为热带地区量身打造,更防潮耐用的太阳能模块
光伏发电离不开的便是日光,热带地区可以说是日照时间最长的地方,强烈的阳光、充足的日照,似乎这一切都是光伏的“天堂”,因此大家想当然地以为热带地区的太阳能发电效率会更高,然而事实却恰恰相反:由于热带地区高温、高湿,太阳能发电效率反而会降低。
从实际案例中,行业专家总结出一个数据:工作在20℃的多晶硅太阳能电池,其输出功率要比工作在70℃的高约20%。相反的,如果某地区光资源条件一般,然而年平均气温较低,则电站整体的发电效率也会大大提升。
热带地区年平均气温一般在20℃以上,而光伏组件与许多其他电子设备一样都怕热,随着温度的升高,其光电转换效率也在不断下降(太阳能板是将光转换成电,而不是将热能转换成电能),其功率温度系数一般在-0.4%/℃左右。此时在非热带地区常见的2%、3%的温度损失,在热带地区能够直接翻倍,7%、8%是常事,超过10%也不无可能,这将最终的发电量造成很大影响。
相关研究发现,单体太阳能电池的开路电压随温度的升高而降低,当电压温度系数为-0.33%/℃时,温度每升高1℃,60片组件的单体太阳能电池开路电压降低120~125mV,太阳能电池短路电流随温度的升高而升高。这里还需考虑一个电池参数(即峰值功率),此参数随温度的升高而降低,当电池安装环境温度每升高1℃,太阳能电池的峰值功率损失率约为0.41%。
除了高温,还有其他威胁太阳能板性能的因素,如天气过于潮湿,湿气造成粘胶附着力下降,电池与粘胶出现电极分层状况,电子无法顺利注入而产生暗点、连接器异常等问题。而除了炎热高湿的天气,温差大也是太阳能板性能下降的主要原因,如某些地区烈日当空,白天太阳能板的温度会攀升到 80℃,午夜时分又会降到 15℃。
为了充分利用热带地区优势的光照资源,太阳能板如何更加防潮耐用将是一大挑战。近日,加纳夸梅·恩克鲁玛科技大学与英国提赛德大学的研究人员,为热带地区设计了一款更加防潮更加耐用的太阳能模块。他们认为新型的背接触(back contact,BC)电极可以解决这个挑战,如选择性雷射焊接的背接面背接触(back junction back contact,BJBC)技术。
研究人员认为越薄、越小片的太阳能电池,也比较容易产生裂纹。据了解,在太阳能模块制程中,会用镀锡铜带与银汇流线将太阳能电池串接,组装成太阳能模块,而焊接的质量将影响硅晶太阳能模块发电效率,且随着硅晶圆厚度愈来愈薄,在串焊过程中愈容易断裂。
在太阳能模块制程中,首先会把太阳能电池焊上箔条导线,再用焊线将一片片电池串接排列成一组,最后再进入封装程序。只是串焊过程中,焊线会从上表面的负极串接到下面的正极,这时焊线就会扭折,研究人员认为高热会让扭折应力加剧。
随着技术的日新月异,新的技术可以解决愈热退化问题吗?研究人员指出,BJBC 的 PN 接面在电池背面,汇流线与细线呈交叉状,而电池也因为电极与接面都在电池背面,面朝太阳的电池面呈纯暗色,能减少正面汇流线与细线的遮光、提高转换效率,也能透过改善制程来最佳化受光表面的钝化效果。
由于减少了电池前表面的遮蔽、缩小了组件的非活跃区域,并在互联时降低了串联电阻,因此背接触组件具有转换率较高的优势;从美学上来看,背接触组件相较于标准的组件更为美观;此外,组件制造过程也由于操作中所需处理的电池数量较少而较为缓和,背接触技术被认为是将超薄太阳能电池引入组件生产的方法之一。
镭射焊接是一种无接触加工方式,对焊接零件没有外力作用。镭射能量高度集中,对金属快速加热后快速冷却,对许多零件来说,热影响可以忽略不计,可认为不产生热变形或热变形极小,能够焊接高熔点、难熔、难焊的金属,其在电子工业、国防工业、仪表工业、电池工业、医疗仪器及许多其他行业中得到了广泛应用。
选择性雷射焊接技术则是将汇流线均匀焊接在电池上,藉此提高稳定性,也能降低焊接接头的机械损伤。区别于一般电池,BJBC 电池中的电流不会经过发射极,因此也不用在粗细线阴影与串联电阻损耗之间抉择。过去曾有研究测试发现,透过省略汇流线和缩短细线长度,可提高 BJBC 太阳能电池填充因子和短路电流密度,有助提升太阳能电池性能。