太陽能光伏技術(shù)概論 課件 第五章 光伏組件

第一節(jié)光伏組件的結(jié)構(gòu)和特性 第二節(jié)光伏組件工藝第三節(jié)雙玻組件工藝與組件要求第四節(jié)光伏組件的認(rèn)證第一節(jié)光伏組件的結(jié)構(gòu)和特性太陽能電池方陣由多個(gè)太陽能電池組件串聯(lián)或者并聯(lián)構(gòu)成，而太陽能電池組件又是由許多個(gè)太陽能電池串聯(lián)而成的。這樣做的原因是，第一，單個(gè)太陽能電池提供的電流和電壓有限；第二，太陽能電池本身易破碎、易被腐蝕，若直接暴露在大氣中，光電轉(zhuǎn)化效率會(huì)由于潮濕、灰塵、酸雨等的影響而下降，以至損壞失效。因此，太陽能電池串聯(lián)后通過膠封、層壓等方式封裝成平板式構(gòu)造組件才能投入使用。將太陽能電池芯片經(jīng)過串、并聯(lián)組成的電池系統(tǒng)加以嚴(yán)密封裝，接出外連電線，達(dá)到一定的額定輸出功率和輸出電壓的一組光伏電池，就稱為光伏組件，如圖5-1所示。

組件的封裝方法中以層壓封裝的方法用得最為普遍，即將太陽能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，采用透過率高、耐沖擊的低鐵鋼化玻璃作為上蓋板，用耐濕抗酸的Tedlar復(fù)合薄膜或玻璃等其他材料作為背板，通過真空層壓工藝使EVA膠膜將電池片、上蓋板和下蓋板黏合為一個(gè)整體，從而構(gòu)成一個(gè)實(shí)用的光伏組件。一、光伏組件的結(jié)構(gòu)太陽能光伏組件主要由太陽能電池芯片、上蓋板(主要為低鐵鋼化玻璃)、EVA、下蓋板(TPT、TPE、鋼化玻璃等)、邊框和接線盒等材料組成。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5-2所示。

太陽能電池芯片是光伏組件的核心部分，是光伏組件的發(fā)電單元。由于太陽能電池芯片易碎、易氧化，以及單個(gè)太陽能電池芯片的發(fā)電量有限，所以要將太陽能電池片串聯(lián)并封裝起來形成組件?，F(xiàn)在大部分組件的發(fā)電單元還是以晶硅電池為主的，其比例在90%以上。

上蓋板是光伏組件朝向太陽光的一面，因?yàn)樗羞M(jìn)入組件的太陽光都要通過上蓋板，所以上蓋板的透光性能要求非常高。大部分組件的上蓋板都采用低鐵鋼化玻璃，且為了減少太陽光的反射，玻璃表面還加工成壓花布紋，其透光率在91%以上，這種組件叫做表面襯底型組件。但是有些光伏組件的上蓋板采用其他透明材料，例如柔性非晶硅太陽能電池的上蓋板就是透光性樹脂，這種組件叫做背面襯底型組件。

EVA是光伏組件中非常重要的一個(gè)部件，它是乙烯—乙酸乙烯酯共聚物，由乙烯(E)和乙酸乙烯(VA)共聚而制得。EVA是一種熱熔膠膜，在常溫下是一種固體，當(dāng)EVA加熱到一定溫度后，它會(huì)變成熔體，可黏接同種或者不同種材料。EVA的主要作用是膠粘、密封和抗紫外老化。在組件加工時(shí)，在電池芯片的上面和下面都需要放置一層EVA材料。光伏組件的下蓋板的材料有多種，包括TPT、TPE、鋼化玻璃、不銹鋼材料等。例如，常規(guī)組件的下蓋板材料是TPT或者TPE，雙玻組件的下蓋板材料是鋼化玻璃，柔性非晶硅組件的的下蓋板材料是不銹鋼。下蓋板材料主要起保護(hù)和支撐作用，具有可靠的絕緣性、阻水性、防老化性等。光伏組件邊框一般都采用鋁材制作而成，這種鋁材是經(jīng)過耐酸處理的，其主要作用是保護(hù)和支撐光伏組件，便于系統(tǒng)安裝。在鋁材的長邊框架上都打有3～4個(gè)

6.0～

9.7?mm的安裝孔，此外，還有1個(gè)

4.0～

6.5?mm的接地孔。光伏組件接線盒是介于光伏組件構(gòu)成的組件方陣和太陽能充電控制裝置之間的連接器，集電氣、機(jī)械裝置及相關(guān)材料于一體。接線盒在光伏組件的組成中非常重要，主要作用是將太陽能電池產(chǎn)生的電力與外部線路相連接。接線盒通過硅膠與組件的下蓋板粘在一起，組件內(nèi)的引出線通過接線盒內(nèi)的內(nèi)部線路連接在一起，內(nèi)部線路與外部線纜連接在一起，使組件與外部線纜導(dǎo)通。接線盒內(nèi)有二極管，以保證組件的電池芯片在被遮擋時(shí)能正常工作。二、光伏組件的特性1．光伏組件的I-U特性由于太陽能電池組件的輸出功率取決于太陽光照強(qiáng)度、太陽能光譜的分布和太陽能電池的溫度、陰影、晶體結(jié)構(gòu)等。因此太陽能電池組件的測量在標(biāo)準(zhǔn)條件下(STC)進(jìn)行。其標(biāo)準(zhǔn)測試條件是：(1)光譜輻照度為1000?W/m2；(2)光譜為AM1.5；(3)電池溫度為25℃。如前所述，大氣質(zhì)量指大氣對地球表面接收太陽光的影響程度。大氣質(zhì)量為零時(shí)定義為AM0，是指在地球外空間接收太陽光的情況，適用于人造衛(wèi)星和宇宙飛船等。大氣質(zhì)量為1時(shí)定義為AM1，是指太陽光直接垂直照射到地球表面的情況。相當(dāng)于晴朗夏日在海平面上所承受的太陽光。這兩者的區(qū)別在于大氣對太陽光的衰減，主要包括臭氧層對紫外線的吸收、水蒸氣對紅外線的吸收以及大氣中塵埃和懸浮物的散射等。在太陽光入射角與地面夾角成?時(shí)，大氣質(zhì)量為AM?=?1/cos?。當(dāng)?=?48.2°時(shí)，大氣質(zhì)量定義為AM?1.5，是指典型晴天時(shí)太陽光照射到一般地面的情況，圖5-3為AM0和AM1.5的光譜圖，AM0、AM1和AM1.5的示意圖如圖5-4所示。在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，光伏組件所輸出的最大功率被稱為峰值功率，其表示單位為峰瓦(Wp)。在很多情況下，組件的峰值功率常用太陽模擬器測定并和國際認(rèn)證機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化的太陽能電池進(jìn)行比較。在戶外測試光伏組件的峰值功率是很困難的，因?yàn)楣夥M件所接收的太陽光譜取決于大氣條件及太陽的位置。此外，在測量的過程中，太陽能電池的溫度和光強(qiáng)(光照強(qiáng)度)也是不斷在變化的。在戶外測量的誤差很容易達(dá)到10％或更大。光伏組件是將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的器件，它產(chǎn)生直流電，其輸出電流—電壓的特性曲線如圖5-5所示，稱為光伏組件的I-U特性曲線。其性能參數(shù)主要有最大輸出功率(Pm)、開路電壓(Uoc)、短路電流(Isc)、最大輸出工作電壓(Um)、最大輸出工作電流(Im)、填充因子(FF)。(1)開路電壓(Uoc)。圖中橫坐標(biāo)上所示的電壓Uoc稱為組件的開路電壓，即光伏組件的正、負(fù)極之間未被連接的狀態(tài)，也就是開路時(shí)組件的電壓。(2)短路電流(Isc)。光伏組件的正、負(fù)極之間用導(dǎo)線直接連接，正、負(fù)極短接情況下的電流即短路電流。光伏組件的短路電流隨光強(qiáng)的變化而變化。(3)填充因子(FF)。填充因子為圖中長方形面積(Pm?=?Vm?×?Im)與虛線部分的長方形面積(Uoc?×?Isc)的比值，即填充因子是一個(gè)無單位的量，是衡量光伏組件性能的一個(gè)重要指標(biāo)。一般地，光伏組件的填充因子在0.5～0.8之間。光伏組件的轉(zhuǎn)換效率表示照射在組件表面的太陽能轉(zhuǎn)換成電能的比例大小，即

