太阳能光伏发电-11

1、太阳能光伏发电技术及其应用姚建曦 Tel: 61772338，Email: 主楼B610第五章 太阳电池组件 由于太阳电池本身易破碎、易被腐蚀，若直接暴露在大气中，光电转换效率会由于潮湿、灰尘、酸雨等的影响而下降，以至损坏失效。因此，太阳电池一般都必须通过胶封、层压等方式封装成平板式构造再投入使用。其中以层压封装的方法用的最为普遍，即将太阳电池片的正面和背面各用一层透明、耐老化、黏结性好的热熔性EVA胶膜包封，采用透过率高、耐冲击的低铁钢化玻璃做上盖板，用耐湿抗酸的Tedlar复合薄膜（聚氟乙烯复合膜）或玻璃等其他材料做背板，通过真空层压工艺使EVA胶膜将电池片、正面盖板和背板黏合为一个整体，

2、从而构成一个实用的太阳电池发电器件，一般称为太阳电池组件或组件，俗称太阳电池板或电池板。本章主要内容1. 太阳电池的组件类型2. 封装材料3. 太阳电池组件制造设备4. 太阳电池组件封装工艺1. 太阳电池的组件类型单晶硅组件多晶硅组件五、太阳电池组件太阳能电池组件砷化镓组件非晶硅薄膜组件环氧树脂胶封层压封装五、太阳电池组件封装材料与工艺硅胶封装 单个组件的功率从几分之一瓦到几百瓦，电压从零点几伏到几十伏不等，使用较多的是9串4列或12串3列共36片串联，额定电压为12V的组件。 美国AP公司的单晶硅电池36片串联，经层压封装而成，其峰值功率75Wp，组件上盖板材料为低铁钢化玻璃，周边采用铝合金

3、边框固定，这种组件的寿命长（约25年），一般用于各种光伏电站。 环氧树脂胶封的多晶硅太阳电池组件，主要用于太阳能草坪灯、礼品玩具等小型太阳电池组件。 非晶硅组件，弱光性能好，但效率相对较低，且衰减快，适合于室内或便携式光伏系统。 近几年，随着国内光伏建筑一体化的推广，各组件封装厂商纷纷推出双面玻璃太阳电池组件，与普通组件结构相比，双面玻璃组件利用玻璃代替TPE作为组件背板材料。广泛用于太阳能智能窗，太阳能凉亭和光伏建筑顶棚、光伏玻璃慕墙等。 可回收的太阳电池组件。2. 封装材料五、太阳电池组件2、封装材料 真空层压封装太阳电池，主要使用的材料有环氧树脂、有机硅树脂、玻璃、EVA、Tedlar或

4、Tedlar复合薄膜，如TPT（TPE）、连接条、铝框等。封装材料的特性对太阳电池组件的性能、使用寿命有重要影响。合理选用封装材料和采取正确的封装工艺能保证太阳电池的高效利用。五、太阳电池组件2、封装材料2.1 环氧树脂 太阳电池用的环氧树脂黏合剂是双组分液体（现用现配），通过改变固化剂、促进剂等，环氧树脂的配方可以千变万化，从而具备各种不同性能，以满足各种不同要求。 封装材料要求具有较高的耐湿性和气密性。环氧树脂是高分子材料，一般高分子材料分子间距离为50200nm，大大超过水分子的体积。水的渗透降低电池的使用寿命。提高环氧树脂的疏水性是有效地提高其耐湿性的一项措施。五、太阳电池组件2、封装

5、材料2.1 环氧树脂 环氧树脂封装太阳电池组件工艺简单、材料成本低廉，在小型组件封装上使用较多，早期太阳能草坪灯大都采用这种组件。但由于环氧树脂抗热氧老化、紫外老化的性能相对较差，有被EVA层压封装取代的趋势。五、太阳电池组件2、封装材料2.2 有机硅胶 有机硅产品是一类具有特殊结构的封装材料，兼具有无机材料和有机材料的许多特性，如耐高温、耐低温、耐老化、抗氧化、电绝缘、疏水性等，一般会使用中性硅胶。 有机硅胶透光率可以达到90以上，具有低温固化的特点，可方便表面镀膜等。 有机硅膜在热、空气、潮气等老化条件下容易发生老化现象，因此，封装太阳电池组件用的硅胶需要加入适宜的添加剂来提高其老化性能。

