光伏组件基本知识-

引言太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源．也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。为此，人们研制和开发了太阳能电池。目录太阳能电池分类电池片的生产过程太阳能电池的发电原理太阳能发电系统太阳能电池组件光伏组件中电池的连结方式光伏组件的结构光伏组件工艺简述光伏组件用途影响光伏组件的两个效应光伏阵列接地系统“硅”是我们这个星球上储藏最丰富的材料之一。自从上个世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维，20世纪末，我们的生活中处处可见“硅”的身影和作用,晶体硅太阳电池是近15年来形成产业化最快的。1、提纯2、拉棒3、切片4、制电池5、封装生产过程太阳能电池组件生产过程：太阳能电池分类DifferentCellTypes单晶硅太阳电池[1]单晶硅太阳能电池。1954年美国贝尔实验室的Chapin等研制了世界上第一块真正意义上的单晶硅太阳能电池，光电转化效率大到6%，很快达到10%。单晶硅能太阳电池是当前开发得最快的一种太阳能电池，它的结构和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。这种太阳电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999%。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。多晶硅太阳电池目前太阳电池使用的多晶硅材料，多半是含有大量单晶颗粒的集合体，或用费次单晶硅材料和冶金级硅材料熔化浇注而成，然后注入石墨铸模中，待慢慢凝固冷却后，即得多晶硅锭。这种硅锭可铸成立方体，以便切片加工成方形太阳电池片，可提高材料利用率和方便组装。多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，其光电转换效率约１２％左右，稍低于单晶硅太阳电池，但其材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。非晶硅太阳电池非晶硅太阳电池是１９７６年出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，电耗更低。多元化合物太阳电池多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。聚合物薄膜太阳能电池。在太阳能电池中以聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池的研究方向。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本低等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。太阳能电池分类DifferentCellTypes太阳能电池制造工艺Methodstomakesilicon:ChemicalVaporDeposition(CVD)PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition(PECVD)VeryHighFrequencyPlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition(VHF-PECVD)Theprocessingofasolarcellfromsilicon:Ineachstep,theleftimage:process;thecenter:thesurfaceafterthestep;theright:anenlargedcrosssection.DamageetchTexturingP-doping1.2.3.4.太阳能电池制造工艺5.6.7.8.9.10.EmitterDiffusionEdgeIsolationAntiReflectionCoatingContactFormationSinteringandFiringReadyforDelivery!太阳能是一种辐射能，要将这种辐射能（或其他光能）转换为电能，必须借助“能量转换器”——太阳能电池，也称为光电池。因为常见的太阳能电池都是由半导体材料制造，所以有时也称为半导体光电池。太阳能电池工作原理是基于半导体p-n结的光生伏特效应。即太阳光或其他光照射半导体p-n结时，就会在p-n结的两边出现电压，叫做光生电压。下面以单晶硅太阳能电池为例作一下介绍。原子由带电正电荷的原子核和带负电荷的电子组成，原子核外的电子围绕着原子核旋转，其运动轨迹遵循一定的轨道。单晶硅原子共有三个电子层，最外电子层中有4个电子，这4个电子都有着固定的位置且受原子核的约束。当有外来能量激发时，最外层的电子即可摆脱原子核的束缚而变成自由电子，与此同时，此电子原来所在地方形成一个“空位”，此“空位”可看成一个正电荷，被称为“空穴”。在单晶硅中，带负电的电子和带正电的空穴都是可以运动的电荷。当光线照射在p--n结上并且光在界面层被吸收时，具有足够能量的光子能够在p型硅和n型硅中将电子从共价键中激发，产生电子-空穴对。界面层附近的太阳能电池的原理[2]电子和空穴在复合之前，将通过内建电场的作用被相互分离。电子向带正电的n区运动，空穴向带负电的p区运动。最后造成n区有大量负电荷积累，p区有大量正电荷积累。这样，在p-n结附近形成了一个电场，称为光生电场。光生电场的方向与内建电场相反，因此它的一部分可与内建电场相抵消，其余部分则可使p区带正电，n区带负电；这样就在n区和p区间产生了一个电动势，称为光生伏特电动势，当外电路接通时，即可产生电流。通过分析，太阳能电池的发电过程可概述为4步：1，太阳能或其他光照射在太阳能电池的表面上。2，太阳能电池吸收具有一定能量的光子激发出非平衡载流子，即电子-空穴对，他们的寿命要足够长，以确保他们在被分离之前不会复合。