光伏组件基本知识培训

引引 言言 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。 目目 录录 Ø 太阳能电池分类太阳能电池分类 Ø 电池片的生产过程电池片的生产过程 Ø 太阳能电池的发电原理太阳能电池的发电原理 Ø 太阳能发电系统太阳能发电系统 Ø 太阳能电池组件太阳能电池组件 Ø 光伏组件中电池的连结方式光伏组件中电池的连结方式 Ø 光伏组件的结构光伏组件的结构 Ø 光伏组件工艺简述光伏组件工艺简述 Ø 光伏组件用途光伏组件用途 “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： 太阳能电池分类太阳能电池分类 Different Cell Types • 单晶硅太阳电池单晶硅太阳电池 单晶硅太阳电池是当前开发最快的一种太阳电池，它的结单晶硅太阳电池是当前开发最快的一种太阳电池，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 电池以最纯的单晶硅棒为原料，纯度要求９９电池以最纯的单晶硅棒为原料，纯度要求９９ .９９９％。为了９９９％。为了 降低生产成本，现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级的单降低生产成本，现在地面应用的太阳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 工的太阳电池的单体片制成后，经过抽查检验，即可按所需要工的太阳电池的单体片制成后，经过抽查检验，即可按所需要 的规格组装成太阳电池组件（太阳电池板），用串联和并联的的规格组装成太阳电池组件（太阳电池板），用串联和并联的 方法构成一定的输出电压和电流。方法构成一定的输出电压和电流。 • 多晶硅太阳电池多晶硅太阳电池 目前太阳电池使用的多晶硅材料，多半是含有大量单晶颗 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，。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。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 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 。。 • 化合物太阳电池化合物太阳电池 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。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。 • 聚光太阳电池聚光太阳电池 聚光太阳电池是降低太阳电池利用总成本的一种措施。它通过聚光器而聚光太阳电池是降低太阳电池利用总成本的一种措施。它通过聚光器而 使较大面积的阳光聚在一个较小的范围内，形成使较大面积的阳光聚在一个较小的范围内，形成 “焦斑焦斑 ”或或 “焦带焦带 ”上，以上，以 增强光强，克服太阳辐射能流密度低的缺陷，从而获得更多的电能输增强光强，克服太阳辐射能流密度低的缺陷，从而获得更多的电能输 出。出。 太阳能电池分类太阳能电池分类 Different Cell Types 太阳能电池制造工艺太阳能电池制造工艺 Methods to make silicon: pChemical Vapor Deposition (CVD) pPlasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) pVery High Frequency Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (VHF-PECVD) The processing of a solar cell from silicon: In each step, the left image: process; the center: the surface after the step; the right: an enlarged cross section. Damage etch Texturing P-doping 1. 2. 3. 4. 太阳能电池制造工艺太阳能电池制造工艺 5. 6. 7. 8. 9. 10. Emitter Diffusion Edge Isolation Anti Reflection Coating Contact Formation Sintering and Firing Ready for Delivery! 太阳电池是一种对光有响应并能将光能转换成电力的器件。 太阳能电池的发电原理太阳能电池的发电原理 硅、磷、硼原子的硅、磷、硼原子的 结构图结构图 Si P B 太阳能电池发电的原理主要是半导体的光伏效应。 一般的半导体主要结构如下： 图中，正电荷表 示硅原子，负电 荷表示围绕在硅 原子旁边的四个 电子。 当硅晶体中掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴： 图中，硼原子 周围只有 3个电 子，所以就会 产生如图所示 的空穴，这个 空穴因为没有 电子而变得很 不稳定，容易 吸收电子而中 和，形成 P型半 导体。 同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以 就会有一个电子变得非常活跃，形成 N型半导体。 当光线照射太阳能电 池表面时，一部分光 子被硅材料吸收， PN结中， N型半导体 的空穴往 P型区移动 ，而 P型区中的电子 往 N型区移动，从而 形成从 N型区到 P型 区的电流，然后在 PN结中形成电势差 ，当外部接通电路时 ，在该电压的作用下 ，将会有电流流过外 部电路产生一定的输 出功率。 这个过程的实质是： 光能转换成电能。 N型半导体中含有较多的空穴，而 P型半导体中含有 较多的电子，这样，当 P型和 N型半导体结合在一起 时，就会在接触面形成电势差，这就是 PN结。 电池片电性能电池片电性能 伏安曲线测试条件：伏安曲线测试条件： 温度：温度： 25℃℃ 大气质量：大气质量： 1.5 光照强度：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。 Properties in physics 单片电池伏安曲线 备注： 1sun=1000w/m2 Properties/Features • 用于表述太阳能电池电性能的最主要的用于表述太阳能电池电性能的最主要的 5个个 参数是：参数是： Pmax------最大功率最大功率 Imp------最佳工作点电流最佳工作点电流 Vmp------最佳工作点电压最佳工作点电压 Isc------短路电流短路电流 Voc------开路电压开路电压 太阳能发电系统太阳能发电系统 Solar Generator System • 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：交流２２０Ｖ或１１０Ｖ，还需要配置逆变器。