太阳能电池组件的功能与应用

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：图3-8太阳能电池单体、组件、方阵图3-9平板式太阳能电池组件结构示意图1.上盖板采用钢化玻璃，其作用为保护发电主体。

光伏组件（俗称太阳能电池板）由太阳能电池片（整片的两种规格125mm×125mm、156mm×156mm）或由激光机切割开的不同规格的太阳能电池组合在一起构成。由于单片太阳能电池片的电流和电压都很小，输出电压只有0.5V左右，输出功率只有1～4W，不能满足作为电源应用的要求。为提高输出功率，需要将多个单体电池合理地连接起来。先串联获得高电压，再并联获得高电流后，通过一个二极管（防止电流回输）输出，并且封装在一个不锈钢金属体壳上，安装好上面的玻璃，充入氮气密封。一个组件上电池单体的标准数量是36个或72个。在需要更多功率的场合，则需要将多个组件连接成为方阵，以向负载提供数值更大的电流、电压输出（图3-8）。

3.1.4.1 太阳能电池组件构成及各部分功能

平板式太阳能电池组件结构如图3-9所示，主要由上盖板、黏结剂、电池片、底板、接线盒、边框组成。

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图3-8　太阳能电池单体、组件、方阵

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图3-9　平板式太阳能电池组件结构示意图

1.上盖板

采用钢化玻璃，其作用为保护发电主体（如电池片）。

透光率选用的要求是：①透光率必须高（一般91%以上）；②超白钢化处理。

2.黏结剂

采用EVA黏结固定钢化玻璃和发电主体（如电池片），透明EVA材质的优劣直接影响到组件的寿命，暴露在空气中的EVA易老化发黄，从而影响组件的透光率，进而影响组件的发电质量。除了EVA本身的质量外，组件厂家的层压工艺影响也是非常大的，如EVA胶黏度不达标，EVA与钢化玻璃、背板黏结强度不够，都会引起EVA提早老化，影响组件寿命。黏结剂主要用于黏结封装发电主体和背板。

3.电池片

主要作用就是发电，一般电池片的上电极做成又密又细金属栅线的形状，可以减少串联电阻，同时增大电池透光面积。发电主体市场上主流的是晶体硅太阳能电池片、薄膜太阳能电池片，两者各有优劣。晶体硅太阳能电池片，设备成本相对较低，光电转换效率也高，在室外阳光下发电比较适宜，但消耗及电池片成本很高；薄膜太阳能电池，消耗和电池成本很低，弱光效应非常好，在普通灯光下也能发电，但相对设备成本较高，光电转化效率是晶体硅电池片一半多点，如计算器上的太阳能电池。

4.底板

又称背板，作用是密封、绝缘、防水（一般都用TPT、TPE等材质必须耐老化，大部分组件厂家都是质保25年，钢化玻璃、铝合金一般都没问题，关键就在于背板和硅胶是否能达到要求）。

5.保护层压件

采用铝合金，起一定的密封、支撑作用。

6.接线盒

保护整个发电系统，起到电流中转站的作用，如果组件短路接线盒自动断开短路电池串，防止烧坏整个系统。接线盒中最关键的是二极管的选用，根据组件内电池片的类型不同，对应的二极管也不相同。

7.硅胶

用来密封组件与铝合金边框。组件与接线盒交界处有些公司使用双面胶条、泡棉来替代硅胶，国内普遍使用硅胶，工艺简单，方便，易操作，而且成本很低。

3.1.4.2 太阳能电池组件的封装工艺

太阳能电池组件的封装根据组件结构的不同有所不同。平板式硅太阳能电池封装工艺流程大致如图3-10所示。

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图3-10　太阳能电池组件封装流程

1.电池测试

由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，为了有效地将性能一致或相近的电池组合在一起，应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类，以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。

2.正面焊接

是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，使用焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连。

3.背面串接

背面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件串，采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个模具板，上面有36个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极（负极）焊接到“后面电池”的背面电极（正极）上，这样依次将36片串接在一起并在组件串太阳能电池板的正负极焊接出引线。

4.层压敷设

背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切割好的EVA、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和EVA的黏结强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。

敷设层次（由下向上）：钢化玻璃、EVA、电池片、EVA、玻璃纤维、背板。

5.组件层压

将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使EVA熔化将电池、玻璃和背板黏结在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度、层压时间根据EVA的性质决定。使用快速固化EVA时，层压循环时间约为25min，固化温度为150℃。

6.修边

层压时EVA熔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。

7.装框

类似于给玻璃装一个镜框。给玻璃组件装铝框，增加组件的强度，进一步密封电池组件，延长电池的使用寿命。边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。各边框间用角键连接。

8.焊接接线盒

在组件背面引线处焊接一个盒子，以利于电池与其他设备或电池间的连接。

9.高压测试