CN108987494B - 用于减少柵线遮挡损失光伏玻璃的太阳电池栅线设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于减少柵线遮挡损失光伏玻璃的太阳电池栅线设计方法，属于太阳电池技术领域，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：确定细栅损失；具体为：以太阳电池栅线发热损失Pf、表面薄层电阻发热损失Pv、栅线遮挡损失Pu为衡量太阳电池细栅损失的主要因素；步骤二：确定主栅效率损失；步骤三：确定总栅线损失；步骤四、引入“减遮挡玻璃”后，对主栅的效率损失和太阳电池细栅效率损失进行修订。通过采用上述技术方案，本发明针对现有技术的缺陷，采用“减遮挡玻璃”的太阳电池栅线设计，引入了栅线遮挡因子，从而进一步优化栅线设计，优化太阳电池转换效率。

Description

用于减少柵线遮挡损失光伏玻璃的太阳电池栅线设计方法
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域，特别是涉及一种用于减少柵线遮挡损失光伏玻璃的太阳电池栅线设计方法。
背景技术
太阳能是一种取之不尽用之不竭的能源，采用太阳电池可以将太阳能转换为电能，这种发电方式清洁无污染，前景非常广阔。太阳电池一般采用硅作为主要原材料，利用硅半导体的光电效应特性，采用大面积硅二极管结构实现对阳光的有效接收，并使用表面栅线将光生电流导出到外电路，实现发电的功能。
在将硅太阳电池片加工为电池组件产品的过程中，采用层压的方式把光伏玻璃覆盖在硅太阳电池表面，达到保护的作用。光伏玻璃的制备方式一般为压延法。压延法制备光伏玻璃的流程是将玻璃液由池窖沿着流道流出，送入成对的用水冷却的中空压辊，经过辊压成为玻璃平板，再送入退火窑退火，最终得到成形的玻璃产品。
为降低太阳电池栅线损失，我们提出了“一种减少太阳电池栅线遮挡损失的光伏玻璃”(以下简称“减遮挡玻璃”)，这种玻璃是在压延法制备光伏玻璃的基础上，在玻璃表面制备“V”形条纹，使栅线正表面的入射光绕过栅线到达太阳电池表面，达到增强太阳电池效率的作用。
一般而言，栅线均在“栅线遮光率100％”(栅线完全遮光)的前提下进行设计，采用“减遮挡玻璃”，可以达到减少栅线遮挡的效果，因此现有栅线设计不适用采用“减遮挡玻璃”的太阳电池结构。本发明为该问题提出了解决方案。
发明内容
本发明的目的在于：提出一种用于减少柵线遮挡损失光伏玻璃的太阳电池栅线设计方法。该专利克服现有技术中栅线设计与“减遮挡玻璃”不匹配的问题，以增强太阳电池效率。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种用于减少柵线遮挡损失光伏玻璃的太阳电池栅线设计方法，包括以下步骤：
步骤一：确定细栅损失；具体为：以太阳电池栅线发热损失Pf、表面薄层电阻发热损失Pv、栅线遮挡损失Pu为衡量太阳电池细栅损失的主要因素；
太阳电池细栅效率损失为：
Figure BDA0001729956900000021
其中各部分的损失分别为：
Figure BDA0001729956900000022
Figure BDA0001729956900000023
Figure BDA0001729956900000024
其中，Jm为电池片工作点电流密度，单位是A/cm2，Vm为电池片工作点电压，Lf为栅线长度，H为栅线高度，Rmetal为栅线电阻率，Rsheet为电池片表面方阻，Wf为细栅宽度，Df为细栅间距，Pin为在AM1.5光照条件下的入射光功率；x为从栅线末端到研究微元之间的距离，研究微元从0积分到Lf，得到长度Lf.的栅线计算单元的损失功率。
步骤二：确定主栅效率损失；主栅条数为N，主栅的效率损失为：
Figure BDA0001729956900000025
其中，L为电池片长度，Wb为主栅宽度，ηi为参考太阳电池效率；
步骤三：确定总栅线损失；太阳电池的总栅线效率损失为：
ηloss＝ηfingerloss+ηbusbarloss
步骤四、引入“减遮挡玻璃”后，对主栅的效率损失和太阳电池细栅效率损失进行修订：
其中，
Figure BDA0001729956900000026
