太陽(yáng)能光伏發(fā)電-11

1、太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用姚建曦 Tel: 61772338，Email: 主樓B610第五章 太陽(yáng)電池組件 由于太陽(yáng)電池本身易破碎、易被腐蝕，若直接暴露在大氣中，光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)由于潮濕、灰塵、酸雨等的影響而下降，以至損壞失效。因此，太陽(yáng)電池一般都必須通過(guò)膠封、層壓等方式封裝成平板式構(gòu)造再投入使用。其中以層壓封裝的方法用的最為普遍，即將太陽(yáng)電池片的正面和背面各用一層透明、耐老化、黏結(jié)性好的熱熔性EVA膠膜包封，采用透過(guò)率高、耐沖擊的低鐵鋼化玻璃做上蓋板，用耐濕抗酸的Tedlar復(fù)合薄膜（聚氟乙烯復(fù)合膜）或玻璃等其他材料做背板，通過(guò)真空層壓工藝使EVA膠膜將電池片、正面蓋板和背板黏合為一個(gè)整體，

2、從而構(gòu)成一個(gè)實(shí)用的太陽(yáng)電池發(fā)電器件，一般稱為太陽(yáng)電池組件或組件，俗稱太陽(yáng)電池板或電池板。本章主要內(nèi)容1. 太陽(yáng)電池的組件類型2. 封裝材料3. 太陽(yáng)電池組件制造設(shè)備4. 太陽(yáng)電池組件封裝工藝1. 太陽(yáng)電池的組件類型單晶硅組件多晶硅組件五、太陽(yáng)電池組件太陽(yáng)能電池組件砷化鎵組件非晶硅薄膜組件環(huán)氧樹脂膠封層壓封裝五、太陽(yáng)電池組件封裝材料與工藝硅膠封裝 單個(gè)組件的功率從幾分之一瓦到幾百瓦，電壓從零點(diǎn)幾伏到幾十伏不等，使用較多的是9串4列或12串3列共36片串聯(lián)，額定電壓為12V的組件。 美國(guó)AP公司的單晶硅電池36片串聯(lián)，經(jīng)層壓封裝而成，其峰值功率75Wp，組件上蓋板材料為低鐵鋼化玻璃，周邊采用鋁合金

3、邊框固定，這種組件的壽命長(zhǎng)（約25年），一般用于各種光伏電站。 環(huán)氧樹脂膠封的多晶硅太陽(yáng)電池組件，主要用于太陽(yáng)能草坪燈、禮品玩具等小型太陽(yáng)電池組件。 非晶硅組件，弱光性能好，但效率相對(duì)較低，且衰減快，適合于室內(nèi)或便攜式光伏系統(tǒng)。 近幾年，隨著國(guó)內(nèi)光伏建筑一體化的推廣，各組件封裝廠商紛紛推出雙面玻璃太陽(yáng)電池組件，與普通組件結(jié)構(gòu)相比，雙面玻璃組件利用玻璃代替TPE作為組件背板材料。廣泛用于太陽(yáng)能智能窗，太陽(yáng)能涼亭和光伏建筑頂棚、光伏玻璃慕墻等。 可回收的太陽(yáng)電池組件。2. 封裝材料五、太陽(yáng)電池組件2、封裝材料 真空層壓封裝太陽(yáng)電池，主要使用的材料有環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅樹脂、玻璃、EVA、Tedlar或

4、Tedlar復(fù)合薄膜，如TPT（TPE）、連接條、鋁框等。封裝材料的特性對(duì)太陽(yáng)電池組件的性能、使用壽命有重要影響。合理選用封裝材料和采取正確的封裝工藝能保證太陽(yáng)電池的高效利用。五、太陽(yáng)電池組件2、封裝材料2.1 環(huán)氧樹脂 太陽(yáng)電池用的環(huán)氧樹脂黏合劑是雙組分液體（現(xiàn)用現(xiàn)配），通過(guò)改變固化劑、促進(jìn)劑等，環(huán)氧樹脂的配方可以千變?nèi)f化，從而具備各種不同性能，以滿足各種不同要求。 封裝材料要求具有較高的耐濕性和氣密性。環(huán)氧樹脂是高分子材料，一般高分子材料分子間距離為50200nm，大大超過(guò)水分子的體積。水的滲透降低電池的使用壽命。提高環(huán)氧樹脂的疏水性是有效地提高其耐濕性的一項(xiàng)措施。五、太陽(yáng)電池組件2、封裝

