太阳能光伏电池的设计与制作

河南工程学院河南工程学院 光伏材料设计光伏材料设计 实习实训报告书实习实训报告书 太阳能光伏电池的设计与制作太阳能光伏电池的设计与制作 2016 2017 学年 第二学期 学学 院 院 赵博 学生姓名 学生姓名 理学院 学学 号 号 201411004215 学生班级 学生班级 应用物理 1442 指导教师 指导教师 牛金钟 赵瑞锋 日 期 2017 年 6 月 14 日 摘要摘要 太阳能光伏电池的设计与制造是我们本专业的最主要内容之一 本 次实训的目的是让我们更加深刻了解太阳能光伏电池的发电原理 了解太阳能 电池组件的生产流程和生产工艺 了解太阳能光伏电池的应用 并且制作一件 太阳能光伏电池板 本文主要讲的是本次的太阳能光伏太阳能电池制作过程 包括选择制作材料 电池板的设计 焊接太阳能电池片 组装太阳能电池 以 及对电池组件进行测试 关键词关键词 电池组件 设计 组装 测试 目录目录 一 简介 1 二 材料及其性质 1 1 黏结剂 1 2 玻璃 上盖板材料 1 3 背面材料 1 4 边框 1 5 接线盒 2 6 硅胶 2 7 电池片 2 三 设计原理及组装 2 1 设计原理 2 2 太阳能电池组件设计 3 3 电池组件的制作 3 1 一 简介一 简介 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置 太阳能电池又称为 太阳能芯片 或 光电池 是一种利用太阳光直接发电的 光电半导体薄片 通常采用硅半导体 二 材料及其性质二 材料及其性质 真空层压封装太阳能电池 主要使用的材料有黏结剂 玻璃 复合模 连 接条 铝框等 合理地选用封装材料和采取正确的封装工艺能保证太阳能电池 的高效利用并延长使用寿命 优良的太阳能电池组件 除了要求太阳能电池本 身效率高外 优良的封装材料和合理的封装工艺也是不可缺少的 1 1 黏结剂黏结剂 黏结剂是固定和保证电池与上 下盖板密合的关键材料 要求可见光范围 内具有高透光性 抗紫外线老化 具有一定弹性 可缓冲不同材料见的热胀冷 缩 具有良好的电绝缘性能和化学稳定性 不产生有害电池的气体和液体 具 有优良的气密性 适用于自动化的组件封装 本次实训中采用的是 EVA 膜 2 2 玻璃玻璃 上盖板材料上盖板材料 玻璃是覆盖在电池板正面的上盖板材料 构成组件最外层 既要求透光高 又要坚固 耐风霜雨雪 经受沙砾冰雹冲击 起到长期保护电池作用 普通玻璃体内含铁量过高及玻璃表面的光反射过大是降低太阳能利用率的 主要原因 目前在商业化生产中标准太阳能电池组件的上盖板材料通常采用低 铁钢化玻璃 其特点是 透光率高 抗冲击能力强 使用寿命长 厚度一般为 3 2mm 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 3 3 背面材料背面材料 组件底板对电池既有保护作用又有支撑作用 对底板的一般要求为 具有 良好的耐气候性能 能隔绝从背面进来的潮气和其他有害气体 在层压温度下 不起任何变化 与黏结材料结合牢固 一般所用的底板材料为玻璃 铝合金 有机玻璃以及 PVF 复合膜等 目前生产上较多应用的是 PVF 复合膜 4 4 边框边框 平板式组件应有边框 以保护组件和便于组件与方阵支架的连接固定 边 框 3 与结剂构成组件边缘的密封 边框材料主要有不锈钢 铝合金 橡胶及塑料等 由于铝合金密度低 强度比较高 接近或超过优质钢 具有很好的抗腐蚀性 因此常用铝合金做太阳能电池边框材料 5 5 接线盒接线盒 保护整个发电系统 起到电流中转站的作用 6 6 硅胶硅胶 密封作用 用来密封组件与铝合金边框 组件与接线盒交界处 7 7 电池片电池片 太阳能电池片分为晶硅类和非晶硅类 晶硅类又分为单晶硅和多晶硅 本 次课程设计采用的是 125 125 的单晶硅太阳能电池片 单晶硅的优点有 高效 率 低衰减 可靠性强 先进的扩散技术 保证了片间片内的良好均匀性 降 低了电池片之间的匹配损失 运用先进的管式 PECVD 成膜技术 使得覆盖在电 池表面的深蓝色氮化硅减反射膜致密 均匀 美观 应用高品质的金属浆料制 作电极和背场 确保了电极良好的导电性 可焊性以及背场的平整性 高精度 的丝网印刷图形 使得电池片易于自动焊接 三 设计原理及组装三 设计原理及组装 