Невеликі за розміром, з високим рівнем потужності

• Малий форм-фактор. Генерується величезна кількість енергії навіть в обмеженому
просторі. 395 Вт, ефективність модуля до 20.5% з технологією з’єднання високої
щільності
• Технологія «багатошинних панелей» для кращого ефекту захоплення світла,
зниженого опору серії та покращеного струмознімання*

• Зменшена вартість монтажу з підвищенням потужності блоку живлення і ефективності
• Покращення експлуатаційних характеристик при теплій погоді з нижчими температурним
коефіцієнтом (-0,34%) і робочою температурою

Універсальне рішення для житлових, комерційних і промислових (C&I) дахів

• Спроектовано для сумісності з існуючими загальноприйнятними оптимізаторами,
інверторами і монтажними системами
• Ідеальний розмір і мала вага. Легкість переміщення. Економія в транспортуванні
• Різноманітні монтажні рішення. Гнучкість для системного розгортання

Висока надійність

• 15 років гарантії на продукт
• 25-річна гарантія експлуатації з найнижчим рівнем деградації;
• Забезпечується стійкість проти PID (зниження потужності через вплив негативної
напруги) за допомогою контролю процесу фотоелементів та матеріалу модулів
• Механічні експлуатаційні характеристики до 6000 Па позитивного навантаження і
4000 Па негативного навантаження

Для борьбы с изменением климата правительства многих стран установили цели по нейтрализации углерода. По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), на возобновляемые источники энергии будет приходиться 86% глобального производства электроэнергии к 2050 году. Объем производства фотоэлектрической энергии увеличится в 10 раз по сравнению с 2016 годом и составит 25% от общего объема мирового производства электроэнергии и ожидается, что общая совокупная мощность фотоэлектрических установок в мире достигнет 8 519 ГВт в 2050 году. Переход на высокий процент возобновляемых источников энергии станет направлением перехода в энергетической структуры мира, и фотоэлектрическая генерация станет одним из наиболее доминирующих источников электроэнергии в будущем, как показано на рисунке 1

Будущее фотоэлектрической (ФЭ) энергетики многообещающе благодаря снижению стоимости производства электроэнергии. По данным Bloomberg New Energy Finance Limited (BNEF), средняя выровненная стоимость энергии (LCOE) крупных наземных фотоэлектрических установок по всему миру снизилась примерно на 87% с 2009 по 2020 года, как показано на рисунке 2.

По сравнению с традиционной генерацией электроэнергии на ископаемом топливе, стоимость фотоэлектрической генерации в настоящее время является вполне конкурентоспособной и будет продолжать снижаться в ближайшие годы, что приведет к наступлению эры полностью доступной энергии.

Поэтому разработка модуля с высокой мощностью, эффективностью и надежностью является ключом к ценовому паритету.

Рождение 210 Vertex модулей

Являясь вершиной эры высоких мощностей Trina Solar, модуль серии Vertex имеет максимальную мощность 670 Вт, при этом средняя эффективность модуля составляет не менее 21,5%. Более того, он обладает высокой надежностью
например, 30-летняя гарантия линейной мощности и более низкое первое и годовое затухание, так и высокая мощность генерируемой мощности с превосходными характеристиками при низкой освещенности и откликом при слабом освещении. Он установил эталон производительности модуля в эпоху производства фотоэлектрической энергии.

Модули Vertex выпускаются двух типов: монофациальный модуль и бифациальный модуль. С диапазоном мощностей от 410 до 670 Вт+, они могут широко использоваться в жилых, коммерческих и промышленных зданиях, а также в наземных электростанциях, на крышах домов и крупных наземных электростанциях, как показано на рисунке 4. В различных сценариях применения мощность модулей Vertex на 40-90 Вт выше средней по отрасли, что создает большую ценность для потребителей. для клиентов.

Trina Solar рассмотрела влияние параметров электрических характеристик на следующие разделы: влияние большего размера модуля на установку и обработку, а также транспортную логистику.

Компания первой предложила диверсифицированный дизайн компоновки, основанный на больших 210-миллиметровых пластинах и идеальном сочетании передовых технологий, таких как многошинная сборка (MBB), неразрушающая резка (NDC) и высокоплотная инкапсуляция. Данное конструктивное решение совместимо со всеми типами систем последующей реализации, что открывает путь для высокомощных модулей в приложениях системной интеграции и будет наиболее предпочтительным решением для фотоэлектрических модулей в ближайшие три-пять лет.

