方式，確保每個(gè)電池片的切割面都是光滑無(wú)裂紋的，抗形變能力不衰減甚至更好；另一方面采取了一系列包括邊框的壁厚加強(qiáng)，型腔加大，材料優(yōu)選等。
210系列組件已經(jīng)全部通過了第三方測(cè)試，并取得相關(guān)的認(rèn)證證書。同時(shí)也完成了動(dòng)態(tài)載荷4000次@±1000Pa（相當(dāng)于12級(jí)風(fēng)力）的測(cè)試，連接件疲勞程度趨勢(shì)和行業(yè)主流組件在同一水平。目前還在進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，我們的目標(biāo)是通過更多次數(shù)更大壓力的加嚴(yán)測(cè)試，確保在極端氣候條件下210組件正常工作。不僅如此，我們同時(shí)也提供了大墊圈、大壓塊、大螺栓等連接件，以及檁條設(shè)計(jì)優(yōu)化及安裝加固解決方案給客戶作為參考。
中國(guó)電業(yè)：非常感謝您細(xì)致、專業(yè)的講解。直面這樣一個(gè)變道超車的窗口期，您本人對(duì)600瓦+聯(lián)盟有怎樣的期盼？
張映斌：希望通過600瓦+聯(lián)盟伙伴企業(yè)攜手、深度協(xié)同、縮短學(xué)習(xí)曲線，盡快釋放產(chǎn)品價(jià)值。通過600瓦+的全面推廣應(yīng)用，進(jìn)一步降低度電成本，不僅可以惠及整個(gè)行業(yè)，還能夠助力我國(guó)及全球碳中和的進(jìn)程加速。
責(zé)任編輯：于彤彤 投稿郵箱：網(wǎng)上投稿
