為熱帶地區量身打造,更防潮耐用的太陽能模塊

光伏發電離不開的便是日光,熱帶地區可以說是日照時間最長的地方,強烈的陽光、充足的日照,似乎這一切都是光伏的“天堂”,因此大家想當然地以為熱帶地區的太陽能發電效率會更高,然而事實卻恰恰相反:由於熱帶地區高溫、高溼,太陽能發電效率反而會降低。

為熱帶地區量身打造,更防潮耐用的太陽能模塊

從實際案例中,行業專家總結出一個數據:工作在20℃的多晶硅太陽能電池,其輸出功率要比工作在70℃的高約20%。相反的,如果某地區光資源條件一般,然而年平均氣溫較低,則電站整體的發電效率也會大大提升。

熱帶地區年平均氣溫一般在20℃以上,而光伏組件與許多其他電子設備一樣都怕熱,隨著溫度的升高,其光電轉換效率也在不斷下降(太陽能板是將光轉換成電,而不是將熱能轉換成電能),其功率溫度係數一般在-0.4%/℃左右。此時在非熱帶地區常見的2%、3%的溫度損失,在熱帶地區能夠直接翻倍,7%、8%是常事,超過10%也不無可能,這將最終的發電量造成很大影響。

相關研究發現,單體太陽能電池的開路電壓隨溫度的升高而降低,當電壓溫度係數為-0.33%/℃時,溫度每升高1℃,60片組件的單體太陽能電池開路電壓降低120~125mV,太陽能電池短路電流隨溫度的升高而升高。這裡還需考慮一個電池參數(即峰值功率),此參數隨溫度的升高而降低,當電池安裝環境溫度每升高1℃,太陽能電池的峰值功率損失率約為0.41%。


為熱帶地區量身打造,更防潮耐用的太陽能模塊

除了高溫,還有其他威脅太陽能板性能的因素,如天氣過於潮溼,溼氣造成粘膠附著力下降,電池與粘膠出現電極分層狀況,電子無法順利注入而產生暗點、連接器異常等問題。而除了炎熱高溼的天氣,溫差大也是太陽能板性能下降的主要原因,如某些地區烈日當空,白天太陽能板的溫度會攀升到 80℃,午夜時分又會降到 15℃。

為了充分利用熱帶地區優勢的光照資源,太陽能板如何更加防潮耐用將是一大挑戰。近日,加納誇梅•恩克魯瑪科技大學與英國提賽德大學的研究人員,為熱帶地區設計了一款更加防潮更加耐用的太陽能模塊。他們認為新型的背接觸(back contact,BC)電極可以解決這個挑戰,如選擇性雷射焊接的背接面背接觸(back junction back contact,BJBC)技術。

研究人員認為越薄、越小片的太陽能電池,也比較容易產生裂紋。據瞭解,在太陽能模塊製程中,會用鍍錫銅帶與銀匯流線將太陽能電池串接,組裝成太陽能模塊,而焊接的質量將影響硅晶太陽能模塊發電效率,且隨著硅晶圓厚度愈來愈薄,在串焊過程中愈容易斷裂。


為熱帶地區量身打造,更防潮耐用的太陽能模塊

在太陽能模塊製程中,首先會把太陽能電池焊上箔條導線,再用焊線將一片片電池串接排列成一組,最後再進入封裝程序。只是串焊過程中,焊線會從上表面的負極串接到下面的正極,這時焊線就會扭折,研究人員認為高熱會讓扭折應力加劇。

隨著技術的日新月異,新的技術可以解決愈熱退化問題嗎?研究人員指出,BJBC 的 PN 接面在電池背面,匯流線與細線呈交叉狀,而電池也因為電極與接面都在電池背面,面朝太陽的電池面呈純暗色,能減少正面匯流線與細線的遮光、提高轉換效率,也能透過改善製程來最佳化受光表面的鈍化效果。


為熱帶地區量身打造,更防潮耐用的太陽能模塊

由於減少了電池前表面的遮蔽、縮小了組件的非活躍區域,並在互聯時降低了串聯電阻,因此背接觸組件具有轉換率較高的優勢;從美學上來看,背接觸組件相較於標準的組件更為美觀;此外,組件製造過程也由於操作中所需處理的電池數量較少而較為緩和,背接觸技術被認為是將超薄太陽能電池引入組件生產的方法之一。


為熱帶地區量身打造,更防潮耐用的太陽能模塊

鐳射焊接是一種無接觸加工方式,對焊接零件沒有外力作用。鐳射能量高度集中,對金屬快速加熱後快速冷卻,對許多零件來說,熱影響可以忽略不計,可認為不產生熱變形或熱變形極小,能夠焊接高熔點、難熔、難焊的金屬,其在電子工業、國防工業、儀表工業、電池工業、醫療儀器及許多其他行業中得到了廣泛應用。

選擇性雷射焊接技術則是將匯流線均勻焊接在電池上,藉此提高穩定性,也能降低焊接接頭的機械損傷。區別於一般電池,BJBC 電池中的電流不會經過發射極,因此也不用在粗細線陰影與串聯電阻損耗之間抉擇。過去曾有研究測試發現,透過省略匯流線和縮短細線長度,可提高 BJBC 太陽能電池填充因子和短路電流密度,有助提升太陽能電池性能。


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