3，电子-空穴对在p-n结内建电场的作用下被分离，电子与空穴分别集中n区和p区，p-n结两边的异性电荷的积累形成光生电动势。4，在太阳能电池两侧引出电极并接上负载形成电路，即在电路中获得了光生电流。这样，太阳能电池就完成了将太阳能直接转换成电能。只要太阳光照不断，负载就一直有电流通过。电池片电性能伏安曲线测试条件：温度：25℃大气质量：1.5光照强度：1000W/m2该测试条件也称为太阳能电池的标准测试条件。Propertiesinphysics单片电池伏安曲线备注：1sun=1000w/m2Properties/Features用于表述太阳能电池电性能的最主要的参数是：Pmax------最大功率Imp------最佳工作点电流Vmp------最佳工作点电压Isc------短路电流Voc------开路电压FF------填充因数Ƞ------转换效率短路电流用Isc表示，是指将太阳能电池置于光源照射下，在输出短路时流过太阳能电池两端的电流开路电压用Voc表示，是指将太阳能电池置于光源照射下，在两端开路时太阳能电池的输出电压值。填充因数（FF）是将PV电池的I-V特性与理想电池I-V特性进行比较的一种方式。填充因数是一个无单位的量，是衡量电池性能的一个重要指标。填充因数为1被视为理想的电池特性。一般地，填充因数在0.5～0.8之间。它实际上等于太阳能电池产生的最大功率除以理想PV电池产生的功率。通常用Ƞ来表示太阳能电池的光电转换效率，它是太阳能电池的最大输出功率与照射在太阳能电池上的入射功率的比值，明显而直接地反映了太阳能电池的光电转换性能。其表达式为：太阳能发电系统[2]SolarGeneratorSystem太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流２２０Ｖ或１１０Ｖ，还需要配置逆变器。各部分的作用为：（一）光伏组件方阵：由光伏组件按照系统需求串、并联而成，在光照时将太阳能转换成电能，是光伏系统的核心部件。（二）控制器：对蓄电池的充、放电条件加以规定和控制，并按照负载的电量需求控制光伏组件和蓄电池对负载的电能输出，是光伏系统的核心控制部件。（三）蓄电池：当光伏组件产生的电脑呢过大于负载所需电能时，将光伏组件产生的电能储存起来；当在光照不足或也晚时，或是负载所需电能大于光伏组件所发的电量时，将储存的电能释放以满足负载的电量需求，是光伏系统的储能部件。（四）逆变器：如果需要对交流负载供电，那么就要使用逆变器将太阳能电池组件产生的直电流或者蓄电池释放的直流电转化为负载所需的交流电。太阳能电池组件Solarmodule定义：按照应用需求，太阳能电池经过一定的组合，达到一定的额定输出功率和输出电压的一组光伏电池，叫光伏组件．光伏组件中电池的连结方式我们常常把电池片通过并联或者串联结合的方式组成电池组件，来满足我们对电压、电流和功率的需要。串联方式：把电池片通过串联的方式而结合在一起的方式，目的是为了达到我们对高电压的需要。并联方式：为了满足我们对更高电流的需要，我们需要把电池片通过并联的方式结合起来。串联结构并联结构目前我们公司电池组件内电池片的连接都采用的是串联方式。例如：36片串联组件结构如下所示光伏组件中电池的连结方式光伏组件工艺简述下料选片玻璃清洗串焊排版、中检层压、修边焊接连接端子电性能测试边框注胶装边框装接线盒高压测试组件清洗包装１.玻璃清洗工序目的：清除玻璃表面的异物和油脂，使得玻璃满足我们的工艺要求。设备：OR水处理机，玻璃清洗机PPE：洁净棉线手套工艺简述：钢化玻璃送入玻璃清洗机中，经过刷洗、冲洗、清洗和风干四步，除掉玻璃表面的异物、油脂和其他离子等。光伏组件工艺简述2.电池片分选工序目的：按照质量和工艺相关要求，对电池片的外观和功率进行分选。设备：功率分选仪PPE：洁净棉线手套工艺简述：功率分选是通过给电池片一个短暂的闪光，测试它的最大功率，对电池片进行归档。主要通过眼睛的观察，人工分选电池片外观。光伏组件工艺简述3.串焊工序目的：把电池片通过串联的方式连接成电池串。设备：串焊机、电烙铁PPE：棉线手套工艺简述：分选好的电池片送入串焊机中，经定位、涂抹助焊剂、预热台预热、焊接，冷却后成为电池串。光伏组件工艺简述4.下料工序目的：按照产成品组件功率的不同，裁减符合尺寸要求的EVA和PET。设备：裁料仪PPE：洁净棉线手套，防割手套工艺简述：按照工艺部对不同功率的组件中原材料尺寸的要求，裁剪适合尺寸的EVA和PET。光伏组件工艺简述5.排版和中检1工序目的：按照组件结构的要求，铺设原材料。工具：剪刀，焊烙铁，直尺。PPE：棉线手套工艺简述：按照工艺与质量相关要求，把钢化玻璃、电池串、EVA和PET按顺序排放好。排版结束后，在中检台对其进行电压测试和异物检查。（如下图所示）光伏组件工艺简述光伏组件工艺简述钢化玻璃EVA电池串EVATPT光伏组件内部结构示意：6.层压工序目的：是按照一定顺序排好版的组件中各个成分紧密的结合在一起。设备：层压机PPE：隔热手套工艺简述：通过特定时间和特定温度的控制，使得组件中的EVA在高温下融化，降温后和钢化玻璃和PET紧密地结合在一起。光伏组件工艺简述7.修边工序目的：用刀具修剪掉层压后组件周边多余的EVA和PET。PPE：防割手套工具：修边刀工艺简述：按照质量的要求，沿着玻璃边沿滑动刀具，把多余的材料划掉。光伏组件工艺简述8.中检工序：目的：检查层压后组件内部是否存在异物以及裂片等。PPE：棉线手套工艺简述：通过组件背面的照明系统，正面目光检测组件是否存在质量文件中所不允许的问题。光伏组件工艺简述9.接线柱工序目的：在组件背面引出电流的输出端。工具：电烙铁工艺简述：在组件背板上开孔后，把接线盒中的接线柱焊接在组件的正负极上，用于收集组件中所产生的电流。光伏组件工艺简述10.电性能测试工序目的：观察组件的电性能情况，确定组件的功率。设备：电性能测试仪PPE：棉线手套工艺简述：用模拟太阳光照射在组件表面，使它产生电流，收集后确定该组件电性能是否正常，以及组件的最大功率值是多少。光伏组件工艺简述11.边框注胶目的：给用于保护组件的铝合金边框槽内注入硅胶。设备：注胶机PPE：防滑手套工艺简述：按照相关质量要求在铝合金边框槽内，适量的、均匀地注入硅胶。这种硅胶是用于固定组件与边框能紧密的结合。光伏