6、五、太阳电池组件2、封装材料2.3 EVA胶膜（简介） 标准的太阳电池组件中一般要加入两层EVA胶膜，EVA胶膜在电池与玻璃、电池与TPT之间起粘接作用。（1）EVA是乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物，EVA树脂与聚乙烯（PE）相比，由于分子链上引入乙酸乙烯单体（VA），从而降低了结晶度，提高了透明性、柔韧性、耐冲击性，并改善了其热密特性。（2）未经改性的EVA透明、柔软，有热熔粘接性、熔融温度低（小于80）、熔融流动性好。这些特征符合太阳电池封装要求，但其耐热性差，易延伸而弹性低，内聚强度低，易产生热收缩而致使太阳电池碎裂，使粘接脱层。五、太阳电池组件2、封装材料2.3 EVA胶膜（简介） 太阳电池

7、组件作为一种长期在户外使用的产品，EVA胶膜是否能经受住户外的紫外光老化和热老化也是十分重要的问题。未改性的EVA如长时间受紫外光和热的影响，易龟裂、变色，易从玻璃、TPT上脱落，从而大大地降低太阳电池的效率，缩短其使用寿命，最终增加了太阳电池的使用成本。因此，需要对EVA进行改性。五、太阳电池组件2、封装材料2.3 EVA胶膜（主要性能指标） 一般说来，用于太阳电池封装的EVA胶膜必须满足以下主要性能指标： 固化条件 快速型，加热135，恒温1520min；慢速型，加热至145，恒温3040min。 厚度；宽度1100mm，800mm，600mm等多种规格 太阳电池封装用的EVA胶膜固化后的

8、性能要求 透光率大于90；交联度大于65；剥离强度（N/cm），玻璃/胶膜大于30；TPT/胶膜大于15；耐温性：高温80，低温-40，尺寸稳定性较好；具有较好的耐紫外光老化性能。 国内目前的大多数太阳电池封装用EVA胶膜虽然能达到上述的主要性能指标，但对其耐老化性能，特别是耐紫外光老化性能未能做过系统、深入的研究，与国外同类产品的主要差距就体现在耐老化性能方面。五、太阳电池组件2、封装材料2.4 玻璃 标准太阳电池组件的盖板材料通常采用低铁钢化玻璃，其特点是： 透过率高 抗冲击能力强和使用寿命长。 这种太阳电池组件用的低铁玻璃，一般厚度为，在晶体硅太阳电池响应的波长范围内（3201100nm

9、）透光率达90以上，对于波长大于1200nm的红外线有较高的反射率，同时能耐太阳紫外线的辐射。普通玻璃的光谱透过率太阳电池组件用超白玻璃的光谱透过率2、封装材料2.4 玻璃五、太阳电池组件为了提高玻璃的透过率主要从以下几个方面进行研究： 降低玻璃中铁的含量 研制新的防反射涂层或减反射表面材料 增加玻璃强度和延长使用寿命 除玻璃外，一些组件厂商也采用透明Tedlar、PMMA（俗称有机玻璃）或PC（聚碳酸酯）板作为太阳电池组件的正面盖板材料。PMMA板和PC板有透光性能好、材质轻的优点，但耐温性能差，表面易划伤，主要应用于室内或便携太阳电池组件的封装。2、封装材料2.5 背面材料五、太阳电池组件

10、 可有多种选择，主要取决于应用场所和用户需求。用于太阳能庭院灯和玩具的小型太阳电池组件多用电路板、耐温塑料或玻璃钢板材，而大型太阳电池组件多用玻璃或Tedlar复合材料。 严格来说应为Tedlar PVT薄膜，是一种具有高透过率的透明材料，也可根据需要制成蓝、黑等多种颜色。它是美国杜邦公司独家生产的产品，同样具有许多熟知的碳氟乙烯的性质：耐老化、耐腐蚀、不透气等，这些特点很符合封装太阳电池。此外，它还具有优良的强度和防潮性能，可直接用作太阳电池组件或太阳能集热器的封装材料。2、封装材料2.5 背面材料五、太阳电池组件 为了保持太阳电池组件有更长的使用寿命，Tedlar可有以下组织形式。Tedl

