纪振双：叠瓦组件的潜在优势及技术成熟度到底如何？

　　叠瓦作为一种平台性的组件制造技术，批量应用后，一直受到专利方面的困扰，可靠性方面的质疑声音也较多。尽管如此，凭借其在组件效率提升方面的比较优势，近两年来，叠瓦仍呈现出较为强劲的增长势头。2018 年全球叠瓦组件出货量在 1GW 左右；2019 年前 10 个月，不完全统计，叠瓦组件出货量已超过 1.5GW。
　　为适应市场需要，自 2016 年开始，鉴衡认证中心推出了“领跑者”先进技术产品认证制度。有别于常规产品认证，该项制度将“技术成熟度”作为一项重要的评价指标。此前，对技术成熟度的评审，针对的是制造端，主要包括以下方面的评审：设计鉴定和定型的适度性、制造过程的工艺成熟度、目标效率命中率、不良品率及技术的隐性风险等。近期，针对高效组件应用过程出现的问题，以及国家认监委加强事中、事后监管的总体要求，鉴衡认证中心针对性地开展了认证产品应用效果的证后评价工作。
　　本文以叠瓦组件为例，事例性地说明认证产品证后评价的基本思路。
　　一、叠瓦组件的比较优势
　　根据生产厂家宣称的技术优势，归纳起来，叠瓦组件主要有以下特点：
　　l 更高效率；
　　l 与现有电池和组件生产线的兼容性较强；
　　l 根据需要，可更为灵活地调整组件的版式和大小；
　　l 有效降低遮挡和隐裂对组件的性能影响。
　　以下为根据鉴衡在产品认证及电站检测过程获取的数据和信息，针对企业宣称的优势，给出的评价结果。
　　1）组件效率
　　叠瓦组件的最大特点是将电池主栅置于电池的叠层之间，且电池间无横向间距，见图 1。此种设计可以增加组件的有效受光面积，进而降低电池和组件间的效率差，提升组件效率。
　　图 2 为根据鉴衡认证过程的检测结果，从 4 家企业各选取一款典型叠瓦组件，给出的电池和组件效率差及组件与电池总面积的增加率。

　　图 1. 叠瓦组件的典型结构

　　注：电池与组件效率差、组件面积增加率分别按以下公式计算：
　　电池与组件效率差 = 抽检批投用电池样件效率均值—抽检批样本组件效率均值；
　　组件面积增加率 =（组件面积—电池总面积）/组件面积。
　　从图 2 可以看出，与常规组件相比，叠瓦组件面积增加率降低 7.8% 左右，与理论计算值（假定主栅焊带宽度为 1mm,电池横向间距为 1.5mm）基本相当；效率差减少0.9%左右，即采用同样效率的电池，组件效率可以提升0.9%，以效率为19%的310W组件为例，与有些厂家宣称的功率增加15W基本一致。
　　2）产线兼容性
　　叠瓦组件用电池的生产与现有产线具有完全的兼容性。组件生产需要增加或调整某些工艺环节，见图 3。

　　图 3. 叠瓦组件典型工艺流程
　　图中红框内为新增或需要调整的工艺环节，其他为常规组件兼容性工艺环节。总体看，叠瓦组件大部分工艺环节与现有产线具有兼容性。需要提醒的是，红框内的工艺，不同组件生产企业装备和工艺控制水平不一样，并导致产品使用性能及可靠性水平差异较大。
　　3）组件版式和尺寸
　　目前，市面上常规组件有 2 种基本版型，60 型和 72 型。叠瓦组件已突破原有的版型设计，除 60 和 72 扩展型，又出现了准 78 型。表 1 为 3 个企业典型版型的示例。

　　从表中可以看出，由于电池尺寸变小，根据不同应用场景，可以更为灵活地调整单块组件的电池数量和组件尺寸。需要提醒的是：目前电池和组件的外形尺寸，包括电学参数，过于杂乱，亟待规范。
　　4）遮挡影响
　　图 4 为根据生产厂家宣称优势，给出的叠瓦与常规组件电路结构及遮挡影响示意图。

　　图 4. 电路结构与遮挡影响示意图
　　根据鉴衡的监测结果，实际应用中，不同遮挡条件下，叠瓦组件作用效果不尽相同。图 5 为两种典型的遮挡条件图示。在图中所示的两种遮挡条件下，与常规组件相比，A 条件下，叠瓦组件对降低遮挡影响的作用不明显；B 条件下，叠瓦组件在降低遮挡影响方面，作用明显。

