光伏组件基本知识-概要课件

1、太阳能电池简介引 言 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。为此，人们研制和开发了太阳能电池。 目 录太阳能电池分类电池片的生产过程太阳能电池的发电原理太阳能发电系统太阳能电池组件光伏组件中电池的连结方式光伏组件的结构光伏组件工艺简述光伏组件用途影响光伏组件的两个效应光伏阵列接地系统 “硅”是我们这个星球上储藏最丰富的材料之一。自从上个世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维，20世纪末，我们的生活中处处可见“硅”的身影

2、和作用,晶体硅太阳电池是近15年来形成产业化最快的。1、提纯2、拉棒3、切片4、制电池 5、封装 生产过程太阳能电池组件生产过程：太阳能电池分类Different Cell Types单晶硅太阳电池1 单晶硅太阳能电池。1954年美国贝尔实验室的Chapin等研制了世界上第一块真正意义上的单晶硅太阳能电池，光电转化效率大到6%，很快达到10%。单晶硅能太阳电池是当前开发得最快的一种太阳能电池，它的结构和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。这种太阳电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999%。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有

3、的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。多晶硅太阳电池 目前太阳电池使用的多晶硅材料，多半是含有大量单晶颗粒的集合体，或用费次单晶硅材料和冶金级硅材料熔化浇注而成，然后注入石墨铸模中，待慢慢凝固冷却后，即得多晶硅锭。这种硅锭可铸成立方体，以便切片加工成方形太阳电池片，可提高材料利用率和方便组装。多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，其光电转换效率约左右，稍低于单晶硅太阳电池，但其材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。 非晶硅太阳电池 非晶硅太阳电池是年出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完

4、全不同，硅材料消耗很少，电耗更低。 多元化合物太阳电池 多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。 聚合物薄膜太阳能电池。 在太阳能电池中以聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池的研究方向。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本低等优势，从而对大规模利用 太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无 机材料特别是硅电池相比。太阳能电池分类Different Cell Types太阳能电池制造工艺 Methods to make silicon:Chemical Vapor Depositi

5、on (CVD)Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD)Very High Frequency Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (VHF-PECVD) The processing of a solar cell from silicon: In each step, the left image: process; the center: the surface after the step; the right: an enlarged cross section. Damage

6、etchTexturingP-doping 1.2.3.4.太阳能电池制造工艺5.6.7.8.9.10.Emitter DiffusionEdge IsolationAnti Reflection CoatingContact FormationSintering and FiringReady for Delivery! 太阳能是一种辐射能，要将这种辐射能（或其他光能）转换为电能，必须借助“能量转换器”太阳能电池，也称为光电池。因为常见的太阳能电池都是由半导体材料制造，所以有时也称为半导体光电池。太阳能电池工作原理是基于半导体p-n结的光生伏特效应。即太阳光或其他光照射半导体p-n结时，就会

7、在p-n结的两边出现电压，叫做光生电压。下面以单晶硅太阳能电池为例作一下介绍。 原子由带电正电荷的原子核和带负电荷的电子组成，原子核外的电子围绕着原子核旋转，其运动轨迹遵循一定的轨道。单晶硅原子共有三个电子层，最外电子层中有4个电子，这4个电子都有着固定的位置且受原子核的约束。当有外来能量激发时，最外层的电子即可摆脱原子核的束缚而变成自由电子，与此同时，此电子原来所在地方形成一个“空位”，此“空位”可看成一个正电荷，被称为“空穴”。在单晶硅中，带负电的电子和带正电的空穴都是可以运动的电荷。 当光线照射在p-n结上并且光在界面层被吸收时，具有足够能量的光子能够在p型硅和n型硅中将电子从共价键中激

8、发，产生电子-空穴对。界面层附近的太阳能电池的原理2电子和空穴在复合之前，将通过内建电场的作用被相互分离。电子向带正电的n区运动，空穴向带负电的p区运动。最后造成n区有大量负电荷积累，p区有大量正电荷积累。这样，在p-n结附近形成了一个电场，称为光生电场。光生电场的方向与内建电场相反，因此它的一部分可与内建电场相抵消，其余部分则可使p区带正电，n区带负电；这样就在n区和p区间产生了一个电动势，称为光生伏特电动势，当外电路接通时，即可产生电流。 通过分析，太阳能电池的发电过程可概述为4步：1，太阳能或其他光照射在太阳能电池的表面上。2，太阳能电池吸收具有一定能量的光子激发出非平衡载流子，即电子-

