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太陽能電池組件基本知識
2019-04-10

太陽能電池組件(Solar Module)也叫太陽能光伏組件(PV Module),通常還簡稱為電池板或光伏組件。太陽能電池組件是把多個單體的太陽能電池片根據需要串并聯起來,并通 過專用材料和專門生產工藝進行封裝后的產品。

按電池技術路線劃分,主要分為晶體硅電池、薄膜電池和聚光電池。單晶與多晶,是晶體硅電池技術路線上的兩兄弟,因晶格排列不同而區分。源于半導體技術的晶體硅光伏誕生時只有轉換率高的單晶硅,由于成本高,10年前開始多晶路線逐漸占據主導。近年來,隨著分布式光伏的發展和領跑者對效率的要求,單晶硅全產業鏈更多參與者的推動,單晶和多晶產品的性價比差距在縮小。

1、電池組件的主要原材料及部件

光伏玻璃:電池組件采用的面板玻璃是低鐵超白絨面鋼化玻璃。一般厚度為32mm4mm,建材型太陽能電池組件有時要用到5~10mm厚度的鋼化玻璃,但無論厚薄都要求透光率在90%以上。低鐵超白就是說這種玻璃的含鐵量比普通玻璃要低,從而增加了玻璃的透光率。同時從玻璃邊緣看,這種玻璃也比普通玻璃白,普通玻璃從邊緣看是偏綠色的。鋼化處理是為了增加玻璃的強度,抵御風沙冰雹的沖擊,起到長期保護太陽能電池的作用。對面板玻璃進行鋼化處理后,玻璃的強度可比普通玻璃提高34倍。

EVA膠膜:乙烯與醋酸乙烯脂的共聚物,是一種熱固性的膜狀熱熔膠,是目前太陽能電池組件封裝中普遍使用的黏結材料。太陽能電池組件中要加入兩層EVA膠膜,兩層EVA膠膜夾在面板玻璃、電池片和TPT背板膜之間,將玻璃、電池片和TPT黏合在一起。它和玻璃黏合后能提高玻璃的透光率,起到增透的作用,并對太陽能電池組件功率輸出有增益作用。

背板材料:太陽能電池組件的背板材料根據太陽能電池組件使用要求的不同,可以有多種選擇。一般有鋼化玻璃、有機玻璃、鋁合金、TPT復合膠膜等幾種。用鋼化玻璃背板主要是制作雙面透光建材型的太陽能電池組件,用于光伏幕墻、光伏屋頂等,價格較高,組件重量也大。除此以外目前使用最廣的就是TPT復合膜。TPT復合膜具有不透氣、強度好、耐候性好、使用壽命長、層壓溫度下不起任何變化、與黏結材料結合牢固等特點。這些特點正適合封裝太陽能電池組件,作為電池組件的背板材料有效地防止了各種介質尤其是水、氧、腐蝕性氣體等對EVA和太陽能電池片的侵蝕與影響。常見復合材料除TPT以外,還有TAT(Tedlar薄膜與鋁膜的復合膜)TIT(Tedlar薄膜與鐵膜的復合膜)等中間帶有金屬膜夾層結構的復合膜。這些復合膜還具有高強、阻燃、耐久、自潔等特性,白色的復合膜還可對陽光起反射作用,能提高電池組件的轉換效率,且對紅外線也有較強的反射,可降低電池組件在強陽光下的工作溫度。



接線盒與旁路二極管

太陽能電池組件專用接線盒是電池組件內部輸出線路與外部線路連接的部件,從電池板內引出的正負極匯流條進入接線盒內,插接或用焊錫焊接到接線盒中的相應位置,外引線也通過插接、焊接和螺釘壓接等方法與接線盒連接。接線盒內還留有旁路二極管安裝的位置或直接安裝有旁路二極管。

