光伏组件原理及常见质量问题

1、光伏发电原理及组件生产过程中常见 质量问题 光伏(电池/组件)生产过程及常见质量问题 2 光伏发电优势及原理 1 电站组件质量保障措施 3 目 录 1.光伏发电优势及原理 可开采65年左右 可开采58年左右 可开采100年左右 铀资源 天然气 煤资源 石油资源 人类未来的能源之路在何方？ 可开采40年左右 1.光伏发电优势及原理 u 太阳能发电的优势 太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦/秒； 地球表面0.1%太阳能转为电能，转换效率5%，每年发电量可达 5.61012千瓦小时，相当于目前世界上能耗的40倍； 足以供给人类使用几十亿年。 1.光伏发电优势及原理 欧洲JRC的预测 (2000

2、2100) 自天然气起，以下为化石燃料 化石燃料生产峰值在2030-2040年之间 1.光伏发电优势及原理 u 光伏电池发电原理 N型半导体P型半导体 - 纯净硅晶体中掺入5价杂质磷/砷/锑,N型半导体； - 如果掺入的是三价的硼/镓，则会形成P型半导体。 u 光伏电池发电原理 1.光伏发电优势及原理 - N区的电子扩散至P区，自身带正电； - P区空穴被电子填补（接受电子）带负电，PN结形成 u 光伏电池发电原理-光生伏打效应 1.光伏发电优势及原理 Number of Photons of Wavelength (nm) Eh - 光照PN结将电子从共价键中激发，产生电子-空穴对； - 电

3、子向带正电的N区运动，空穴向带负电的P区运动， 形成电压和电流； 2.光伏工艺过程及常见质量问题 光伏组件 平衡系统 配电系统土建工程等 u 光伏组件是光伏电站的 核心，也是初始投资之 最大构成，光伏组件成 本越低，初始投资越少， 光伏组件质量越高，使 用年限越长，发电量越 高，度电成本越低。 2.组件工艺过程及常见质量问题 u光伏组件存在问题 影响光伏组件质量因 素有哪些？ 生产工艺 2.组件工艺过程及常见质量问题 组件结构 2.组件工艺过程及常见质量问题 组件结构 玻璃 EVA胶 膜 EVA胶 膜 背板 电池串 2.组件工艺过程及常见质量问题 组件质量的影响因素 一 设计 二 生产 三 检

4、验 四 包装运输 设计 原材 料 结构 工艺验证 使用 8个组件(IEC61215) 目测、电性能、绝缘、湿漏电 目测、电性能、绝缘、湿漏电 温度系数 电性能 户外暴露 二极管热试验 热斑 紫外线 热循环50 湿冻 终端试验 热循环200湿热 机械 强度 雹击 标称工作温度 低辐照电性能 1 23 45 2.组件工艺过程及常见质量问题 u组件设计 可靠性测试 u 绝缘测试 -测定组件的载流元件与组件边框或外界之间的绝缘是否良好； -无绝缘击穿或表面裂纹现象 -在2Vsys+1000V下，漏电电流 50A -在500V下，绝缘电阻应50M（或漏电流10A） u 温度系数测量 -确定组件电流（），

5、电压（）和最大功率（）的温度系数； u 标称工作温度测量 -标称工作温度是指在标准参考环境下，敞开式支架安装情况下，太阳 电池的平均平衡结温。在系统设计中，比较不同组件设计的性能时该 参数是一个很有价值的参数。 -至少选用10个数据点，覆盖300W/m2以上辐照度范围，做（TJ-Tamb） 随辐照度变化的曲线，做回归分析拟合； -确定800W/m2时的（TJ-Tamb）值，加上20即为标称工作温度； 15 2.组件工艺过程及常见质量问题 16 u NOCT下的电性能： -条件：标称工作温度，及800W/m2的辐照度，组件带载情况下的电性能 -操作执行：可在测温度系数时同时执行 u STC下的电