5、材料2.1 環(huán)氧樹脂 環(huán)氧樹脂封裝太陽(yáng)電池組件工藝簡(jiǎn)單、材料成本低廉，在小型組件封裝上使用較多，早期太陽(yáng)能草坪燈大都采用這種組件。但由于環(huán)氧樹脂抗熱氧老化、紫外老化的性能相對(duì)較差，有被EVA層壓封裝取代的趨勢(shì)。五、太陽(yáng)電池組件2、封裝材料2.2 有機(jī)硅膠 有機(jī)硅產(chǎn)品是一類具有特殊結(jié)構(gòu)的封裝材料，兼具有無(wú)機(jī)材料和有機(jī)材料的許多特性，如耐高溫、耐低溫、耐老化、抗氧化、電絕緣、疏水性等，一般會(huì)使用中性硅膠。 有機(jī)硅膠透光率可以達(dá)到90以上，具有低溫固化的特點(diǎn)，可方便表面鍍膜等。 有機(jī)硅膜在熱、空氣、潮氣等老化條件下容易發(fā)生老化現(xiàn)象，因此，封裝太陽(yáng)電池組件用的硅膠需要加入適宜的添加劑來(lái)提高其老化性能。

6、五、太陽(yáng)電池組件2、封裝材料2.3 EVA膠膜（簡(jiǎn)介） 標(biāo)準(zhǔn)的太陽(yáng)電池組件中一般要加入兩層EVA膠膜，EVA膠膜在電池與玻璃、電池與TPT之間起粘接作用。（1）EVA是乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物，EVA樹脂與聚乙烯（PE）相比，由于分子鏈上引入乙酸乙烯單體（VA），從而降低了結(jié)晶度，提高了透明性、柔韌性、耐沖擊性，并改善了其熱密特性。（2）未經(jīng)改性的EVA透明、柔軟，有熱熔粘接性、熔融溫度低（小于80）、熔融流動(dòng)性好。這些特征符合太陽(yáng)電池封裝要求，但其耐熱性差，易延伸而彈性低，內(nèi)聚強(qiáng)度低，易產(chǎn)生熱收縮而致使太陽(yáng)電池碎裂，使粘接脫層。五、太陽(yáng)電池組件2、封裝材料2.3 EVA膠膜（簡(jiǎn)介） 太陽(yáng)電池

7、組件作為一種長(zhǎng)期在戶外使用的產(chǎn)品，EVA膠膜是否能經(jīng)受住戶外的紫外光老化和熱老化也是十分重要的問(wèn)題。未改性的EVA如長(zhǎng)時(shí)間受紫外光和熱的影響，易龜裂、變色，易從玻璃、TPT上脫落，從而大大地降低太陽(yáng)電池的效率，縮短其使用壽命，最終增加了太陽(yáng)電池的使用成本。因此，需要對(duì)EVA進(jìn)行改性。五、太陽(yáng)電池組件2、封裝材料2.3 EVA膠膜（主要性能指標(biāo)） 一般說(shuō)來(lái)，用于太陽(yáng)電池封裝的EVA膠膜必須滿足以下主要性能指標(biāo)： 固化條件 快速型，加熱135，恒溫1520min；慢速型，加熱至145，恒溫3040min。 厚度；寬度1100mm，800mm，600mm等多種規(guī)格 太陽(yáng)電池封裝用的EVA膠膜固化后的

8、性能要求 透光率大于90；交聯(lián)度大于65；剝離強(qiáng)度（N/cm），玻璃/膠膜大于30；TPT/膠膜大于15；耐溫性：高溫80，低溫-40，尺寸穩(wěn)定性較好；具有較好的耐紫外光老化性能。 國(guó)內(nèi)目前的大多數(shù)太陽(yáng)電池封裝用EVA膠膜雖然能達(dá)到上述的主要性能指標(biāo)，但對(duì)其耐老化性能，特別是耐紫外光老化性能未能做過(guò)系統(tǒng)、深入的研究，與國(guó)外同類產(chǎn)品的主要差距就體現(xiàn)在耐老化性能方面。五、太陽(yáng)電池組件2、封裝材料2.4 玻璃 標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池組件的蓋板材料通常采用低鐵鋼化玻璃，其特點(diǎn)是： 透過(guò)率高 抗沖擊能力強(qiáng)和使用壽命長(zhǎng)。 這種太陽(yáng)電池組件用的低鐵玻璃，一般厚度為，在晶體硅太陽(yáng)電池響應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)（3201100nm

