毫厘之間鑄新產品“新價值”爭分奪秒助碳中和“加速度”
——訪天合光能產品戰略及市場負責人張映斌

楊娜

據我們所知，210 系列光伏產品中有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品，將進一步降低系統成本及度電成本。不僅如此，600 瓦+完全站在系統應用角度思考，將尺寸進行了統一，為設計院開展工作以及電站后期運行維護做好了鋪墊。

近日，針對行業關注的210組件熱點問題，天合光能產品戰略及市場負責人張映斌博士進行了詳細解答。

《中國電業》：行業關注的210組件工作溫度、熱斑溫度、接線盒電流、直流線損、發電量、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：太陽能電池發的電猶如無數的水滴，經過匯流條的串并聯匯成小溪，就是組件；組件經過串聯達到一定的系統電壓形成組串，就像小溪匯成江河；接下來組串并聯累計功率形成方陣，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生具體在哪里？的確相對行業其他產品，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，直流電流已經到了上千安培水平，猶如大海中的水，已經不是問題。

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產品，包括固德威，科華，錦浪等。因此大電流逆變器的瓶頸已經消除。

再看組件側。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。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 電池結構，轉換效率接近，在兩根細柵線之間的區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構都做了優化，提升電流傳導水平，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，在組件的發電區域，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，根據焦耳定律，由于導線中的電阻存在，電流經過導體時做功，電能一部分轉化成熱能，而這部分熱能在相同材質條件下發熱量與截面積和長度相關。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據表明電流增大會導致組件工作溫度升高是完全錯誤的說法。

根據能量守恒原理，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，一年多的實際數據表明，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，如果轉換效率23%（電功率輸出），還有77%的將轉換成熱量(組件獲取的熱量)。如果轉換效率是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、熱對流、熱輻射等方式與外界環境進行熱交換最終達到平衡。基于相同組件封裝體系（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象，我們需要深入看下發電區域的細節，這樣會更客觀也更科學。

《中國電業》：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。當組件正常工作時，接線盒中的二極管處于反向截止狀態，沒有電流通過；當組件電池片發生遮擋、損壞等熱斑效應時，旁路二極管導通對整個光伏組件起到保護作用。

那么，當發生遮擋的時候，旁路二極管最大電流是多少？無論是理論分析還是實測數據都表明，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，對應電流為21.6安及26 安。分別采用25 安及30 安的接線盒已經綽綽有余。最新統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，都已經取得TUV 及UL的認證，產能合計已經超過100 吉瓦，供給能力根本不是問題，可以根據不同的需求選取。

《中國電業》：大組件一定會產生熱斑嗎？

張映斌：我們的結論是，任何組件都有可能產生熱斑，但是組件的熱斑與電池尺寸大小沒有關系，主要取決于旁路二極管并聯電池數量和被遮擋電池的漏電流水平。根據IEC61215 10.9.2標準，當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，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的電池片數量為24。當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。

旁路二極管并聯電池片數越多，反偏漏電流越大，被遮擋電池消耗的功率越多，相應溫度越高，發生熱斑風險越大，而和硅片尺寸大小沒有關系。210 組件的二極管并聯電池數量為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。室內及戶外的實證數據顯示：無論是室內還是戶外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》：系統側為什么會有直流線損？

張映斌：由于導線中的電阻存在，根據焦耳定律，電流經過導體時做功，電能一部分轉化成熱能，而這部分熱能，就是線損。相同材質、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。在系統側，直流線損發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省直流線纜的本質。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，系統成本更低，但是系統效率損失0.06%～0.08%；如果采用6平方毫米，系統效率提升約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 都優于對比組件；在項目設計中，根據接線距離遠近，我們建議可兼并采用4平方毫米或6平方毫米電纜，以實現最大發電效率并實現初始投資成本最優。

《中國電業》：用戶最關切的還是210組件的發電性能，可否用數據說明？

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勢。根據第三方機構無錫質檢所在銀川實證基地的數據，210 組件單面的發電量高于182-72 單面1.26%，高于166-72 單面約0.89%。

《中國電業》：大家比較關注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，材料優選等。

210系列組件已經全部通過了第三方測試，并取得相關的認證證書。同時也完成了動態載荷4000 次@±1000Pa（相當于12 級風力）的測試，連接件疲勞程度趨勢和行業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，以及檁條設計優化及安裝加固解決方案給客戶作為參考。

中國電業：非常感謝您細致、專業的講解。直面這樣一個變道超車的窗口期，您本人對600 瓦+聯盟有怎樣的期盼？

張映斌：希望通過600 瓦+聯盟伙伴企業攜手、深度協同、縮短學習曲線，盡快釋放產品價值。通過600瓦+的全面推廣應用，進一步降低度電成本，不僅可以惠及整個行業，還能夠助力我國及全球碳中和的進程加速。■