3. Технические инновации 210 Vertex

3.1 Большие кремниевые пластины

Размер пластин в фотоэлектрической промышленности изменился вслед за развитием полупроводниковой промышленности. Наряду с развитием, обусловленным законом Мура, размер пластин в полупроводниковой промышленности продолжает расти, что приводит к аналогичной тенденции в размере пластин в фотоэлектрической промышленности.

Как показано на рисунке 5, 5-, 6- и 8-дюймовые пластины соответствуют длине края пластины 100 мм, 125 мм и 156 мм соответственно. С 2015 года, в связи с необходимостью повышения эффективности и снижения затрат, производители фотоэлектрических пластин несколько раз уточняли размер пластин на основе технологии 8-дюймовых пластин. В результате на рынке появились кремниевые пластины различных размеров, такие как M2 (156,75 мм), M4 (161,75 мм), G1 (158,75 мм) и M6 (166 мм).

Развитие размеров кремниевых пластин в полупроводниковой и фотоэлектрической промышленности.

Разнообразие размеров пластин приводит к широкому диапазону мощностей и размеров модулей, что создает множество проблем для проектирования и применения фотоэлектрических систем. Например, из-за различий в мощности, размерах и монтажных отверстиях модулей, конструкция фотоэлектрических систем должна быть соответствующим образом скорректирована.

16 августа 2019 года компания Tianjin Zhonghuan Semiconductor Co. Ltd объявила, что 12-дюймовая технология Cz-Si будет применяться в солнечной промышленности и выпустила 210-миллиметровую монокристаллическую кремниевую пластину PV, которая полностью доминировала в полупроводниковой промышленности с 2005 года. Однако 18-дюймовые пластины нового поколения не смогли заменить 12-дюймовые пластины по основным размерам из-за таких факторов, как размер горячего поля, процесс вытягивания кристаллов, частота поломок и высокая стоимость.

Таким образом, 210 мм - это практически верхний предел кремниевых пластин в фотоэлектрической промышленности, и ожидается. что эта дорожная карта сохранится как минимум на 5-10 лет. Это поможет стандартизировать не только размеры фотоэлектрических модулей, но и дизайн последующих фотоэлектрических систем. Например, компания Trina Solar выбрала 210 мм в качестве размера пластины для следующего поколения фотоэлектрических модулей.

3.2 МНОГОШИННАЯ технология (MBB)

Технология MBB - это техническое решение для достижения оптимального баланса между снижением электрических потерь и улучшением оптического использования. В настоящее время MBB стала основной технологией в промышленности.

Что касается электрических аспектов, то при использовании конструкции с пятью шинами (5BB) в 210-миллиметровых ячейках, ток боковой путь сбора увеличится более чем на 30% по сравнению с ячейками 158 мм. Применение технологии MBB позволяет значительно сократить путь тока, проходящего через контакт к шине, более чем на 50%, эффективно снижая потери мощности и улучшая способность сбора тока. Более того, чувствительность мощности модуля к микротрещинам значительно снижается, а улучшение комплексных электрических характеристик увеличивает мощность модуля на 1-1,5% по сравнению с конструкцией 5BB, как показано на рисунке 6a и 6c.

3.3 Универсальная конструкция раскладки
Традиционные фотоэлектрические модули обычно используют компоновку 6 × 10 или 6 × 12, где 6 представляет собой столбцы ячеек фотоэлектрического модуля, а 10/12 - полное количество ячеек в каждом столбце. Однако модули Vertex, основываясь на характеристиках 210-миллиметровых пластин, используют различные варианты компоновки, например, 5 × 8, 5 × 10, 5 × 11, 6 × 10 и 6 × 11, чтобы предоставить клиентам больше возможностей для различных применений. Эти компоновки разработаны для баланса электрических характеристик модулей, оптимизации площади, веса и других свойств, а также для улучшения совместимости при установке и избежания дополнительных расходов. Полный список доступных в настоящее время компоновок модулей Vertex приведен в таблице 1, которые подходят для различных применения.