9、）透光率達(dá)90以上，對(duì)于波長(zhǎng)大于1200nm的紅外線有較高的反射率，同時(shí)能耐太陽(yáng)紫外線的輻射。普通玻璃的光譜透過(guò)率太陽(yáng)電池組件用超白玻璃的光譜透過(guò)率2、封裝材料2.4 玻璃五、太陽(yáng)電池組件為了提高玻璃的透過(guò)率主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究： 降低玻璃中鐵的含量 研制新的防反射涂層或減反射表面材料 增加玻璃強(qiáng)度和延長(zhǎng)使用壽命 除玻璃外，一些組件廠商也采用透明Tedlar、PMMA（俗稱有機(jī)玻璃）或PC（聚碳酸酯）板作為太陽(yáng)電池組件的正面蓋板材料。PMMA板和PC板有透光性能好、材質(zhì)輕的優(yōu)點(diǎn)，但耐溫性能差，表面易劃傷，主要應(yīng)用于室內(nèi)或便攜太陽(yáng)電池組件的封裝。2、封裝材料2.5 背面材料五、太陽(yáng)電池組件

10、 可有多種選擇，主要取決于應(yīng)用場(chǎng)所和用戶需求。用于太陽(yáng)能庭院燈和玩具的小型太陽(yáng)電池組件多用電路板、耐溫塑料或玻璃鋼板材，而大型太陽(yáng)電池組件多用玻璃或Tedlar復(fù)合材料。 嚴(yán)格來(lái)說(shuō)應(yīng)為Tedlar PVT薄膜，是一種具有高透過(guò)率的透明材料，也可根據(jù)需要制成藍(lán)、黑等多種顏色。它是美國(guó)杜邦公司獨(dú)家生產(chǎn)的產(chǎn)品，同樣具有許多熟知的碳氟乙烯的性質(zhì)：耐老化、耐腐蝕、不透氣等，這些特點(diǎn)很符合封裝太陽(yáng)電池。此外，它還具有優(yōu)良的強(qiáng)度和防潮性能，可直接用作太陽(yáng)電池組件或太陽(yáng)能集熱器的封裝材料。2、封裝材料2.5 背面材料五、太陽(yáng)電池組件 為了保持太陽(yáng)電池組件有更長(zhǎng)的使用壽命，Tedlar可有以下組織形式。Tedl

11、ar/polyester/Tedlar，Tedlar/aluminum/Tedlar，Tedlar/iron/Tedlar 一般復(fù)合薄膜所用的Tedlar厚度為38m，聚酯為75m ，鋁膜和鐵膜為2530m。通常用得最多的就是Tedlar/Polyester/Tedlar（TPT），TPT具有更好的防潮、抗?jié)窈湍秃蛐阅苓€具有高強(qiáng)、阻燃。耐久、自潔等特性。 白色TPT對(duì)陽(yáng)光可起反射作用，能提高電池組件效率，并且具有較高的紅外反射率，可以降低組件的工作溫度，也有利于提高組件的效率。$10/m22、封裝材料2.5 背面材料五、太陽(yáng)電池組件 目前，很多太陽(yáng)電池組件封裝廠家開(kāi)始使用TPE代替TPT作為太

12、陽(yáng)電池組件的背面材料。TPE是由Tedlar、聚酯、EVA三層材料構(gòu)成，與電池接觸面（EVA面）為接近電池顏色深藍(lán)色，封裝出來(lái)的組件較美觀，耐候性能不如TPT，但其價(jià)格便宜。2、封裝材料2.6 其它材料五、太陽(yáng)電池組件 除上述材料之外，還需要連接條（浸錫銅條）、鋁合金或不銹鋼邊框、電極接線盒、焊錫等。3. 太陽(yáng)電池組件制造設(shè)備3、太陽(yáng)電池組件制造設(shè)備五、太陽(yáng)電池組件 太陽(yáng)電池組件制造、封裝和測(cè)試的設(shè)備主要有激光劃片機(jī)、層壓機(jī)、固化爐、電池片測(cè)試臺(tái)、組件測(cè)試臺(tái)、電阻率測(cè)試儀等。國(guó)外較大型的太陽(yáng)電池組件專業(yè)廠家設(shè)備非常齊全，如清潔玻璃、平鋪切割EVA、太陽(yáng)電池焊接等都有專門的設(shè)備。3、太陽(yáng)電池組件