當有較多的太陽能電池組件串聯組成電池方陣或電池方陣的一個支路時,需要在每塊電池板的正負極輸出端反向并聯二極管,這個并聯在組件兩端的二極管就叫旁路二極管。

旁路二極管的作用是防止方陣串中的某個組件或組件中的某一部分被陰影遮擋或出現故障停止發電時,在該組件旁路二極管兩端會形成正向偏壓使二極管導通,組件串工作電流繞過故障組件,經二極管旁路流過,不影響其他正常組件的發電,同時也保護被旁路組件避免受到較高的正向偏壓或由于熱斑效應發熱而損壞。



電池片

晶體硅太陽能電池片分為單晶硅電池片和多晶硅電池片,每塊電池片電壓約0.5V,規格尺寸主要是125mm×125mm、電流約5-6A,功率約2.5-3W;156mm×156mm,電流約8-9A,功率約4-5W,厚度一般在170220um。電池片表面有一層藍色的減反射膜,還有銀白色的電極柵線。其中很多條細的柵線,是電池片表面電極向主柵線匯總的引線,兩條寬一點的銀白線就是主柵線,也叫電極線或上電極。電池片的背面也有兩條銀白色的主柵線,叫下電極或背電極。電池片與電池片之間的連接,就是用互連條焊到主柵線上實現的。一般正面的電極線是電池片的負極線,背面的電極線是電池片的正極線。而電池片的面積大小與輸出電流和發電功率成正比,面積越大,輸出電流和發電功率越大。



2、單晶硅與多晶硅電池片的區別

由于單晶硅電池片和多晶硅電池片前期生產工藝的不同,使它們從外觀到電性能都有一些區別。從外觀上看:單晶硅電池片四個角呈圓弧狀,表面沒有花紋;多晶硅電池片四個角為方角,表面有類似冰花一樣的花紋。

對于使用者來說,單晶硅電池和多晶硅電池是沒有太大區別的。單晶硅電池和多晶硅電池的壽命和穩定性都很好。雖然單晶硅電池的平均轉換效率比多晶硅電池的平均轉換效率高1%左右,但是由于單晶硅太陽能電池只能做成準正方形(4個角是圓弧),當組成太陽能電池組件時就有一部分面積填不滿,而多晶硅太陽能電池是正方形,不存在這個問題,因此對子太陽能電池組件的效率來講幾乎是一樣的。另外,由于兩種太陽能電池材料的制造工藝不一樣,多晶硅太陽能電池制造過程中消耗的能量要比單晶硅太陽能電池少,所以多晶硅太陽能電池占全球太陽能電池總產量的份額大,制造成本也小于單晶硅電池,所以使用多晶硅太陽能電池將更節能、更環保。



3、組件方陣

太陽能電池方陣的連接有串聯、并聯和串、并聯混合幾種方式。當每個單體的電池組件性能一致時,多個電池組件的串聯連接,可在不改變輸出電流的情況下,使方陣輸出電壓成比例的增加;而組件并聯連接時,則可在不改變輸出電壓的情況下,使方陣的輸出電流成比例的增加;串、并聯混合連接時,即可增加方陣的輸出電壓,又可增加方陣的輸出電流。但是,組成方陣的所有電池組件性能參數不可能完全一致,所有的連接電纜、插頭插座接觸電阻也不相同,于是會造成各串聯電池組件的工作電流受限于其中電流最小組件;而各并聯電池組件的輸出電壓又會被其中電壓最低的電池組件鉗制。因此方陣組合會產生組合連接損失,使方陣的總效率總是低于所有單個組件的效率之和。組合連接損失的大小取決于電池組件性能參數的離散性,因此除了在電池組件的生產工藝過程中,盡量提高電池組件性能參數的一致性外,還可以對電池組件進行測試、篩選、組合,即把特性相近的電池組件組合在一起。例如,串聯組合的各組件工作電流要盡量相近,每串與每串的總工作電壓也要考慮搭配得盡量相近,最大幅度地減少組合連接損失。因此,方陣組合連接要遵循下列幾條原則:

1串聯時需要工作電流相同的組件,并為每個組件并接旁路二極管;

2并聯時需要工作電壓相同的組件,并在每一條并聯線路中串聯防反充二極管;

3盡量考慮組件連接線路最短,并用較粗的導線;

4嚴格防止個別性能變壞的電池組件混入電池方陣。

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