光伏組件的轉(zhuǎn)換效率是衡量光伏組件性能的另一個(gè)重要指標(biāo)。對于同一塊組件來說，系統(tǒng)負(fù)載的變化會(huì)影響其功率輸出，導(dǎo)致組件的轉(zhuǎn)換效率發(fā)生變化。2．光伏組件的溫度特性溫度是影響光伏組件輸出特性的一個(gè)重要因素，當(dāng)組件表面溫度上升時(shí)，光伏組件的輸出電壓會(huì)下降，而輸出電流會(huì)隨溫度上升有少許上升。光伏組件的輸出功率會(huì)隨著組件表面溫度的上升而下降，呈現(xiàn)負(fù)的溫度特性。在溫度較高的季節(jié)，由于光伏組件表面的溫度要高于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的25℃，所以其輸出功率比標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的輸出功率要低。晶體硅光伏組件的典型開路電壓溫度系數(shù)為-0.35%/℃，即光伏組件的表面溫度每上升1℃，其輸出電壓下降0.35%；短路電流溫度系數(shù)為0.05%/℃，即光伏組件的表面溫度每上升1℃，其輸出電流上升0.05%；功率溫度系數(shù)為-0.45%/℃，即光伏組件的表面溫度每上升1℃，其輸出功率下降0.45%。因此使組件上下方的空氣流動(dòng)非常重要，因?yàn)檫@樣可以將熱量帶走，避免太陽能電池溫度升高。例如一個(gè)標(biāo)稱100?W的標(biāo)準(zhǔn)組件，當(dāng)溫度達(dá)到45℃時(shí)，其輸出功率只有91?W。圖5-6為光伏組件的溫度特性曲線。表5-1為185?Wp標(biāo)準(zhǔn)組件在25℃、50℃、75℃三種溫度下的輸出特性參數(shù)(光譜分布為AM1.5，太陽輻射強(qiáng)度為1000?W/m2)。表5-1中，25℃下的光伏組件性能參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的性能參數(shù)，50℃和75℃下的光伏組件性能參數(shù)為以組件溫度特性系數(shù)推算出來的結(jié)果。標(biāo)稱功率為光伏組件在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的最大輸出功率。從表5-1中可以看出，當(dāng)組件溫度達(dá)到50℃和75℃時(shí)，其最大輸出功率只有標(biāo)準(zhǔn)條件下的88.7%和77.5%。

3．光伏組件的輻射強(qiáng)度特性

太陽輻射強(qiáng)度是影響光伏組件輸出的又一重要因素。太陽輻射強(qiáng)度直接影響進(jìn)入光伏板的太陽能量，它對光伏組件性能的影響主要表現(xiàn)為對組件輸出電流的影響。光伏組件的輻射強(qiáng)度特性曲線如圖5-7所示。在光伏組件溫度不變的情況下，光電流隨著光強(qiáng)的增長而線性增長；而光照強(qiáng)度對光電壓的影響很小，因此光伏組件的最大輸出功率隨太陽輻射強(qiáng)度的增加而增大，輸出功率與光強(qiáng)基本成正比。影響太陽輻射強(qiáng)度的主要因素有緯度、天氣、海拔和日照等，因此安裝地點(diǎn)的地理位置是影響光伏組件發(fā)電量的決定性因素。4．遮擋對光伏組件輸出特性的影響遮擋對光伏組件性能的影響是不可低估的，甚至光伏組件上的局部遮擋也會(huì)引起輸出功率的明顯減少。串聯(lián)使用中，當(dāng)太陽能電池被遮擋時(shí)，回路的輸出功率與遮擋面積不是線性關(guān)系，即一個(gè)組件中即使只有一片太陽能電池被遮擋，整個(gè)組件的輸出也將大幅度降低。無論是光伏組件還是光伏陣列，在使用過程中都將不可避免地被遮擋。這是由于太陽能電池表面可能會(huì)不清潔，可能會(huì)被劃傷，可能會(huì)有來自建筑物甚至云層的遮擋。一旦光伏電池或組件被遮擋，遮擋部分得到的太陽能輻射值就會(huì)減少，顯然，被遮擋部分的光伏電池或組件的輸出功率就會(huì)減小。如果被遮擋的是并聯(lián)部分，那么問題較為簡單，只是該部分貢獻(xiàn)的電流將減小。如果被遮擋的是串聯(lián)部分，則問題會(huì)嚴(yán)重得多，一方面會(huì)使整個(gè)回路的輸出電流減小為該遮擋部分的電流；另一方面，被遮擋部分的太陽能電池將作為耗能器件以發(fā)熱方式將其他未遮擋的太陽能電池串產(chǎn)生的多余的能量消耗掉。而且，長時(shí)間的遮擋會(huì)造成組件產(chǎn)生熱斑，這樣局部溫度就會(huì)很高，可能燒壞光伏組件。表5-2為組件中單個(gè)電池片被部分遮擋時(shí)遮擋面積與能量損失的關(guān)系。光伏組件串聯(lián)時(shí)因?yàn)檩敵鲭娏鲗⑷∷袉蝹€(gè)電池中的最小值，該電池將被反偏并且作為耗能器件，消耗掉由其他電池產(chǎn)生的超出部分的能量。理論上講，可以采用給每個(gè)電池并聯(lián)一只二極管的辦法來使其耗能最小，但是該方法對大規(guī)模生產(chǎn)是不實(shí)際的。但是，組件旁路二極管的使用可防止被保護(hù)的電池片因耗能而產(chǎn)生熱斑效應(yīng)，從而增加組件的可靠性。這種方法的缺點(diǎn)是當(dāng)被保護(hù)的二極管進(jìn)入反偏時(shí)，旁路二極管將會(huì)引起0.6?V左右的壓降，這將使組件的電壓降低，隨之有效輸出功率比標(biāo)準(zhǔn)條件時(shí)偏低。圖5-8、圖5-9分別為帶旁路二極管和不帶旁路二極管被遮擋的光伏組件。太陽能電池組件內(nèi)部互連電路的狀況對組件的現(xiàn)場性能和工作壽命有很大的影響。當(dāng)太陽能電池互連在一起時(shí)，由于這些單體電池工作特性的失配，使組件的輸出功率小于各個(gè)電池的最大輸出功率之和。這個(gè)差別即失配損失，在電池串聯(lián)時(shí)表現(xiàn)得很明顯。根據(jù)很多組件生產(chǎn)廠的實(shí)際生產(chǎn)情況來看，組件失配損失一般在1%～3%之間。串聯(lián)電池組中特性最差的電池的過熱問題比功率損失問題更嚴(yán)重。圖5-10示出了串聯(lián)電池組中輸出失配電池的影響。三、光伏組件的類型根據(jù)太陽能電池芯片的類型可以將光伏組件分為晶體硅光伏組件(見圖5-11，分為單晶硅光伏組件和多晶硅光伏組件)、剛性襯底薄膜太陽能電池組件(分為非晶硅薄膜組件和碲化鎘薄膜電池組件等)、柔性襯底薄膜太陽能電池組件。目前，地面光伏系統(tǒng)大量使用的是單晶體硅光伏組件、多晶硅光伏組件和非晶硅光伏組件，在能量轉(zhuǎn)換效率和使用壽命等綜合性能方面，單晶硅和多晶硅光伏組件要優(yōu)于非晶硅光伏組件，而多晶硅光伏組件的轉(zhuǎn)換效率要略低于單晶硅光伏組件，但其生產(chǎn)成本相對較低。光伏組件多根據(jù)其應(yīng)用領(lǐng)域和使用方式來分類，可分為常規(guī)太陽能電池組件、建材型太陽能電池組件、聚光型太陽能電池組件、兩面發(fā)電型太陽能電池組件。1．常規(guī)太陽能電池組件常規(guī)太陽能電池組件是指常規(guī)通用的太陽能電池組件，一般以硅系列太陽能電池為主，統(tǒng)稱為晶體硅太陽能電池組件。晶體硅太陽能電池組件應(yīng)用非常廣泛，主要應(yīng)用于大型太陽能光伏發(fā)電站、屋頂太陽能發(fā)電系統(tǒng)、地面太陽能發(fā)電陣列、小型光伏系統(tǒng)、太陽能路燈等，現(xiàn)在的市場使用比例達(dá)到90%以上。常規(guī)太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)組成主要為玻璃、EVA、電池片、EVA、TPT或TPE，如圖5-12所示。常規(guī)太陽能電池組件包括單晶硅太陽能電池組件和多晶硅太陽能電池組件，組成組件的電池片都采用串聯(lián)的方式連接，根據(jù)系統(tǒng)需求，組件一般由36片、54片、60片、66片或72片等規(guī)格串聯(lián)而成。光伏組件的輸出功率范圍為150?W～300?W。表5-3為72片標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的單晶組件的主要性能參數(shù)。

表5-372片標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的單晶組件的主要性能參數(shù)

