太阳能光伏组件主要原材料介绍.ppt

太阳能光伏组件主要原材料介绍 组件培训教材一 一 太阳能光伏产业链简介二 太阳能组件主要原材料介绍 内容提纲 一 太阳能光伏行业的产业链 硅料 硅锭 切方 硅片 电池片 组件 应用系统 在全球光伏产业链中 高纯度硅料不仅请求硅的纯度高达7 9个9 而且其中的硼 磷等杂质限制在几十个ppt 万亿分之一 它是光伏企业生产太阳能电池所需的核心原料 因此 高纯度硅料的合成 精制 提纯 生产也就成为光伏产业集群中最上游的产业 目前 尽管中国的硅原料矿藏储量占世界总储量的25 但是国内太阳能电池生产企业所需原材料绝大部分需要从国外进口 这是因为用于太阳能电池生产的硅料重要是通过不同的提炼方法从硅原料中提炼而成的单晶硅和多晶硅 在中国 现有的高纯度硅原料生产技巧与西方发达国家相比 在产量和能耗等方面尚有不足之处 如此一来 这不仅大大增长企业的生产成本 更成为制约当前我国光伏产业向上游环节发展难以逾越的 瓶颈 使我们国家用很低的价格卖出高能耗 高污染的粗原料的同时 用极高的价格购回高纯硅料 比如说在上游的硅料的方面 我们在做行业分析的时候曾经搜集了一些信息 基本上在过去两年多的时间里 在国内已经宣布要建多晶硅厂的公司大概有20 30家 然后把他们所宣布的产能加在一起大概有20几万吨 07年全球硅料的消耗量才8万吨 生产硅料大概不到30美金 市场上却曾卖到400 甚至500美金 这就造成了暴利 硅料和硅片占到整个产业成本的70 1 1硅料 1 国内技术尚有欠缺 2 投资过热 3 利润高 1 2电池片 08年中国产量1GW 电池片产量世界第一 电池片结构示意图 电池片 JKM150 185M 72 JKM200 240M 60 JKM170 220P 54 JKM200 240W 60 1 3组件 JKM220M 60 JinKo晶科 Module组件 Power功率 Mono Si单晶硅 电池片数量 组件的命名规则 1 3太阳能发电系统 并网系统 BIPV 应用系统 消费品 草坪灯 应用系统 二 主要原材料介绍 电池片EVA背板材料钢化玻璃硅胶铝型材涂锡带助焊剂接线盒 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源 也是清洁能源 不产生任何的环境污染 在太阳能的有效利用当中 大阳能光电利用是近些年来发展最快 最具活力的研究领域 是其中最受瞩目的项目之一 制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础 其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应 根据所用材料的不同 太阳能电池可分为 1 硅太阳能电池 2 以无机盐如砷化镓III V化合物 硫化镉 铜铟硒等多元化合物为材料的电池 3 功能高分子材料制备的大阳能电池 4 纳米晶太阳能电池等 2 1太阳能电池片 硅太阳能电池工作原理与结构太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应 一般的半导体主要结构如下 图中 正电荷表示硅原子 负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子 当硅晶体中掺入其他的杂质 如硼 磷等 当掺入硼时 硅晶体中就会存在着一个空穴 它的形成可以参照下图 图中 正电荷表示硅原子 负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子 而黄色的表示掺入的硼原子 因为硼原子周围只有3个电子 所以就会产生入图所示的蓝色的空穴 这个空穴因为没有电子而变得很不稳定 容易吸收电子而中和 形成P positive 型半导体 同样 掺入磷原子以后 因为磷原子有五个电子 所以就会有一个电子变得非常活跃 形成N negative 型半导体 黄色的为磷原子核 红色的为多余的电子 N型半导体中含有较多的空穴 而P型半导体中含有较多的电子 这样 当P型和N型半导体结合在一起时 就会在接触面形成电势差 这就是PN当P型和N型半导体结合在一起时 在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层 界面的P型一侧带负电 N型一侧带正电 这是由于P型半导体多空穴 N型半导体多自由电子 出现了浓度差 N区的电子会扩散到P区 P区的空穴会扩散到N区 一旦扩散就形成了一个由N指向P的 内电场 从而阻止扩散进行 达到平衡后 就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差 