光伏組件原理及常見質量問題

1、光伏發(fā)電原理及組件生產(chǎn)過程中常見質量問題光伏(電池/組件)生產(chǎn)過程及常見質量問題 2光伏發(fā)電優(yōu)勢及原理 1 電站組件質量保障措施 3目 錄1.光伏發(fā)電優(yōu)勢及原理光伏發(fā)電優(yōu)勢及原理可開采65年左右可開采58年左右可開采100年左右鈾資源天然氣煤資源石油資源人類未來的能源之路在何方？人類未來的能源之路在何方？可開采40年左右1.光伏發(fā)電優(yōu)勢及原理光伏發(fā)電優(yōu)勢及原理u 太陽能發(fā)電的優(yōu)勢太陽能發(fā)電的優(yōu)勢 太陽能每秒鐘到達地面的能量高達80萬千瓦/秒； 地球表面0.1%太陽能轉為電能，轉換效率5%，每年發(fā)電量可達5.61012千瓦小時，相當于目前世界上能耗的40倍； 足以供給人類使用幾十億年。1.光伏發(fā)

2、電優(yōu)勢及原理光伏發(fā)電優(yōu)勢及原理歐洲JRC的預測 (20002100)自天然氣起，以下為化石燃料化石燃料生產(chǎn)峰值在2030-2040年之間1.光伏發(fā)電優(yōu)勢及原理光伏發(fā)電優(yōu)勢及原理u 光伏電池發(fā)電原理光伏電池發(fā)電原理N型半導體P型半導體- 純凈硅晶體中摻入5價雜質磷/砷/銻,N型半導體；- 如果摻入的是三價的硼/鎵，則會形成P型半導體。u 光伏電池發(fā)電原理光伏電池發(fā)電原理1.光伏發(fā)電優(yōu)勢及原理光伏發(fā)電優(yōu)勢及原理- N區(qū)的電子擴散至P區(qū)，自身帶正電；- P區(qū)空穴被電子填補（接受電子）帶負電，PN結形成u 光伏電池發(fā)電原理光伏電池發(fā)電原理-光生伏打效應光生伏打效應1.光伏發(fā)電優(yōu)勢及原理光伏發(fā)電優(yōu)勢及原

3、理Number of Photons of Wavelength (nm)Eh- 光照PN結將電子從共價鍵中激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴對；- 電子向帶正電的N區(qū)運動，空穴向帶負電的P區(qū)運動，形成電壓和電流；2.光伏工藝過程及常見質量問題光伏組件平衡系統(tǒng)配電系統(tǒng)土建工程等u 光伏組件是光伏電站的光伏組件是光伏電站的核心，也是初始投資之核心，也是初始投資之最大構成，光伏組件成最大構成，光伏組件成本越低，初始投資越少，本越低，初始投資越少，光伏組件質量越高，使光伏組件質量越高，使用年限越長，發(fā)電量越用年限越長，發(fā)電量越高，度電成本越低。高，度電成本越低。2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量

4、問題u光伏組件存在問題光伏組件存在問題影響光伏組件質量因素有哪些？生產(chǎn)工藝2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件結構2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件結構玻璃EVA膠膜EVA膠膜背板電池串2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件質量的影響因素一 設計二 生產(chǎn)三 檢驗四 包裝運輸設計原材料結構工藝驗證使用8個組件(IEC61215)目測、電性能、絕緣、濕漏電目測、電性能、絕緣、濕漏電溫度系數(shù)電性能戶外暴露二極管熱試驗熱斑紫外線熱循環(huán)50濕凍終端試驗熱循環(huán)200濕熱機械強度雹擊標稱工作溫度低輻照電性能123452.組件工藝過程及常

