1.1 Tiger組件背景

全球光伏發(fā)電補(bǔ)貼和PPA的不斷下降，客觀要求光伏發(fā)電LCOE持續(xù)下行。伴隨Eagle, Cheetah和Swan組件的推廣，組件高功率，高效率的特性疊加雙面技術(shù)可以帶來(lái)單位面積更高的發(fā)電量以及系統(tǒng)端更低的BOS成本，因此“高能量密度”成為了晶科未來(lái)產(chǎn)品的發(fā)展方向。秉承著這一理念，晶科能源在2019年10月23日，澳洲All Energy展會(huì)上重磅推出了Tiger系列高效疊焊單晶組件。Tiger組件采用了多主柵+疊焊+半片的先進(jìn)工藝技術(shù)，配合晶科自產(chǎn)高效電池，組件正面最高輸出功率可達(dá)475W，效率高達(dá)21.16%。Tiger組件包含單雙面兩種版型，雙面Tiger組件目前主推含杜邦Tedlar結(jié)構(gòu)的透明背板，在保證了雙面5%-30%發(fā)電增益的同時(shí)，集合了透明背板組件輕質(zhì)的特點(diǎn)，有效降低光伏發(fā)電的度電成本。

1.2 Tiger組件產(chǎn)品介紹

Tiger組件分為單面和雙面兩大類。單面組件包含66片普通單面組件、66片全黑單面組件(適用分銷項(xiàng)目)以及78片普通單面組件;雙面組件包含78片的透明背板/雙面雙玻兩種版型。圖一是Tiger組件的產(chǎn)品分類和功率路線圖，2020年量產(chǎn)功率可達(dá)465w。

1.1 Tiger組件核心技術(shù)

1.3.1 行業(yè)領(lǐng)先的多主柵技術(shù)

晶科Tiger組件創(chuàng)新性的采用了多主柵技術(shù)，告別了傳統(tǒng)5主柵焊接的模式，通過(guò)增加電池片的主柵數(shù)來(lái)起到降低內(nèi)部損耗，增加組件功率的效果;通過(guò)升級(jí)的圓絲焊帶，有效對(duì)斜射光進(jìn)行二次反射，大幅提升IAM。在眾多的柵線數(shù)目選擇中，晶科通過(guò)多次試驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示，組件功率隨著主柵數(shù)量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，且拐點(diǎn)基本都處于9主柵位置，此時(shí)對(duì)應(yīng)功率為最佳選擇。并且隨著組件主柵數(shù)增加，在工藝制程的精度以及準(zhǔn)度上，對(duì)組件廠家都是極大的挑戰(zhàn)，良率較9主柵相比有明顯劣勢(shì)。綜合以上兩點(diǎn)，晶科選擇9主柵作為Tiger組件的技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)最高功率輸出的同時(shí)，有效保證組件可靠性。

1.3.2 疊焊技術(shù)助力組件提效

在提高功率輸出的同時(shí)，Tiger組件也創(chuàng)新性的采用了疊焊技術(shù)，細(xì)節(jié)圖如下。晶科研發(fā)通過(guò)特殊工藝將電池片進(jìn)行疊加，告別傳統(tǒng)組件的電池片間隙，組件效率>20.7%。高功率+高效率，契合了“高能量密度”的組件發(fā)展趨勢(shì)，助力平價(jià)上網(wǎng)。

疊焊組件的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)有三個(gè)：

1. 重疊區(qū)焊帶減薄：Tiger組件使用了柔性的圓絲焊帶，在重疊區(qū)域?qū)笌нM(jìn)行壓扁設(shè)計(jì)，整體厚度低于非重疊區(qū)域和常規(guī)組件。

2. 重疊區(qū)焊帶整形：整形后的焊帶形狀為變形的 ”Z” 字形，可以有效解決電池片重疊區(qū)域與焊帶接觸面積小的問(wèn)題，防止碎片及不良。

3. 特制的EVA/POE層壓后進(jìn)行重疊區(qū)域填充：電池片串接完成后，在層壓過(guò)程中使用特制的EVA/POE，高溫下有效填充重疊區(qū)域電池片與焊帶之間的縫隙，給電池片提供緩沖作用，保障組件可靠性。

對(duì)于疊焊組件，晶科內(nèi)部進(jìn)行了嚴(yán)格的單倍/雙倍IEC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，結(jié)果如圖4所示。