6、性能： -条件：温度25 ，辐照度1000W/m2，组件带载情况下的电性能 -操作执行：太阳能模拟器 u 低辐照度下的电性能： -条件：温度25 +/-2 ，辐照度200W/m2，组件带载情况下的电性能 -操作执行：太阳能模拟器，只是光强度变化，光谱分布和1000W/m2下相同 u 室外暴晒： -目的：对组件经受室外条件的能力作初步评价并揭示组件在室内试验探查不 到的一些综合衰减因素（试验时间短且实验条件随环境在变化，所以本试验 仅被用作可能存在问题的提示） -试验执行：组件短接，共接受60kW/m2的辐照 -评估标准：1）无严重目测缺陷；2）Pmax衰减5%；3）满足绝缘试验 2.组件工艺过

7、程及常见质量问题 17 u 热斑耐久试验 -确定组件承受热斑加热效应的能力；组件内某电池单元不匹配或裂纹、内 部连接失效、局部被遮光或弄脏使电池局部电压电流积增大，从而产生局 部温升，可能导致焊接融化或封装退化 u 紫外预处理试验 -热循环和湿冻前，进行紫外线预测试以证明材料和连接能经受紫外衰减； -波长280nm 400nm，5倍于对应标准光谱辐照度； u 热循环试验 2.组件工艺过程及常见质量问题 1. 太阳电池组件无严重外 观缺陷； 2. 太阳电池组件最大输出 功率的衰减不超过试验 前测试值的5%。 3. 满足绝缘要求 18 u 湿冻试验 -确定组件承受高温、高湿之后零下温度对其影响的能

8、力 2.组件工艺过程及常见质量问题 1. 太阳电池组件无严重外观缺陷； 2. 太阳电池组件最大输出功率的衰减不超过试验前测试值的5%。 3. 满足绝缘要求 19 u 湿热试验 -确定组件承受长期湿气渗透的能力（无外观缺陷，Pmax衰减5%，满足 绝缘要求）； u 湿漏电流试验 -评价组件在潮湿工作条件下的绝缘性能，验证雨、雾、露水或溶雪的湿气 不能进入组件内部电路的工作部分，如果湿气进入在该处可能会引起腐蚀、 漏电或安全事故（A0.1m2，R*A400Mm2); u 机械载荷试验 -确定组件经受风、雪或覆冰等静态载荷的能力（无间歇断路现象，无严重 外观缺陷，Pmax衰减5%，满足绝缘测试要求）

9、； u 冰雹试验 -验证组件经受冰雹撞击的能力（无间歇断路现象，无严重外观缺陷， Pmax衰减5%，满足绝缘测试要求）； u 旁路二极管热性能试验 -评价旁路二极管的热设计及防止对组件有害的热斑效应能相对长期的可靠 性（目测无缺陷，TjT额定， Pmax衰减5%，满足绝缘测试要求，二极管 仍能正常工作）； 2.组件工艺过程及常见质量问题 2.组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 钢化玻璃 透明 绝对的密 封 为什么要用玻璃封装组件 2 3 4 经久耐用、稳定性 好 便宜 1 2.组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 钢化玻璃 玻璃能够增加组件转换效率 优质的光伏用低铁玻璃能够增加透光率，从

10、而增加组件电能输出。 可以增加陷光性，增加光的吸收。 光伏玻璃透光率国标为91%， 目前不少企业采用高透玻璃， 其透光率达到94.7%以上，该项 技术可有效增加光伏组件的输 出。 高透光玻璃在西北风沙气候是否能长期稳定 2.组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 EVA 光伏组件在表面钢化玻璃与背面背板的中间还有一层经过固 化的EVA层，其作用： 封装电池片，防止外界环境对电池片的电性能造成影响。 增强组件的透光性。 将电池片，钢化玻璃，TPT粘接在一起，具有一定的粘接强度。 EVA胶膜在未层压前是线性大分子，当受热时，交联剂分解，形成活性自由 基，引发分子间反应形成网状结构。从而提高的力学性