Figure BDA0001729956900000027
其中，定义线遮挡面积与太阳电池面积的比值为栅线遮挡率系数，即coff。
一种由上述方法所得到的玻璃。
本发明具有的优点和积极效果为：
本发明针对现有技术的缺陷，采用“减遮挡玻璃”的太阳电池栅线设计，引入了栅线遮挡因子，从而进一步优化栅线设计，优化太阳电池转换效率。
附图说明
图1是本发明的V槽光伏玻璃应用在太阳电池贴片后工作情况示意图；
图2是普通光伏玻璃下不同主栅条数下不同栅线间距的太阳电池总栅线损失对比图(栅线遮光系数coff＝1)
图3是“减遮挡玻璃”下不同主栅条数下不同栅线间距的太阳电池总栅线损失对比图(栅线遮光系数coff＝0.3)。
图中，1、主栅玻璃V槽，2、细栅玻璃V槽，3、从细栅V槽入射的太阳光线，4、从主栅V槽入射的太阳光线，5、从非刻槽玻璃表面入射的太阳光线，6、光伏玻璃基体，7、V槽正下方的太阳电池栅线，8、太阳电池基体。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，详细说明如下：
请参阅图1-3，一种用于减少柵线遮挡损失光伏玻璃的太阳电池栅线设计方法，采用“减遮挡玻璃”的太阳电池提供栅线设计方案，以克服现有技术中栅线设计与“减遮挡玻璃”不匹配的问题，以进一步增强太阳电池效率。
采用“减遮挡玻璃”的太阳电池的结构如图1所示：在光伏玻璃基体6上表面开设有彼此垂直的主栅玻璃V槽1和细栅玻璃V槽2；入射太阳光分为：从细栅V槽入射的太阳光线3、从主栅V槽入射的太阳光线4、从非刻槽玻璃表面入射的太阳光线5三部分；太阳电池基体8上表面设置有V槽正下方的太阳电池栅线7；上述V槽正下方的太阳电池栅线7和主栅玻璃V槽1和细栅玻璃V槽2的位置相对应，即V槽正下方的太阳电池栅线7位于主栅玻璃V槽1和细栅玻璃V槽2的正下方。
本发明采用栅线遮挡系数的方式定义太阳电池栅线遮挡损失，在此基础上优化太阳电池栅线设计。
普通光伏玻璃太阳电池栅线设计包括以下步骤：
步骤一：确定细栅损失。以太阳电池栅线发热损失(Pf)、表面薄层电阻发热损失(Pv)、栅线遮挡损失(Pu)为衡量太阳电池细栅损失的主要因素。
太阳电池细栅效率损失为：
Figure BDA0001729956900000031
其中各部分的损失分别为：
Figure BDA0001729956900000032
Figure BDA0001729956900000041
Figure BDA0001729956900000042
其中，Jm为电池片工作点电流密度，单位是A/cm2，Vm为电池片工作点电压，单位为V，Lf为栅线长度，单位为cm，H为栅线高度，单位为cm，Rmetal为栅线电阻率，单位为Ω·m，Rsheet为电池片表面方阻，单位是Ω，Wf为细栅宽度，单位是cm，Df为细栅间距，单位是cm，Pin为在AM1.5光照条件下的入射光功率；取为0.1W/cm2。
步骤二：确定主栅效率损失。假设主栅条数为N，则主栅的效率损失为：
Figure BDA0001729956900000043
其中，L(cm)为电池片长度，Wb(cm)为主栅宽度，ηi为参考太阳电池效率，硅太阳电池可以取0.18。
步骤三：确定总栅线损失。太阳电池的总栅线效率损失可以通过以下公式进行估算：
ηloss＝ηfingerloss+ηbusbarloss
采用“减遮挡玻璃”后，栅线遮挡效果被光伏玻璃削弱，因此栅线的效率损失应采用以下公式进行计算：
ηloss＝ηfingerloss+ηbusbarloss
其中，
Figure BDA0001729956900000044
Figure BDA0001729956900000045
其中，N为电池片主栅条数，L(cm)为电池片长度，Wb(cm)为主栅宽度，ηi为参考太阳电池效率,coff为栅线遮挡率系数，为栅线遮挡面积与太阳电池面积的比值。
在采用“减遮挡玻璃”的栅线设计中，可以通过增加太阳电池栅线遮挡面积，从而进一步降低太阳电池栅线发热损失和表面薄层电阻发热损失。因此本发明提出的针对“减遮挡玻璃”的栅线设计为针对主栅和细栅的密栅设计。
下面结合一个具体的案例进行详细阐述：
本实施例以一种15.6cm×15.6cm的硅太阳电池为例：