結(jié)果顯示，單倍/雙倍IEC標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試結(jié)果遠(yuǎn)低于IEC標(biāo)準(zhǔn)要求的5%功率衰減，甚至優(yōu)于常規(guī)組件。疊焊技術(shù)在提效的同時(shí)，保證了組件優(yōu)異的可靠性，確保客戶電站30年穩(wěn)定高效的運(yùn)行。

Tiger組件在面積擴(kuò)大的同時(shí)，亦保持了優(yōu)異的載荷特性。在動(dòng)態(tài)機(jī)械載荷測(cè)試中，通過(guò)在組件前表面動(dòng)態(tài)施加±1000Pa的壓力完成1000次循環(huán)，正面功率衰減率僅有0.6%，背面功率衰減率1.68%，遠(yuǎn)低于IEC標(biāo)準(zhǔn)要求的5%;在靜態(tài)機(jī)械載荷測(cè)試中，將組件安裝于載荷測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)上，對(duì)組件正面加壓5400Pa，反面加壓2400Pa，加壓6次每次保持1h，正面功率衰減僅有0.3%，背面功率衰減1.82%，遠(yuǎn)低于IEC標(biāo)準(zhǔn)要求的5%。

1.3.3 半片技術(shù)

晶科Tiger系列在采用了新型的多主柵和疊焊組件技術(shù)的同時(shí)，保持了傳統(tǒng)的半片設(shè)計(jì)，降低組件內(nèi)部電流和電學(xué)損耗，具備高功率和高可靠特性，較常規(guī)整片電池組件正面功率提升達(dá)15Wp。且戶外熱斑風(fēng)險(xiǎn)更低。如下圖所示，戶外正常工作時(shí)，半片組件較整片組件，具有更低的工作溫度，且同一片組件內(nèi)部的溫度差更低(低約1.8℃)，即半片組件能夠使熱斑發(fā)生的概率更小。

在采用豎向安裝時(shí)，半片組件能夠有效抵御陰影遮擋。半片組件采用上半部分和下半部分并聯(lián)的設(shè)計(jì)，在早晚陰影遮擋組件的下半部分時(shí)，半片組件的上半部分仍能夠工作，實(shí)現(xiàn)50%的功率輸出，而全片組件輸出功率為0。此外，半片設(shè)計(jì)有效降低組件內(nèi)部的熱損耗，從而降低溫度系數(shù)，晶科半片組件溫度系數(shù)為-0.35% W/℃，全片組件為-0.37% W/℃，在溫度較高地區(qū)，組件工作溫度可能高達(dá)75℃，此時(shí)半片組件將比全片組件功率高5%。

2 Tiger組件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 Tiger組件與1500V兼容性

Tiger組件優(yōu)化了組件制作工藝，在保證組件功率和效率優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，降低了開路電壓，確保在單個(gè)組串中可以連接更多的組件，節(jié)省BOS成本。在不同的項(xiàng)目地，單個(gè)組串可以接入的組件數(shù)和當(dāng)?shù)氐妮椪找约半姵販囟扔兄苯雨P(guān)系，因此，我們對(duì)460w的Tiger單面組件進(jìn)行了不同輻照和電池溫度下的開路電壓模擬與測(cè)試，綜合結(jié)果如下表所示。

上表中綠色標(biāo)記出來(lái)的部分是可以至少安裝29塊的情況。我們根據(jù)環(huán)境溫度和電池溫度的換算公式：

Tcell = Tamb + (1/U) * G_POA* Alpha* (1-efficiency).

公式里U(傳熱系數(shù))=Uc+Uv*Vwind, Uc=系統(tǒng)傳熱系數(shù), Uv=風(fēng)傳熱系數(shù)，Vwind=項(xiàng)目地風(fēng)速，G_POA=當(dāng)?shù)貙?shí)際輻照量(直射光+散射光)，Alpha=光吸收率，Efficiency=實(shí)際組件效率(考慮陰影遮擋等因素)

以澳洲項(xiàng)目為例，達(dá)到逆變器啟動(dòng)電壓時(shí)，假設(shè)輻照為200W/m2, 環(huán)境溫度在0℃。此時(shí)的電池溫度可以根據(jù)公式計(jì)算。項(xiàng)目地Uc=29W/m2k, Uv=1.6W/m2k, Alpha=0.9, efficiency=20.71%，計(jì)算得到電池溫度為6.28℃。從表中的數(shù)據(jù)可以看到，安裝29片是完全符合要求的。