11、能、耐热 性、耐溶剂性、耐老化性。 2.组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 EVA EVA对组件质量的影响黄变 光 EVA 光 EVA变色 短路电流Isc 降低13%max； 转换效率eff降低19%max； 2.组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 EVA EVA对组件质量的影响 PID效应 三种不同EVA材料组件PID测试结果 2.组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 背板 光伏组件中与上盖相对的组件背部的防护层，在户外环境下 保护太阳能电池组件不受外界条件影响。主要作用有： 防止水汽的的侵蚀; 阻隔氧气防止氧化; 对组件进行绝缘; 提高组件耐老化性、耐腐蚀性能; 可以反射阳光，提

12、高组件转化效率; 增加组件红外发射率，可以降低组件的温度。 2.组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 背板 背板的优劣直接决定组件的使用寿命，高品质背板材料的抗 紫外特性更好，可以更好保障组件的耐候性，提高组件的使 用寿命。 背板结构 2.组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 背板 背板结构 2.组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 背板 PVF 特点 3.组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 背板 背板结构 采用TPT（Tedlar+PET+Tedlar）结构，相 较TPE背板，双层Tedlar具有以下优点 优异的耐紫外特性和耐热氧化特性 低的水汽渗透率 良好的电绝缘性 一定的粘结强

13、度 TPT背板结构 TPE背板结构 3.组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 背板 PVF 特点 耐高低温 抗紫外 耐腐蚀 耐老化 强 防氧化 2.组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 背板 背板对组件质量的影响 导热性对组件效率的影响：背板材质具有导热性，可以将组 件产生的热量及时导出，从而保证组件的发电效率。 电池温度 1 开路电压 2.3mV 背板导热性影响 组件发电效率 2.组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 背板 背板对组件质量的影响 背板层间粘合不合格可能导致背板分层，水汽、空气渗入组件，造 成组件电路短路或原材料被氧化，从而严重影响组件性能。 背板耐老化性不强，使用过程当

14、中可能导致背板发黄、脆裂、破坏 绝缘性，从而影响组件性能。 背板的水汽渗透率过高，容易引起组件的PID，影响组件的衰减特 性。 3.组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 背板 背板对组件质量的影响 背板黄变：组件在户外使用12年后PET背板和FEVE涂料背板颜色 变化明显，PVDF背板、KPE背板和BBF背板颜色也有变化，Tedlar和 TPT背板颜色相对更为稳定。 2.组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 接线盒 接线盒对组件质量的影响 二极管失效对组件质量的影响 接线盒中的二极管因击穿失效，并引起火灾，或组件不能 正常工，后果会很严重，可能导致组件报废作，影响电站 发电效率。 2.组件

15、工艺过程及常见质量问题 组件原材料 接线盒 接线盒对组件质量的影响 连接端子老化 密封圈或灌封胶老化 接线盒老化 老化后，无法防止水渗入， 容易造成短路，损毁组件。 2.组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 铝边框 铝边框结构 铝边框对组件质量的影响 2.组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 太阳电池 太阳电池对组件质量的影响 电池混档：由于组件间电池采用串联，电池片如不经分档，会造 成组件间不匹配损失增大，从而造成封装损失增大，导致组件功 率损失。 组件发电遵循“木桶效应”，其输出 取决于电性能最小的电池片的电性能。 1 2 3 4 I=x V=y I=x V=y I=zx V=y I=

16、x V=y I=z V=4y P=4zy4xy 2.组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 太阳电池 太阳电池对组件质量的影响 电池混档表现：由于组件中电池片之间不匹配导致测试异常，曲 线出现“台阶”。EL也会出现亮度不同的现象。 2.组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 太阳电池 太阳电池对组件质量的影响 电池混档对组件质量的潜在危害 1.部分低效电池温度过高，容易形成热斑，损坏电池。 2.组件衰减加速，组件寿命下降。 发黑电池片 T = 68 C 四周电池片 = 46-52 C 2.组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 太阳电池 太阳电池对组件质量的影响 色差：电池分选未进行色差分选,