　　图 5. 不同遮挡条件图示
　　以对组串级性能影响为评价单元，总体看，实际应用中，存在组件或组串级遮挡时，效果不明显；存在电池或电池串级遮挡时，叠瓦组件在降低遮挡影响方面，效果明显。对比叠瓦组件与常规组件的电路结构，理论上也能对上述现象做出解释。
　　5）隐裂影响
　　图 6 为常规组件，无明显缺陷与存在碎裂片组件电学参数的示例性对比；图 7 为叠瓦组件，无明显缺陷与存在碎裂片组件电学参数的示例性对比。图 6. 常规组件，正常及存在碎裂片组件电学参数对比。

　　图 6. 常规组件，正常及存在碎裂片组件电学参数对比

　　图 7. 叠瓦组件，正常及存在碎裂片组件电学参数对比
　　从图 6、图 7 中的两组数据对比看，对常规组件，存在较为严重的碎裂片时，Vmp、 Imp、Pmp 均显著降低；对叠瓦组件，存在较为严重的碎裂片时，Vmp、Imp、Pmp的降幅明显低于常规组件，说明叠瓦组件可以有效降低隐裂（碎裂）对性能的影响。对比叠瓦组件与常规组件的电路结构，理论上也能对上述现象做出解释。
　　二、叠瓦组件的技术成熟度
　　图 8 为产品生命周期法则图示。目前，已有多家组件企业量产叠瓦组件，全球出货量已接近组件总出货量的 2%。总体判断，叠瓦组件尚处于导入期到成长期的过渡阶段。此阶段需要进一步提高产品质量，特别是可靠性；适度降低与常规组件的价差，提高性价比；进一步理清产品市场定位。总体判断：上述问题解决得好，会走出图 8 中“A”走势；解决得不好，不排除“B”或“C”走势的可能。

　　图 8.产品生命周期图示
　　1）需要重视的应用质量问题
　　图 9 为在投运一段时间的电站中，抽检叠瓦组件中存在的典型 EL 缺陷图例。

　　图 9. 叠瓦组件典型 EL 缺陷
　　图中给出的 4 种缺陷形式，全部为叠瓦组件因电气连接方式的改变容易产生的缺陷。从对组件性能的影响程度看，A 类缺陷的影响较小；B 类缺陷有一定影响，会导致组件 Vmp 下降；C 类缺陷有较大影响，会导致组件 Isc 上升，Imp 下降；D类缺陷有严重影响。另外，某些缺陷，会导致严重的热斑，见图 10。

　　图 10. 内部质量导致的热斑图示
　　从应用情况看，不同厂家供应的叠瓦组件，出现的缺陷类型和程度有较大差异。有的厂家供应的组件，如隆基乐叶，抽检组件中并未发现对组件性能有较大影响的缺陷；有的厂家供应的组件，存在对组件性能有较大影响的缺陷，且缺陷比例在不可接受的水平。说明不同厂家叠瓦组件的技术成熟度存在较大差异，有的已基本具备大批量供货的条件；有的尚存在需要进一步解决的技术质量问题。
　　2）需要考虑的制程质量问题
　　叠瓦组件将电池间连接方式由焊带焊接改为导电胶连接。总体看，还有需要进一步研究和解决的问题，特别是导电胶粘结剂和导电粒子的选择及粘结工艺控制，包括返修工艺的选择。追溯某些使用过程中所发现缺陷的导致原因，可以归结为电池间连接技术不够成熟或制程质量控制不当等。
　　目前，可供选择的导电胶粘结剂主要有丙稀酸、有机硅、有机氟、环氧树脂等 4种，导电粒子有纯银和银包铜两种。不同类型的导电胶在工艺性能、粘结性能、高温和低温性能、固化速度、耐候性、可返修性等方面存在较大差异，有必要针对组件长期运行的需要，将可靠性放在首位，同时兼顾经济性来选择适宜的导电胶。另外，目前的粘结工艺有点胶和印刷两种方式，不同企业的自动化程不尽相同，也需要从质量和工艺控制一致性的角度，研究并解决工艺控制中存在的问题，包括提高设备的自动化程度。在返修方面，目前的返修工艺有两种，一种是局部更换问题点的电池，另一种是采用桥接的方式，需要强调的是，无论采用哪种工艺，均需保证返修组件的电学参数满足要求。
　　三、结语
　　叠瓦组件的性能优势比较明显，需要解决的问题同样突出。从投放时间和市场占比看，叠瓦组件尚处于起步阶段，各厂家需要抱着“呵护”的心态，重视并解决产品制造和使用中出现的问题，逐步打消业内的疑虑，谨防“一个老鼠坏一锅粥”情况的发生。