9、空穴对，他们的寿命要足够长，以确保他们在被分离之前不会复合。3，电子-空穴对在p-n结内建电场的作用下被分离，电子与空穴分别集中n区和p区，p-n结两边的异性电荷的积累形成光生电动势。4，在太阳能电池两侧引出电极并接上负载形成电路，即在电路中获得了光生电流。这样，太阳能电池就完成了将太阳能直接转换成电能。只要太阳光照不断，负载就一直有电流通过。电池片电性能伏安曲线测试条件： 温度：25大气质量：1.5光照强度：1000W/m2该测试条件也称为太阳能电池的标准测试条件。Properties in physics单片电池伏安曲线备注：1sun=1000w/m2 Properties/Feature

10、s用于表述太阳能电池电性能的最主要的参数是： Pmax-最大功率 Imp-最佳工作点电流 Vmp-最佳工作点电压 Isc-短路电流 Voc-开路电压 FF-填充因数 -转换效率短路电流用Isc表示，是指将太阳能电池置于光源照射下，在输出短路时流过太阳能电池两端的电流开路电压用Voc表示，是指将太阳能电池置于光源照射下，在两端开路时太阳能电池的输出电压值。 填充因数（FF）是将PV电池的I-V特性与理想电池I-V特性进行比较的一种方式。填充因数是一个无单位的量，是衡量电池性能的一个重要指标。填充因数为1被视为理想的电池特性。一般地，填充因数在0.50.8之间。它实际上等于太阳能电池产生的最大功率

11、除以理想PV电池产生的功率。通常用来表示太阳能电池的光电转换效率，它是太阳能电池的最大输出功率 与照射在太阳能电池上的入射功率的比值，明显而直接地反映了太阳能电池的光电转换性能。其表达式为： 太阳能发电系统2Solar Generator System 太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流或，还需要配置逆变器。各部分的作用为： （一）光伏组件方阵：由光伏组件按照系统需求串、并联而成，在光照时将太阳能转换成电能，是光伏系统的核心部件。 （二）控制器：对蓄电池的充、放电条件加以规定和控制，并按照负载的电量需求控制光伏组件和蓄电池对负载的电能输出，是光伏系统

12、的核心控制部件。 （三） 蓄电池：当光伏组件产生的电脑呢过大于负载所需电能时，将光伏组件产生的电能储存起来；当在光照不足或也晚时，或是负载所需电能大于光伏组件所发的电量时，将储存的电能释放以满足负载的电量需求，是光伏系统的储能部件。 （四） 逆变器：如果需要对交流负载供电，那么就要使用逆变器将太阳能电池组件产生的直电流或者蓄电池释放的直流电转化为负载所需的交流电。太阳能电池组件Solar module 定义：按照应用需求，太阳能电池经过一定的组合，达到一定的额定输出功率和输出电压的一组光伏电池，叫光伏组件光伏组件中电池的连结方式我们常常把电池片通过并联或者串联结合的方式组成电池组件，来满足我们

13、对电压、电流和功率的需要。串联方式：把电池片通过串联的方式而结合在一起的方式，目的是为了达到我们对高电压的需要。并联方式：为了满足我们对更高电流的需要，我们需要把电池片通过并联的方式结合起来。串联结构并联结构目前我们公司电池组件内电池片的连接都采用的是串联方式。例如：36片串联组件结构如下所示光伏组件中电池的连结方式光伏组件工艺简述下料选片玻璃清洗串焊排版、中检层压、修边焊接连接端子电性能测试边框注胶装边框装接线盒高压测试组件清洗包装.玻璃清洗工序 目的：清除玻璃表面的异物和油脂，使得玻璃满足我们的工艺要求。 设备：OR水处理机，玻璃清洗机 PPE：洁净棉线手套 工艺简述：钢化玻璃送入玻璃清洗

14、机中，经过刷洗、冲洗、清洗和风干四步，除掉玻璃表面的异物、油脂和其他离子等。光伏组件工艺简述2.电池片分选工序 目的：按照质量和工艺相关要求，对电池片的外观和功率进行分选。 设备：功率分选仪 PPE：洁净棉线手套 工艺简述：功率分选是通过给电池片一个短暂的闪光，测试它的最大功率，对电池片进行归档。主要通过眼睛的观察，人工分选电池片外观。光伏组件工艺简述3.串焊工序 目的：把电池片通过串联的方式连接成电池串。 设备：串焊机、电烙铁 PPE：棉线手套 工艺简述：分选好的电池片送入串焊机中，经定位、涂抹助焊剂、预热台预热、焊接，冷却后成为电池串。光伏组件工艺简述4.下料工序 目的：按照产成品组件功率