11、ar/polyester/Tedlar，Tedlar/aluminum/Tedlar，Tedlar/iron/Tedlar 一般复合薄膜所用的Tedlar厚度为38m，聚酯为75m ，铝膜和铁膜为2530m。通常用得最多的就是Tedlar/Polyester/Tedlar（TPT），TPT具有更好的防潮、抗湿和耐候性能还具有高强、阻燃。耐久、自洁等特性。 白色TPT对阳光可起反射作用，能提高电池组件效率，并且具有较高的红外反射率，可以降低组件的工作温度，也有利于提高组件的效率。$10/m22、封装材料2.5 背面材料五、太阳电池组件 目前，很多太阳电池组件封装厂家开始使用TPE代替TPT作为太

12、阳电池组件的背面材料。TPE是由Tedlar、聚酯、EVA三层材料构成，与电池接触面（EVA面）为接近电池颜色深蓝色，封装出来的组件较美观，耐候性能不如TPT，但其价格便宜。2、封装材料2.6 其它材料五、太阳电池组件 除上述材料之外，还需要连接条（浸锡铜条）、铝合金或不锈钢边框、电极接线盒、焊锡等。3. 太阳电池组件制造设备3、太阳电池组件制造设备五、太阳电池组件 太阳电池组件制造、封装和测试的设备主要有激光划片机、层压机、固化炉、电池片测试台、组件测试台、电阻率测试仪等。国外较大型的太阳电池组件专业厂家设备非常齐全，如清洁玻璃、平铺切割EVA、太阳电池焊接等都有专门的设备。3、太阳电池组件

13、制造设备3.1 激光划片机五、太阳电池组件 一般由激光晶体、电源系统、冷却系统、光学扫描系统、真空泵、控制系统、工作台、计算机等组成。 激光划片是把激光束聚焦在硅、锗、砷材料的表面，形成很高的功率密度，使硅片形成沟槽。可以较好地防止损伤和污染硅片，可以提高硅片的利用率，提高产品的成品率3、太阳电池组件制造设备3.2 层压机五、太阳电池组件加热放入电池片下室抽气加压下室充气上室抽气20W以下太阳电池组件：设置工作温度120oC，抽气5min，层压5min，充气20s，太阳电池功率50100W较大时，延长抽气时间至8min，层压时间至10min4. 太阳电池组件封装工艺4、太阳电池组件封装工艺五、

14、太阳电池组件 太阳电池组件是将单体太阳电池串、并联后严密封装而成的。未封装前的单体太阳电池机械强度弱，不能承受较大力的撞击，薄而易碎；而且，大气中的水分和腐蚀性气体会慢慢锈蚀和氧化电极，逐渐使电极脱落，同时也腐蚀太阳电池表面，降低电池的效率，因此，要使用玻璃等将太阳电池封装，使其与大气隔绝。 另一方面，单体太阳电池工作电压只有，由于受硅片材料尺寸限制，单体电池功率也都很小，远不能满足一般用电设备的电压、功率要求。4、太阳电池组件封装工艺五、太阳电池组件 太阳电池组件制造过程主要有以下一些步骤：激光划片光焊（将电池片连接成串）手工焊（焊接汇流条）层叠（玻璃EVA电池EVATPT）中测层压固化装边

15、框、接线盒终测4、太阳电池组件封装工艺五、太阳电池组件4.1 激光划片 太阳电池每片工作电压左右（开路电压），将一片切成两片后，每片电压不变；太阳电池功率与电池板的面积成正比（同样转换效率下）。根据组件所需电压、功率，可以计算出所需电池片的面积及电池片片数。由于单体电池（未切割前）尺寸一定，面积通常不能满足组件需要，因此，在焊接前，一般有激光切片这套工序。切割前，应设计好切割路线，画好草图，要尽量利用切割剩余的电池片，提高电池片利用率。4、太阳电池组件封装工艺五、太阳电池组件4.2 焊接 切割好的太阳电池片需要将其连接起来，焊接这一工序就是用焊条按需要将电池片串联或并联好，最后汇成一条正极和一