这就是PN结 当晶片受光后 PN结中 N型半导体的空穴往P型区移动 而P型区中的电子往N型区移动 从而形成从N型区到P型区的电流 然后在PN结中形成电势差 这就形成了电源 如下图所示 太阳能电池片的主要参数 温度系数 转换效率 EVA是一种塑料物料由乙烯 E 及乙烯基醋酸盐 VA 所组成 这两种化学物质比例可调较从而符合不同的应用需要 乙烯基醋酸盐 VAcontent 的含量越高 其透明度 柔软度及坚韧度会相对提高 EVA树脂的特点是具有良好的柔软性 橡胶般的弹性 在 50 下仍能够具有较好的可挠性 透明性和表面光泽性好 化学稳定性良好 抗老化和耐臭氧强度好 无毒性 与填料的掺混性好 着色和成型加工性好 它和乙酸乙烯含量和分子量 熔体指数关系很大 当熔融指数 MI 一定 乙酸乙烯 VAC 含量提高时候 其弹性 柔软性 相溶性 透明性等也随着提高 当VAC含量减少时候 则性能接近于聚乙烯 刚性增高 耐磨性 电绝缘性提高 若VAC含量一定时候 融体指数增加时 则软化点下降 加工性和表面光泽改善但强度会下降 否则 随MI的降低则分子量增大 冲击性能和抗环境应力开裂性能提高 乙酸根的极性使弹性和粘性增大 结晶性和电性能下降 溶于烃类溶剂和油类 2 2EVA EVA一步层压法 EVA两步层压法 太阳能行业常用的背板材料 TPT TPE PET ProteKtHDTPT材料组成 PVF PET PVF三层复合薄膜 PVF Polyvinylfluorid 为氟化乙烯CHFCH2单体的聚合物 PET 聚乙烯对苯二甲酸酯 和PE等聚烯烃的所含的化学键没有C F键强 其耐化学性能和耐候性相对不佳 PVDF Polyvinylidenfluorid 为偏二氟乙烯CF2CH2单体的聚合物 THV Tetrafluorethylen Hexafluorpropylen Vinylidenfluorid Terpolymer 为四氟乙烯TFE CF2CF2 六氟丙稀HFP CF2CF2CF2 偏二氟乙烯VDF的三元共聚物 含氟塑料具有很强的C F键 具有良好的耐化学性能和耐污性能 有塑料王的说法 2 3背板材料 TPT的技术参数 材料组成 颜色 最大系统电压 EVA剥离强度 2 4钢化玻璃 Temperedglass Reinforcedglass 属于安全玻璃 钢化玻璃其实是一种预应力玻璃 为提高玻璃的强度 通常使用化学或物理的方法 在玻璃表面形成压应力 玻璃承受外力时首先抵消表层应力 从而提高了承载能力 增强玻璃自身抗风压性 寒暑性 冲击性等 优点钢化玻璃的主要优点有两条 1 强度较之普通玻璃提高数倍 抗弯强度是普通玻璃的3 5倍 抗冲击强度是普通玻璃5 10倍 提高强度的同时亦提高了安全性 2 使用安全 其承载能力增大改善了易碎性质 即使钢化玻璃破坏也呈无锐角的小碎片 对人体的伤害极大地降低了 钢化玻璃的耐急冷急热性质较之普通玻璃有2 3倍的提高 一般可承受150LC以上的温差变化 对防止热炸裂有明显的效果 钢化玻璃的缺点 1钢化后的玻璃不能再进行切割 和加工 只能在钢化前就对玻璃进行加工至需要的形状 再进行钢化处理 2钢化玻璃强度虽然比普通玻璃强 但是钢化玻璃在温差变化大时有自爆 自己破裂 的可能性 而普通玻璃不存在自爆的可能性 生产钢化玻璃工艺有两种 一种是将普通平板玻璃或浮法玻璃在特定工艺条件下 经淬火法或风冷淬火法加工处理而成 另一种是将普通平板玻璃或浮法玻璃通过离子交换方法 将玻璃表面成分改变 使玻璃表面形成一层压应力层加工处理而成 钢化玻璃具有抗冲击强度高 比普通平板玻璃高4 5倍 抗弯强度大 比普通平板玻璃高5倍 热稳定性好以及光洁 透明 等特点 在遇超强冲击破坏时 碎片呈分散细小颗粒状 无尖锐棱角 故属于安全玻璃 其实钢化玻璃还存在一个缺陷 那就是光学畸变 因为玻璃在钢化的过程要经过720度左右 急冷的风压3 2毫米是12800帕 4毫米急冷风压是7000 8000帕 玻璃已经处于软化的时候 在短短的3秒钟突然承受这样的风压 玻璃的表面会存在风斑 同时玻璃的表面会存在凹凸不平现象 严重的程度要根据设备的好坏来决定 所以钢化后的玻璃不能做镜面的原因 钢化玻璃与普通玻璃的区别由于钢化玻璃破碎后 碎片会破成均匀的小颗粒并且没有普遍玻璃刀状的尖角 从而被称为安全玻璃而广泛用于汽车 室内装饰之中 以及高楼层对外开窗户上 一般普通玻璃破碎后锋利的刀状尖角很容易割伤小孩或者撞击者 造成对人身的伤害 玻璃破碎后是变成小颗粒还是刀状这是钢化玻璃与普通玻璃最主要区别方式 但在工程检验中 动不动采用这种破坏性的检验无疑是不现实的 那么怎么能知道自己买的究竟是不是钢化玻璃呢 这还得从钢化玻璃制造原理来分析 