毫厘之間鑄新產(chǎn)品“新價值”爭分奪秒助碳中和“加速度”
——訪天合光能產(chǎn)品戰(zhàn)略及市場負責(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、漁光互補及大型地面電站等多種場景。而600瓦+是為地面電站打造的超高功率產(chǎn)品，將進一步降低系統(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，將尺寸進行了統(tǒng)一，為設(shè)計院開展工作以及電站后期運行維護做好了鋪墊。

近日，針對行業(yè)關(guān)注的210組件熱點問題，天合光能產(chǎn)品戰(zhàn)略及市場負責(zé)人張映斌博士進行了詳細解答。

《中國電業(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、載荷性能等熱點問題，您是否可以做個詳細解答？

張映斌：這些熱點問題主要來源于210組件的低電壓大電流設(shè)計理念。先談下工作溫度的話題。從電池、組件、組串、方陣，再到整個光伏電站，這個過程其實就是電流匯聚和電壓累積的過程。打個比較形象的比方：太陽能電池發(fā)的電猶如無數(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)達到一定的系統(tǒng)電壓形成組串，就像小溪匯成江河；接下來組串并聯(lián)累計功率形成方陣，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的時候，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，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。但是我們需要進到組件看下細節(jié)。其實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，簡單計算可以得到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的熱量差異基本也在同一水平。簡單來說，在組件的發(fā)電區(qū)域，無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，工作溫度不會更高。

在中間匯流條的位置工作電流可達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)熱量與截面積和長度相關(guān)。210 組件的匯流條的截面積，我們增加了80%以上，完全覆蓋了電流的增加幅度，因此匯流條位置發(fā)熱不會更多，溫度也不會更高。

不僅如此，天合光能同鑒衡通過深度研討一致認為，無論從理論上還是實證數(shù)據(jù)表明電流增大會導(dǎo)致組件工作溫度升高是完全錯誤的說法。

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)、熱對流、熱輻射等方式與外界環(huán)境進行熱交換最終達到平衡?；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)域的細節(jié)，這樣會更客觀也更科學(xué)。

《中國電業(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，接線盒中的二極管處于反向截止狀態(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，旁路二極管導(dǎo)通對整個光伏組件起到保護作用。

那么，當(dāng)發(fā)生遮擋的時候，旁路二極管最大電流是多少？無論是理論分析還是實測數(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、正面及背面都同時被遮擋，旁路二極管的電流才會達到，這樣的概率非常低）。再考慮1.25倍的安全系數(shù)，對應(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的認證，產(chǎn)能合計已經(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。

《中國電業(yè)》：大組件一定會產(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)電池數(shù)量和被遮擋電池的漏電流水平。根據(jù)IEC61215 10.9.2標準，當(dāng)光伏組件某單個電池或電池組被遮擋，此時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 型組件來看，每個旁路二極管并聯(lián)的電池片數(shù)量為24。當(dāng)某個電池被遮擋的時候，這個被遮擋電池片變成了一個電阻。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。那么此時通過這個被遮擋電池的電流是多少呢？由于這個電池完全被遮擋，沒有光生電流。但是此時由于這個被遮擋電池被其他未遮擋電池的電壓之和(15.64伏)反偏，會有反向漏電流通過。

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)電池數(shù)量為20～22，小于主流72 版型的24。不僅如此，針對210 組件用的電池，我們將漏電流的控制標準進行了加嚴。室內(nèi)及戶外的實證數(shù)據(jù)顯示：無論是室內(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。

《中國電業(yè)》：系統(tǒng)側(cè)為什么會有直流線損？

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，線纜總長也同時縮短了39%；通過嚴格的對比測算表明，采用4平方毫米線纜，210 組件由于直流線損帶來的系統(tǒng)效率比友商組件低0.06%～0.08%，并沒有他們說的那么大，可能是因為他們計算時只是考慮電流變大，沒有考慮線纜變短，因為他們不了解低電壓的210 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，這就是一個算賬和選擇的問題。根據(jù)我們的測算，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)于對比組件；在項目設(shè)計中，根據(jù)接線距離遠近，我們建議可兼并采用4平方毫米或6平方毫米電纜，以實現(xiàn)最大發(fā)電效率并實現(xiàn)初始投資成本最優(yōu)。

《中國電業(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。根據(jù)第三方機構(gòu)無錫質(zhì)檢所在銀川實證基地的數(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。

我們一方面通過無損切割的方式，確保每個電池片的切割面都是光滑無裂紋的，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，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試，并取得相關(guān)的認證證書。同時也完成了動態(tài)載荷4000 次@±1000Pa（相當(dāng)于12 級風(fēng)力）的測試，連接件疲勞程度趨勢和行業(yè)主流組件在同一水平。目前還在進一步實驗，我們的目標是通過更多次數(shù)更大壓力的加嚴測試，確保在極端氣候條件下210 組件正常工作。不僅如此，我們同時也提供了大墊圈、大壓塊、大螺栓等連接件，以及檁條設(shè)計優(yōu)化及安裝加固解決方案給客戶作為參考。

中國電業(yè)：非常感謝您細致、專業(yè)的講解。直面這樣一個變道超車的窗口期，您本人對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)品價值。通過600瓦+的全面推廣應(yīng)用，進一步降低度電成本，不僅可以惠及整個行業(yè)，還能夠助力我國及全球碳中和的進程加速。■