15、的不同，裁减符合尺寸要求的EVA和PET。 设备：裁料仪 PPE：洁净棉线手套，防割手套 工艺简述：按照工艺部对不同功率的组件中原材料尺寸的要求，裁剪适合尺寸的EVA和PET。光伏组件工艺简述5.排版和中检1工序 目的：按照组件结构的要求，铺设原材料。 工具：剪刀，焊烙铁，直尺。 PPE：棉线手套 工艺简述：按照工艺与质量相关要求，把钢化玻璃、电池串、EVA和PET按顺序排放好。排版结束后，在中检台对其进行电压测试和异物检查。（如下图所示）光伏组件工艺简述光伏组件工艺简述钢化玻璃EVA电池串EVATPT光伏组件内部结构示意：6.层压工序 目的：是按照一定顺序排好版的组件中各个成分紧密的结合在一

16、起。 设备：层压机 PPE：隔热手套 工艺简述：通过特定时间和特定温度的控制，使得组件中的EVA在高温下融化，降温后和钢化玻璃和PET紧密地结合在一起。光伏组件工艺简述7.修边工序 目的：用刀具修剪掉层压后组件周边多余的EVA和PET。 PPE：防割手套 工具：修边刀 工艺简述：按照质量的要求，沿着玻璃边沿滑动刀具，把多余的材料划掉。光伏组件工艺简述8.中检工序： 目的：检查层压后组件内部是否存在异物以及裂片等。 PPE：棉线手套 工艺简述：通过组件背面的照明系统，正面目光检测组件是否存在质量文件中所不允许的问题。光伏组件工艺简述9.接线柱工序 目的：在组件背面引出电流的输出端。 工具：电烙铁

17、 工艺简述：在组件背板上开孔后，把接线盒中的接线柱焊接在组件的正负极上，用于收集组件中所产生的电流。光伏组件工艺简述10.电性能测试工序 目的：观察组件的电性能情况，确定组件的功率。 设备：电性能测试仪 PPE：棉线手套 工艺简述：用模拟太阳光照射在组件表面，使它产生电流，收集后确定该组件电性能是否正常，以及组件的最大功率值是多少。光伏组件工艺简述11.边框注胶 目的：给用于保护组件的铝合金边框槽内注入硅胶。 设备：注胶机 PPE：防滑手套 工艺简述：按照相关质量要求在铝合金边框槽内，适量的、均匀地注入硅胶。这种硅胶是用于固定组件与边框能紧密的结合。光伏组件工艺简述12.装边框 目的：把组件和

18、铝合金边框按照要求结合起来。 设备：装框机 PPE：防滑手套 工艺简述：把组件的四边插入已经注入硅胶的铝合金边框槽中，紧密结合后，用螺钉给与固定。光伏组件工艺简述13.装接线盒工序 目的：把接线盒通过一定的工艺装到组件的背面上。 PPE：防滑手套 工艺简述：给接线盒上打上硅胶，按照质量文件的要求把接线盒粘贴在组件的背面。光伏组件工艺简述14.绝缘测试 目的：检测铝合金边框的漏电流是否满足要求。 设备：绝缘手套、防滑手套 工艺简述：通过给组件加2640V的直流高压，动态测试 时间3秒，静态保持1秒，检测组件漏电流是否在0.050.07mA之间。 光伏组件工艺简述15.包装工序 目的：根据客户的需

19、求，按照工艺和质量，对包装组件。 PPE：防滑手套 工艺简述：把组件装入合格的纸箱内，然后打包装带，完成组件的最后一道工序。光伏组件工艺简述光伏组件工艺简述16.焊带裁剪 目的：剪切焊带和汇流带 设备：自动切割机 PPE：防割手套 工艺简述：根据排版图纸中对于焊带和汇流带尺寸的要求，将整卷带材剪切成小段。光伏组件工艺简述17.激光划片 目的：切割电池片到规定的尺寸。 设备：激光切割机 PPE：棕色防护境、防护手套 工艺简述：根据工艺规定对存在瑕疵的电池片进行切割成可利用的小规格电池片。ApplicationsTelecommunications installations Roadside s

20、igns and lightening Call Boxes Solar-powered vehicles Solar water heating system Space flightWherever electricity is needed, the solar cell can be used.Shenzhou VI space capsule光伏组件质量控制4 光伏组件加工的企业众多,很多企业由于使用的生产设备、采用的工艺、选用的材料和管理等方面原因,生产的组件常常存在质量问题和质量隐患。主要表现在虚标组件功率、组件电性能一致性差、功率衰减严重、热斑现象严重、EVA大面积发黄、组件内