無錫尚德公司承建的上海世博會(huì)主題館的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，其主題館屋面太陽能板安裝總面積為31104?m2，是目前世界上單體面積最大的太陽能屋面，全部采用尚德公司設(shè)計(jì)和制造的太陽能光伏組件。太陽能光伏總裝機(jī)容量達(dá)到3128?kWp，年均可發(fā)電284萬度，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1000噸，年均減排二氧化碳約2500噸、二氧化硫84噸、氮氧化物42噸、煙塵762噸。圖5-13為無錫尚德公司承建的上海世博會(huì)主題館的屋頂太陽能發(fā)電系統(tǒng)。2．建材型太陽能電池組件為了使PV系統(tǒng)(即光伏發(fā)電系統(tǒng))真正普及，并降低太陽能電池組件的價(jià)格，將太陽能電池和建筑物融合在一起，降低系統(tǒng)的安裝成本，建材型太陽能電池組件應(yīng)運(yùn)而生。與作為建筑物的建材使用的外墻材料和屋頂材料等組合在一起的光伏組件，成為建筑物的一個(gè)組成部分，一種具有發(fā)電功能的建筑材料開始出現(xiàn)。實(shí)際應(yīng)用的這種組件主要有雙玻太陽能電池組件、曲面結(jié)構(gòu)柔性電池組件及一些新型結(jié)構(gòu)的電池組件。雙玻組件是一種應(yīng)用比較廣泛的建材型太陽能電池組件，其結(jié)構(gòu)與常規(guī)組件的區(qū)別在于雙玻組件的下蓋板采用的是透明玻璃。雙玻組件的兩片玻璃必須是經(jīng)過鋼化的安全玻璃，且其向光的一面玻璃必須是超白玻璃。雙玻組件的電池片包括單晶硅、多晶硅、非晶硅中的任意一種，其密封層可以是EVA膠膜或者PVB膠膜。作為建筑材料的雙玻組件，其密封層必須是聚乙烯醇縮丁醛(PVB)樹脂復(fù)合層(國家建筑玻璃安全規(guī)范要求)。雙玻太陽能電池組件為透光性組件，主要用于光伏建筑一體化，如光伏玻璃幕墻、光伏玻璃屋頂?shù)?，它們作為建筑物的一部分，能夠起到隔音、隔熱的作用，還能夠產(chǎn)生清潔電力。組件的透光率可根據(jù)系統(tǒng)要求調(diào)整組件內(nèi)電池片之間的間距和組件邊緣的間距來實(shí)現(xiàn)，透光率的調(diào)節(jié)范圍為20%～70%。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5-14所示。圖5-14雙玻太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)示意圖雙玻太陽能電池組件沒有定型規(guī)格，都是根據(jù)客戶需求進(jìn)行設(shè)計(jì)的。用于建筑的雙玻組件，其所要求的尺寸較大。如表5-4為湖南神州光電能源有限公司提供的雙玻組件的規(guī)格。圖5-15為上海世博會(huì)中國館屋頂彩色雙玻太陽能發(fā)電系統(tǒng)。彩色雙玻組件由湖南神州光電能源有限公司生產(chǎn)制造。上海世博會(huì)中國館的250?kWp高效彩色太陽能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)安裝在中國館地區(qū)屋面“新九州清宴”園林四周，由2736塊高效彩色(紅色、綠色、藍(lán)色)雙玻太陽能組件組成，這是高效彩色太陽能發(fā)電系統(tǒng)在建筑上的首次應(yīng)用。彩色太陽能發(fā)電系統(tǒng)既能夠?qū)㈥柟廪D(zhuǎn)換成清潔電力，又能根據(jù)建筑需要拼裝出彩色圖案，起到美化裝飾效果，這不僅是光伏建筑一體化(BIPV)應(yīng)用的一個(gè)經(jīng)典案例，更是光伏環(huán)境一體化(EIPV)的一次精彩亮相，是對本屆世博會(huì)主題“城市讓生活更美好”的具體演繹。圖5-16所示的火車站玻璃天頂上安裝的太陽能電站由780個(gè)光電轉(zhuǎn)換板組成，帶有7.8萬個(gè)太陽能小室，呈長線條形的特殊結(jié)構(gòu)。由于東西方向穿過市中心的軌道在此有一彎道，故這一部分的天頂呈弧形結(jié)構(gòu)，在上面安裝的太陽能小室也由此帶有不同的角度，以達(dá)到最佳的采光效果。這一太陽能電站每年發(fā)電16萬千瓦小時(shí)。曲面結(jié)構(gòu)的柔性電池組件主要是指以柔性電池材料封裝的光伏組件，包括無機(jī)柔性太陽能電池組件(圖5-17)、有機(jī)柔性太陽能電池組件和染料敏化柔性太陽能電池組件等，柔性非晶硅太陽能電池組件是一種典型的無機(jī)柔性太陽能電池組件。這種結(jié)構(gòu)的電池組件具有可彎曲折疊、便于攜帶的特點(diǎn)，但轉(zhuǎn)換效率稍低于普通的硬性太陽能電池板。這種新型太陽能電池能任意彎曲成為曲面狀或任何不規(guī)則形狀，它能安裝在流線型汽車的頂部、帆船、賽艇、摩托艇的船艙表面以及房屋等建筑物的樓頂與外墻面上，以便充分利用豐富的太陽能并將其轉(zhuǎn)化成電流。

