多晶硅太陽電池組件組件封裝

為了將多晶硅太陽電池片串聯(lián)或并聯(lián)獲得所需的輸出功率，同時也為了保護太陽電池不受機械損傷和環(huán)境損害，太陽電池須通過膠封、層壓等方式封裝成組件。大面積太陽電池組件通常采用真空層壓封裝工藝：用兩層熱熔性EVA膠膜將太陽電池片夾在中間，通過真空加熱層壓使EVA膠膜將電池片、低鐵鋼化玻璃正面蓋板和聚氟乙烯復(fù)合膜背板黏合為一體，周邊用鋁合金邊框固定。小功率太陽電池組件常采用環(huán)氧樹脂封裝。還有采用雙面玻璃封裝的太陽電池組件，這類組件外形美觀，可部分透光，已廣泛應(yīng)用于光伏建筑

多晶硅太陽電池組件是通過澆鑄、定向凝固的方法制成多晶硅的晶錠，再經(jīng)過切割、打磨等工藝制成多晶硅片，進一步經(jīng)過清洗、擴散、沉積減反膜、絲印電極和燒結(jié)等工序制成的。澆鑄方法制造多晶硅片不需要經(jīng)過單晶拉制工藝，消耗能源較單晶硅電池少，并且形狀不受限制，可以做成方便光伏組件布置的方形；除不需要單晶拉制工藝外，制造單晶硅電池的成熟工藝都可以在多晶硅電池的制造中得到應(yīng)用。多晶硅電池的效率能夠達到18%，略低于單晶硅電池的水平。和單晶硅電池相比，多晶硅電池雖然效率有所降低，但是節(jié)約能源，節(jié)省硅原料，達到工藝成本和效率的平衡。

(1)電壓一功率曲線。右圖為不同輻照度下多晶硅組件的電壓一功率曲線?？梢钥闯?，在一定的電池溫度和輻照度下，隨著組件兩端電壓的變化，組件的功率輸出呈不對稱拋物線形式，在某一電壓(即最佳工作電壓)下達到峰值；還可以看出，在電池溫度一定時，雖然輻照度在200～1000W/m²變化，但組件的最佳工作電壓基本不變。

(2)電壓電流曲線。下圖為不同輻照度下多晶硅組件的電壓一電流曲線。從圖中可以看出，在一定電池溫度和輻照條件下，組件電壓在零至最佳工作電壓之間時，組件的電流基本保持恒定；當(dāng)組件兩端的電壓從最佳工作電壓繼續(xù)增大時，組件的電流開始快速降低。從圖中還可以看出，在電池溫度不變、輻照度在200～1000W/m²變化時，組件的開路電壓變化很小，組件的短路電流基本跟輻照度呈線性關(guān)系。

另外，晶硅組件的短路電流隨著溫度的升高而緩慢升高，典型系數(shù)在0.06%/℃左右；開路電壓隨著溫度的升高而降低，典型系數(shù)在一0.33%/℃左右；最大輸出功率隨著溫度的升高而降低，典型系數(shù)在一0.45%/℃左右。

（1） 鋼化玻璃： 其作用為保護發(fā)電主體（電池片），透光其選用是有要求的， 1.透光率必須高（一般91%以上）；2.超白鋼化處理

（2） EVA： 用來粘結(jié)固定鋼化玻璃和發(fā)電主體（電池片），透明EVA材質(zhì)的優(yōu)劣直接影響到組件的壽命，暴露在空氣中的EVA易老化發(fā)黃，從而影響組件的透光率，從而影響組件的發(fā)電質(zhì)量除了EVA本身的質(zhì)量外，組件廠家的層壓工藝影響也是非常大的，如EVA膠連度不達標(biāo)，EVA與鋼化玻璃、背板粘接強度不夠，都會引起EVA提早老化，影響組件壽命。

（3） 電池片： 主要作用就是發(fā)電，發(fā)電主體市場上主流的是晶體硅太陽電池片、薄膜太陽能電池片，兩者各有優(yōu)劣晶體硅太陽能電池片,設(shè)備成本相對較低，但消耗及電池片成本很高，但光電轉(zhuǎn)換效率也高，在室外陽光下發(fā)電比較適宜薄膜太陽能電池，相對設(shè)備成本較高，但消耗和電池成本 很低，但光電轉(zhuǎn)化效率相對晶體硅電池片一半多點，但弱光效應(yīng)非常好，在普通燈光下也能發(fā)電，如計算器上的太陽能電池。