21、部腐蚀、电池片栅线消失、背板鼓包等方面的问题。由于组件失效,轻者光伏组件达不到使用年限的要求,重者可致发生严重的安全事故。我们通过对常见问题的分析和试验,认为有以下方面的因素。（1）电池片原料的因素 组件电性能一致性差,功率衰减严重很大程度上与电池片相关,有些组件标称使用期为25年,但23年后就出现了明显电性能一致性差、功率衰减严重的问题,从而达不到使用年限的要求。其主要原因为:电池片的质量不过关,品质不高;检测和分检标准不高,或执行标准不严格。我们认为在整个太阳电池组件生产的过程中,既然电池片的成本占到总成本的80%以上,那么尽量选用高品质的电池片是整个组件生产中首要的质量保证和前提。（2）

22、EVA方面的因素 组件内EVA大面积的黄变、热斑现象的产生,现象上是组件内部的EVA与其它物质发生了化学反应,但本质上是由EVA的材料品质不良、生产工艺不当和EVA储存环境差引起的。如果EVA的关联度不良,性能不稳定,抗紫外线性能很差,组件在使用过程中很容易发生热胀冷缩,有的导致电池片接触电阻增大,有的导致电池片隐裂或短路,在强光的照射下,组件内局部温度可能迅速升高,甚至出现电池片爆裂,最终导致太阳电池组件的失效。另外光伏组件电性能的下降也跟EVA品质具有较大的关联性。因此,在使用EVA的过程中,要严格控制好储存环境,应将其放置于恒湿、恒温、避光、密封的环境中,打开包装后应在24h内使用完毕。

23、（3）助焊剂的因素 组件内部腐蚀、汇流条连接失效很大程度与助焊剂相关,许多生产厂家在选用助焊剂时过于强调助焊效果,忽视助焊剂的腐蚀性因素,在使用中,助焊剂在电池片表面与EVA直接接触,时间一长就会导致问题的产生。正确的方法是选用中性的免清洗助焊剂,提高焊接工艺要求,减少残留物的产生。（4）生产环境与生产设备的因素 保证工作环境的温度、湿度和洁净度,才能生产出高质量的组件产品。如在国内组件加工和生产过程中,其中很多工序采用的是人工操作,容易产生人体污染,工艺中要求,每道工序都应避免裸手直接接触电池片。生产设备的可靠性和先进性也是重要的一方面,如在层压工序中,对层压设备的性能选择很重要,其温控精度

24、1,温度不均匀性2,才能保证组件内无气泡和产品质量。（5）加工工艺的因素 在焊接工艺中,焊接的温度和焊接的时间可能会影响太阳电池组件的焊接质量,温度太低可能导致操作效率低下,并可产生虚焊;温度太高,会使电池片产生变形,导致碎片的产生。实践证明,在单焊工序中,焊接温度应保持在370385之间为最佳。又例如在层压工艺中,通过真空泵将组件内的空气抽出后,加热的温度也直接影响电池组件的层压质量,温度太低组件内部材料粘接力度会降低,温度太高又可能对组件内的材料产生质变等影响,实践证明,加热温度应保持在150155之间最佳。 影响光伏组件的两个效应一、热斑效应3 传统能源的匮乏，新能源太阳电池光伏组件，以

25、其环境适应性强，能源广，环境污染少等优势，得到广泛应用。从前期的光伏发电站，到与生活环境紧密联系的与建筑一体化。然而，当电池存在裂纹、电池之间不匹配或是内部连接失效、互联失效，以及太阳电池组件上方的遮挡阴影，都可能引起光伏组件的热斑效应，导致电池组件不可逆损坏，甚至使方阵失效。据国外权威报道，热斑效应使平板式光伏电池组件的实际使用寿命至少减少10%，因此，研究此类因素的影响，不仅对晶体硅太阳电池光伏组件的设计具有指导性意义，也有利于对组件输出性能异常进行判断。目前已有研究人员对热斑成因、热斑表象进行研究；也有研究人员对组件进行遮挡并利用matlab、Pspice等软件对组件进行建模、仿真，研究

26、热斑组件电学输出性能。二、PID效应 电位诱发衰减效应（PID Potentia lInduced Degradation）是电池组件长期在高电压作用下，使玻璃、封装材料之间存在漏电流，大量电荷狙击在电池片表面，使得电池表面的钝化效果恶化，导致组件性能低于设计标准。PID现象严重时，会引起一块组件功率衰减50%以上，从而影响整个组串的功率输出。高温、高湿、高盐碱的沿海地区最易发生PID现象。 造成组件PID现象的原因主要有以下三个方面： 1）系统设计原因：光伏电站的防雷接地是通过将方阵边缘的组件边框接地实现的，这就造成在单个组件和边框之间形成偏压，组件所处偏压越高则发生PID现象越严重。对于P型晶硅组件，通过有变压器的逆变器负极接地，消除组件边框相对于电池片的正向偏压会有效的预防PID现象的发生，但逆变器负极接地会增加相应的系统建设成本； 2）光伏组件原因：高温、高湿的外界环境使