5、見質量問題組件工藝過程及常見質量問題u組件設計組件設計 可靠性測試可靠性測試u 絕緣測試絕緣測試-測定組件的載流元件與組件邊框或外界之間的絕緣是否良好；-無絕緣擊穿或表面裂紋現(xiàn)象-在2Vsys+1000V下，漏電電流 50A-在500V下，絕緣電阻應50M（或漏電流10A）u 溫度系數(shù)測量-確定組件電流（），電壓（）和最大功率（）的溫度系數(shù)；u 標稱工作溫度測量-標稱工作溫度是指在標準參考環(huán)境下，敞開式支架安裝情況下，太陽電池的平均平衡結溫。在系統(tǒng)設計中，比較不同組件設計的性能時該參數(shù)是一個很有價值的參數(shù)。-至少選用10個數(shù)據(jù)點，覆蓋300W/m2以上輻照度范圍，做（TJ-Tamb）隨輻照度變

6、化的曲線，做回歸分析擬合；-確定800W/m2時的（TJ-Tamb）值，加上20即為標稱工作溫度；152.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題16u NOCT下的電性能：下的電性能：-條件：標稱工作溫度，及800W/m2的輻照度，組件帶載情況下的電性能-操作執(zhí)行：可在測溫度系數(shù)時同時執(zhí)行u STC下的電性能：下的電性能：-條件：溫度25 ，輻照度1000W/m2，組件帶載情況下的電性能-操作執(zhí)行：太陽能模擬器u 低輻照度下的電性能：低輻照度下的電性能：-條件：溫度25 +/-2 ，輻照度200W/m2，組件帶載情況下的電性能-操作執(zhí)行：太陽能模擬器，只是光強度變化，光譜分布和1

7、000W/m2下相同u 室外暴曬：室外暴曬：-目的：對組件經(jīng)受室外條件的能力作初步評價并揭示組件在室內試驗探查不到的一些綜合衰減因素（試驗時間短且實驗條件隨環(huán)境在變化，所以本試驗僅被用作可能存在問題的提示）-試驗執(zhí)行：組件短接，共接受60kW/m2的輻照-評估標準：1）無嚴重目測缺陷；2）Pmax衰減5%；3）滿足絕緣試驗2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題17u 熱斑耐久試驗熱斑耐久試驗-確定組件承受熱斑加熱效應的能力；組件內某電池單元不匹配或裂紋、內部連接失效、局部被遮光或弄臟使電池局部電壓電流積增大，從而產(chǎn)生局部溫升，可能導致焊接融化或封裝退化u 紫外預處理試驗紫外預

8、處理試驗-熱循環(huán)和濕凍前，進行紫外線預測試以證明材料和連接能經(jīng)受紫外衰減；-波長280nm 400nm，5倍于對應標準光譜輻照度；u 熱循環(huán)試驗熱循環(huán)試驗2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題1. 太陽電池組件無嚴重外觀缺陷；2. 太陽電池組件最大輸出功率的衰減不超過試驗前測試值的5%。3. 滿足絕緣要求18u 濕凍試驗濕凍試驗-確定組件承受高溫、高濕之后零下溫度對其影響的能力2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題1. 太陽電池組件無嚴重外觀缺陷；2. 太陽電池組件最大輸出功率的衰減不超過試驗前測試值的5%。3. 滿足絕緣要求19u 濕熱試驗濕熱試驗-確定組

9、件承受長期濕氣滲透的能力（無外觀缺陷，Pmax衰減5%，滿足絕緣要求）；u 濕漏電流試驗濕漏電流試驗-評價組件在潮濕工作條件下的絕緣性能，驗證雨、霧、露水或溶雪的濕氣不能進入組件內部電路的工作部分，如果濕氣進入在該處可能會引起腐蝕、漏電或安全事故（A0.1m2，R*A400Mm2);u 機械載荷試驗機械載荷試驗-確定組件經(jīng)受風、雪或覆冰等靜態(tài)載荷的能力（無間歇斷路現(xiàn)象，無嚴重外觀缺陷，Pmax衰減5%，滿足絕緣測試要求）；u 冰雹試驗冰雹試驗-驗證組件經(jīng)受冰雹撞擊的能力（無間歇斷路現(xiàn)象，無嚴重外觀缺陷，Pmax衰減5%，滿足絕緣測試要求）；u 旁路二極管熱性能試驗旁路二極管熱性能試驗-評價旁路

