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最新的太阳能电池板和光伏电池技术

杰森Svarc

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在过去的两年中,新一代太阳能技术出现了某种程度的爆发,新一代太阳能电池板具有各种先进的PV电池设计和创新,有助于提高效率、减少退化和提高可靠性。虽然最近的一些进步,包括微母线和无间隙电池架构已被许多制造商采用,其他创新和组合是新的。在这篇文章中,我们解释了这些新的太阳能电池技术如何提高效率,提高整体性能和增加太阳能电池板的寿命。

最新太阳能光伏电池技术

大多数面板制造商提供一系列的型号,包括普通的入门级选项和更先进的高效品种,具有高密度电池、微型线母线和背面钝化等新技术。以下是目前使用的领先光伏电池技术:

  • HJT——异质结细胞

  • TOPCon-隧道氧化钝化触点

  • 无间隙的细胞,高密度细胞结构

  • PERC -钝化发射器后方电池

  • 多母线,多带和微细线母线

  • 分裂细胞,半切和1/3切细胞

  • 用木瓦盖细胞-多个重叠细胞

  • IBC -交叉指背接触细胞

这些创新以及更多详细解释如下提供各种效率改进,阴影公差和增加的可靠性,许多制造商提供长达25年产品保修,并提供25至30年的性能保证。然而,所有新的面板品种,它是值得做一些研究之前,你投资安装太阳能。在我们的质量太阳能电池板评论文章,我们解释了如何选择一个可靠的太阳能电池板,并进一步强调市场上最好的质量制造商。

最先进的太阳能电池板

以下是我们根据光伏电池技术、效率改进、性能和创新列出的目前最先进的10种太阳能电池板。对于最有效的太阳能电池板,请参阅我们的详细资料太阳能电池板效率评估

使 主要模型* 细胞类型 电池技术* 最大效率*
1 加拿大太阳能 CS6R-MS n型 颗切割HJT面交 22.5%
2 晶科能源 老虎NEO n型 颗切割TOPcon无间隙的 22.2%
3. 松下 EverVolt H n型 颗切割HJT面交 22.2%
4 未来的太阳 傅360斑马 n型 黑带大师IBC颗切割 21.3%
5 美籍西班牙人 安德洛墨达2.0 n型 颗切割IBC 22.1%
6 矩形 α纯 n型 颗切割HJT面交 21.9%
7 天合光能 顶点S + p型 黑带大师颗切割无间隙的 21.9%
8 Qcells QPeak两国 p型 黑带大师颗切割无间隙的 20.8%
9 Longi太阳能 Hi-MO 4米 p型 颗切割面交Ga-doped 20.8%
10 现代 HiES400UF p型 用木瓦盖Mono PERC 21.3%

*采用制造商目前提供的最先进的光伏电池的领先型号

HJT =异质结电池,MBB =多母线,无间隙=高密度电池,镓掺杂=镓掺杂硅

了解这两者的区别n型和p型太阳能电池


太阳能电池板效率

太阳能电池板的效率是一个重要的因素,它取决于光伏电池的类型和电池板的配置。近年来,由于制造商采用了最新的太阳能电池技术和创新,电池板的平均效率从15%提高到20%以上。有关用于提高效率的许多技术的更多细节,请参阅我们的详细综述最高效的太阳能电池板可用。

最高效的太阳能电池板

目前,世界上最高效的太阳能电池板是用太阳能板制造的IBCn型并实现单晶硅电池22%以上的效率水平。IBC n型电池的缺点是到目前为止制造成本是最高的,尽管较高的前期成本往往被提高的效率、在更高温度下的性能改善和最小的光诱导降解(LID)所抵消,这意味着在面板的寿命期内获得更高的能量。Sunpower和SPIC是使用n型IBC电池的两家领先制造商。然而,最新的面板来自矩形,松下和加拿大太阳能利用非常高效的n型异质结(HJT)电池,具有极低的功率温度系数,这意味着他们可以在某些条件下超过n型IBC电池。的完整列表最高效的太阳能电池板