17、影响组件外观，但不会对组件 质量产生明显影响。 2.组件工艺过程及常见质量问题 u采用质量优良的原材料 组件各种封装原材料应有技术规范或技术标准 ，符合中华人民共和 国国家标准（GB），中华人民共和国电力行业标准（DL），中华人 民共和国电子行业标准（SJ）及相关的IEC标准。在国内标准与IEC标 准矛盾时，应按较高标准执行。 组件原材料均采用国内外知名品牌生产制造，符合上述标准，部分 关键原材料通过UL和TUV双认证，确保组件可靠性。 组件原材料应用到货检验记录，对于新型原材料，要求首先试制， 试制组件满足IEC61215相关测试要求。 u组件的主要工艺步骤 层压 排版 叠层 串焊 测试分档

18、 组框 接线盒 2.组件工艺过程及常见质量问题 2.组件工艺过程及常见质量问题 u串焊 串焊工序将互联条与电池片的主栅线焊接起来，目的是将电 池片进行串联。 2.组件工艺过程及常见质量问题 u串焊 u目的 焊接参数：温度、焊接时间 硬件保养：烙铁头、传送定位装置 焊接拉力测试符合标准 焊接排版符合质量要求 u控制要点 串焊工序使用自动串焊机完成电 池片单片焊接、串接、方阵排列作业 2.组件工艺过程及常见质量问题 u串焊工艺常见质量问题-虚焊 u现象 出现焊带与电池片脱 层，影响组件功率衰减 运转和抽真空过程中出 现焊点脱开，层压件造成 外观不良 过焊导致电池片内部电 极被损坏，直接影响组件 功

19、率衰减 降低组件寿命或造成报 废 u虚焊风险分析 2.组件工艺过程及常见质量问题 焊接时机器或人工定位出 现异常所致，也可能是因为层 压时随着EVA的流动性所致。 u串焊工艺常见质量问题-露白 u现象 u露白风险分析 焊带的偏移会导致焊带与主栅 面积接触减少，收集电流的力降低， 同时也会使电池片的受光面积减少， 从而使组件功率或长期可靠性降低。 u产生原因 2.组件工艺过程及常见质量问题 u裁切铺设 将组件串、玻璃、切割好的EVA、背板按照一定的层次敷设 好，准备层压。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调 整好电池间距离，为层压做好准备。（敷设层次由下而上：玻璃、 EVA、电池片、EVA

20、、背板） 玻璃 EVA胶 膜 EVA胶 膜 背板 电池串 2.组件工艺过程及常见质量问题 u玻璃上料 将合格玻璃上至自动线 拆开来料的钢化玻璃 目视检查玻璃来料情况 搬运钢化玻璃到传送带 目视上料情况 玻璃传送到下一工位 钢化玻璃无污渍 钢化玻璃符合质量要求 u目的 u作业说明 u控制要点 2.组件工艺过程及常见质量问题 - 标准：玻璃划伤宽度0.1mm，长度20mm，不超过3条/m。 - 潜在风险：降低组件的长期可靠性，组件表面的封装玻璃完全破碎，透光率 急剧下降，该组件电流几乎为零，严重影响整个组串功率的输出。 u玻璃常见质量问题-玻璃划伤 2.组件工艺过程及常见质量问题 u排列 将电池串

21、用互联条连接起来，便于进行层叠互联条焊接质量直接影响 组件电性能的输出。 2.组件工艺过程及常见质量问题 u裁切铺设 将原材料依次排序，完成电池组件的铺设 u目的 u作业说明 隔离小条铺设，汇流带头尾部连接 ID条码粘贴，检验 EVA、TPT铺设 各部件间尺寸控制 焊接质量检查和控制 符合质量要求 u控制要点 2.组件工艺过程及常见质量问题 uEL检测 近红外在暗箱状态下捕捉到图像，来判 别组件的缺陷 u目的 u作业说明 选择合适参数下测试模板测试 设备与组件间连接 条码扫描 图像判断 参数控制：电流、电压、曝光时间 缺陷类别根据EL标准进行判定 u控制要点 层压前EL检测与层压后EL检测可有