10、二極管的熱設計及防止對組件有害的熱斑效應能相對長期的可靠性（目測無缺陷，TjT額定， Pmax衰減5%，滿足絕緣測試要求，二極管仍能正常工作）；2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件原材料 鋼化玻璃透明絕對的密封為什么要用玻璃封裝組件234經(jīng)久耐用、穩(wěn)定性好便宜12.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件原材料 鋼化玻璃玻璃能夠增加組件轉換效率優(yōu)質的光伏用低鐵玻璃能夠增加透光率，從而增加組件電能輸出?？梢栽黾酉莨庑?，增加光的吸收。光伏玻璃透光率國標為91%，目前不少企業(yè)采用高透玻璃，其透光率達到94

11、.7%以上，該項技術可有效增加光伏組件的輸出。高透光玻璃在西北風沙氣候是否能長期穩(wěn)定2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件原材料 EVA 光伏組件在表面鋼化玻璃與背面背板的中間還有一層經(jīng)過固化的EVA層，其作用：封裝電池片，防止外界環(huán)境對電池片的電性能造成影響。增強組件的透光性。將電池片，鋼化玻璃，TPT粘接在一起，具有一定的粘接強度。 EVA膠膜在未層壓前是線性大分子，當受熱時，交聯(lián)劑分解，形成活性自由基，引發(fā)分子間反應形成網(wǎng)狀結構。從而提高的力學性能、耐熱性、耐溶劑性、耐老化性。2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件原材料 EVAEVA對組件質量

12、的影響黃變光EVA光EVA變色短路電流Isc 降低13%max；轉換效率eff降低19%max；2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件原材料 EVAEVA對組件質量的影響 PID效應三種不同EVA材料組件PID測試結果2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件原材料 背板 光伏組件中與上蓋相對的組件背部的防護層，在戶外環(huán)境下保護太陽能電池組件不受外界條件影響。主要作用有： 防止水汽的的侵蝕; 阻隔氧氣防止氧化; 對組件進行絕緣; 提高組件耐老化性、耐腐蝕性能; 可以反射陽光，提高組件轉化效率; 增加組件紅外發(fā)射率，可以降低組件的溫度。 2.組件工藝過程及

13、常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件原材料 背板 背板的優(yōu)劣直接決定組件的使用壽命，高品質背板材料的抗紫外特性更好，可以更好保障組件的耐候性，提高組件的使用壽命。 背板結構 2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件原材料 背板 背板結構 2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件原材料 背板 PVF 特點 3.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件原材料 背板 背板結構 采用TPT（Tedlar+PET+Tedlar）結構，相較TPE背板，雙層Tedlar具有以下優(yōu)點優(yōu)異的耐紫外特性和耐熱氧化特性低的水汽滲透率良好的電絕緣性一定的粘

14、結強度TPT背板結構TPE背板結構3.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件原材料 背板 PVF 特點 耐高低溫抗紫外耐腐蝕耐老化強防氧化2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件原材料 背板 背板對組件質量的影響 導熱性對組件效率的影響：背板材質具有導熱性，可以將組件產(chǎn)生的熱量及時導出，從而保證組件的發(fā)電效率。電池溫度1開路電壓2.3mV背板導熱性影響組件發(fā)電效率2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件原材料 背板 背板對組件質量的影響背板層間粘合不合格可能導致背板分層，水汽、空氣滲入組件，造成組件電路短路或原材料被氧化，從而嚴重影響組

15、件性能。背板耐老化性不強，使用過程當中可能導致背板發(fā)黃、脆裂、破壞絕緣性，從而影響組件性能。背板的水汽滲透率過高，容易引起組件的PID，影響組件的衰減特性。3.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件原材料 背板 背板對組件質量的影響背板黃變：組件在戶外使用12年后PET背板和FEVE涂料背板顏色變化明顯，PVDF背板、KPE背板和BBF背板顏色也有變化，Tedlar和TPT背板顏色相對更為穩(wěn)定。2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件原材料 接線盒 接線盒對組件質量的影響二極管失效對組件質量的影響接線盒中的二極管因擊穿失效，并引起火災，或組件不能正常工，后