（4） EVA： 作用如上，主要粘結(jié)封裝發(fā)電主體和背板

（5） 背板： 作用，密封、絕緣、防水（一般都用TPT、TPE等材質(zhì)必須耐老化，組件廠家都質(zhì)保25年，鋼化玻璃，鋁合金一般都沒問題，關(guān)鍵就在與背板和硅膠是否能達到要求。）

（6）鋁合金：保護層壓件，起一定的密封、支撐作用

（7） 接線盒： 保護整個發(fā)電系統(tǒng)，起到電流中轉(zhuǎn)站的作用，如果組件短路接線盒自動斷開短路電池串，防止燒壞整個系統(tǒng)接線盒中最關(guān)鍵的是二極管的選用，根據(jù)組件內(nèi)電池片的類型不同，對應(yīng)的二極管也不相同。

（8） 硅膠： 密封作用，用來密封組件與鋁合金邊框、組件與接線盒交界處有些公司使用雙面膠條、泡棉來替代硅膠，國內(nèi)普遍使用硅膠，工藝簡單，方便，易操作，而且成本很低。

太陽電池組件是指：具有封裝及內(nèi)部連接的，能單獨提供直流電輸出的，不可分割的最小太陽電池組合裝置。

太陽電池組件的種類較多。根據(jù)太陽電池片的類型不同可分為晶體硅(單．多晶硅)太陽電池組件．非晶硅薄膜太陽電池組件及砷化鎵電池組件等：按照封裝材料和工藝的不同可分為環(huán)氧樹脂封裝電池板和層壓封裝電池組件：按照用途的不同可分為普通型太陽電池組件和建材型太陽電池組件。

常見的普通型太陽光伏組件有環(huán)氧樹脂膠封板組件、透明PET層壓板組件和鋼化玻璃層壓組件。環(huán)氧樹脂膠封板組件主要由電池片，印制電路板及環(huán)氧樹脂膠等組成．具體尺寸和形狀根據(jù)產(chǎn)品的需要確定。

1.按太陽電池的材料分類

①晶體硅太陽電池組件；②薄膜太陽電池組件。

2.按封裝類型分類

①剛性太陽電池組件；②柔性太陽電池組件；③半剛性太陽電池組件。

3.按透光度分類

①透光型太陽電池組件；②不透光性太陽電池組件。

4.按與建筑物結(jié)合的方式分類

①屋頂太陽電池組件；②窗檐太陽電池組件；③玻璃幕墻太陽電池組件；④建筑一 體化材料。

以下主要介紹晶體硅太陽電池組件

為了保證25年的使用壽命，經(jīng)過幾十年的總結(jié)，人們對生產(chǎn)晶體硅太陽電池組件所用的主要原材料的性能及要求做出了規(guī)定，下面就晶體硅太陽電池組件生產(chǎn)過程中所使用的主要原材料給予介紹。

太陽電池組件晶體硅太陽電池片

目前，生產(chǎn)晶體硅太陽電池組件所用的晶體硅太陽電池片主要有125mmX125mm單晶桂太陽電池，156 mm×156mm單晶桂太陽電池片及156mm×156mm多晶硅太陽電池片，其厚度為200μm。

理想的晶體硅太陽電池可以用單二極管等效電路的模型來表示。圖4中Rs為太陽電池的等效串聯(lián)電阻，包括：太陽電池的基區(qū)電阻，擴散區(qū)的薄層電阻，電極接觸電阻，主柵線電阻，細柵線電阻，背接觸電阻：R_sh為太陽電池等效并聯(lián)電阻，即在太陽電池內(nèi)部產(chǎn)生的光生電流，有一部分通過電池的邊緣漏電而損失，相當(dāng)于一個電阻并聯(lián)在電池的兩極之間；R_L為負載電阻I_ph為光生載流子在p-n結(jié)內(nèi)電場作用下漂移運動產(chǎn)生的電流，稱為光生電流；I_d為流過太陽電池二極管的電流；I_sh為流過并聯(lián)電阻的電流。

通常，晶體硅太陽電池組件是由單體太陽電池串聯(lián)組成的，理想條件下，組件的輸出電壓是各電池電壓之和，組件的輸出電流由輸出電流最小的來決定，因此晶體硅太陽電池組件的等效電路也可以用圖4表示。