1 1 设计原理设计原理 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置 它利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件 这种光电转换过程通常叫做 光生伏打效应 因此 太阳能电池又称为 光伏 电池 只要被光照到 瞬间就可输出电压及电流 在物理学上称为太阳能光伏 简称光伏 最简单的太阳能电池是由 p n 结构成的 当太阳光照射 PN 结时 在 半导体内的电子由于获得了光能而释放电子 相应地便产生了电子 空穴对 并 在势垒电场的作用下 电子被驱向 N 型区 空穴被驱向 P 型区 从而使 N 区有 过剩的电子 P 区有过剩的空穴 于是就在 PN 结的附近形成了与势垒电场方向 相反的光生电场 光生电场的一部分抵消势垒电场 其余部分使 P 型区带正电 N 型区带负电 于是就使得 N 区与 P 区之间的薄层产生的电动势 即 光生伏打 电动势 当接通外电路时 便有电能输出 4 图一 2 2 太阳能电池组件设计太阳能电池组件设计 1 单体电池的连接方式 太阳能电池实际使用时要按负载要求 将若干单体电池按电性能分类进行 串并联 经封装后组成可以独立作为电源使用的最小单元 这个独立的最小单 元称为太阳能电池组件 若干太阳能电池组件串并联构成太阳能电池方阵 以 满足不同的用电需求 如果每个单体电池的性能是一致的 多个单体电池串联 可以在不改变输 出电流的情况下 使输出电压成比例增加 并联方式 则可以在不改变输出电 压的情况下 使输出电流成比例增加 而串 并联混合连接 则即可增加组件 的输出电压 又可增加组建的输出电流 2 太阳能电池组件的版型设计 在生产电池组件之前 要对电池组件的外形尺寸 输出功率以及电池片的 排列布局进行设计 设计过程中既要了解电池片的性能参数 还要了解电池组 件的生产工艺过程和用户的使用需求 做到电池组件尺寸合理 电池片排布紧 凑美观 而本次实践中 学校提供的钢化玻璃板为 54mm 44mm 因此我所设计 的电池组件大小为 3 片 9 片 3 3 电池组件的制作电池组件的制作 1 电池片的焊接 5 要组成电池组件 首先就要焊接电池片 用电焊机把焊条在助焊液的帮助 下焊接在电池片的背面上 这是非常不容易的 电池片非常脆 焊接过程中一 不小心就会把电池片弄碎 然后把 9 个电池片串联 电池片的正面为负极 背 面为正极 串联时 正极接负极 不能接反了 焊接 3 排 最后把三排并联焊 接 接出两个头 2 中间测试 焊接完成后要对电池片进行灯光照射 测量电压和电流 观察电流和电压 是否按比例增加 是否符合设计要求 符合要求后进行下一步 3 铺膜和层压 铺膜是将焊接完成后经过检测合格后的组件串与玻璃切割好的 EVA 膜 复 合膜按照一定层次铺设 玻璃在下 先铺一层 EVA 膜 然后放电池片 再铺一 层 EVA 膜 最后铺复合膜 铺膜时 保证贴膜和玻璃的干净 保证电池串与玻 璃等材料的相对位置 调整好电池串间的距离和电池串与玻璃边缘的距离 为 层压打好基础 图二 覆膜完成后 通过镜子检查一下 观察太阳能板里是否有杂物 是否铺设 好 一切都好后准备层压 当层压机调节后 达到层压条件后 把太阳能板放 入层压机内进行层压 等待层压结束 层压过程中有关问题及注意事项 太阳 电池层压工艺中 消除 EVA 中的气泡是封装成败的关键 层叠时进入的空气与 6 EVA 交联反应产生的氧气是形成气泡的主要原因 当层压的组件中出现气泡 说明工作温度过低或抽气时间太短应该重新设置工作温度和抽气 层压时间 4 装框 装框前要对电池板修边 层压时 EVA 融化后由于压力而向外延伸固化形成 毛边 所以层压完毕应将其切除 装框时 先把边框和玻璃组件的缝隙用硅胶 填充 把装框机调试好后 把铝合金边框和玻璃组件放入装框机内 开始装框 5 粘接接线盒 在组件背面引线处粘接一个盒子 用来把电池与其他设备或电池进行连接 6 组件测试 测试的目的是对电池的输出功率进行标定 测试其输出特性 确定组件的 质量等级 我所设计的太阳能电池组件测试结果如下 图三 实物图如下 7 8 实习实训评分表 序序 号号 考核考核 项目项目 考核内容及要求考核内容及要求 配配 分分 评分标准评分标准得分得分 1 考勤出勤情况 30 分