對(duì)于Tiger組件的1500V系統(tǒng)設(shè)計(jì)，客戶可以根據(jù)項(xiàng)目地詳細(xì)的輻照、風(fēng)速和溫度等情況來(lái)確定每串組件可以接入的組件數(shù)，來(lái)最大程度發(fā)揮系統(tǒng)端優(yōu)勢(shì)。晶科也會(huì)聯(lián)合逆變器廠家來(lái)對(duì)組串進(jìn)行技術(shù)審核，確保設(shè)計(jì)滿足1500V系統(tǒng)安全要求。

2.2 Tiger組件與支架兼容性

Tiger高效組件，可實(shí)現(xiàn)主流支架類型兼容，并有效降低支架的成本;目前行業(yè)中主要存在固定支架和跟蹤支架兩種主流類型。

1. 固定支架，具有高度定制型，基本是針對(duì)電站項(xiàng)目實(shí)際條件進(jìn)行骨架設(shè)計(jì)，支架的設(shè)計(jì)核心就是迎風(fēng)和積雪的承載面積。而Tiger高效組件，可實(shí)現(xiàn)單位面積更高能量密度，和發(fā)電能力;兩者結(jié)合來(lái)看，相同發(fā)電量的電站設(shè)計(jì)，使用Tiger組件，可大幅度降低組件總面積;而如果組件的總體面積下降，那承載面積也會(huì)大幅度下降，所以支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度也可以大幅度下降，從而降低成本;舉例說(shuō)明，如果100MW項(xiàng)目，采用19.6%左右的普通單晶PERC組件，需要100MW/19.6%=510000平方米;采用20.7%左右的高效Tiger組件，需要100MW/20.7%=483091平方米;降低了5.3%的受風(fēng)和積雪面積，簡(jiǎn)化理論模型分析，固定支架的總體用鋼量可以降低5.3%;同時(shí)，固定支架因?yàn)榭紤]惡劣氣候，需要設(shè)計(jì)承載能力更高，而總體面積的下降，有利于部分項(xiàng)目降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，從而進(jìn)一步節(jié)約成本;

1. 跟蹤支架，在Tiger設(shè)計(jì)之初，就與各主流跟蹤支架廠商進(jìn)行交流，也得到積極效應(yīng)，具備了兼容性來(lái)匹配Tiger高效產(chǎn)品;即使Tiger產(chǎn)品的長(zhǎng)邊長(zhǎng)度較常規(guī)組件略有增加，但還是得益于效率的提升，一樣可以有效降低迎風(fēng)和積雪的承載面積，從而給予各跟蹤支架廠商優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的空間來(lái)進(jìn)行成本的下降;舉例說(shuō)明， 采用單排跟蹤支架，如果安裝常規(guī)405W組件19.78%效率，一排30個(gè)，總功率是12.15KW，受風(fēng)和積雪面積需要12.15KW/19.78%=61.4平方米;而如果安裝Tiger465W組件，12.15KW僅需安裝26個(gè)就可以實(shí)現(xiàn);受風(fēng)和積雪面積需要12.15KW/20.43%=59.5平方米;兩者對(duì)比，相同功率可實(shí)現(xiàn)面積下降3%，這樣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的鋼用材也可以得到下降;跟蹤支架會(huì)逐漸優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)匹配;同時(shí)，跟蹤支架具備旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)性，可以在高風(fēng)速區(qū)域及時(shí)調(diào)整角度，比如放平設(shè)置來(lái)降低風(fēng)壓對(duì)組件的影響;雪壓也可以通過(guò)加大傾斜角度，降低雪在組件表面的積累，從而降低雪載對(duì)組件的影響;進(jìn)一步降低組件變大所帶來(lái)的成本增加幅度;

3. Tiger組件發(fā)電性能分析

3.1 IAM優(yōu)勢(shì)

Tiger組件采用了9BB+圓形焊帶的設(shè)計(jì)，細(xì)節(jié)放大圖如下，從側(cè)面照射到焊帶的光線可以被有效反射回電池片上，對(duì)早晚太陽(yáng)角度較偏時(shí)的光線充分利用，帶來(lái)可觀的發(fā)電增益。而反觀常規(guī)的5BB組件，扁平焊帶無(wú)法有效將側(cè)面的光線反射回電池片上，造成發(fā)電量的損失。