為了確保每個太陽電池組件所用電池單片的電性能一致性良好，在組件制造時，要對電池片性能進行分選，不允許將電性能差異大的電池片串聯(lián)在同一塊組件中，為了組件外觀美觀，通常在組件制造時對電池片的色差也要進行分選。

另外，為了避免太陽能光伏組件在戶外使用時出現(xiàn)熱斑，通常要求在生產(chǎn)組件時所用的晶體硅太陽電池片具有較小的逆電流。晶體硅太陽電池的逆電流是指給太陽電池加上一定的反向電壓時流過太陽電池的電流，圖5給出了測試太陽電池逆電流的測試方法。

在生產(chǎn)晶體硅太陽電池組件時，如果選用的晶體硅太陽電池片逆電流過大，那么當(dāng)發(fā)生局部遮擋時，旁路二極管并不起保護作用，易損壞太陽電池組件。

太陽電池組件低鐵壓花鋼化玻璃

目前，生產(chǎn)晶體硅太陽電池組件所使用的玻璃通常用壓延法生產(chǎn)，典型的厚度為3.2mm±0.3mm，在太陽電池光譜響應(yīng)的波長范圍內(nèi)（350~1100nm)折合3mm標(biāo)準(zhǔn)厚度的太陽光直接透射比應(yīng)大于91%對于大于1200nm的紅外光有較高的反射率。

降低玻璃的鐵含量，可以有效地增加玻璃的透過率，太陽電池玻璃鐵含量(Fe₂0₃)應(yīng)不高于0.015%。玻璃生產(chǎn)過程中將兩面做成大小不同的絨面狀可以增強太陽光的入射量，鋼化的目的是為了增加玻璃的強度，起到長期保護太陽電池的作用。

用作晶體硅太陽能光伏組件封裝材料的鋼化玻璃，通常要求抗機械沖擊強度要好，彎曲度小，外觀無劃傷。太陽電池玻璃弓形彎曲度不應(yīng)超過0.2%；波形彎曲度任意300mm范圍不應(yīng)超過0.3mm。

為了防止鋼化玻璃在封裝前后碎裂，通常要求鋼化玻璃每米邊上有長度不超過10mm，自玻璃邊部向玻璃板表面延伸深度不超過2mm，自板面向玻璃另一面延伸不超過玻璃厚度三分之一的爆邊。鋼化玻璃內(nèi)部不允許有長度小于lmm的集中的氣泡。對于長度大于1mm,但是不大于6mm的氣泡每平方米不得超過6個，不允許有結(jié)石，裂紋，缺角的情況發(fā)生，在50mm×50mm的區(qū)域內(nèi)碎片數(shù)必須超過40個，且允許有少量長條形碎片，其長度不超過100mm。不合格的鋼化容易導(dǎo)致組件在使用中碎裂。

為了減小晶體硅太陽電池組件的玻璃的光學(xué)反射，提高組件的功率輸出，現(xiàn)在越來越多地使用鍍膜玻璃。光伏鍍膜玻璃原片采用3.2mm的超白鋼化玻璃，以特種納米涂料為主要原料經(jīng)高溫處理，便得到了光伏鍍膜玻璃。要求鍍膜后的玻璃透光率在原基礎(chǔ)上提高2%以上，鍍膜玻璃的光學(xué)膜與玻璃基材附著力良好、耐候及耐腐蝕性能好、自清潔性能好、使用壽命長等。

選用鍍膜玻璃時，應(yīng)開展以下實驗：

耐水性實驗:在水中浸泡96h，所鍍膜層無明顯變化，試驗前后透光率變化值應(yīng)不大于0.5%。

耐酸性實驗:在5%H2S04溶液中浸泡48h，所鍍膜層無明顯變化，試驗前后透光率變化值應(yīng)不大于0.5%。

耐堿性實驗:在飽和的Ca(OHV溶液中浸泡48h，所鍍膜層無明顯變化，試驗前后透光率變化值應(yīng)不大于〇. 5%。

此外還要開展耐鹽霧性實驗，耐人工氣候老化實驗，涂層耐溫變性實驗，耐玷污性實驗等，確保采用鍍膜玻璃的太陽電池組件也能達到25年以上的使用壽命。

太陽電池組件EVA

用于晶體硅太陽電池囊封的材料是EVA，它是乙烯與醋酸乙烯脂的共聚物，EVA是一種熱固性的熱熔膠，常溫下無黏性，以便操作，經(jīng)過一定條件熱壓便發(fā)生熔融粘接與交聯(lián)固化，變的完全透明。長期的實踐證明：和其他材料相比，EVA在太陽電池封裝與戶外使用中均獲得了相當(dāng)滿意的效果。