3．聚光型太陽能電池組件

聚光型太陽能電池組件(圖5-18)是由聚光型太陽能電池、高聚光鏡面菲涅爾透鏡和太陽光追蹤器三者組合而成的，其太陽能能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)31%～40.7%，這種組件過去用于太空產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)在則搭配太陽光追蹤器，開始用于地面太陽能電站。聚光型太陽能電池的主要材料是砷化鎵，也就是三五族(Ⅲ-Ⅴ)材料。一般硅晶材料只能夠吸收太陽光譜中400～1100?nm波長的能量，而聚光型不同于硅晶太陽能技術(shù)，透過多接面化合物半導(dǎo)體可吸收較寬廣的太陽光譜能量，目前已有三接面InGaP/GaAs/Ge的聚光型太陽能電池，可大幅提高轉(zhuǎn)換效率。三接面聚光型太陽能電池可吸收300～1900?nm波長的能量，轉(zhuǎn)換效率大幅提升。但是聚光型太陽能電池由于原料稀缺，因此生產(chǎn)成本大大高于前兩代太陽能電池。另外，生產(chǎn)聚光型太陽能電池耗能較大，在國家積極推行節(jié)能減排的形勢下，制造聚光型太陽能電池必然會(huì)受到一些限制。4．兩面發(fā)電型太陽能電池組件兩面發(fā)電型太陽能電池組件即光伏組件的雙面都可以接收太陽光產(chǎn)生電能，其電池芯片的兩面分別有一個(gè)PN結(jié)和一個(gè)高低結(jié)(例如P+P結(jié)，或者N+N結(jié))。最典型的兩面型發(fā)電技術(shù)是日本三洋的HIT技術(shù)，三洋公司生產(chǎn)的HIT電池組件效率已超過21%。兩面發(fā)電型太陽能電池組件采用垂直安裝，具有兩面受光發(fā)電效果，其有效受光面大，發(fā)電工作時(shí)間長，相比單面受光太陽能電池組件的水平或傾斜安裝來增加發(fā)電量，垂直安裝的兩面發(fā)電型太陽能電池組件不會(huì)被異物覆蓋，不易污染，安裝方位無限制，且易安裝、易維護(hù)。四、光伏組件的設(shè)計(jì)為了滿足工業(yè)生產(chǎn)、生活用電所需的功率，太陽能電池組件一般含有足夠多的串聯(lián)單體電池，以便能產(chǎn)生足以給蓄電池組充電的電壓。組件串聯(lián)可以增加系統(tǒng)的輸出電壓，而并聯(lián)可以增加系統(tǒng)的輸出電流。組件的設(shè)計(jì)即對組件的串并聯(lián)數(shù)目、尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，以減小組件功率的損耗?，F(xiàn)行商業(yè)應(yīng)用的太陽能光伏組件主要以晶硅太陽能電池為主，這里將以晶硅太陽能電池為基礎(chǔ)來介紹光伏組件的設(shè)計(jì)。光伏組件的最小單元是太陽能電池，晶硅太陽能電池的主要尺寸是5英寸和6英寸兩種常用規(guī)格，但不管其尺寸多大，其工作電壓都在0.5?V左右，與它的面積沒有關(guān)系，而工作電流則與電池面積成正比。1．光伏發(fā)電系統(tǒng)對組件的要求太陽能電池組件要對太陽能電池片提供機(jī)械防護(hù)及化學(xué)防護(hù)，以保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的最終工作壽命，理論上，此壽命可達(dá)20年或更長。系統(tǒng)密封設(shè)計(jì)必須具備的其他特性還包括紫外(UV)穩(wěn)定性，在高低極限溫度及熱沖擊下電池不致因應(yīng)力而破裂，能抗御沙塵暴等惡劣天氣所引起的機(jī)械損傷，具有一定的自凈能力，成本低廉。除此之外，光伏組件作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部分，起著將太陽光的輻射能轉(zhuǎn)換成直流電能，并送往蓄電池中存儲(chǔ)起來，或直接推動(dòng)負(fù)載工作的作用。因此，光伏組件必須滿足光伏發(fā)電系統(tǒng)的以下要求：(1)有一定的標(biāo)稱工作電流輸出功率。(2)工作壽命長，能正常工作20～30年，因此要求組件所使用的材料、零部件及結(jié)構(gòu)，在使用壽命上相互一致，避免因一處損壞而使整個(gè)組件失效。(3)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能經(jīng)受住運(yùn)輸、安裝和使用過程中發(fā)生的沖突、振動(dòng)及其他應(yīng)力。(4)耐日照及極限溫度變化。(5)易于安裝、維護(hù)、更換。(6)組合引起的電性能損失小。(7)組合成本低。2．光伏發(fā)電的電壓要求光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)類型的不同，對光伏陣列的電壓要求也不一樣。太陽能電池組件和其他電源一樣也是由電壓值和電流值標(biāo)定的。對于獨(dú)立的光伏系統(tǒng)而言，光伏組件的電壓主要是與蓄電池的電壓對接。只有當(dāng)太陽能電池組件的電壓等于或略高于合適的浮充電壓時(shí)，才能達(dá)到最佳的充電狀態(tài)。組件輸出電壓低于蓄電池浮充電壓，方陣就不能對蓄電池充電；組件輸出電壓遠(yuǎn)高于浮充電壓時(shí)，充電電流也不會(huì)有明顯的增加。目前，為了對標(biāo)稱12?V蓄電池充電，要求光伏方陣輸出電壓高于蓄電池標(biāo)稱電壓。對于鉛酸蓄電池組，要使一個(gè)標(biāo)稱12?V的蓄電池完全充足電，需要1.25～1.4倍以上的電壓。如果使用硅阻塞二極管，最少還需加上0.6?V，以使其正向偏置。溫度每升高1℃，組件的開路電壓下降約0.4%。不同的組件設(shè)計(jì)會(huì)使電池在現(xiàn)場的工作溫度不同。組件安裝成背面空氣可以循環(huán)的，比非這種方式安裝的溫度要低一些。目前，市場上給標(biāo)稱12?V蓄電池充電的太陽能電池組件的電壓一般為18?V。以此推算，對48?V、110?V和220?V的蓄電池組進(jìn)行充電，其要求的光伏陣列電壓分別為72?V、165?V和330?V。對于并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其系統(tǒng)電壓一般要求高達(dá)幾百伏特，例如現(xiàn)在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)電壓的一般規(guī)格有110?V、220?V、600?V等，那么系統(tǒng)要求光伏陣列的電壓要高于這個(gè)電壓。因此光伏組件的電壓一般設(shè)計(jì)為18?V的整數(shù)倍，現(xiàn)在常用組件的電壓規(guī)格主要是18?V和36?V兩種。3．光伏組件的串聯(lián)太陽能電池組件按一定數(shù)目串聯(lián)起來，電流值不變，電壓將增加，這樣就可獲得所需要的工作電壓。光伏組件的電壓一般是18?V或者36?V，要得到系統(tǒng)要求的高電壓，必須對光伏組件進(jìn)行串聯(lián)，以達(dá)到系統(tǒng)要求的電壓。例如，當(dāng)要求系統(tǒng)的電壓為220?V時(shí)，每個(gè)光伏板的電壓為36?V，因此需要7塊或者8塊組件串聯(lián)才能得到合適的系統(tǒng)輸出電壓。如前面所述，太陽能電池組件的電壓需等于或略高于合適的浮充電壓，因此太陽能電池組件的串聯(lián)數(shù)必須適當(dāng)，才能達(dá)到最佳的充電狀態(tài)。獨(dú)立系統(tǒng)光伏組件串聯(lián)數(shù)量的計(jì)算方法如下：式中，UR為太陽能電池方陣輸出的最小電壓；Uoc為太陽能電池組件的最佳工作電壓；Uf為蓄電池浮充電壓；UD為二極管壓降，一般取0.6?V；Uc為其他因數(shù)引起的壓降。蓄電池的浮充電壓和所選的蓄電池參數(shù)有關(guān)，應(yīng)等于在最低溫度下所選蓄電池單體的最大工作電壓乘以串聯(lián)的電池?cái)?shù)。如果系統(tǒng)為并網(wǎng)系統(tǒng)，則要確保光伏陣列的系統(tǒng)電壓不超過逆變器的最大電壓，同時(shí)滿足光伏組件在較高工作溫度下(例如75℃)，其輸出電壓不低于逆變器的輸入電壓。圖5-19為三塊組件串聯(lián)時(shí)的I-U特性曲線。4．光伏組件并聯(lián)太陽能電池組件按一定數(shù)目并聯(lián)起來，電壓值不變，電流值將增加，這樣就可獲得所需要的工作電流。以獨(dú)立系統(tǒng)為例，太陽能電池組件設(shè)計(jì)的基本思想就是滿足年平均日負(fù)載的用電需求。太陽能電池組件的基本計(jì)算方法是用負(fù)載平均每天所需要的能量(安時(shí)數(shù))除以一塊太陽能電池組件在一天中可以產(chǎn)生的能量(安時(shí)數(shù))，這樣就可以算出系統(tǒng)需要并聯(lián)的太陽能電池組件數(shù)，使用這些組件并聯(lián)就可以產(chǎn)生系統(tǒng)負(fù)載所需要的電流。其基本計(jì)算公式如下：光伏組件的輸出，會(huì)受到一些外在因素的影響而降低，根據(jù)上述基本公式計(jì)算出的太陽能電池組件，在實(shí)際情況下通常不能滿足光伏系統(tǒng)的用電需求，為了得到更加正確的結(jié)果，有必要對上述基本公式進(jìn)行修正。圖5-20為三塊組件并聯(lián)時(shí)的I-U特性曲線。首先，將太陽能電池組件的輸出降低10%。在實(shí)際情況下，太陽能電池組件的輸出會(huì)受到外在環(huán)境的影響而降低。泥土、灰塵的覆蓋和組件性能的逐漸衰變都會(huì)降低太陽能電池組件的輸出。因此通常在計(jì)算的時(shí)候以減少太陽電池組件輸出的10%來解決上述不可預(yù)知和不可量化因素導(dǎo)致的問題。這可以看成光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的工程上的安全系數(shù)。又因?yàn)楣夥╇娤到y(tǒng)的運(yùn)行還依賴于天氣狀況，所以有必要對這些因素進(jìn)行評估和技術(shù)估計(jì)，因而設(shè)計(jì)上留有一定的余量將使得系統(tǒng)可以年復(fù)一年地長期正常使用。其次，將負(fù)載增加10%以應(yīng)付蓄電池的庫侖效率。在蓄電池的充放電過程中，鉛酸蓄電池會(huì)電解水，產(chǎn)生氣體逸出，這也就是說太陽能電池組件產(chǎn)生的電流中將有一部分不能轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存起來，而是耗散掉了。所以可以認(rèn)為必須有一小部分電流用來補(bǔ)償損失，我們用蓄電池的庫侖效率來評估這種電流損失。不同的蓄電池其庫侖效率不同，通常認(rèn)為有5%?10%的損失，因此保守設(shè)計(jì)中有必要將太陽能電池組件的功率增加10%，以抵消蓄電池的耗散損失。綜合考慮上述因素，電池組件的并聯(lián)設(shè)計(jì)公式可修正如下：5．光伏組件串并聯(lián)同蓄電池一樣，將光伏組件串聯(lián)時(shí)電壓將增加，將光伏組件并聯(lián)時(shí)電流將增加。例如，同樣的兩個(gè)12?V/3?A光伏組件串聯(lián)接線后得到24?V/3?A系統(tǒng)。為了增加系統(tǒng)的電流值，光伏組件必須并聯(lián)接線，同樣的兩個(gè)12?V/3?A光伏組件并聯(lián)接線后得到12?V/6?A系統(tǒng)。并聯(lián)接線使產(chǎn)生的電流值增加，電壓值不變。光伏系統(tǒng)采用串/并聯(lián)接線，可以獲得所需要的電壓和電流值。為了得到24?V/6?A方陣，需要4個(gè)12?V/3?A的光伏組件。注意，串聯(lián)接線時(shí)要將一個(gè)組件的正極連到另一個(gè)組件的負(fù)極，并聯(lián)接線是從正極到正極、負(fù)極到負(fù)極。光伏組件串聯(lián)接線時(shí)的總電壓等于各單獨(dú)組件電壓之和，各組件電流相等。蓄電池與光伏組件連接時(shí)，組件使用串聯(lián)和并聯(lián)組合接線，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載所要求的電壓和電流。圖5-21為三串三并組件的I-U特性曲線圖。方陣的輸出功率與組件串并聯(lián)的數(shù)量有關(guān)，串聯(lián)是為了獲得所需要的工作電壓，并聯(lián)是為了獲得所需要的工作電流，適當(dāng)數(shù)量的組件經(jīng)過串并聯(lián)即組成了所需要的太陽能電池方陣。第二節(jié)光伏組件工藝用不同材料的太陽能電池封裝成太陽電池組件，其生產(chǎn)工藝不盡相同。目前大規(guī)模應(yīng)用于光伏系統(tǒng)的太陽能電池組件以晶體硅太陽能電池組件為主，本節(jié)主要介紹晶體硅太陽能電池組件的封裝工藝。光伏組件的工藝流程如圖5-22所示。(1)電池芯片分選和備料：對電池片的電性能進(jìn)行測試，對其外觀進(jìn)行分選；準(zhǔn)備好電池焊接和層壓所需要的各種輔材。(2)單片焊接：將電池片正面焊接互連條(涂錫銅帶)，為電池片的串聯(lián)做準(zhǔn)備。(3)串聯(lián)焊接：將電池片按照一定數(shù)量進(jìn)行串聯(lián)，第一片電池片的正面焊接到第二片電池片的背面。(4)匯焊(疊層)：將電池串進(jìn)行電路連接匯流并引出電極，同時(shí)用玻璃、EVA膠膜、背板將電池片保護(hù)起來。(5)中間檢測：保證電池片電流匹配，組件外觀和功率輸出符合要求。(6)層壓：將電池片和玻璃、EVA?膠膜、背板在一定的溫度、壓力和真空條件下黏結(jié)融合在一起。(7)裝框、清洗：用鋁邊框保護(hù)玻璃組件，將電極與接線盒進(jìn)行連接，便于安裝使用；用酒精對組件進(jìn)行清洗、擦拭，保證組件外觀潔凈，去除四角鋒利邊緣。(8)電性能測試：測試組件的絕緣性能和發(fā)電功率。(9)包裝入庫。一、電池片的分選和備料電池片焊接之前的準(zhǔn)備工作包括電池片分選和備料，即對電池片的電性能進(jìn)行測試，對電池片的外觀進(jìn)行分選，準(zhǔn)備好電流匹配性一致和外觀合格的電池片。為了降低組件電池片的匹配損失，電池片分選時(shí)，先按照工作電流分擋，然后按照功率分擋。其他輔料按照組件規(guī)格進(jìn)行裁剪備用，如圖5-23所示。其中，涂錫銅帶需用助焊劑進(jìn)行浸泡，助焊劑的主要作用是清除表面的氧化物，使金屬表面達(dá)到必要的清潔度，防止焊接時(shí)表面的再次氧化，降低表面張力，提高焊接性能)。準(zhǔn)備好其他主要輔材，包括玻璃、鋁框、接線盒、有機(jī)硅膠等。合理選用封裝材料，采取正確的封裝工藝，保證太陽能電池的高效利用。優(yōu)良的太陽能電池組件，除了要求太陽能電池本身效率要高外，優(yōu)良的封裝材料和合理的封裝工藝也是不可缺少的。1．玻璃標(biāo)準(zhǔn)太陽能電池組件的上蓋板材料通常采用低鐵鋼化玻璃(圖5-24、圖5-25)，其特點(diǎn)是透過率高、抗沖擊能力強(qiáng)、使用壽命長。這種太陽能電池組件用的低鐵鋼化玻璃，厚度一般為3.2?mm或者4?mm，在晶體硅太陽能電池響應(yīng)的波長范圍內(nèi)(320～1100?nm)，其透光率達(dá)91%以上，對于波長大于1200?nm的紅外線有較高的反射率，同時(shí)能耐太陽紫外線的輻射。為了進(jìn)一步提高太陽光的透過率，現(xiàn)在很多研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)都在研究表面鍍膜玻璃，并已開始批量生產(chǎn)。這種鍍膜玻璃能夠增加玻璃的透光率，并有自潔凈功能，可以有效提高光伏組件的轉(zhuǎn)換效率。鍍膜玻璃是在玻璃表面涂鍍一層或多層金屬、合金或金屬化合物薄膜，以改變玻璃的光學(xué)性能，滿足某種特定要求。玻璃的鍍膜技術(shù)屬于一種玻璃的深加工方法，太陽能玻璃鍍膜技術(shù)要求硅光電轉(zhuǎn)換光譜部分透過率高，1100?nm后光譜透過率低，并且具有自潔凈功能。增加透光率和自潔凈功能是組件玻璃的主要發(fā)展方向，因此鍍膜技術(shù)的核心在于具有相應(yīng)的自潔凈功能后，透光率沒有明顯降低，甚至更高。目前3M公司生產(chǎn)的光伏鍍膜玻璃其透光率超過95%，提升組件的光伏轉(zhuǎn)換效率達(dá)2.5%～2.8%。2．EVA膠膜EVA是乙烯與醋酸乙烯脂的共聚物，EVA具有優(yōu)良的柔韌性、耐沖擊性、彈性、光學(xué)透明性、低溫繞曲性、黏結(jié)性、耐環(huán)境應(yīng)力開裂性、耐候性、耐腐蝕性、熱密封性以及電性能等。EVA的性能主要取決于分子量(可以用熔融指數(shù)MI表示)和醋酸乙烯酯(以VA表示)的含量。當(dāng)MI一定時(shí)，VA的含量增高，EVA的彈性、柔軟性、黏結(jié)性、相溶性和透明性提高；VA的含量降低，EVA則接近于聚乙烯的性能。當(dāng)VA含量一定時(shí)，分子量降低則軟化點(diǎn)下降，而加工性及表面光澤改善，但強(qiáng)度降低；分子量增大，可提高耐沖擊性和應(yīng)力開裂性。EVA膠膜是一種熱固性的膜狀熱熔膠，常溫下不發(fā)黏，便于操作；在熔融狀態(tài)下，它和電池片、玻璃、背板黏結(jié)，成為太陽能電池板。未經(jīng)改性的EVA透明、柔軟，有熱熔黏結(jié)性，熔融溫度低(<80℃)，熔融流動(dòng)性好。這些特征滿足了膠膜制造與太陽能電池封裝的需求，但其耐熱性差，易延伸而彈性低，內(nèi)聚強(qiáng)度低而抗蠕變性差，易產(chǎn)生熱脹冷縮致硅晶片碎裂。為此要對EVA進(jìn)行改性，辦法是采取化學(xué)交聯(lián)，即在EVA中添加有機(jī)過氧化物交聯(lián)劑，當(dāng)EVA膠膜加熱到一定溫度時(shí)，交聯(lián)劑分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)EVA分子間的結(jié)合，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使EVA膠層交聯(lián)固化，當(dāng)交聯(lián)度達(dá)到60%以上時(shí)就能承受大氣的變化(大部分廠家的交聯(lián)度控制在80%～90%)，不再發(fā)生熱脹冷縮。此外，生產(chǎn)廠家和用戶比較關(guān)心的問題是，EVA是否經(jīng)得住紫外光而老化。如果EVA膠膜未經(jīng)改性，必定會(huì)受紫外線破壞，發(fā)生龜裂，或降解變色，或和玻璃、TPT脫膠，尤其用于高原地區(qū)的太陽能電池更應(yīng)重視此問題。因此還要采取抗紫外光措施。EVA膠層內(nèi)若含有吸收紫外光的主、輔劑配合的復(fù)合光穩(wěn)定劑，就能起到吸收紫外光的協(xié)同效應(yīng)。EVA膠膜具有吸收紫外光的性能，除保護(hù)EVA膠層本身外，還可保護(hù)電池背板材料，從而保障太陽能電池長年正常工作。3．背板材料太陽能電池組件背板材料有多種選擇，主要取決于應(yīng)用場所和用戶需求。用于太陽能庭院燈和玩具的小型太陽能電池組件多用電路板、耐溫塑料或玻璃鋼板材，而大型太陽能電池組件多用玻璃或Tedlar(杜邦公司的注冊商標(biāo))復(fù)合材料。用玻璃制成的雙面透光的太陽能電池組件，適用于光伏幕墻或透光光伏屋頂。透明Tedlar由于重量輕，適用于建造太陽能車、船。用得最多的是Tedlar復(fù)合薄膜，如TPT或TPE。Tedlar嚴(yán)格來說應(yīng)為TedlarPVF薄膜，是一種具有高透過率的透明材料，也可根據(jù)需要制成藍(lán)、黑等多種顏色。此外，TedlarPVF還具有優(yōu)良的強(qiáng)度和防潮性能，可直接用作太陽能電池組件的封裝材料。一般的復(fù)合薄膜所用的Tedlar厚度為38?m、聚酯為250?m，由Tedlar、聚酯、Tedlar三層材料構(gòu)成，簡稱TPT。Tedlar復(fù)合薄膜具有更好的防潮、抗?jié)窈湍秃蛐阅埽ǔＬ柲茈姵亟M件背面的白色覆蓋物大都是TPT。TPT還具有高強(qiáng)、阻燃、耐久、自潔等特性，在紡織、建筑等行業(yè)都有廣泛應(yīng)用。白色的TPT對陽光可起到反射作用，能提高組件的效率，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。目前，很多太陽能電池組件封裝廠家開始使用TPE代替TPT作為太陽能電池組件的背板材料，如圖5-26所示。TPE是由Tedlar、聚酯、EVA三層材料構(gòu)成的。由于少了一層Tedlar，TPE的耐候性能不及TPT，但其價(jià)格便宜，與EVA黏合性能好。在組件封裝，尤其是小型組件封裝中應(yīng)用越來越多。隨著彩色電池的產(chǎn)生，為了配合光伏組件與環(huán)境的融合，開始出現(xiàn)各種顏色的背板，例如，如果電池片是紅色的，則可選用紅色背板；如果電池片是綠色的，則可選擇綠色背板。這樣使整個(gè)組件顏色基本保持一致，但是背板顏色不能太過鮮艷，因?yàn)椴噬姵仄念伾话惚容^淺。4．涂錫銅帶太陽能電池的電流一般是通過電池片表面的印刷電極來收集的，并通過在電極上焊接互連條來連接每個(gè)電池片的正負(fù)極。涂錫銅帶能提供很好的連接作用以收集電流，而且其體電阻及與電池片的接觸電阻較小，因此在光伏組件中有重要的應(yīng)用。其電阻為式中，?為電阻率，S為截面積，L為樣品長度。由于電阻率是金屬的固有屬性(一般要求銅基材純度≥99.95%，電阻率≤2.55×10-