下圖是SGS在第三方panfile的測(cè)試報(bào)告中的IAM數(shù)據(jù)，Tiger組件在不同角度入射光的照射下，表現(xiàn)出了優(yōu)異的發(fā)電性能，早晚大部分光照為斜射光的情況下，優(yōu)勢(shì)尤其明顯。

3.2 低輻照優(yōu)勢(shì)

Tiger組件采用了優(yōu)化的圓形焊帶，相較于之前的扁平焊帶來(lái)說(shuō)，橫截面積明顯減小。橫截面積的減小，一方面可以減少焊帶對(duì)電池片的遮擋，增加電池片受光面積，提升組件功率;另一方面，根據(jù)公式R=ρl/s，(R=電阻，ρ=電阻率，l=焊帶長(zhǎng)度，S=焊帶橫截面積)，在焊帶橫截面積降低的情況下，焊帶電阻增加，從而帶來(lái)組件的串阻增加如下圖所示。

根據(jù)公式

，組件PR值和組件串聯(lián)電阻Rs成正比。依據(jù)下圖CPVT實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，低輻照條件下，Tiger 組件PR值高于普通5柵組件，弱光環(huán)境下發(fā)電優(yōu)勢(shì)明顯。

針對(duì)這兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，我們?cè)诰Э坪幯邪l(fā)中心針對(duì)普通5BB以及Tiger 9BB組件做了戶外實(shí)證分析，結(jié)果如下表所示。實(shí)證結(jié)果顯示，相對(duì)于普通的5BB組件，Tiger組件的平均發(fā)電增益在1.57%。從表里可以看出，在9月21日和9月22日這兩天，低輻照環(huán)境下，發(fā)電增益達(dá)到了1.91%和1.72%。
 

“高能量密度”是未來(lái)組件發(fā)展的技術(shù)趨勢(shì)，單位面積更高的發(fā)電量無(wú)疑會(huì)帶來(lái)度電成本的持續(xù)下降。

4. Tiger組件應(yīng)用場(chǎng)景

Tiger組件應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，由于高功率、高效以及優(yōu)異發(fā)電量特性，Tiger組件適用于大型電站和分銷市場(chǎng)。在大型電站項(xiàng)目中，單面組件效率>20.7%，2020年主流功率465w，高效可以帶來(lái)土地面積的大幅節(jié)省，而高功率輸出，在BOS端優(yōu)勢(shì)明顯，組串功率的提升，有效節(jié)約支架成本。Tiger雙面組件采用背面透明背板封裝，特別適合沙漠、雪地等高反射地面的電站項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)高的背面發(fā)電增益。采用透明背板，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)輕量化，有效節(jié)約BOS成本，進(jìn)一步降低LCOE。

Case 1: 國(guó)內(nèi)某南部低輻照地區(qū)項(xiàng)目

我們以國(guó)內(nèi)某南部地區(qū)為例，亞熱帶季風(fēng)氣候，屬于三類光照區(qū)，地面為沙地，地面反射率在30%-40%。項(xiàng)目擬定容配比1.2，DC端容量120MW。

此類低輻照地區(qū)如果使用普通的5BB組件，大量的斜射光和散射光無(wú)法得到有效利用;從逆變器角度看，如果超配較低的情況下，大部分時(shí)間DC端電壓甚至無(wú)法達(dá)到逆變器的最佳輸出效率，兩個(gè)原因?qū)е掳l(fā)電量偏低，客戶收益率無(wú)法保證。如果選用465w的Tiger組件，9主柵的設(shè)計(jì)加上組件高串阻的特性在低輻照環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)非常小的弱光損失，斜射光和散射光也能夠得到更有效的利用。

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)上，如果保持土地面積基本相同以及裝機(jī)量相同，Tiger組件可以實(shí)現(xiàn)更大的組串間距。雙面配合跟蹤支架的項(xiàng)目里，串間距的增加可以有效提升組件背面的受光量，正面遮擋也會(huì)相應(yīng)減少，總發(fā)電量的增加會(huì)帶來(lái)度電成本的顯著降低。

我們對(duì)現(xiàn)在主流的三種組件(Tiger雙面疊焊465w，M6雙面半片440w以及G1雙面半片405w)進(jìn)行了詳細(xì)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)以及發(fā)電量模擬，結(jié)果如上表1所示。如果采用Tiger雙面組件，保持基本相同的土地面積，組串間距可以適當(dāng)拉大，配合多主柵和疊焊技術(shù)的特性，較158.75半片系列透明背板組件可以提高約2%的PR，背面發(fā)電增益也有0.5%的增加。