22、效分 辨电池的多种缺陷：如隐裂、混档、污染、 断栅、焊接黑斑、黑芯片、短路黑片、网纹 等等缺陷 2.组件工艺过程及常见质量问题 u层压 将敷设好的电池组件放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出， 然后加热使EVA融化，并加压使融化的EVA流动充满玻璃、电池片和背板膜之 间的间隙，同时排出中间的气泡，将电池、玻璃和背板紧密的粘合在一起， 最好降温固化取出组件。 层压工艺是整个组件生产的关键一步，层压温度和层压时间要根据原材 料来确定。 2.组件工艺过程及常见质量问题 u层压工序常见质量问题交联不合格 -问题：电池片与EVA间出现脱层 -原因：组件交联度测试不合格，质量控制失效。 - 风险：组

23、件产生热斑，功率衰减加快。 2.组件工艺过程及常见质量问题 u层压工序常见质量问题气泡 - 产生原因：层压机真空泵不能完全抽到真空或EVA膜厚薄不均匀，从而造成层压中出现气泡。 -标准：气泡不在电池表面，且气泡不能成串，其余部位0.5 mm21mm2的气泡3个，1mm2 1.5mm2的气泡1个；单个气泡直径2mm，总体气泡数4个；到内边框距离5mm - 潜在风险：在气泡区域的电池片会加速氧化，影响组件的衰减与长期可靠性。 2.组件工艺过程及常见质量问题 u层压工序常见质量问题表面异物 - 产生原因：层压工艺卫生不达标 - 标准：组件表面洁净无异物。除密封粘接部位，其余表面（玻璃、边框、背板、导

24、线、 连接头等）无异物、硅胶、胶带和EVA残留。 - 潜在风险：杂质部分会造成遮光，严重时该区域容易形成热斑；过热的区域会引起EVA 加速老化变黄，使该区域的透光率下降，从而使热斑进一步恶化，导致组件损坏或早期失效。 2.组件工艺过程及常见质量问题 u层压工序常见质量问题背板凹坑 - 产生原因：层压工序中的异物所致。 - 集团标准：小于一个电池片的面积，凹痕未延伸至玻璃边缘 - 潜在的风险:背板作为电池片背面的保护层，需要有良好的防潮、密封、阻燃、耐候特性 等，背板凹坑会造成电池片隐裂，影响组件电性能的输出，降低组件的使用寿命。 2.组件工艺过程及常见质量问题 组框和装接线盒是将固化层压组件变

25、成容易安装和运输的组件的过程，该 过程的目的是提高组件的机械性能，保障组件的可靠性 u注胶、组框、装接线盒 2.组件工艺过程及常见质量问题 使用装框机把边框安装到组件上 u流程功能 u作业说明 u控制要点 拿取边框放置注胶机上注胶 注完胶边框进行预装 预装完组件进行组框 注胶控制胶形、胶量、留白长度 装框控制组装质量符合质量要求 u注胶、组框 2.组件工艺过程及常见质量问题 u补胶、装接线盒 u流程功能 u作业说明 拿取接线盒并完成注胶 将注好胶的接线盒安装在组件上 完成汇流带的卡接 搬运安装好的组件到托盘上 在组件背面进行补胶作业 手工打接线盒胶，安装接线盒在组件上，并 将汇流带进行卡接后在组件背面补胶 2.组件工艺过程及常见质量问题 u组框常见质量问题密封不严 2.组件工艺过程及常见质量问题 u成品检验、包装装箱 对送检组件进行外观检验，包装