李日升:投资光伏电池组件的技术问题

李日升 原创 | 2009-09-14 23:20 | 投票

    今年以来,国家住建部、财政部等部门连续出台了金屋顶、金太阳工程扶持政策,有力地推动了我国太阳能光伏产业发展和应用市场的启动。在太阳能光伏发电这个产业链上,太阳能光伏组件处于终端的、最关键的环节上。因为它门槛低、投资少、见效快,成为战略投资的一块热土。本文谈一谈投资太阳能光伏组件的相关技术问题。

一是光伏电池组件的原理

单体太阳能电池是将光能转换成电能的最小单元。由于它的输出电压只有0.4-0.5V左右,输出功率只有2-2.6W左右,远不能满足一般用电设施的基本要求。再加上单体电池本身易破碎、易被腐蚀,若直接暴露在大气中,光电转换效率会由于潮湿、灰尘、酸雨、冰雹、风砂等的影响而下降,为此,须将若干个单体电池按电性能分类进行串并联,经过封装后组合成可以独立作为电源使用的最小单元,即太阳能光伏电池组件。电池组件主要有串联和并联两种方式,也可以同时采用串、并联混合方式。串联方式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、并联混合方式则既能增加输出电压,又可增加输出电流。在需要更大功率的场合,则需要将多个电池组件连接成为电池方阵,以向负载提供数值更大的输出电压、输出电流和输出功率。

二是光伏电池组件的工艺

太阳能光伏电池组件的封装工艺是首先对电池进行测试,并按照输出参数对其进行分类,再用金属导电带按需要将太阳能电池焊接在一起。一般是36片或72片太阳能电池串联,最后汇成一条正极和一条负极引出来。按照低铁钢化白玻璃或其他透明盖板、乙烯-醋酸乙烯酯膜EVA、太阳能电池串和乙烯-醋酸乙烯酯膜EVA的顺序叠放,后面盖以聚氟乙烯复合膜也即TPT材料,搞好层压敷设。然后,放入真空层压机,在150度温度下抽真空后进行热压固化。热压固化循环时间大约需要25分钟。固化时由于EVA熔化而向外延伸形成毛边,所以还应采取修边工艺将其切除。经固化并修边后,再于四围加上密封条,装上经过阳极氧化的铝合金边框以增加强度,背面固定接线盒,连上二极管,一个太阳能光伏组件就做成了。以上工艺在目前封装技术中占主流地位。其它还有环氧树脂封装、中空玻璃封装和灌胶封装等多种方式。

三是光伏电池组件的设备

生产太阳能光伏电池组件,需要激光划片机、玻璃清洗干燥机、焊带自动裁切折弯一体机、单串片焊接加热器、EVA和TPT薄膜自动裁切冲孔一体机、全自动或半自动层压机、太阳能组件铺设台、数控双头精密切割锯床、自动组角机、自动组框机等主要设备。此外,还有一些分选组件检测、电池串暂放盒和周转车等辅助设备和工具。层压机是电池板封装广泛使用的主体设备。层压机由油加热机、真空泵、上腔室、下腔室组成。工作时,通过油加热机和热油泵的循环,使下腔室的加热板温度升到设定的温度。将组件放到加热板上,上下腔室合拢形成密闭腔,一方面通过热传导给组件升温,一方面开启真空泵,使密闭腔处于真空状态达到抽出组件空气的目的。一段时间后,上腔室开始充气,通过上腔室的橡胶板压住组件,达到给组件加压的目的,经过保温保压阶段后,光伏组件即可成型取出。

四是光伏电池组件的材料

太阳能电池组件工作寿命的长短,与封装材料有很大关系。封装材料是决定组件寿命的重要因素。封装材料主要包括上盖板,它覆盖在电池正面,一般选用低铁钢化白玻璃。在电池光谱响应的波长范围内透光率可以达到91%以上,对于大于1200 nm的红外光有较高的反射率。第二是黏结剂。它是固定电池和保证上、下盖板密合的关键材料。目前一般选用乙烯-醋酸乙烯酯膜也即EVA。EVA是一种热融胶粘剂,它将电池片组包封,并和电池上层保护材料白玻璃,下层保护材料复合膜,利用真空层压技术粘合为一体。第三是底板,它对电池既有保护作用又有支撑作用,一般选用聚氟乙烯复合膜也即TPT。TPT至少有外层聚氟乙烯、中间层聚脂薄膜和内层聚氟乙烯复合而成。第四是边框。用以保护组件和便于组件与方阵支架的连接固定。边框与黏结剂构成对组件边缘的密封。边框材料主要有不锈钢、铝合金、橡胶以及塑料等。

五是光伏电池组件的要求

电池组件是光伏发电的主要组成部分。能不能发电、发多少电和正常运行时间都取决于电池组件。因此,在电池组件使用前,应根据国际先进标准进行基本性能测试、电绝缘性能测试、热循环实验、机械载荷实验、冰雹实验和老化实验等,以确保产品质量。一般来说,电池组件应有一定标称工作电压和输出功率;在户外条件下有20年以上的使用寿命,且使用20年,效率还大于原来效率的80%;组件的电池上表面颜色应均匀一致,无机械损伤,焊点无氧化斑。组件的每片电池与互连条应排列整齐,组件的框架应整洁无腐蚀斑点。组件的封装层中不允许气泡或脱层在某一片电池与组件边缘形成一个通路。组件的面积比功率应大于每平方米65 瓦,质量比功率应大于每千克4.5 瓦。组件在正常条件下绝缘电阻不能低于200兆欧。还要有足够的机械强度,较高的可靠性和稳定性,良好的封装和电绝缘性,以及比较低廉的制造成本等。


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