高温性能

功率温度系数是电池温度升高时的功率损耗。所有太阳能电池和电池板的额定使用标准测试条件(STC -测量在25°C)并随着电池温度的升高而缓慢降低功率输出。一般电池温度为20-35℃°高于环境空气温度C,相当于功率输出减少8-14%。

功率温度系数比较—越低效率越高

  • 多晶细胞- 0.4 ~ 0.43% /°C

  • 单晶细胞- 0.35 ~ 0.40% /°C

  • 单晶IBC细胞- 0.29 ~ 0.31% /°C

  • 单晶HJT细胞- 0.25至0.27% /°C

太阳能阵列的热红外图像

太阳能阵列的热红外图像

单晶IBC细胞,其温度系数要低得多,为-0.30% /°C相比较标准的多晶和单晶细胞。然而,在高温下表现最好的细胞是异质结(HJT)细胞来自松下和REC,我们在本文的最后一节描述。


PERC -钝化细胞

在过去几年里全氯乙烯已成为许多制造商在单晶和多晶电池的首选技术。PERC代表'钝化发射极和后电池“这是一种更先进的细胞结构,在细胞背面使用额外的层来吸收更多的光子,从而增加总光子数。”量子效率”。一种常见的PERC技术是当地Al-BSF或本地铝背表面场(见下图)。然而,一些其他的变化已经发展,例如PERT(钝化发射极后部完全扩散)和PERL(钝化发射极和后部局部扩散)。

新南威尔士大学澳大利亚先进光伏中心主任,教授马丁·格林发明了PERC概念,现在被世界上大多数太阳能电池板制造商广泛使用。

PERC后方层和本地AI-BSF(铝背表面场)-图片来源隆吉太阳能

问细胞是第一家将PERC技术融入多晶电池的公司,但使用Q.antum来命名他们的PERC模块系列。晶科能源太阳能最近打破了太阳能效率记录其中24.79%来自单晶n型PERC细胞。单体PERC电池是目前最受欢迎和高效的电池类型,包括大多数制造商Winaico,天合光能问细胞LONGi太阳能、晶科太阳能,上升而且晶澳太阳能现在都使用PERC细胞架构。


多母线- MBB

穿过每个电池的银色金属手指将电流转移到母线上。最近,许多制造商已经从传统的带状母线转向多线母线或MBB。

母线是细细的电线或丝带,通过每个电池,在大多数太阳能电池板上是可见的。母线有两个主要功能,它们从电池表面的小金属手指收集电子,并将电池的前部与相邻电池的后部连接起来,在整个面板上形成一个电路。随着光伏电池效率的提高,它们产生了更多的电流,近年来,大多数制造商从4或5条标准带式母线转移到9条或更多的多母线(MBB)。一些更大尺寸的电池,如天合光能开发的210毫米电池,有12条母线RECαRange拥有令人印象深刻的16条微型母线。

多母线与标准带状母线的比较-图片来源天合光能(点击放大)

更多母线的另一个好处是,如果细胞微裂纹发生由于冲击,沉重的负荷或人走在面板,更多的母线有助于减少裂纹发展为热点的机会,因为它们为电流流动提供了可选择的路径。

LG是第一个在Neon 2系列面板上使用圆形微线母线的制造商。LG称这种技术为“大提琴”,代表着“电池连接、低损耗、低应力和增强光学吸收”。换句话说,大提琴多线技术降低了电阻,提高了效率。


用半分割单元分割模块

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在过去的几年里,大多数领先的制造商已经转向使用半切或半大小的细胞而不是传统的方形单元。方形的电池被激光切成两半,然后组装成两组(上、下)平行工作的电池。这种电池配置有多种好处,包括提高效率,因为通过母线的电阻损失更低,因为每组电池工作在相同的电压,但电流的一半。较低的电流也导致更低的电池工作温度帮助减少潜在的形成和严重的热点由于局部遮荫,污垢或细胞损伤。此外,由于每组电池是一半大小,母线距离减少了一半,这意味着可以使用更小的母线,从而减少母线遮阳损失和提高效率。