钢化玻璃是将普通退火玻璃先切割成要求尺寸 然后加热到接近的软化点 再进行快速均匀的冷却而得到 钢化处理后玻璃表面形成均匀压应力 而内部则形成张应力 使玻璃的性能得以大幅度提高 抗拉度是后者的3倍以上 抗冲击力是后者的5倍以上 也正是这个特点 应力特征成为鉴别真假钢化玻璃的重要标志 那就是钢化玻璃可以透过偏振光片在玻璃的边部看到彩色条纹 而在玻璃的面层观察 可以看到黑白相间的斑点 偏振光片可以在照相机镜头或者眼镜中找到 观察时注意光源的调整 这样更容易观察 钢化玻璃的自爆钢化玻璃在无直接机械外力作用下发生的自动性炸裂叫做钢化玻璃的自爆 自爆是钢化玻璃固有的特性之一 产生片爆的原因很多 简单地归纳以下几种 玻璃质量缺陷的影响A 玻璃中有结石 杂质 玻璃中有杂质是钢化玻璃的薄弱点 也是应力集中处 特别是结石若处在钢化玻璃的张应力区是导致炸裂的重要因素 结石存在于玻璃中 与玻璃体有着不同的膨胀系数 玻璃钢化后结石周围裂纹区域的应力集中成倍地增加 当结石膨胀系数小于玻璃 结石周围的切向应力处于受拉状态 伴随结石而存在的裂纹扩展极易发生 B 玻璃中含有硫化镍结晶物硫化镍夹杂物一般以结晶的小球体存在 直径在0 1 2 外表呈金属状 这些杂夹物是NI3S2 NI7S6和NI XS 其中X 0 0 07 只有NI1 XS相是造成钢化玻璃自发炸碎的主要原因 已知理论上的NIS在379 C时有一相变过程 从高温状态的a NIS六方晶系转变为低温状态B NI三方晶系过程中 伴随出现2 38 的体积膨胀 这一结构在室温时保存下来 如果以后玻璃受热就可能迅速出现a B态转变 如果这些杂物在钢化玻璃受张应力的内部 则体积膨胀会引起自发炸裂 如果室温时存在a NIS 经过数年 数月也会慢慢转变到B态 在这一相变过程中体积缓慢增大未必造成内部破裂 C 玻璃表面因加工过程或操作不当造成有划痕 炸口 深爆边等缺陷 易造成应力集中或导致钢化玻璃自爆 钢化玻璃中应力分布不均匀 偏移玻璃在加热或冷却时沿玻璃厚度方向产生的温度梯度不均匀 不对称 使钢化制品有自爆的趋向 有的在激冷时就产生 风爆 如果张应力区偏移到制品的某一边或者偏移到表面则钢化玻璃形成自爆 钢化程度的影响 实验证明 当钢化程度提高到1级 时自爆数达20 25 由此可见应力越大钢化程度越高 自爆量也越大 有机硅胶产品的基本结构单元是由硅 氧链节构成的 侧链则通过硅原子与其他各种有机基团相连 因此 在有机硅产品的结构中既含有 有机基团 又含有 无机结构 这种特殊的组成和分子结构使它集有机物的特性与无机物的功能于一身 与其他高分子材料相比 有机硅产品的最突出性能是 1 耐温特性有机硅产品是以硅 氧 Si O 键为主链结构的 C C键的键能为82 6千卡 克分子 Si O键的键能在有机硅中为121千卡 克分子 所以有机硅产品的热稳定性高 高温下 或辐射照射 分子的化学键不断裂 不分解 有机硅不但可耐高温 2 耐候性有机硅产品的主链为 Si O 无双键存在 因此不易被紫外光和臭氧所分解 有机硅具有比其他高分子材料更好的热稳定性以及耐辐照和耐候能力 有机硅中自然环境下的使用寿命可达几十年 3 电气绝缘性能有机硅产品都具有良好的电绝缘性能 其介电损耗 耐电压 耐电弧 耐电晕 体积电阻系数和表面电阻系数等均在绝缘材料中名列前茅 而且它们的电气性能受温度和频率的影响很小 因此 它们是一种稳定的电绝缘材料 被广泛应用于电子 电气工业上 有机硅除了具有优良的耐热性外 还具有优异的拒水性 这是电气设备在湿态条件下使用具有高可靠性的保障 2 5硅胶 2 6铝型材 采用6063T5铝型材材质参考GB T5237 1 5237 5 2000 铝合金建筑型材 GB T9535 1998 地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定性 GB T3190 1996 变型铝及铝合金化学成分 表面处理 阳极氧化 电泳氧化 喷砂氧化作用 保护边缘 提高机械强度 密封 便于运输性能要求 高硬度 耐热性 抗腐蚀性 抗冲击性 抗扭曲性能存储条件 恒温恒湿0 30度相对湿度小于60 2 7涂锡铜带 熔点温度 180 185 有铅 221 231 无铅 可焊性 浸泡助焊剂后施焊 规格及公差 0 15 0 02 2 0 12 0 2 0 02 6 0 2 一般铜基材厚度比整体厚度小0 04mm折断率 行标7次 180度折弯 电阻率 小于等于0 01725 mm2 m 2 8助焊剂 助焊剂的主要种类1 无机助焊剂无机助焊剂具有高腐蚀性 由无机酸和盐组成 如盐酸 氢氟酸 氯化锡 氟化钠或钾 和氯化锌 这些助焊剂能够去掉铁和非铁金属的氧化膜层 如不锈钢 铁镍钴合金和镍