16、条负极引出来，焊接时要注意几点： 太阳电池串联后，每片串联的电池片要求尺寸一样大，颜色一致 手工焊接时把握好烙铁与焊点接触时间，尽量一次焊成 焊点要均匀太阳电池串联后总电流与最小电池片产生的电流一致4、太阳电池组件封装工艺五、太阳电池组件4.3 层压 层压前一般先用万用表通过测电池电压方式检查焊接好的太阳电池有没有短路、断路，然后清洗玻璃，按照比玻璃面积略大的尺寸裁制EVA、TPT，将玻璃EVA电池EVATPT层叠好，放入层压机，注意事项（消除EVA中的气泡）： 当层压的组件出现气泡，说明工作温度过高或抽气时间太短，应重新设置工作温度和抽气、层压时间。4、太阳电池组件封装工艺五、太阳电池组件4

17、.4 固化 从层压机取出的太阳电池，未固化时EVA容易与TPT、玻璃脱层，进入烘箱固化。烘箱固化根据EVA种类不同分成两种方式： 快速固化型EVA 设置烘箱温度135，待升到设置温度后，将层压好的电池放入固化15min 常规固化型EVA 设置烘箱温度145，待升到设置温度后，将层压好的电池放入固化30min4、太阳电池组件封装工艺五、太阳电池组件4.4 固化 另外，也可以在层压机内直接固化： 快速固化型EVA 层压机设置100120，放入电池板，抽气35min，加压410min（层压的太阳电池板较小时，时间可以稍短些），同时升温到135，恒温固化15min，层压机下充气上抽空30s，开盖取出电

18、池冷却即可。 常规固化型EVA 层压机设置100120，放入电池板，抽气35min，加压410min（层压的太阳电池板较小时，时间可以稍短些），同时升温到145150，恒温固化30min，层压机下充气上抽空30s，开盖取出电池冷却即可。4、太阳电池组件封装工艺五、太阳电池组件4.4 固化 目前，工厂大部分采用在烘箱中快速固化EVA。这种固化方法效果好，速度快，可以节约层压机的使用时间。在太阳电池组件制造过程中，厂家经常需要测定EVA凝胶含量来分析EVA的固化程度，以达到控制封装质量的目的。EVA凝胶含量达到65以上，可以认为固化基本完成。4、太阳电池组件封装工艺五、太阳电池组件4.5 检测 太

19、阳电池组件投入使用前需先进行各种性能测试，具体方法主要参考GB/T9535-1998地面用晶体硅光伏组件设计鉴定与定型、GB/T14008-1992海上用太阳电池组件总规范： 性能测试 在规定光源的光谱、标准光强以及一定的电池温度（25）条件下对太阳电池的开路电压、短路电流、最大输出功率、伏安特性曲线等进行测量 电绝缘性能测试 以1kV的直流电通过组件底板与引出线，测量绝缘电阻，要求大于2000M，以确保在应用过程中组件边框无漏电现象发生。4、太阳电池组件封装工艺五、太阳电池组件4.5 检测 热循环实验 将组件置于有自动温度控制、内部空气循环的气候室内，使组件在4085之间循环规定次数，并在极端温度下保持规定时间，监测实验过程中可能产生的短路和断路、外观缺陷、电性能衰减率、绝缘电阻等，以确定组件由于温度重复变化引起的热应变能力。 湿热湿冷实验 将组件置于有自动温度控制、内部空气循环的气候室内，使组件在一定温度和湿度条件下往复循环，保持一定恢复时间，监测实验过程中可能产生的短路和断路、外观缺陷、电性能衰减率、绝缘电阻等，以确定组件承受高温高湿和低温低湿的能力 。4、太阳电池组件封装工艺五、太阳电池组件4.5 检测 机械载荷实验 在组件表面组件加载，监测实验过程中可能产生的短路和断路、外观缺陷、电性能衰减率、绝缘电阻等，以确定组件承受风雪、冰雪等