最近,天合光能(Trina Solar)等一些制造商已经开始生产超大的210平方毫米电池,这种电池可以被切割成三段,称为1/3切割电池。这些大尺寸单元用于生产高功率面板高达600W

韩华Q Cells Q. peak Duo G6面板采用半切割单声道PERC电池,6根圆形母线

韩华的Q Cells Q. peak Duo G6面板采用半切割的单声道PERC电池和6个圆形母线

改善阴影耐受性

分裂单元板的最大好处之一是当部分遮光时。如果面板的上或下部分是阴影部分,它不影响无阴影部分的性能。这是由于这两部分,或一组细胞,被平行连接,就像两个独立的小面板。在上或下部分部分遮光期间,电压保持和电流减少50%,从而在部分遮光时产生更好的系统性能。

半切割太阳能电池被用于分裂电池面板,以提高效率和改善在部分遮阳条件下的性能。


用木瓦盖细胞

SunPower P系列瓦板太阳能电池结构-形象信用SunPower

瓦片电池是一种新兴的技术,它使用重叠的薄电池条,可以在面板上水平或垂直组装。瓦板电池是通过激光切割一个正常的全尺寸电池到5或6条,并分层在瓦板配置使用背面连接粘合剂。每个电池条的轻微重叠隐藏了连接电池条的单个母线。这种独特的设计覆盖了更多的面板表面积,因为它不需要前面的母线连接,部分遮挡电池,从而提高了面板效率,就像下面解释的IBC电池。

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Seraphrim Eclipse使用水平瓦单元格格式。

Seraphrim Eclipse使用水平瓦单元格格式。

另一个好处是,长瓦细胞通常是平行连接的,这大大减少了遮阳的影响,每个长细胞有效地独立工作。此外,瓦状电池的制造成本相对较低,所以它们可以是一个非常具有成本效益的高性能选项,特别是如果部分阴影是一个问题。

六翼天使是第一批推出高性能瓦板电池模块的制造商之一吗Eclipse板的范围。的SunPower P系列是SunPower最具成本效益的面板,主要为大规模应用而设计。其他知名制造商生产瓦板太阳能电池板包括2022世界杯32强赛程表时间 英利太阳能而且ZNshine。


高密度细胞

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为了进一步提高面板效率,制造商们开始引入技术,消除电池之间的垂直间隙。去除电池之间的标准垂直2-3mm间隙,使得更多的面板总表面积能够吸收阳光,从而产生电能,从而提高了面板的总效率。这听起来可能是一个相对简单的修改,但小的间隙为母线提供了空间,以弯曲和互连细胞从一个细胞的正面到相邻细胞的背面。

减少电池间隙以增加电池密度-图片来源天合光能

减少电池间隙以增加电池密度-图片来源天合光能

有几种技术正在开发中,以尽量减少或消除电池间的间隙,最常见的是将间隙从大约2毫米减少到0.5毫米,因为母线互连仍需要一些空间。传统的带状母线需要在电池前后弯曲几毫米的空间。然而,过渡到使用更小的多母线已使差距大大减少。

提高效率,使用平铺彩带电池技术,消除电池间的差距-图像信用晶科

为实现这一目标晶科能源研发了该公司所说的“贴片带”或TR电池。平铺带技术通过略微重叠电池和使用压缩连接方法来消除电池间的间隙。平铺带状电池还大大减少了所需的焊料量,从而减少了所需的银量,使电池板既便宜又环保。