Tiger組件所有的技術(shù)升級(jí)都是為了從發(fā)電量和BOS兩方面降低度電成本，除去組件成本以外，支架成本和數(shù)量對(duì)BOS產(chǎn)生了關(guān)鍵影響，支架成本又和單串組件總功率以及系統(tǒng)組串?dāng)?shù)息息相關(guān)。

單串組件總功率的增加，意味著支架成本的大幅降低。在上述南方地區(qū)120MW的項(xiàng)目中，使用M6大尺寸組件需要9404串，而使用Tiger組件只需要9217串，組串?dāng)?shù)減少了2%。以1P結(jié)構(gòu)的跟蹤支架為例，如果一個(gè)支架可以安裝3串組件，在這個(gè)項(xiàng)目中，Tiger組件只需要3072組支架，而M6組件則需要3135組支架。結(jié)合主流跟蹤支架用鋼量成本測(cè)算，高功率的Tiger組件，可以直接減少約2.6%的支架成本。

不僅是支架，單塊組件功率增大，直流線纜可以減少2.5%，場(chǎng)地平整費(fèi)用減少4%，如果是在場(chǎng)地面積固定的項(xiàng)目地，還可以拉大雙面組件的組串間距，增大背面發(fā)電增益。

結(jié)合Tiger組件發(fā)電量的優(yōu)勢(shì)，上表是針對(duì)南部地區(qū)120MW的LCOE分析。EPC，土地和發(fā)電量的多角度優(yōu)勢(shì)，使Tiger組件在平價(jià)上網(wǎng)的趨勢(shì)下，成為了行業(yè)中的標(biāo)桿產(chǎn)品。

在“一帶一路”的戰(zhàn)略框架中，“電力通道建設(shè)”是其中的重要組成部分。“一帶一路”沿線部分國(guó)家光照資源豐富，尤其是近年來(lái)，東南亞、印度、中東、中亞、非洲等地區(qū)或國(guó)家的光伏電站裝機(jī)正出現(xiàn)爆發(fā)性增長(zhǎng)的市場(chǎng)前景，無(wú)疑給中國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新機(jī)遇。

Case 2: 某“一帶一路”國(guó)家200MW光伏項(xiàng)目

該項(xiàng)目地屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候類型，常年光照充足，擬采用單面高功率組件，容配比1:1.05，該項(xiàng)目地處發(fā)達(dá)國(guó)家，土地價(jià)格便宜，人力成本高。

此類地區(qū)屬于高輻照地區(qū)，陽(yáng)光充足，基本不需要超配就可以使系統(tǒng)在大部分時(shí)間都保持滿發(fā)狀態(tài)，每串組件數(shù)目不用太多，太多會(huì)使運(yùn)行過(guò)程中電壓超過(guò)逆變器MPPT點(diǎn)的最大電壓值，從而造成很大的系統(tǒng)損耗。這個(gè)項(xiàng)目的核心在于單塊組件需要擁有絕對(duì)的高功率從而通過(guò)降低人工費(fèi)用來(lái)降低度電成本。該項(xiàng)目擬采用單面組件配合1P跟蹤支架，組串間距6m，組件最低點(diǎn)離地高度0.5m，跟蹤支架旋轉(zhuǎn)角度±45°。

Tiger 470w單面組件，在目前市場(chǎng)上主流產(chǎn)品中輸出功率最高，可以最大限度的節(jié)省組件數(shù)量以及支架數(shù)量，從而起到節(jié)省人力成本的目的。低人力成本配合高發(fā)電量，在此類項(xiàng)目中能夠帶來(lái)度電成本的顯著降低，內(nèi)部收益率也會(huì)有明顯增加。

結(jié)語(yǔ)

從2019年10月份首次亮相澳洲到2020年第一季度末，Tiger已簽單量超過(guò)1GW，全球客戶反饋良好，不僅是大型地面項(xiàng)目，分銷市場(chǎng)中Tiger配合N型電池片也頗受市場(chǎng)青睞，在海外分銷市場(chǎng)中，Tiger全黑組件也有大量簽單。晶科相信，Tiger組件所采用的9主柵+疊焊+半片的技術(shù)設(shè)計(jì)會(huì)逐漸成為行業(yè)主流，契合“高能量密度“的組件發(fā)展趨勢(shì)，逐漸為客戶帶來(lái)價(jià)值。