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太阳能电池组件基本知识
2019-04-10

太阳能电池组件(Solar Module)也叫太阳能光伏组件(PV Module),通常还简称为电池板或光伏组件。太阳能电池组件是把多个单体的太阳能电池片根据需要串并联起来,并通 过专用材料和专门生产工艺进行封装后的产品。

按电池技术路线划分,主要分为晶体硅电池、薄膜电池和聚光电池。单晶与多晶,是晶体硅电池技术路线上的两兄弟,因晶格排列不同而区分。源于半导体技术的晶体硅光伏诞生时只有转换率高的单晶硅,由于成本高,10年前开始多晶路线逐渐占据主导。近年来,随着分布式光伏的发展和领跑者对效率的要求,单晶硅全产业链更多参与者的推动,单晶和多晶产品的性价比差距在缩小。

1、电池组件的主要原材料及部件

光伏玻璃:电池组件采用的面板玻璃是低铁超白绒面钢化玻璃。一般厚度为32mm4mm,建材型太阳能电池组件有时要用到5~10mm厚度的钢化玻璃,但无论厚薄都要求透光率在90%以上。低铁超白就是说这种玻璃的含铁量比普通玻璃要低,从而增加了玻璃的透光率。同时从玻璃边缘看,这种玻璃也比普通玻璃白,普通玻璃从边缘看是偏绿色的。钢化处理是为了增加玻璃的强度,抵御风沙冰雹的冲击,起到长期保护太阳能电池的作用。对面板玻璃进行钢化处理后,玻璃的强度可比普通玻璃提高34倍。

EVA胶膜:乙烯与醋酸乙烯脂的共聚物,是一种热固性的膜状热熔胶,是目前太阳能电池组件封装中普遍使用的黏结材料。太阳能电池组件中要加入两层EVA胶膜,两层EVA胶膜夹在面板玻璃、电池片和TPT背板膜之间,将玻璃、电池片和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,并对太阳能电池组件功率输出有增益作用。

背板材料:太阳能电池组件的背板材料根据太阳能电池组件使用要求的不同,可以有多种选择。一般有钢化玻璃、有机玻璃、铝合金、TPT复合胶膜等几种。用钢化玻璃背板主要是制作双面透光建材型的太阳能电池组件,用于光伏幕墙、光伏屋顶等,价格较高,组件重量也大。除此以外目前使用最广的就是TPT复合膜。TPT复合膜具有不透气、强度好、耐候性好、使用寿命长、层压温度下不起任何变化、与黏结材料结合牢固等特点。这些特点正适合封装太阳能电池组件,作为电池组件的背板材料有效地防止了各种介质尤其是水、氧、腐蚀性气体等对EVA和太阳能电池片的侵蚀与影响。常见复合材料除TPT以外,还有TAT(Tedlar薄膜与铝膜的复合膜)TIT(Tedlar薄膜与铁膜的复合膜)等中间带有金属膜夹层结构的复合膜。这些复合膜还具有高强、阻燃、耐久、自洁等特性,白色的复合膜还可对阳光起反射作用,能提高电池组件的转换效率,且对红外线也有较强的反射,可降低电池组件在强阳光下的工作温度。



接线盒与旁路二极管

太阳能电池组件专用接线盒是电池组件内部输出线路与外部线路连接的部件,从电池板内引出的正负极汇流条进入接线盒内,插接或用焊锡焊接到接线盒中的相应位置,外引线也通过插接、焊接和螺钉压接等方法与接线盒连接。接线盒内还留有旁路二极管安装的位置或直接安装有旁路二极管。

当有较多的太阳能电池组件串联组成电池方阵或电池方阵的一个支路时,需要在每块电池板的正负极输出端反向并联二极管,这个并联在组件两端的二极管就叫旁路二极管。

旁路二极管的作用是防止方阵串中的某个组件或组件中的某一部分被阴影遮挡或出现故障停止发电时,在该组件旁路二极管两端会形成正向偏压使二极管导通,组件串工作电流绕过故障组件,经二极管旁路流过,不影响其他正常组件的发电,同时也保护被旁路组件避免受到较高的正向偏压或由于热斑效应发热而损坏。