По сравнению с традиционными 158-мм ячейками, площадь 210-мм ячейки увеличена примерно на 75%, а выходной ток в основном определяется минимальной площадью ячейки и схемой модуля. Vertex серии DE19/20/21 повторяют дизайн традиционных модулей с половинным разрезом, а ток короткого замыкания при STC увеличен примерно до 18 А. Кроме того, напряжение разомкнутой цепи модулей определяется количеством ячеек и компоновкой, и напряжение разомкнутой цепи модулей серии Vertex DE19/20/21 составляет 37В - 46В, что ниже, чем у традиционных модулей 158, 166 и 182. Баланс системы (BOS) может быть еще больше снижен за счет увеличения длины стринга в системе.

Поскольку ток может сильно зависеть от инвертора, для балансировки значений тока и напряжения модулей компания Trina Solar применила инновационную конструкцию 1/3 среза для модулей серии DE09/18. 

В конструкции с разрезом 1/3, как следует из названия, целая ячейка разрезается на три части, которые располагаются в виде массивов. Ток короткого замыкания модуля составляет около 12 А, а напряжение разомкнутой цепи составляет около 41В / 51В, оба показателя находятся в пределах допустимого диапазона.

Схема и распределение диодов показаны на рисунке 7. Кроме того, технология неразрушающей резки снижает потенциальный риск возникновения микротрещин, вызванных большими размерами пластин.

Рисунок 7. Схема  внутреннего распределения  диодов модулей серии Vertex

3.4 Технология неразрушающей резки (NDC)

Традиционная резка клеток состоит из двух этапов. Сначала поверхность клетки расплавляется лазером при высокой температуре более 1500°C, а затем, после достижения определенной глубины, клетка разделяется вдоль лазерной линии под воздействием механического напряжения. Эта техника обычно приводит к образованию микротрещин на режущей кромке как показано на рисунке 8b, которые в конечном итоге влияют на механическую прочность ячейки.

Для решения этой проблемы компания Trina Solar использует технологию неразрушающей резки. Используя низкотемпературную лазерную технологию, основанную на принципе теплового расширения и сжатия, ячейки естественным образом разделяются под воздействием теплового напряжения.

Как показано на рисунке, режущая кромка очень гладкая, без каких-либо микротрещин. Механическая прочность ячейки после неразрушающей резки сравнима с механической прочностью полной ячейки и намного выше, чем при использовании традиционных методов резки, как показано на рисунке 8c. 

. Сравнение традиционных и неразрушающих методов резки: (а) схема, (б) поперечное сечение, (в) трехточечное испытание на изгиб, и (d) неразрушающая резка 210 мм против традиционной резки 166 мм.

Механические испытания показывают, что 210-мм ячейки с неразрушающей резкой имеют прочность на изгиб примерно в 1,5 раза выше, чем ячейки с традиционной резкой, а предел деформации ячеек в 1,5-2,5 раза выше, чем у 166-мм полуячеек с традиционной резкой, как показано на рисунке 8d.

3.5 Высокоплотная инкапсуляция

Как показано на рисунке 9a, зазор между соседними ячейками в пределах одной строки обычно составляет около 2 мм. Для повышения эффективности модуля, необходимо разместить больше ячеек в ограниченной зоне приема света. Благодаря прорывам в технологиях, связанных с обработкой лент и процессами пайки, была разработана технология инкапсуляции высокой плотности.

Схематическая диаграмма структуры пайки традиционных, инкапсулированных модулей высокой плотности и модулей пайки с перекрытием и сравнение их эффективности и производительности

Современные методы инкапсуляции высокой плотности можно разделить на два типа:

(1) Уплощая проволоку (т.е. область соединяющая соседние ячейки), расстояние между ячейками расстояние между ячейками уменьшается до 0,5 мм, что уменьшает размер модуля и эффективно улучшает эффективность модуля. В этом методе между клетками остается небольшой зазор ячейками. Однако, риск выхода в производственном процессе и риск образования микротрещин во время использования снижается.

(2) При наложении небольшой части (от 0,2 до 0,5 мм) одной ячейки с другой ячейкой, зазор полностью устраняется. Этот метод позволяет минимизировать размер модуля и увеличить эффективность модуля по сравнению с вышеописанным методом. Поскольку перекрытия, уровень повреждений в производственном процессе выше, и деформация ячеек во время фактического использования увеличивает риск возникновения микротрещин.

После всесторонней оценки компания Trina Solar выбрала более зрелый и малорискованный подход (1) в качестве решения по инкапсуляции высокой плотности для модулей Vertex. Эффективность модулей повышается на 0,2% - 0,3% при сохранении прежнего уровня выхода продукции.