16、果會很嚴重，可能導致組件報廢作，影響電站發(fā)電效率。2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件原材料 接線盒 接線盒對組件質量的影響連接端子老化密封圈或灌封膠老化接線盒老化老化后，無法防止水滲入，容易造成短路，損毀組件。2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件原材料 鋁邊框 鋁邊框結構鋁邊框對組件質量的影響2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件原材料 太陽電池 太陽電池對組件質量的影響電池混檔：由于組件間電池采用串聯(lián)，電池片如不經(jīng)分檔，會造成組件間不匹配損失增大，從而造成封裝損失增大，導致組件功率損失。 組件發(fā)電遵循“木桶效應”，其輸出

17、取決于電性能最小的電池片的電性能。1234I=xV=yI=xV=yI=zxV=yI=xV=yI=zV=4yP=4zy4xy2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件原材料 太陽電池 太陽電池對組件質量的影響電池混檔表現(xiàn)：由于組件中電池片之間不匹配導致測試異常，曲線出現(xiàn)“臺階”。EL也會出現(xiàn)亮度不同的現(xiàn)象。2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件原材料 太陽電池 太陽電池對組件質量的影響電池混檔對組件質量的潛在危害1.部分低效電池溫度過高，容易形成熱斑，損壞電池。 2.組件衰減加速，組件壽命下降。發(fā)黑電池片 T = 68 C四周電池片 = 46-52 C2.

18、組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題組件原材料 太陽電池 太陽電池對組件質量的影響色差：電池分選未進行色差分選,影響組件外觀，但不會對組件質量產(chǎn)生明顯影響。2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題 u采用質量優(yōu)良的原材料 組件各種封裝原材料應有技術規(guī)范或技術標準 ，符合中華人民共和國國家標準（GB），中華人民共和國電力行業(yè)標準（DL），中華人民共和國電子行業(yè)標準（SJ）及相關的IEC標準。在國內標準與IEC標準矛盾時，應按較高標準執(zhí)行。 組件原材料均采用國內外知名品牌生產(chǎn)制造，符合上述標準，部分關鍵原材料通過UL和TUV雙認證，確保組件可靠性。組件原材料應用到貨

19、檢驗記錄，對于新型原材料，要求首先試制，試制組件滿足IEC61215相關測試要求。u組件的主要工藝步驟層壓排版疊層串焊測試分檔組框接線盒2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題u串焊串焊 串焊工序將互聯(lián)條與電池片的主柵線焊接起來，目的是將電池片進行串聯(lián)。2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題u串焊串焊u目的 焊接參數(shù)：溫度、焊接時間 硬件保養(yǎng)：烙鐵頭、傳送定位裝置 焊接拉力測試符合標準 焊接排版符合質量要求u控制要點 串焊工序使用自動串焊機完成電池片單片焊接、串接、方陣排列作業(yè)2.組件工藝過程及常見質量問

20、題組件工藝過程及常見質量問題u串焊工藝常見質量問題串焊工藝常見質量問題-虛焊虛焊u現(xiàn)象 出現(xiàn)焊帶與電池片脫層，影響組件功率衰減 運轉和抽真空過程中出現(xiàn)焊點脫開，層壓件造成外觀不良 過焊導致電池片內部電極被損壞，直接影響組件功率衰減 降低組件壽命或造成報廢u虛焊風險分析2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題 焊接時機器或人工定位出現(xiàn)異常所致，也可能是因為層壓時隨著EVA的流動性所致。u串焊工藝常見質量問題串焊工藝常見質量問題-露白露白u現(xiàn)象u露白風險分析 焊帶的偏移會導致焊帶與主柵面積接觸減少，收集電流的力降低，同時也會使電池片的受光面積減少，從而使組件功率或長期可靠性降低。u