电池片

晶体硅太阳能电池片分为单晶硅电池片和多晶硅电池片,每块电池片电压约0.5V,规格尺寸主要是125mm×125mm、电流约5-6A,功率约2.5-3W156mm×156mm,电流约8-9A,功率约4-5W,厚度一般在170220um。电池片表面有一层蓝色的减反射膜,还有银白色的电极栅线。其中很多条细的栅线,是电池片表面电极向主栅线汇总的引线,两条宽一点的银白线就是主栅线,也叫电极线或上电极。电池片的背面也有两条银白色的主栅线,叫下电极或背电极。电池片与电池片之间的连接,就是用互连条焊到主栅线上实现的。一般正面的电极线是电池片的负极线,背面的电极线是电池片的正极线。而电池片的面积大小与输出电流和发电功率成正比,面积越大,输出电流和发电功率越大。



2、单晶硅与多晶硅电池片的区别

由于单晶硅电池片和多晶硅电池片前期生产工艺的不同,使它们从外观到电性能都有一些区别。从外观上看:单晶硅电池片四个角呈圆弧状,表面没有花纹;多晶硅电池片四个角为方角,表面有类似冰花一样的花纹。

对于使用者来说,单晶硅电池和多晶硅电池是没有太大区别的。单晶硅电池和多晶硅电池的寿命和稳定性都很好。虽然单晶硅电池的平均转换效率比多晶硅电池的平均转换效率高1%左右,但是由于单晶硅太阳能电池只能做成准正方形(4个角是圆弧),当组成太阳能电池组件时就有一部分面积填不满,而多晶硅太阳能电池是正方形,不存在这个问题,因此对子太阳能电池组件的效率来讲几乎是一样的。另外,由于两种太阳能电池材料的制造工艺不一样,多晶硅太阳能电池制造过程中消耗的能量要比单晶硅太阳能电池少,所以多晶硅太阳能电池占全球太阳能电池总产量的份额大,制造成本也小于单晶硅电池,所以使用多晶硅太阳能电池将更节能、更环保。



3、组件方阵

太阳能电池方阵的连接有串联、并联和串、并联混合几种方式。当每个单体的电池组件性能一致时,多个电池组件的串联连接,可在不改变输出电流的情况下,使方阵输出电压成比例的增加;而组件并联连接时,则可在不改变输出电压的情况下,使方阵的输出电流成比例的增加;串、并联混合连接时,即可增加方阵的输出电压,又可增加方阵的输出电流。但是,组成方阵的所有电池组件性能参数不可能完全一致,所有的连接电缆、插头插座接触电阻也不相同,于是会造成各串联电池组件的工作电流受限于其中电流最小组件;而各并联电池组件的输出电压又会被其中电压最低的电池组件钳制。因此方阵组合会产生组合连接损失,使方阵的总效率总是低于所有单个组件的效率之和。组合连接损失的大小取决于电池组件性能参数的离散性,因此除了在电池组件的生产工艺过程中,尽量提高电池组件性能参数的一致性外,还可以对电池组件进行测试、筛选、组合,即把特性相近的电池组件组合在一起。例如,串联组合的各组件工作电流要尽量相近,每串与每串的总工作电压也要考虑搭配得尽量相近,最大幅度地减少组合连接损失。因此,方阵组合连接要遵循下列几条原则:

1串联时需要工作电流相同的组件,并为每个组件并接旁路二极管;

2并联时需要工作电压相同的组件,并在每一条并联线路中串联防反充二极管;

3尽量考虑组件连接线路最短,并用较粗的导线;

4严格防止个别性能变坏的电池组件混入电池方阵。

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