各部分的作用为： • （一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发（一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发 电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中 存储起来，或推动负载工作；存储起来，或推动负载工作； • （二）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池（二）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池 起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温 度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项；度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项； • （三）（三） 蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电 池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，在需要的时候再释池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，在需要的时候再释 放出来；放出来； • （四）（四） 逆变器：太阳能的直接输出一般都是逆变器：太阳能的直接输出一般都是 12VDC、、 24VDC、、 48VDC。为能想。为能想 220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能 ，因此需要使用，因此需要使用 DC-AC逆变器。逆变器。 太阳能电池组件太阳能电池组件 Solar module • 定义：按照应用需求，太阳能电池经过一定的组合，达到定义：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．组件． 光伏组件中光伏组件中 电池的连结方式电池的连结方式 我们常常把电池片通过并联或者串联结合的方式组成 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。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 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。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 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。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 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。联方式。 例如： 例如： 36片串联组件结构如下所示片串联组件结构如下所示 光伏组件中光伏组件中 电池的连结方式电池的连结方式 光伏组件工艺简述光伏组件工艺简述 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 １１ .玻璃清洗工序玻璃清洗工序 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。我们的工艺要求。 设备：设备： OR水处理机，玻璃清洗机水处理机，玻璃清洗机 PPE：洁净棉线手套：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、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。、油脂和其他离子等。 光伏组件工艺简述光伏组件工艺简述 2.电池片分选工序电池片分选工序 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。行分选。 设备：功率分选仪设备：功率分选仪 PPE：洁净棉线手套：洁净棉线手套 工艺简述工艺简述 ：功率分选是通过给电池片一个短暂的闪光，测试：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。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。主要通过眼睛的观察，人工分选电池片外观。 光伏组件工艺简述光伏组件工艺简述 3.串焊工序串焊工序 目的：把电池片通过串联的方式连接成电池串。目的：把电池片通过串联的方式连接成电池串。 设备：串焊机、电烙铁设备：串焊机、电烙铁 PPE：棉线手套：棉线手套 工艺简述工艺简述 ：分选好的电池片送入串焊机中，经定位、涂抹助：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。焊剂、预热台预热、焊接，冷却后成为电池串。 光伏组件工艺简述光伏组件工艺简述 4.下料工序下料工序 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和和 PET。。 设备：裁料仪设备：裁料仪 PPE：洁净棉线手套，防割手套：洁净棉线手套，防割手套 工艺简述工艺简述 ：按照工艺部对不同功率的组件中原材料尺寸的要：按照工艺部对不同功率的组件中原材料尺寸的要 求，裁剪适合尺寸的求，裁剪适合尺寸的 EVA和和 PET。。 光伏组件工艺简述光伏组件工艺简述 5.排版和中检排版和中检 1工序工序 目的：按照组件结构的要求，铺设原材料。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。工具：剪刀，焊烙铁，直尺。 PPE：棉线手套：棉线手套 工艺简述工艺简述 ：按照工艺与质量相关要求，把钢化玻璃：按照工艺与质量相关要求，把钢化玻璃 、电池串、、电池串、 EVA和和 PET按顺序排放好。按顺序排放好。 排版结束后，在中检台对其进行电压测试和排版结束后，在中检台对其进行电压测试和 异物检查。（如下图所示）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 光伏组件工艺简述光伏组件工艺简述 光伏玻璃 EVA 电池串 EVA TPT 光伏组件内部结构示意： 6.层压工序层压工序 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。在一起。 设备：层压机设备：层压机 PPE：隔热手套：隔热手套 工艺简述工艺简述 ：通过特定时间和特定温度的控制，使得组件中的：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在高温下融化，降温后和钢化玻璃和 PET紧密地结合紧密地结合 在一起。在一起。 光伏组件工艺简述光伏组件工艺简述