13、制造設(shè)備3.1 激光劃片機(jī)五、太陽(yáng)電池組件 一般由激光晶體、電源系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、光學(xué)掃描系統(tǒng)、真空泵、控制系統(tǒng)、工作臺(tái)、計(jì)算機(jī)等組成。 激光劃片是把激光束聚焦在硅、鍺、砷材料的表面，形成很高的功率密度，使硅片形成溝槽?？梢暂^好地防止損傷和污染硅片，可以提高硅片的利用率，提高產(chǎn)品的成品率3、太陽(yáng)電池組件制造設(shè)備3.2 層壓機(jī)五、太陽(yáng)電池組件加熱放入電池片下室抽氣加壓下室充氣上室抽氣20W以下太陽(yáng)電池組件：設(shè)置工作溫度120oC，抽氣5min，層壓5min，充氣20s，太陽(yáng)電池功率50100W較大時(shí)，延長(zhǎng)抽氣時(shí)間至8min，層壓時(shí)間至10min4. 太陽(yáng)電池組件封裝工藝4、太陽(yáng)電池組件封裝工藝五、

14、太陽(yáng)電池組件 太陽(yáng)電池組件是將單體太陽(yáng)電池串、并聯(lián)后嚴(yán)密封裝而成的。未封裝前的單體太陽(yáng)電池機(jī)械強(qiáng)度弱，不能承受較大力的撞擊，薄而易碎；而且，大氣中的水分和腐蝕性氣體會(huì)慢慢銹蝕和氧化電極，逐漸使電極脫落，同時(shí)也腐蝕太陽(yáng)電池表面，降低電池的效率，因此，要使用玻璃等將太陽(yáng)電池封裝，使其與大氣隔絕。 另一方面，單體太陽(yáng)電池工作電壓只有，由于受硅片材料尺寸限制，單體電池功率也都很小，遠(yuǎn)不能滿足一般用電設(shè)備的電壓、功率要求。4、太陽(yáng)電池組件封裝工藝五、太陽(yáng)電池組件 太陽(yáng)電池組件制造過(guò)程主要有以下一些步驟：激光劃片光焊（將電池片連接成串）手工焊（焊接匯流條）層疊（玻璃EVA電池EVATPT）中測(cè)層壓固化裝邊

15、框、接線盒終測(cè)4、太陽(yáng)電池組件封裝工藝五、太陽(yáng)電池組件4.1 激光劃片 太陽(yáng)電池每片工作電壓左右（開(kāi)路電壓），將一片切成兩片后，每片電壓不變；太陽(yáng)電池功率與電池板的面積成正比（同樣轉(zhuǎn)換效率下）。根據(jù)組件所需電壓、功率，可以計(jì)算出所需電池片的面積及電池片片數(shù)。由于單體電池（未切割前）尺寸一定，面積通常不能滿足組件需要，因此，在焊接前，一般有激光切片這套工序。切割前，應(yīng)設(shè)計(jì)好切割路線，畫好草圖，要盡量利用切割剩余的電池片，提高電池片利用率。4、太陽(yáng)電池組件封裝工藝五、太陽(yáng)電池組件4.2 焊接 切割好的太陽(yáng)電池片需要將其連接起來(lái)，焊接這一工序就是用焊條按需要將電池片串聯(lián)或并聯(lián)好，最后匯成一條正極和一

16、條負(fù)極引出來(lái)，焊接時(shí)要注意幾點(diǎn)： 太陽(yáng)電池串聯(lián)后，每片串聯(lián)的電池片要求尺寸一樣大，顏色一致 手工焊接時(shí)把握好烙鐵與焊點(diǎn)接觸時(shí)間，盡量一次焊成 焊點(diǎn)要均勻太陽(yáng)電池串聯(lián)后總電流與最小電池片產(chǎn)生的電流一致4、太陽(yáng)電池組件封裝工藝五、太陽(yáng)電池組件4.3 層壓 層壓前一般先用萬(wàn)用表通過(guò)測(cè)電池電壓方式檢查焊接好的太陽(yáng)電池有沒(méi)有短路、斷路，然后清洗玻璃，按照比玻璃面積略大的尺寸裁制EVA、TPT，將玻璃EVA電池EVATPT層疊好，放入層壓機(jī)，注意事項(xiàng)（消除EVA中的氣泡）： 當(dāng)層壓的組件出現(xiàn)氣泡，說(shuō)明工作溫度過(guò)高或抽氣時(shí)間太短，應(yīng)重新設(shè)置工作溫度和抽氣、層壓時(shí)間。4、太陽(yáng)電池組件封裝工藝五、太陽(yáng)電池組件4

