【2018年必威体育精装版整理】太阳电池组件.doc

3 太阳电池组件 太阳电池是利用硅等半导体的光伏效应通过p-n结构直接把太阳光转化为电能的。由于太阳电池本身易破碎、易被腐蚀，若直接暴露在大气中，光电转化效率会由于潮湿、灰尘、酸雨等的影响而下降，以至损坏失效。因此，太阳电池一般都必须通过胶封、层压等方式封装成平板式构造再投入使用。其中以层压封装的方法用得最为普遍,即将太阳电池片的正面和背面各用一层透明、耐老化、粘结性好的热熔性EVA胶膜包封，采用透过率高、耐冲击的低铁钢化玻璃做上盖板，用耐湿抗酸的Tedlar复合薄膜（聚氟乙烯复合膜）或玻璃等其它材料做背板，通过真空层压工艺使EVA胶膜将电池片、正面盖板和背板粘合为一个整体，从而构成一个实用的太阳电池发电器件，一般称为太阳电池组件或组件，俗称太阳电池板或电池板（为区分也称单体太阳电池为太阳电池片或电池片）。本章主要介绍太阳电池组件的类型、封装材料、设备以及封装工艺{1}。 3.1 太阳电池组件类型 太阳电池组件种类繁多，根据太阳电池片的类型可分为：单晶硅组件、多晶硅组件、砷化镓组件、非晶硅薄膜电池组件等等，其中晶体硅（包括单晶硅与多晶硅）电池组件约占市场的80～90％。封装材料与工艺也不尽相同，主要分为：环氧树脂胶封、层压封装、硅胶封装等。目前用得最多的是层压封装方式，因为这种封装方式适宜于大面积电池片的工业化封装。同类太阳电池组件根据峰值功率、额定电压又可以分为不同型号。单个组件的功率从几分之一瓦到几百瓦，电压从零点几伏到几十伏不等。使用较多的是9串4列或12串3列共36片串连，额定电压为12V的组件。 以下几个图是用不同的封装材料和工艺制备的太阳电池组件。图3－1所示的单晶硅太阳电池组件是采用美国AP公司的单晶硅电池36片串连，经层压封装而成的。其峰值功率75Wp，组件上盖板材料为低铁钢化玻璃，周边采用铝合金边框固定，这种组件的寿命长（约25年），一般用于各类光伏电站。与单晶硅组件相比，多晶硅组件在外观上有点差别，表现为电池表面颜色不一致，如图3－2环氧树脂胶封的多晶硅太阳电池组件所示。该组件由8小片多晶硅电池串连而成，峰值功率约0.35Wp，主要用于太阳能草坪灯、礼品玩具等小型太阳电池组件。非晶硅沉积温度较低，可以沉积在柔性衬底上制成可弯曲的电池组件，如图3－3所示。这种组件的弱光效应性能好，但效率相对较低，且衰减快，适合于室内或便携式光伏系统。 近几年，随着国内外光伏建筑一体化的推广，各组件封装厂商纷纷推出双面玻璃太阳电池组件。与普通组件结构相比，双面玻璃组件利用玻璃代替TPE（或TPT）作为组件背板材料，其结构如图3－4所示。由于这种组件有美观、透光的优点，在光伏建筑上应用非常广泛，如：太阳能智能窗，太阳能凉亭和光伏建筑顶棚、光伏玻璃幕墙等。与建筑结合是太阳能光电发展的一大趋势。因此，预计双面玻璃组件商业市场会进一步扩大。 环氧树脂胶封与层压封装的组件，太阳电池被牢牢粘合住，不易拆卸与更换。这样，组件常常会因为单片电池的碎裂或电极脱落等致使整个组件失效，无法修补。目前欧洲、日本开始尝试封装可回收的太阳电池组件。其中中空玻璃封装方式被很多厂商看好。中空玻璃是由两片玻璃组成，玻璃间用内部灌有干燥剂的空心铝管隔离，同时中空部分充入惰性气体，并用丁基胶，聚硫胶或结构胶进行密封处理。将连接好的太阳电池置于中空玻璃之间，电池背面紧贴玻璃表面，用可拆卸的硅胶固定。这种封装方式没有使用EVA，电池上表面与盖板玻璃之间存在空气层，由于气体与玻璃折射率差别大，阳光入射到电池表面经这一界面反射较多，上表面盖板玻璃内侧应作减反射处理。 3.2 封装材料 真空层压封装太阳电池，主要使用的材料有环氧树脂、有机硅树脂、玻璃、EVA、Tedlar或Tedlar复合薄膜如TPT（TPE）、连接条、铝框等。封装材料的特性对太阳电池组件的性能、使用寿命有重要影响。合理地选用封装材料和采取正确的封装工艺能保证太阳电池的高效利用。优良的太阳电池组件，除了要求太阳电池本身效率要高外，优良的封装材料和合理的封装工艺也是不可缺少的。 3.2.1 环氧树脂 环氧树脂是比较常见的粘合剂，产品形式也是多种多样，既可做成单组分或双组分，也可以做成粉末状树脂。如太阳电池用的环氧树脂粘合剂是双组分液体，使用时现配现用。通过改变固化剂、促进剂等，环氧树脂的配方可以千变万化，从而具备各种不同的性能，以满足各种不同的要求。这是环氧树脂类封装材料的优势{2}。 环氧树脂通过适宜的添加改性可以获得较高的导热绝缘性，从而可以在电子器件中使用。但是，这样的改性环氧树脂对太阳电池不适合。环氧树脂的粘结力比较强，耐老化性能相对差，容易老化而变黄，因而会严重影响太阳电池的使用效果。此外，使用过程中还会由于老化导致材料脆化，这与环氧树脂的低韧性以及在老化过程中的结构变化有关。通过对环氧树脂进