EVA厚度在0.4?0.6mm之間，要求表面平整，厚度均勻，內(nèi)含交聯(lián)劑，能在150°C固化溫度下交聯(lián)，采用擠壓成型工藝形成穩(wěn)定膠層。

EVA主要有兩種：快速固化和常規(guī)固化。

EVA具有優(yōu)良的柔韌性，耐沖擊性，彈性，光學(xué)透明性，黏著性，耐環(huán)境應(yīng)力開裂性，耐侯性，耐化學(xué)藥品，熱密封性。

固化后的EVA能承受大氣變化且具有彈性，它將晶體硅太陽電池片“上蓋下墊”，并和上層保護材料玻璃，下層保護材料TPT利用真空層壓技術(shù)黏合為一體。

另一方面，它和玻璃黏合后能提髙玻璃的透光率，起著增透的作用，并對太陽電池組件的輸出有增益作用。

不同的溫度對EVA的交聯(lián)度有比較大的影響，EVA的交聯(lián)度直接影響到組件的性能以及使用壽命。在熔融狀態(tài)下，EVA與晶體硅太陽電池片，玻璃，TPT產(chǎn)生黏合，在這過程中既有物理也有化學(xué)的鍵合。當(dāng)EVA加熱到一定溫度時，交聯(lián)劑分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)EVA分子之間的結(jié)合，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致EVA膠層交聯(lián)固化，當(dāng)交聯(lián)度達到60%以上時能承受環(huán)境的變化，因而用EVA囊封太陽電池組件，可以達到很長的使用壽命。在實際生產(chǎn)過程中，EVA的交聯(lián)度一般控制在85%~95%之間。

太陽電池組件背板

用作晶體硅太陽電池背板的材料主要有TPT，TPE和PET等，TPT的結(jié)構(gòu)為Tedlar/Polyster/Tedlar三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，TPE為帶有EVA的兩層結(jié)構(gòu)，PET為單層聚酯結(jié)構(gòu)，它用在組件背面，作為背面保護和電絕緣材料。

用于晶體硅太陽電池的背板要求縱向收縮率不大于1.5%。實踐證明：背板的外層保護層最好含氟，這樣抗環(huán)境侵蝕能力強。另白色的背板對陽光起反射作用，和黑色背板相比，組件的封裝損失小，并因其具有較高的紅外發(fā)射率，還可降低組件的工作溫度。

太陽電池組件鋁合金邊框

鋁合金邊框的主要作用是保護玻璃，便于安裝和運輸，增加了晶體硅太陽電池組件的密封性和整體的機械強度。

組件用金屬邊框為鋁合金材料，為達到光伏組件要求的機械強度及其他要求，參照GB/T3190—1996《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》，要求采用6063 T5以上的鋁合金材料。

太陽電池組件要保證長達25年的使用壽命，鋁合金表面必須經(jīng)過處理，也即陽極氧化，表面氧化層厚度須大于20μm，用于太陽電池組件的邊框應(yīng)無變型，表面無劃傷。

太陽電池組件接線盒

晶體桂太陽電池組件的正，負極從背板引出后需要一個專門的電氣連接盒來實現(xiàn)與外電路的連接。

為了保證25年的使用壽命，接線盒應(yīng)由工程塑料注塑制成，并加有防老化和抗紫外線輻射劑，能確保組件在室外長期使用不出現(xiàn)老化破裂現(xiàn)象。接線柱應(yīng)由外鍍鎳層的電解銅制成，能確保電氣導(dǎo)通及電氣連接的可靠。接線盒應(yīng)用硅橡膠粘接在TPT表面。對用于太陽電池組件接線盒的要求是：外殼具有很好的抗老化、耐紫外線能力，滿足室外惡劣環(huán)境條件下的使用要求，晶體硅太陽電池組件用接線盒IP等。