17、.4 固化 從層壓機(jī)取出的太陽(yáng)電池，未固化時(shí)EVA容易與TPT、玻璃脫層，進(jìn)入烘箱固化。烘箱固化根據(jù)EVA種類不同分成兩種方式： 快速固化型EVA 設(shè)置烘箱溫度135，待升到設(shè)置溫度后，將層壓好的電池放入固化15min 常規(guī)固化型EVA 設(shè)置烘箱溫度145，待升到設(shè)置溫度后，將層壓好的電池放入固化30min4、太陽(yáng)電池組件封裝工藝五、太陽(yáng)電池組件4.4 固化 另外，也可以在層壓機(jī)內(nèi)直接固化： 快速固化型EVA 層壓機(jī)設(shè)置100120，放入電池板，抽氣35min，加壓410min（層壓的太陽(yáng)電池板較小時(shí)，時(shí)間可以稍短些），同時(shí)升溫到135，恒溫固化15min，層壓機(jī)下充氣上抽空30s，開(kāi)蓋取出電

18、池冷卻即可。 常規(guī)固化型EVA 層壓機(jī)設(shè)置100120，放入電池板，抽氣35min，加壓410min（層壓的太陽(yáng)電池板較小時(shí)，時(shí)間可以稍短些），同時(shí)升溫到145150，恒溫固化30min，層壓機(jī)下充氣上抽空30s，開(kāi)蓋取出電池冷卻即可。4、太陽(yáng)電池組件封裝工藝五、太陽(yáng)電池組件4.4 固化 目前，工廠大部分采用在烘箱中快速固化EVA。這種固化方法效果好，速度快，可以節(jié)約層壓機(jī)的使用時(shí)間。在太陽(yáng)電池組件制造過(guò)程中，廠家經(jīng)常需要測(cè)定EVA凝膠含量來(lái)分析EVA的固化程度，以達(dá)到控制封裝質(zhì)量的目的。EVA凝膠含量達(dá)到65以上，可以認(rèn)為固化基本完成。4、太陽(yáng)電池組件封裝工藝五、太陽(yáng)電池組件4.5 檢測(cè) 太

19、陽(yáng)電池組件投入使用前需先進(jìn)行各種性能測(cè)試，具體方法主要參考GB/T9535-1998地面用晶體硅光伏組件設(shè)計(jì)鑒定與定型、GB/T14008-1992海上用太陽(yáng)電池組件總規(guī)范： 性能測(cè)試 在規(guī)定光源的光譜、標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)以及一定的電池溫度（25）條件下對(duì)太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓、短路電流、最大輸出功率、伏安特性曲線等進(jìn)行測(cè)量 電絕緣性能測(cè)試 以1kV的直流電通過(guò)組件底板與引出線，測(cè)量絕緣電阻，要求大于2000M，以確保在應(yīng)用過(guò)程中組件邊框無(wú)漏電現(xiàn)象發(fā)生。4、太陽(yáng)電池組件封裝工藝五、太陽(yáng)電池組件4.5 檢測(cè) 熱循環(huán)實(shí)驗(yàn) 將組件置于有自動(dòng)溫度控制、內(nèi)部空氣循環(huán)的氣候室內(nèi)，使組件在4085之間循環(huán)規(guī)定次數(shù)，并在極端溫度下保持規(guī)定時(shí)間，監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能產(chǎn)生的短路和斷路、外觀缺陷、電性能衰減率、絕緣電阻等，以確定組件由于溫度重復(fù)變化引起的熱應(yīng)變能力。 濕熱濕冷實(shí)驗(yàn) 將組件置于有自動(dòng)溫度控制、內(nèi)部空氣循環(huán)的氣候室內(nèi)，使組件在一定溫度和濕度條件下往復(fù)循環(huán)，保持一定恢復(fù)時(shí)間，監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能產(chǎn)生的短路和斷路、外觀缺陷、電性能衰減率、絕緣電阻等，以確定組件承受高溫高濕和低溫低濕的能力 。4、太陽(yáng)電池組件封裝工藝五、太陽(yáng)電池組件4.5 檢測(cè) 機(jī)械載荷實(shí)驗(yàn) 在組件表面組件加載，監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能產(chǎn)生的短路和斷路、外觀缺陷、電性能衰減率、絕緣電阻等，以確定組件承受風(fēng)雪、冰雪等