)，它不隨金屬的橫截面、長度的變化而變化，所以針對組件輸出電性能，應(yīng)適當(dāng)增加截面積，以降低組件內(nèi)電阻，提高輸出功率。涂錫銅帶基材的截面積越大其電阻越小，組件的串聯(lián)電阻也越小。提高涂錫銅帶基材的截面積有兩種方法，在相同材質(zhì)下，一種是提高基材厚度，一種是提高基材寬度。但不管采取哪種情況，增加截面積勢必影響涂錫銅帶的“柔軟”度，也就會(huì)影響焊接的破損率；而增加寬度則會(huì)增大遮擋面積，減少入射光。在選擇光伏焊帶規(guī)格時(shí)，需要兩者結(jié)合起來考慮。在選擇涂錫銅帶時(shí)應(yīng)根據(jù)所選用的電池片特性來決定用什么規(guī)格的焊帶，并根據(jù)電池片的厚度和短路電流來確定涂錫銅帶的厚度，要求其寬度和電池的主柵線寬度一致，涂錫銅帶的軟硬程度一般取決于電池片的厚度和焊接工具。手工焊接時(shí)要求焊帶比較軟，軟態(tài)的焊帶在烙鐵走過之后會(huì)很好地和電池片連接在一起，形成良好的銀錫合金，同時(shí)，在焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力很小，可以降低碎片率。但是如果焊帶過軟，抗拉伸強(qiáng)度與延伸率就會(huì)降低，很容易拉斷。5．鋁框鋁框主要有以下幾種作用：(1)保護(hù)玻璃邊緣；(2)鋁合金結(jié)合硅膠加強(qiáng)了組件的密封性能；(3)提高組件整體的機(jī)械強(qiáng)度；(4)便于組件的安裝、運(yùn)輸。太陽能電池組件要保證長達(dá)25年的使用壽命，鋁合金表面必須經(jīng)過鈍化處理——陽極氧化(也即金屬或合金的電化學(xué)氧化，是將金屬或合金的制件作為陽極，采用電解的方法使其表面形成氧化物薄膜。金屬氧化物薄膜改變了表面狀態(tài)和性能，如表面著色，提高耐腐蝕性、增強(qiáng)耐磨性及硬度，保護(hù)金屬表面等)，表面氧化層厚度大于12?μm。用于封裝的鋁框應(yīng)無變形，表面無劃痕。目前組件廠家的鋁框?qū)ζ骄趸瘜拥奶幚砗穸葹?5?μm?±?2?μm。6．接線盒光伏組件的正、負(fù)極從背板引出后需要一個(gè)專門的接線盒來實(shí)現(xiàn)與負(fù)載的連接。電極引出后一般僅為幾條涂錫銅帶，不方便與負(fù)載之間進(jìn)行電氣連接，需要將電極焊接在成型的便于使用的電氣接口上。同時(shí)，引出電極時(shí)密封性被破壞，這時(shí)需涂硅膠進(jìn)行彌補(bǔ)，接線盒同時(shí)起到了增加連接強(qiáng)度且美觀的作用，通過接線盒內(nèi)的電導(dǎo)線引出了電源的正、負(fù)極，避免了電極因與外界直接接觸而老化。接線盒(圖5-27)主要由上蓋、密封圈、二極管、連接裝置、散熱裝置(取決于接線盒的設(shè)計(jì))、盒體組成。