IBC电池技术

Sunpower“Maxeon”IBC电池的背面显示了精细的金属网格导体,提高效率,有助于加强电池和防止微裂纹。

IBC或交叉指背触点与传统电池不同的是,电池背面有5到6条可见的带状大母线,电池正面有多个手指。最常见的前面暴露母线设计的最明显的问题是,它们部分遮蔽了电池,反射了一些光光子,降低了效率。IBC细胞不会遭受这个问题,作为一个额外的好处看起来更“干净”,没有暴露的母线。

IBC硅电池不仅效率更高,而且比传统电池更强,因为后面的层加强了整个电池,并有助于防止最终导致失败的微裂纹。

太阳能公司在其专利的“Maxeon”电池设计上使用了优质的实心铜IBC后基层,以及一个高反射金属镜面一样的表面,以反射任何穿过电池的光线。下面所示的“Maxeon”IBC电池的背面是极其耐受应力和弯曲的,不像传统电池相比而言是相对脆弱的。


n型太阳能电池

虽然PERC和bifacial是谈论太阳能世界最有效和可靠的技术仍然是n型单晶的电池。贝尔实验室于1954年开发的第一种太阳能电池使用了n型掺杂硅晶片,但随着时间的推移,成本效益更高的p型硅成为了主导电池类型,2017年使用p型电池的全球市场份额超过80%。大批量、低成本是p型的主要驱动因素,预计随着制造成本的进一步降低和效率的提高,n型将更受欢迎。

TOPCon太阳能电池

TOPCon代表隧道氧化物钝化触点本质上是一种更先进的n型硅电池结构,有助于减少所谓的重组损失在电池中这反过来又增加了电池的效率。由于许多复杂的因素,有几个损失在一个太阳能电池造成电子泄漏并在不产生电流的情况下重新结合到硅中。超薄的TOPCon层有助于减少这种损失,以最小的成本增加生产过程。TOPCon概念最早是由德国太阳能研究机构提出的弗劳恩霍夫伊势但直到2019年,该技术才足够先进,得以大规模部署,目前包括天合光能、晶澳太阳能和龙吉太阳能在内的几家大型制造商正在使用该技术,使电池板效率超过22%。

Solar-PV-cell-construction-TOPCon.jpg

异质结- HJT细胞

HJT太阳能电池使用普通晶体硅的基础与额外的非晶硅超薄膜层在任何一边形成所谓的一个异质结.额外的非晶硅层减少了所谓的在N-P结的重组,本质上意味着它减少了损耗并提高了电池效率。

松下创造了高效的“HIT”系列面板,多年来是HJT电池技术的领导者。娱乐集团最近还发布了Alpha系列面板,使用半切割HJT电池结合16个微型母线(16BB),实现了令人惊叹的21.7%的面板效率。

松下HiT (HJT)电池建设-形象信用松下公司

独特的松下HIT面板可在日本和北美,不幸的是,他们没有在澳大利亚。考虑到澳大利亚的高平均温度,它们将是屋顶和大规模商业应用的一个很好的选择。

改善高温性能

新REC Alpha系列半切HJT细胞

新REC Alpha系列半切HJT细胞

HJT细胞最令人印象深刻的特点是低得令人难以置信温度系数这比常见的多晶硅和单晶硅晶体电池低40%左右。太阳能电池板的功率是在标准测试条件(STC)下额定的,在电池温度为25°C高于STC温度的每一度都会降低功率输出的一个小百分比功率温度系数。在普通单细胞和多细胞中,每个细胞的温度系数为0.38% ~ 0.42%°在非常炎热无风的日子里,加起来可使总产量减少20%。相比之下,HJT细胞只有非常低的0.26%/°C温度系数。

值得注意的是,面板和电池的温度也受到屋顶类型和颜色、倾斜角度和风速的影响,所以将面板平安装在屋顶上非常黑暗的屋顶与浅色屋顶相比,通常会降低面板性能。

图突出了异质结太阳能电池的高温性能和效率的提高。

图突出了异质结太阳能电池的高温性能和效率的提高。