21、產(chǎn)生原因2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題u裁切鋪設裁切鋪設 將組件串、玻璃、切割好的EVA、背板按照一定的層次敷設好，準備層壓。敷設時保證電池串與玻璃等材料的相對位置，調整好電池間距離，為層壓做好準備。（敷設層次由下而上：玻璃、EVA、電池片、EVA、背板）玻璃EVA膠膜EVA膠膜背板電池串2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題u玻璃上料玻璃上料 將合格玻璃上至自動線拆開來料的鋼化玻璃目視檢查玻璃來料情況搬運鋼化玻璃到傳送帶目視上料情況玻璃傳送到下一工位鋼化玻璃無污漬鋼化玻璃符合質量要求u目的u作業(yè)說明u控制要點2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過

22、程及常見質量問題- 標準：玻璃劃傷寬度0.1mm，長度20mm，不超過3條/m。- 潛在風險：降低組件的長期可靠性，組件表面的封裝玻璃完全破碎，透光率急劇下降，該組件電流幾乎為零，嚴重影響整個組串功率的輸出。u玻璃常見質量問題-玻璃劃傷2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題u排列排列 將電池串用互聯(lián)條連接起來，便于進行層疊互聯(lián)條焊接質量直接影響組件電性能的輸出。2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題u裁切鋪設裁切鋪設 將原材料依次排序，完成電池組件的鋪設u目的u作業(yè)說明隔離小條鋪設，匯流帶頭尾部連接ID條碼粘貼，檢驗EVA、TPT鋪設各部件間尺寸控制焊接質量

23、檢查和控制符合質量要求u控制要點2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題uEL檢測檢測 近紅外在暗箱狀態(tài)下捕捉到圖像，來判別組件的缺陷 u目的u作業(yè)說明選擇合適參數(shù)下測試模板測試設備與組件間連接條碼掃描圖像判斷參數(shù)控制：電流、電壓、曝光時間缺陷類別根據(jù)EL標準進行判定u控制要點 層壓前EL檢測與層壓后EL檢測可有效分辨電池的多種缺陷：如隱裂、混檔、污染、斷柵、焊接黑斑、黑芯片、短路黑片、網(wǎng)紋等等缺陷2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題u層壓層壓 將敷設好的電池組件放入層壓機內，通過抽真空將組件內的空氣抽出，然后加熱使EVA融化，并加壓使融化的EVA流動充滿玻

24、璃、電池片和背板膜之間的間隙，同時排出中間的氣泡，將電池、玻璃和背板緊密的粘合在一起，最好降溫固化取出組件。 層壓工藝是整個組件生產(chǎn)的關鍵一步，層壓溫度和層壓時間要根據(jù)原材料來確定。2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題u層壓工序常見質量問題層壓工序常見質量問題交聯(lián)不合格交聯(lián)不合格-問題：電池片與EVA間出現(xiàn)脫層-原因：組件交聯(lián)度測試不合格，質量控制失效。- 風險：組件產(chǎn)生熱斑，功率衰減加快。2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題u層壓工序常見質量問題層壓工序常見質量問題氣泡氣泡- 產(chǎn)生原因：層壓機真空泵不能完全抽到真空或EVA膜厚薄不均勻，從而造成層壓中出

25、現(xiàn)氣泡。-標準：氣泡不在電池表面，且氣泡不能成串，其余部位0.5 mm21mm2的氣泡3個，1mm21.5mm2的氣泡1個；單個氣泡直徑2mm，總體氣泡數(shù)4個；到內邊框距離5mm- 潛在風險：在氣泡區(qū)域的電池片會加速氧化，影響組件的衰減與長期可靠性。2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題u層壓工序常見質量問題層壓工序常見質量問題表面異物表面異物- 產(chǎn)生原因：層壓工藝衛(wèi)生不達標- 標準：組件表面潔凈無異物。除密封粘接部位，其余表面（玻璃、邊框、背板、導線、連接頭等）無異物、硅膠、膠帶和EVA殘留。- 潛在風險：雜質部分會造成遮光，嚴重時該區(qū)域容易形成熱斑；過熱的區(qū)域會引起EVA加速老化變黃，使該區(qū)域的透光率下降，從而使熱斑進一步惡化，導致組件損壞或早期失效。2.組件工藝過程及常見質量問題組件工藝過程及常見質量問題