(1)盒體及上蓋：一般由PPO(聚苯醚)或PA(尼龍)注塑而成，要求具有優(yōu)異的耐老化性能，并具有一定的強(qiáng)度，且耐高溫、抗溫度沖擊。

(2)密封圈：用于防水防塵，要求彈性好，耐老化性能好。

(3)二極管：起保護(hù)組件的作用，電性能需符合要求，工作時(shí)結(jié)溫不大于額定值，耐腐蝕。二極管的作用主要是為了盡量減小熱斑效應(yīng)對整個(gè)組件的影響。一個(gè)串聯(lián)支路中被遮擋的太陽能電池將被當(dāng)作負(fù)載消耗其他有光照的太陽能電池所產(chǎn)生的能量(有少部分能量被消耗)，被遮擋的太陽能電池此時(shí)會(huì)發(fā)熱，這就是熱斑效應(yīng)。這種效應(yīng)能嚴(yán)重破壞太陽能電池的性能和壽命。有光照的太陽能電池所產(chǎn)生的部分能量，都可能被遮擋的電池所消耗。為了防止光伏組件中太陽能電池由于熱斑效應(yīng)而遭受損壞，在接線盒中設(shè)計(jì)了對應(yīng)規(guī)格的二極管，以避免有光照的太陽能電池所產(chǎn)生的能量被受遮擋的太陽能電池所消耗。(4)連接裝置：一般由外鍍鎳層的高導(dǎo)電解銅制成，以確保電氣導(dǎo)通及電氣連接的可靠。7．有機(jī)硅膠硅膠的總體性能要求如下：(1)具有彈性和應(yīng)變能力。(2)有良好的電絕緣性能。(3)有良好的耐氣候性能。(4)黏接、密封性能可靠、不失效。硅膠主要用來黏接和密封。黏接鋁框和層壓好的玻璃組件并起到密封作用，黏接接線盒與TPT，起固定接線盒的作用。有機(jī)硅產(chǎn)品是一類具有特殊結(jié)構(gòu)的封裝材料，兼具無機(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。有機(jī)硅(硅膠)是彈性體，在外力作用下具有變形的能力，外力去除后又恢復(fù)原來的形狀。二、太陽能電池的焊接1．單焊將互連條焊接到電池正面(負(fù)極)的主柵線上，互連條為鍍錫的銅帶，焊帶的長度約為電池邊長的2倍。多出的焊帶在背面焊接時(shí)與后面的電池片的背面電極相連。單焊分為自動(dòng)焊接(圖5-28)和手工焊接(圖5-29)兩種，多以手工焊接為主，一般手工焊接的焊接溫度在350℃左右，單片焊接時(shí)間為2～6?s。同時(shí)，為了降低熱應(yīng)力引起的電池碎片，需對電池片進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱板溫度一般在40℃左右。單焊時(shí)的注意事項(xiàng)：(1)確保烙鐵頭平整、清潔，否則易導(dǎo)致焊帶表面不光滑，且易產(chǎn)生焊錫渣。(2)把握焊接時(shí)間，時(shí)間過短可能導(dǎo)致電池片的虛焊，時(shí)間過長則可能導(dǎo)致電池片主柵線的破裂。(3)把握焊接溫度，溫度過低可能導(dǎo)致電池片的虛焊、過焊。2．串焊背面焊接是將正面焊接好的電池片串接在一起形成一個(gè)電池串，如圖5-30所示。手動(dòng)工藝中電池片的定位主要靠模具，模具上面有放置電池片的凹槽，槽的大小和電池片的大小與設(shè)計(jì)的片間距相對應(yīng)，操作者使用電烙鐵將“前面電池”的正面電極(負(fù)極)焊接到“后面電池”的背面電極(正極)上，這樣依次將電池片串接在一起并在電池串的末端一片焊接出引線，如圖5-31所示。串焊時(shí)的注意事項(xiàng)：

