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叠瓦,叠焊,拼片,板块互联…“眼花缭乱”的高密度组件技术,如何选择?

2019-07-12

2019年光伏组件开启了4.0时代,半片MBB和高密度组件作为高效组件的两种技术路线,备受关注。其中,半片叠加MBB技术路线,已被多家一线厂商采用,今年将会有较大的产能扩充。


所谓高密度组件技术,即通过减小电池片之间的间距,在相同的组件面积下可以放置更多的电池片,从而提升组件功率和效率。此前大热的叠瓦组件技术即为高密度组件技术的一种,近期又涌现出一批新兴的高密度组件技术,如叠片焊接(叠焊)、无缝焊接、拼片、板块互联等技术,使得高密度组件技术呈现百花齐放的局面。


叠瓦技术


叠瓦,对传统组件技术而言,是一种革命性的高效组件封装技术。叠瓦组件利用切片技术将栅线重新设计的电池片切割成数片(通常1切5或1切6),将每小片叠加排布,用特殊的专用导电胶材料将其焊接成串,再经过串并联排版后层压成组件。在相同的面积下,叠瓦组件可以放置多于常规组件13%以上的电池片。同时采用无焊带设计,减少了组件的线损,降低了电池片互联电阻,大幅提高了组件的输出功率。2019年,隆基、东方环晟、通威、阿特斯、协鑫集成等具有较大的叠瓦产能布局,亚化咨询研究表明,2019年叠瓦组件产能有望达10GW。


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东方环晟叠瓦组件


叠瓦工艺实现的核心是叠瓦焊接成套设备,用于替换常规产线的串焊机,也是产线资本支出最大的部分。叠瓦焊接成套设备包括叠瓦焊接机、丝网印刷机和激光划片机。目前1GW的叠瓦组件生产线设备投资约在1.8-2亿元,叠瓦焊接成套设备投资约在8000-9000万元,占比约为40-50%。叠瓦设备仍需提升效率和稳定度,以助力叠瓦技术持续发展。


沃特维是国内最早推出叠瓦成套设备的制造商,2019年重点推出了最新高速点胶/印刷叠瓦焊接成套设备,单套产能已达100MW。截至目前,沃特维叠瓦成套设备出货突破3GW新高。无锡先导智能在2019SNEC上,推出量产超3000片/小时的丝印叠瓦焊接机,可兼容不同工艺,适应现有市场上含倒角/不倒角;五分片/六分片等全部版型,配备多道检测系统以保证电池片质量。


叠片焊接/无缝焊接技术


2019年6月,隆基宣布,一种可完全消除组件中电池片间距从而提升组件效率的“无缝焊接”技术已研发完毕,并计划于2019年下半年导入量产。 “无缝焊接”技术使用了焊带来实现电池片“叠瓦”式的互联,完全消除了通常2mm宽的电池片间距,提升效率的同时降低了组件的BOM成本。隆基表示,该技术与现有组件工艺与设备完美兼容,目前已具备非常高的量产成熟度与稳定性,产能升级上较为便利。


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隆基无缝焊接技术


设备制造商宁夏小牛自动化设备有限公司于2017年即推出了MBB半片叠片焊接技术,2018年就叠片焊接组件量产焊接设备关键技术获得相关发明专利。MBB半片叠片焊接技术保持原纯铜导线互联的串联焊接方式,切半电池片间采用负间距串焊,电池片间重叠0.5mm,使得相同面积的组件可多放入电池片从而提高组件效率。


叠片焊接工艺与常规串焊方式相同,该技术难点在于电池片之重叠区对圆形焊带的处理,防止碎片和不良。小牛自动化突破性的采用焊带在重叠区的整形处理及位姿保持技术,防止碎片和不良的发生。小牛表示,采用此技术的叠片组件的量产焊接设备,目前已高度成熟并具有很高稳定性。


在2019SNEC上,天合展出了采用了该技术的组件,如下图所示。该组件采用横版设计,在半片9BB组件的基础上,利用叠片焊接工艺,消灭电池片间距,组件最高功率达440W,最高效率达20.7%。


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天合半片MBB叠焊组件


晶科在SNEC上也展出了类似组件。该组件采用竖版设计,在N型半片9BB组件的基础上,采用无机铜带连接,有效减小焊带遮挡,组件最高输出功率达460W。


可见,不论是叠片焊接还是无缝焊接技术,均使用了焊带来实现电池片“叠瓦”式的互联,进行负间距串焊,从而消除了电池片间距,使得相同面积的组件可多放入电池片从而提高组件效率。该技术与现有组件工艺与设备兼容,可在现有产能上升级,已具备较高的量产成熟度与稳定性,设备资本支出较小。


拼片技术


拼片组件技术的概念是由杭州瞩日能源科技有限公司提出。该技术在电池片的正面采用三角焊带,背面采用超柔扁焊带,实现双焊带超柔无缝互联。使用该技术的电池片并未重叠,电池片间距最小可达0.4mm。拼片组件技术特点如下:


  • 双焊带片上互联

  • 高入射光利用率(三角焊带)

  • 适用于薄片化(特殊的焊接工作台和超柔扁焊带)

  • 高组件CTM(可达100.5%)

  • 高组件效率(片间距最小可达0.4mm)


在设备方面,拼片组件技术需要更换串焊机,一般结合7BB半片技术使用。据悉,1GW常规组件产线技改为拼片产线的费用介于4500-5000万元之间。目前,杭州瞩日已完成设备开发,并实现批量生产供应。


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中来股份拼片组件


2019年6月,杭州瞩日与中南光电签订5GW战略合作协议。在2019SNEC展会上,中来、黄河水电、英利、横店东磁等展出了拼片组件。


板块互联技术


板块互联组件技术由苏州携创新能源科技有限公司研发原创,核心专利和唐山海泰新能共同持有,由海泰新能重点推动新技术产品的产业化和规模化。在2019SNEC展会上,海泰新能主推的泰山系列组件即为板块互联高效组件产品。


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海泰新能板块互联组件


板块互联组件,是指组件的单元由串升级为板块。该技术通过创新的设计思路,在常规工艺的基础上,将组件电池的间隙压缩到极致,实现组件的空间高效利用,同时通过对电池的使用方式改进,更优化了组件工作温度,提升了抗热斑能力,使组件具有高转换效率,高可靠性等优越特性。板块互联组件特征如下: 


  • 采用焊带尺寸宽度比常规更窄; 

  • 电池片图形定制1/3设计; 

  • 组件由两个板块串联形成电路(立式); 

  • 采用超柔软焊带设计,组件的纵向片之间无间隙,零间距。 

  • 板块内间隙可以看到互联条材料; 

  • 组件内间隙小,尺寸紧凑; 

  • 组件的宽度比常规组件更窄 。


在设备方面,由于板块互联组件取消了常规“串”单元的设计,升级由“板块”单元替代,在设备上需要采用板块互联焊接系统成套设备。利用该成套设备替换常规产线的串焊机和汇流条焊接机等,升级并简化了制造工艺和流程,设备的投资成本相对不高。


2019SNEC高密度组件


2019SNEC推出的部分高密度组件如下表所示。可见,各类高密度技术组件均有展出。除了叠瓦组件已经进行大规模量产外,其他高密度组件技术还未真正实现规模化量产。目前,各类技术大都在评估阶段,何种技术将胜出尚不可知,但可以确定,高密度组件封装技术是未来组件技术的发展方向。


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