采用的“减遮挡玻璃”的应用场景如图1所示，采用“减遮挡玻璃”后，太阳电池栅线的遮挡可以被有效避免，因此在栅线设计过程中假设栅线遮挡率降低到30％，即假设coff＝0.3。
在发射区方阻60Ω/□、金属电阻率3μΩ·cm、细栅宽度100μm、细栅高度30μm的条件下，分别采用栅线遮挡系数为1和0.3，对太阳电池的效率损失进行衡量：
ηloss＝ηfingerloss+ηbusbarloss
其中，
其中，
Figure BDA0001729956900000051
Figure BDA0001729956900000052
其中各部分的损失分别为：
Figure BDA0001729956900000053
Figure BDA0001729956900000054
Figure BDA0001729956900000055
其中，其中，Jm为电池片工作点电流密度，单位是A/cm2，Vm为电池片工作点电压，单位为V，Lf为栅线长度，单位为cm，H为栅线高度，单位为cm，Rmetal为栅线电阻率，单位为Ω·m，Rsheet为电池片表面方阻，单位是Ω，Wf为细栅宽度，单位是cm，Df为细栅间距，单位是cm，Pin为在AM1.5光照条件下的入射光功率；取为0.1W/cm2。
在采用“减遮挡玻璃”的栅线、普通栅线两种设计方式中，分别取Coff为1和0.3。在不同主栅条数下，计算了总栅线效率损失，如图2、图3。
根据图2，在采用普通光伏玻璃的情况下，太阳电池采用2条主栅的设计，在细栅间距为2.1mm时，栅线总损失效率最小，约为2％。
根据图3，在采用“减遮挡玻璃”的情况下，太阳电池采用2条主栅或3条主栅的设计，均可以达到最小栅线总损失。此时太阳电池的细栅间距为1.4mm，栅线总损失效率最小值约为0.9％。
综上，在采用“减遮挡玻璃”的上述15.6cm×15.6cm的硅太阳电池设计中，由于主栅的条数为离散性，因此在主栅栅线设计中，可以维持与普通光伏玻璃一致的双主栅设计，也可以适当增加一条主栅；在采用“减遮挡玻璃”的硅太阳电池中，细栅栅线间距应适当缩减，以达到最大限度提升太阳电池转换效率的作用。在采用“减遮挡玻璃”的上述硅太阳电池中，相对于采用普通光伏玻璃的硅太阳电池，效率提升幅度达到1.1％。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (1)

1.一种用于减少柵线遮挡损失光伏玻璃的太阳电池栅线设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：确定细栅损失；具体为：以太阳电池栅线发热损失Pf、表面薄层电阻发热损失Pv、栅线遮挡损失Pu为衡量太阳电池细栅损失的主要因素；
太阳电池细栅效率损失为：
Figure FDA0002359592710000011
其中各部分的损失分别为：
Figure FDA0002359592710000012
Figure FDA0002359592710000013
Figure FDA0002359592710000014
其中，Jm为电池片工作点电流密度，单位是A/cm2，Vm为电池片工作点电压，Lf为栅线长度，H为栅线高度，Rmetal为栅线电阻率，Rsheet为电池片表面方阻，Wf为细栅宽度，Df为细栅间距，Pin为在AM1.5光照条件下的入射光功率；x为从栅线末端到研究微元之间的距离，研究微元从0积分到Lf，得到长度Lf.的栅线计算单元的损失功率；
步骤二：确定主栅效率损失；主栅条数为N，主栅的效率损失为：
Figure FDA0002359592710000015
其中，L为电池片长度，Wb为主栅宽度，ηi为参考太阳电池效率；
步骤三：确定总栅线损失；太阳电池的总栅线效率损失为：
ηloss＝ηfingerloss+ηbusbarloss
步骤四、引入“减遮挡玻璃”后，对主栅的效率损失和太阳电池细栅效率损失进行修订：
其中，
Figure FDA0002359592710000016
Figure FDA0002359592710000017
其中，定义线遮挡面积与太阳电池面积的比值为栅线遮挡率系数，即coff。
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