(1)確保電池片的間距合適，否則將導(dǎo)致電池串不直，影響疊層的質(zhì)量，進(jìn)而影響層壓后組件的絕緣性能。

(2)確保烙鐵頭平整、清潔，否則將導(dǎo)致焊帶表面不光滑，且易產(chǎn)生焊錫渣。

(3)把握焊接時(shí)間，時(shí)間過短可能導(dǎo)致電池片的虛焊，時(shí)間過長則可能導(dǎo)致電池片主柵線破裂(過焊)。

(4)把握焊接溫度，溫度過低可能導(dǎo)致電池片的虛焊，溫度過高則可能導(dǎo)致電池片裂片。

(5)確保電池片沒有虛焊，否則將增大組件內(nèi)電阻，導(dǎo)致組件報(bào)廢。3．敷設(shè)(疊層)背面串接好且經(jīng)過檢驗(yàn)合格后，將電池串、玻璃和裁切好的EVA、背板按照一定的層次敷設(shè)好，準(zhǔn)備層壓。敷設(shè)時(shí)按照產(chǎn)品圖紙調(diào)整電池串的間距，并按照圖紙進(jìn)行匯焊(圖5-32)，使所有電池片形成設(shè)計(jì)的串并聯(lián)連接并引出相應(yīng)的電極(圖5-33)；同時(shí)需保證電池串與玻璃等材料的相對位置，為組件層壓做好準(zhǔn)備。敷設(shè)層次由下向上為玻璃、EVA、電池、EVA、背板。敷設(shè)時(shí)的注意事項(xiàng)：(1)保證原材料清潔，如有油污或污垢則可能導(dǎo)致層壓后組件出現(xiàn)氣泡或者造成組件質(zhì)量下降。(2)確保無隱裂、虛焊和過焊的電池片，這些都可能致使層壓之后出現(xiàn)裂片，導(dǎo)致組件降級或直接報(bào)廢。(3)確保無焊錫瘤，否則可能造成電池片的破裂。(4)確保疊層中電池串的極性連接正確，否則會(huì)造成組件報(bào)廢。(5)確保組件內(nèi)沒有混入?yún)R流帶殘?jiān)?、焊錫渣、頭發(fā)等雜物，這些將會(huì)造成組件外觀不良，甚至導(dǎo)致組件質(zhì)量下降。4．光伏組件的層壓技術(shù)將敷設(shè)好的電池放入層壓機(jī)內(nèi)，通過抽真空將組件內(nèi)的空氣抽出，然后加熱使EVA熔化，從而將電池、玻璃和背板黏接在一起；最后，冷卻取出組件。層壓工藝是組件生產(chǎn)的關(guān)鍵一步，層壓溫度、層壓時(shí)間由EVA的性質(zhì)決定?，F(xiàn)在的常規(guī)工藝采用的都是快固化工藝，速固化EVA時(shí)，層壓循環(huán)時(shí)間約為20分鐘，固化溫度為140℃左右。層壓的基本過程：(1)啟動(dòng)設(shè)備。打開層壓機(jī)(圖5-34)，按下加熱按鈕，設(shè)定好工作溫度。(2)送料。待加熱板溫度達(dá)到指定溫度后，將敷設(shè)好的半成品放入層壓機(jī)并合上蓋。(3)抽真空。對下室抽真空，EVA在層壓機(jī)內(nèi)開始受熱，受熱后的EVA處于熔融狀態(tài)，EVA與電池片、玻璃、背板之間有空氣存在，下室抽氣(抽真空)可以將這些間隙中的空氣排出。如果抽氣時(shí)間和層壓溫度設(shè)置不當(dāng)，在組件玻璃下面常會(huì)出現(xiàn)氣泡，致使組件使用過程中，氣泡受熱膨脹而使EVA脫層，從而影響組件的外觀、效率與使用壽命。抽真空時(shí)間一般為5～10分鐘。(4)層壓。層壓一般分三次加壓，在加壓過程中，下室繼續(xù)抽真空，上室充氣，膠皮氣囊構(gòu)成的上室，充氣后體積膨脹(由于下室抽真空)，充斥于整個(gè)上、下室之間，擠壓放置在下室的電池片、EVA等。熔融后的EVA在擠壓和下室抽真空的作用下，流動(dòng)而充滿玻璃、電池片、背板之間的間隙，同時(shí)排出中間的氣泡。這樣，玻璃、電池片、背板就通過EVA緊緊黏合在一起。層壓時(shí)間為4～12分鐘。(5)出料。層壓好后需要開蓋將層壓好的半成品取出。前兩個(gè)過程中下室處于抽真空狀態(tài)，在大氣壓作用下，上蓋受向下的壓力。開蓋時(shí)，先是下室充氣，上室抽真空，使放有電池組件的下室氣壓與大氣壓平衡，再利用設(shè)置在上蓋的兩開蓋支臂將上蓋打開，然后將層壓好的半成品取出。層壓時(shí)，EVA熔化后由于受到壓力而向外延伸固化形成毛邊，所以層壓完畢應(yīng)將其切除(圖5-35)。層壓時(shí)的注意事項(xiàng)：(1)層壓前需對組件認(rèn)真檢查，否則可能導(dǎo)致層壓后的組件出現(xiàn)異物或者裂片，甚至極性接反等，造成組件的降級或返修，增加產(chǎn)品的成本。(2)監(jiān)控層壓參數(shù)，由于不同的組件，其參數(shù)會(huì)有所不同，所以一定要確定好參數(shù)，否則可能造成同一批次組件質(zhì)量的整體下降。5．裝框打膠、安裝接線盒及清洗層壓完成的半成品已經(jīng)有功率輸出，但實(shí)際應(yīng)用還缺少必要的機(jī)械承載和保護(hù)，電氣輸出部分也非常脆弱。一般應(yīng)對層壓半成品安裝鋁框和接線盒，如圖5-36所示。裝框類似于給玻璃裝一個(gè)鏡框。給玻璃組件安裝鋁框，可增加組件的強(qiáng)度，進(jìn)一步密封電池組件，延長電池的使用壽命。邊框和玻璃組件的縫隙用有機(jī)硅膠填充，各邊框間用L形型材連接。安裝接線盒即在組件背面引線處用硅膠黏接一個(gè)盒子，以利于電池與其他設(shè)備或電池間的連接。組件清洗一般要求在硅膠固化24小時(shí)之后進(jìn)行，主要是清洗組件外觀以及對四周鋒利邊角進(jìn)行處理，防止對人員造成傷害。6．光伏組件的測試測試的目的是對光伏組件的輸出功率進(jìn)行標(biāo)定，測試其輸出特性，同時(shí)測量光伏組件的絕緣耐壓性能，確定組件的質(zhì)量等級，如圖5-37所示。輸出功率標(biāo)定是模擬太陽光在標(biāo)準(zhǔn)測試條件(STC)下，改變負(fù)載，測量電流電壓輸出曲線，得到最大輸出功率。標(biāo)準(zhǔn)測試條件(STC)為：(1)大氣質(zhì)量為AM1.5時(shí)的太陽光譜分布。(2)太陽輻照強(qiáng)度為1000W/m2。(3)溫度為25℃。絕緣耐壓測試(圖5-38)按照《GB/T9535—1998地面用晶體硅光伏組件設(shè)計(jì)鑒定和定型》進(jìn)行測試，步驟如下：(1)將組件引出線短路后接到有限流裝置的直流絕緣測試儀的正極。(2)將組件暴露的金屬部分接到絕緣測試儀的負(fù)極。如果組件無邊框，或邊框是不良導(dǎo)體，可為組件安裝試驗(yàn)的金屬支架，再將其連接到絕緣測試儀的負(fù)極。(3)以不大于500?V/s的速率增加絕緣測試儀的電壓，直到等于1000?V加上兩倍的系統(tǒng)最大電壓。維持此電壓1?min。如果系統(tǒng)的最大電壓不超過50?V，所施加的電壓應(yīng)為500?V。(4)在不拆卸組件連接線的情況下，降低電壓到零，將絕緣測試儀的正負(fù)極短路5?min。(5)拆去絕緣測試儀正負(fù)極的短路。(6)按照步驟(1)和(2)的方式連線，對組件加一不小于500?V的直流電壓，測量絕緣電阻。

絕緣耐壓測試時(shí)的試驗(yàn)要求：

(1)在步驟(3)中，無絕緣擊穿(小于50?