3.6 Инновационный дизайн с низким напряжением и высокой мощностью

Типичный процесс перехода от солнечных элементов к модулям, стрингам, массивам и солнечной электростанции показан на рисунке 10. Определенное количество (обычно 60 или 72) солнечных элементов последовательно и параллельно соединяются друг с другом, чтобы образовать фотоэлектрические модули, которые последовательно соединяются в стринги. Затем стринги соединяются параллельно, образуя массив, а массивы затем образуют фотоэлектрическую электростанцию определенного масштаба.

В общем случае две линии модулей устанавливаются на опорную стойку, которая закреплена на земле. Для трекера, модули могут иметь до 3-4 стрингов. Для определенной мощности, чем выше мощность струны тем меньше количество струн, что снижает стоимость одного ватта различных компонентов, таких как монтажная система, сваи, кабели и кабельные лотки, что снижает стоимость всей системы.

Рисунок 10. Связь между солнечными элементами, модулями, струнами, массивами и фотоэлектрической системой

Как правило, мощность одного модуля составляет от 400 до 600 Вт+, а напряжение - от 40 до 50 В, что не может включить инвертор. Поэтому определенное количество модулей должно быть соединено последовательно, чтобы чтобы достичь начального напряжения инвертора и начать генерировать переменный ток. 

Стринг можно рассматривать как основной блок схемы фотоэлектрической системы. Чтобы понять мощность струны (string capacity), можно привести аналогию с различными лифтами. Чтобы выполнить задачу по подъему 36 человек наверх, можно использовать разные лифты. Лифт А рассчитан на 18 человек, поэтому для выполнения задачи потребуется два лифта, а лифт В рассчитан на 12 человек, поэтому для выполнения задачи потребуется три лифта. Чем больше вместимость одного лифта, тем меньше лифтов требуется, что приводит к меньшим первоначальным инвестициям. Здесь вместимость одного лифта эквивалентна вместимости струны, а количество людей, перевозимых в лифте, эквивалентно количеству модулей, которые можно соединить в струну. 

Рисунок 11. Пример лифтов с различной грузоподъемностью

Аналогично, чем больше емкость стринга, тем меньше количество необходимых стрингов, что эквивалентно уменьшению количества необходимых лифтов. В результате, соответствующие первоначальные инвестиции и распределение затрат на систему будут снижены при определенной установленной мощности фотоэлектрической станции.

Приведенный выше пример демонстрирует концепцию повышения мощности строк. Ниже приводится анализ конструкции модуля серии 210 с низким напряжением и высокой мощностью струны.

Мощность струны равна количеству модулей, которые могут быть подключены к струне, умноженному на мощность одного модуля: P_string = N× P_module

Количество модулей, которые могут быть соединены в линию, в соответствии с проектом фотоэлектрической системы должно удовлетворять следующему уравнению:

где k_v температурный коэффициент напряжения разомкнутой цепи фотоэлектрического модуля, а t - предельная низкая температура фотоэлектрического модуля в рабочих условиях.

Для увеличения количества подключаемых модулей, чем меньше значение параметра V_oc, тем больше становится число модулей, которые можно подключить при данном напряжении системы.

Мощность отдельного модуля равна напряжению разомкнутой цепи V_oc, умноженному на ток короткого замыкания, т.е. P_module = V_oc×I_sc × FF.

Чтобы увеличить количество подключенных модулей, необходимо уменьшить V_oc. Однако, увеличивая ток I_sc, можно одновременно увеличить как количество подключенных модулей, так и мощность модуля, тем самым достигая цели увеличения мощности стринга.

Как показано на рисунке 12, мощность фотоэлектрических модулей увеличилась с 290 Вт до 670 Вт за за последние 10 лет. Кроме того, напряжение фотоэлектрической системы также увеличилось с 600 В до 800 В, до 1000 В, и до нынешнего значения 1500 В.

Рисунок 12. Тенденция развития мощности стринга

Конструкция модуля 210 Vertex предполагает не только увеличенный размер пластины или модуля, но и существенное изменение концепции дизайна для достижения низкого напряжения и высокого тока. Такая концепция дизайна выходит за рамки уровня модуля и распространяется на всю систему. Концепция дизайна с низким напряжением и высоким током соответствует как тенденциям развития отрасли, так и цели конечных потребителей - максимизации мощности.

4. Обеспечение надежности Vertex 210 Модули