从功率损失和组件遮挡看半片对组件功率的影响！

摘要：半片技术是降低组件封装损失、提高组件功率的有效途径。本文从半片电池组件功率提升和电池片阴影遮挡两方面进行研究。实验对比了144半片多晶组件与72片整片组件的电参数差异。实验表明，同效率电池制作的半片组件较常规整片组件功率高9W，Imax和Isc分别增加1.16%和1.32%。本文进一步研究了阴影遮挡对半片组件电性能的影响。半片电池组件和整片电池组件遮挡同样面积电池片，半片电池组件功率损失低于整片电池组件，当电池片的遮挡面积达到半片电池片的90%左右时，半片电池组件Vmax变为没有遮挡时的2/3左右。

引言

近年来，光伏技术发展迅速、应用范围广，市场对高功率组件的需求量也日益增加，降低组件封装损失、提高组件输出功率已成为国内外组件厂商研究的趋势。其中半片技术是一种通过减小电池片尺寸，降低串阻损耗来提高组件功率的技术。通过将标准规格电池片激光切割为尺寸相等的两个半片电池片，可将通过每根主栅的电流降低为原来的1/2，内部损耗降低为整片电池的1/4，进而提升组件功率。目前挪威REC、日本三菱(Mistubish)、德国博世(Boschsolar)都已经研发了半片组件产品。

SCHNEIDER等[1]采用四点弯曲法测试半片和整片电池的机械性能，结果表明半片电池片比整片电池具有更良好的机械性能，实验验证了144半片组件比72常规整片组件功率提升5%。HANIFI等[2]通过模拟和试验验证了半片组件在电池片阴影遮挡时的性能，实验表明阴影遮挡下半片组件比整片组件具有更好的性能。MALIK等[3]对比研究了半片组件和整片组件户外发电量差异，实验结果表明，半片组件电站比整片组件月发电量高1.9%~3.9%，且辐照度高的时候发电量增益大[1-5]。

目前从半片组件电路设计方面对电池片在阴影遮挡的实验研究较少，本文从半片电池组件功率提升和电池片阴影遮挡两方面进行研究。实验对比了144半片多晶组件与72片整片组件的电参数差异。考虑到半片组件串并联的设计，并进一步对比了不同电池片遮挡条件下144半片多晶组件与72片整片组件的电参数差异。

实验部分

1.1半片组件产品设计

半片组件内部结构设计包括串联结构和并联–串联结构、串联–并联结构，常规组件通常采用串联结构，由于半片电池片划片后电流减半，电压不变，所以如果使用串联结构进行组件设计，组件电压是常规组件的一倍，增加系统成本。本实验采用144个半片组件的并联.串联电路设计，如图1所示。

1.2实验样品及仪器

本实验所有组件使用的电池片均为相同效率的五栅P型多晶晶体硅太阳能电池，光伏组件采用相同厂家相同规格的钢化玻璃、常规EVA材料和TPE结构的背板进行封装。半片电池组件采用三分体接线盒，采用的光伏焊带均为常规表面结构的焊带，焊带规格为0.25mm×1.0mm(厚度为0.25mm，宽度为1.0mm)。

光伏组件功率测试设备为Pasan太阳能模拟器;检验组件内部电池片隐裂设备为德国Ophelms公司的OPT200A型EL测试仪。

基于不同串并联结构，相同材料匹配分别制作72片整片组件和144半片多晶组件，每种类型制备2块组件，具体样品类型及数量见表1。

1.3实验内容

实验一：测试2块72片多晶整片组件和2块144片多晶半片组件的EL及电参数，并进行对比分析。

实验二：基于P型多晶太阳能电池片，分别选取整片组件样品a-1和半片组件样品b-1进行电池片遮挡实验，遮挡前组件样品根据现行IEC61215标准中初始稳定性测试要求进行>20kW·h/m2光照的初始稳定性处理，遮挡材料为非透光材料。根据不同二极管所保护的电池片数量及位置不同，电池片遮挡示意图如图2所示，整片电池组件和半片电池组件分别进行A、B、C三种情况遮挡，共计遮挡6次，将遮挡后的组件放置于Pasan太阳能模拟器进行功率测试，并对比整片组件和半片组件电参数变化情况。

实验三：为了验证半片组件不同遮挡面积时的组件电参数，将半片电池组件中一片电池片分别遮挡电池面积的50%、60%、70%、80%、90%，放置于Pasan太阳能模拟器，测试电参数差异。电池片不同面积遮挡图如图3所示。

结果与讨论

2.1电参数对比分析

实验样品的EL图如图4所示，所有组件样品外观完好，无电池片隐裂或电池缺陷。半片组件和整片组件电参数如表2所示。从表中可以看出，同效率电池制作的半片组件较常规整片组件功率提高9W，Imax和Isc分别增加1.16%和1.32%。分析其原因，影响太阳能电池组件功率重要的指标是封装损失，封装损失主要取决于封装材料的串联电阻损失和光学损失，焊带的串联电阻是造成功率损失的主要原因，而封装材料的反射、吸收以及彼此间光学匹配性能的改善使其能够起到功率增益的效果[2]。将标准规格电池片激光切割为尺寸相等的两个半片电池片，可将通过每根主栅的电流降低为原来的1/2，内部损耗降低为整片电池的1/4，同时半片组件层压后，片间距留白区域增多，实验中半片组件比整片组件片间空隙增加了9.5cm2，增加了光线对电池片的受光量，同时减少了光学损失。

2.2遮挡实验对比分析

按照实验内容1.2中实验方法，测试A、B、C三种遮挡条件下半片组件和整片组件功率情况，具体数据见表3。按照实验内容1.3的实验方法，测试半片组件在单片电池不同面积遮挡条件下的电参数性能，具体数据见表4。

从数据可以看出，由于半片组件的并串连结构特殊性，当同样遮挡一个二极管保护下的同样面积电池时，三种遮挡条件下，并串联结构的半片组件优于串联结构整片组件功率。同样当电池片的遮挡面积达到半片电池片的90%左右时，电压变为没有遮挡时的2/3左右，可以判断这个遮挡面积使一个并联回路旁路掉了。在现实电站中，组件多为竖向安装，当阵列前面有遮挡时，首先受阴影影响的就是最下排电池片，而整片串联结构在现实的阴影过程中很可能会遮挡下面一整排电池片，这一排电池片可能会使三个二极管启动，从而影响整块组件发电量，而半片组件的并串结构的设计，最下一排乃至四排电池片都是受控于一个二极管，所以发生同样情况的阴影只会影响组件的1/3功率，从而减少了阴影遮挡而导致的发电量的损失。

结论

本文分别从半片组件的功率损失和组件遮挡两方面进行研究，分析半片电池组件对组件功率的影响。通过对影响组件功率的光学损失和电学损失分析，得出半片电池组件是提高组件功率的重要途径。实验表明同效率的半片组件较整片组件功率提高9W以上。并且在同样的阴影遮挡下，半片组件特殊结构设计会减少组件在电站中的发电量损失，性能优于整片组件。

来源：新能源进展

文章作者：零点光伏