)，或表面無破裂現(xiàn)象。

(2)絕緣電阻不小于50

。第三節(jié)雙玻組件工藝與組件要求一、雙玻組件工藝及其組件要求雙玻組件(圖?5-39)與常規(guī)組件的主要區(qū)別在于，雙玻組件的下蓋板采用透光玻璃，它是一種通過層壓入太陽能電池，能夠利用太陽輻射發(fā)電，并具有相關(guān)電流引出裝置以及電纜的特種玻璃。它有著美觀、透光可控、節(jié)能發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用非常廣泛，如太陽能智能窗、太陽能涼亭和光電玻璃建筑頂棚，以及光電玻璃幕墻等。作為一種新型建筑材料，目前國內(nèi)對于它的相關(guān)總體設(shè)計(jì)研究并不多。晶體硅雙玻光伏組件為兩片鋼化玻璃，中間密封膠膜一般采用PVB膠膜或者EVA膠膜，膠膜復(fù)合光伏電池片組成復(fù)合層，電池片之間由導(dǎo)線串、并聯(lián)匯集引線端的整體構(gòu)件。其組件結(jié)構(gòu)為：3.2?mm超白鋼化玻璃?+?PVB/EVA?+?晶硅電池?+?PVB/EVA?+?鋼化玻璃(3.2～10?mm)。

通過PVB新工藝封裝的多晶硅電池組件用于BIPV，安全性高，完全符合國內(nèi)建筑幕墻的強(qiáng)制認(rèn)證(3C認(rèn)證)，相對于非晶硅薄膜電池組件更便宜且轉(zhuǎn)換率高。同時(shí)，雙玻組件可以通過調(diào)節(jié)晶硅電池和第二層PVB膠膜的顏色以使組件美觀，適用于建筑的多種要求。雙玻組件的制造設(shè)備一般采用層壓機(jī)制備或者高壓釜設(shè)備制備，采用高壓釜制備一般成品率相對較低。二、光伏建筑一體化對雙玻組件的設(shè)計(jì)要求在雙玻組件的應(yīng)用設(shè)計(jì)中，首要考慮的應(yīng)該是組件的基本物理性能與電性能，包括邊框材料類型、電池材料、可承受的荷載、絕緣性能、溫度系數(shù)、額定工作溫度及性能、低輻照度下的性能、熱斑耐久性能以及濕熱—濕冷性能。這些性能都是雙玻組件建筑材料的基本要求，一般只有在滿足了基本物理性能和電性能的情況下才能考慮其他方面。其次，必須考慮材料的具體建筑功能，是否能替代普通建筑材料，各種性能是否能達(dá)到普通建筑材料的功能標(biāo)準(zhǔn)。作為一種建筑材料，它的防火、防水、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求？再次，在設(shè)計(jì)光伏玻璃建筑材料時(shí)還應(yīng)該考慮其美觀性、透光性等要求，例如雙玻組件電池片的排列、顏色等。因此，根據(jù)建筑一體化的要求，雙玻組件的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下要求：(1)容易和任何建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成一體，能夠比較方便地安裝在任何普通結(jié)構(gòu)上，與一般建筑材料能夠很方便地銜接。(2)通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，雙玻組件必須具有良好的防滲性能和防風(fēng)性能，必須具有和普通建材一樣的防風(fēng)避雨的功能。(3)具有和普通建材一樣的持久性，這主要和安裝雙玻組件的構(gòu)件選材有關(guān)。(4)雙玻組件的安裝必須符合建筑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并且和普通建材的安裝用時(shí)相當(dāng)。(5)線路連接應(yīng)該符合相關(guān)規(guī)范，不能由于接線盒、電線以及安全性的不同而導(dǎo)致復(fù)雜化。(6)組件電池片的排布要滿足建筑對透光性的要求，以及對美觀的要求。三、雙玻組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求雙玻組件是由玻璃—EVA(或PVB)膠膜—太陽電池—EVA(或PVB)膠膜—玻璃共5層組成的，類似于建筑上常用的夾膠玻璃。其整體透光率可以通過控制電池之間的間距和邊緣空隙來實(shí)現(xiàn)。理論上用于建筑的光伏板尺寸越大越好，因?yàn)榭梢詼p少邊框以及固定構(gòu)件的使用，降低成本，并且可以真正替代大面積的玻璃，但受工藝方面的限制，目前尺寸大多在1.8?m?×?2.4?m以下。電池板的上表面玻璃要求有較高的透過率，一般采用超白低鐵鋼化玻璃，厚度一般在4～6?mm之間；底板玻璃由于起主要的支承作用，厚度可以在4～19?mm之間，具體厚度應(yīng)該根據(jù)雙玻組件安裝的部位以及抗風(fēng)壓要求等決定，應(yīng)該使用鋼化玻璃，以避免熱應(yīng)力的破壞。由于目前還沒有相關(guān)的用于建筑物上的雙玻組件的國家標(biāo)準(zhǔn)，參考夾膠玻璃的相關(guān)技術(shù)規(guī)范以及太陽能電池組件的國家規(guī)范，對雙玻組件提出如下的性能要求：1．機(jī)械載荷設(shè)計(jì)要求機(jī)械載荷主要是指雙玻組件抗風(fēng)、雪或冰雹等靜態(tài)載荷的能力，用于建筑屋頂?shù)碾p玻組件建筑材料以及安裝在建筑立面的雙玻組件經(jīng)常要承受此類負(fù)荷。機(jī)械載荷的設(shè)計(jì)包括雙玻組件的玻璃面板設(shè)計(jì)、邊框設(shè)計(jì)和構(gòu)件設(shè)計(jì)。雙玻組件的表面強(qiáng)度可以參照夾層玻璃的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)。邊框的強(qiáng)度可以根據(jù)材料的使用部位、國家規(guī)定的普通標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計(jì)主要依據(jù)雙玻組件使用的部位、需滿足的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求來選擇不同的材料。因此要求雙玻組件在均勻承壓2400?Pa一小時(shí)的情況下，達(dá)到以下要求：無間歇短路或漏電，無外觀缺陷，功率衰減不超過5%，絕緣電阻滿足初始試驗(yàn)要求。2．落球沖擊剝離性能要求參照幕墻的設(shè)計(jì)規(guī)范，根據(jù)使用部位、安全性的不同，光電幕墻可分為Ⅰ類、Ⅱ-1類、Ⅱ-2類、Ⅲ類。Ⅰ類：對霰彈袋沖擊試驗(yàn)不做要求的雙玻組件。Ⅱ-1類：霰彈袋沖擊高度為1200?mm，符合霰彈袋沖擊性能規(guī)定的雙玻組件。Ⅱ-2類：霰彈袋沖擊高度為750?mm，符合霰彈袋沖擊性能規(guī)定的雙玻組件。Ⅲ?類：總高度不超過16?mm，符合霰彈袋沖擊性能規(guī)定的雙玻組件。3．疊差和對角線差要求雙玻組件作為建筑材料，應(yīng)符合夾層玻璃的相關(guān)生產(chǎn)規(guī)范，其最大疊差應(yīng)符合表5-5中的規(guī)定。對于矩形雙玻組件制品，一般長度小于2400?mm時(shí)，其對角線偏差不得大于4?mm；一般長度大于2400?mm時(shí)，其對角線偏差應(yīng)由供需雙方商定。四、光伏環(huán)境一體化應(yīng)用組件的要求大型太陽能光伏電站需占用大量的土地面積(1?MW的電站占地面積大約為1萬平方米)，而需要大量用電的城市不能提供足夠的土地來安裝大型太陽能電站，因此光伏建筑一體化將是城市光伏發(fā)電系統(tǒng)主要的應(yīng)用方向。但是常規(guī)太陽能電池在建筑物上的應(yīng)用受到一定的制約，因?yàn)榻ㄖ镒鳛榄h(huán)境和城市的景觀，對外觀色彩的要求非常高，而常規(guī)太陽能電池只有單一顏色(藍(lán)色或者黑色)，與環(huán)境不協(xié)調(diào)。光伏發(fā)電與環(huán)境融合形成光伏環(huán)境一體化(EIPV)將對光伏組件提出新的要求。光伏系統(tǒng)與環(huán)境融合為一體，對組件主要有以下幾個(gè)方面的要求：(1)光伏組件的顏色能夠與環(huán)境融合為一體，即采用彩色光伏組件，包括組件背板和組件邊框等都要求顏色搭配協(xié)調(diào)。(2)光伏組件的電池片轉(zhuǎn)換效率在16%以上(多晶彩色電池)。(3)光伏組件能夠滿足建筑要求，如圖5-40所示。第四節(jié)光伏組件的認(rèn)證一、光伏組件認(rèn)證的基本知識認(rèn)證(Certification)的中文含義是出具證明的活動(dòng)，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)將其定義為“由第三方確認(rèn)產(chǎn)品、過程或服務(wù)符合特定要求并給以書面保證的程序”。各國認(rèn)證機(jī)構(gòu)開展的認(rèn)證業(yè)務(wù)主要包括質(zhì)量體系認(rèn)證和產(chǎn)品認(rèn)證。其中，產(chǎn)品認(rèn)證分為安全認(rèn)證(有的包含電磁兼容認(rèn)證)和合格認(rèn)證(性能認(rèn)證)。通常，安全認(rèn)證是強(qiáng)制性的，而合格認(rèn)證是自愿性的。光伏領(lǐng)域(安全和性能)目前是自愿性認(rèn)證。但隨著光伏行業(yè)逐步走向成熟，產(chǎn)品認(rèn)證越來越重要，成為產(chǎn)品進(jìn)入市場的一個(gè)基本門檻。光伏產(chǎn)品認(rèn)證包括型式試驗(yàn)、工廠檢查和證后監(jiān)督。其流程包括申請、型式試驗(yàn)、工廠檢查、報(bào)告評定、頒發(fā)證書和證后監(jiān)督。(1)申請：網(wǎng)上申請或填寫相應(yīng)機(jī)構(gòu)的申請書。(2)型式試驗(yàn)(即定型試驗(yàn))：一