伴隨著人類對清潔能源的需求不斷提升, 太陽能發電越來越受到人們的重視。目前市場上主流的太陽能發電設備, 主要是以硅基太陽能電池板為中間媒介, 將太陽光能轉換為電能, 進而推動整個負載的工作。硅基太陽能電池板主要是由玻璃、電池片、背板、EVA、接線盒、鋁框等部分構成, 各部件的運行可靠性能及價格成本, 將直接影響太陽能電池板的使用壽命及銷售價格, 進而影響整個太陽能發電系統。

  硅基太陽能電池板是目前主流的太陽能發電設備, 其擁有發展歷程長、制造成本低、光電轉換效率高等優勢。硅基太陽能電池板主要由電池片、玻璃、背板、EVA (Ethylenevinyl acetate) 、鋁框、接線盒等部分構成, 如何選擇價格成本低, 運行可靠性高的部件, 已成為各電池廠家的主要研究課題。太陽能電池板在室外使用過程中, 受到地理環境、氣候環境的影響, 為此系統設計人員需要從多方面考慮設計方案的可行性和能量輸出的大化。

  硅基太陽能電池板結構及生產流程

  硅基太陽能電池板主要由鋁框、玻璃、高透EVA、電池片、高截止EVA、背板、接線盒等部分構成, 詳見圖1。

  硅基太陽能電池板的主要生產流程如下:

  硅基太陽能電池板主要構件

  電池片

  根據電池片制備工藝的不同, 主要分為單晶電池片和多晶電池片, 其中單晶主要采用提拉法生長硅棒, 多晶主要采用鑄錠法生長硅錠, 因生長方式不同, 致使兩種電池片的內部晶格結構、弱光響應、轉換效率等不同。大型投標項目中, 會對電池片的基本屬性予以要求, 例如:多晶電池片填充因子≥75%, 單晶≥78%, 單片電池片加載14.5V反向電壓時, 多晶電池片反向電流≤1.5 A, 單晶≤1.2A等。以660系列電池板為例, 目前單晶電池板的主流功率為285W, 多晶為275W, 單晶封裝損耗一般按照2%-3%計算, 多晶按照0.01%計算。目前主流廠家包括新日光、尚德、通威、茂迪、順風、中電、晶科、晶澳、英利、樂葉等。

  玻璃

  根據電池板使用環境的不同, 主要分為低鐵非鍍膜鋼化玻璃和鍍膜鋼化玻璃 (先鍍膜后鋼化的閉環式減反膜) , 減反膜可以有效地增加電池板對光的吸收, 但安裝在沙漠等沙塵顆粒較多的環境中, 建議采用非鍍膜玻璃, 以減少膜層損耗。目前主流的蓋板玻璃, 厚度3.2mm/4.0mm, 透光率>93.5%, 整體彎曲度≤2mm/m, 局部彎曲度 (波形度) ≤0.3mm/300mm, 主流廠家包括泰岳、安彩、南玻、亞馬頓、鑫達、中航三鑫、信義、福萊特等。

  EVA膜

  EVA在整個太陽能電池板中主要起膠黏劑的作用, 分為高透型EVA (玻璃面) 、高截止型EVA (背板面) , EVA的交聯度一般需控制在80%～90% (二甲苯萃取法) , EVA與玻璃間的剝離強度≥60N/cm, 與背板間的剝離強度≥40N/cm, 透光率>91%, 拉伸強度≥16Mpa, 斷裂伸長率≥500%, 縱向收縮率≤3%, 橫向收縮率≤2%, 吸水率

  背板

  背板材料作為與環境的接觸層, 其黃變指數、開裂情況、擊穿電壓、水汽阻隔能力等都將影響電池板的使用壽命。目前主流的背板類型包括TPT、KPE、TPE、KPK、FPE、尼龍等, 其中TPT和KPK是非常常用的背板類型。T的聚氟乙烯 (PVF) 材料, K的偏聚氟乙烯 (PVDF) 材料, P是聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 薄膜, 起支撐骨架作用。

  PVF材料具有結構穩定、耐候性好等特點, 被廣泛應用于室外環境中, 但PVF材料的含氟量相對較少, 且容易出現針孔, 水汽阻隔能力相對較弱, 故背板廠家往往通過增加PVF膜層厚度來保證產品質量, 進而造成TPT背板價格相對較高。PVDF材料的密度是PVF材料的1.3～1.4倍, 分子結構上多一個F, 耐候性優于PVF, 但PVDF材料中添加了塑料成分, 長期使用是否存在開裂風險, 有待進一步考究。目前主流廠家包括伊索、SFC、樂凱、中天、臺虹、東洋、賽伍等。

  接線盒

  目前硅基太陽能電池板主要采用一體式全灌膠接線盒, 防水防塵等級≥IP67。接線盒內部一般會安裝3個旁路二極管, 二極管與組串之間是并聯關系, 電池板正常工作情況下, 二極管處于反向截止狀態, 但當電池板受到遮擋等情況, 此時電池片無 ** 常實現光電轉換, 還會因為電流的流過成為負載散熱, 此時旁路二極管由反向截止狀態變為正向導通狀態, 電流將會通過二極管流通, 從而減少組件損壞風險。目前主流廠家包括:人和、快可、通靈、佳明、中環等。

  鋁框

  硅基太陽能電池板一般采用陽極氧化鋁鋁框, 氧化膜平均膜厚不低于15微米, 表面維氏硬度不低于8.0HW, 彎曲度≤0.3mm/300mm, 鋁邊框上帶有安裝孔、漏水孔、接地孔等, 以滿足項目現場結構設計需求。常規的陽極氧化鋁鋁框建議安裝在距離海岸線500米以外的區域, 而臨海區域建議使用鹽霧鋁框, 氧化膜平均膜厚不低于18微米, 以防止海水侵蝕鋁框, 降低電池板的使用壽命。

  硅基太陽能電池板產品認證

  目前針對常規的硅基太陽能電池板, 主要包括基礎性認證 (IEC61215、61730-1/-2, UL1703) , 鹽霧認證 (IEC61701) , 耐氨認證 (IEC62716) , PID (Potential Induced Degradation) 認證 (IEC62804) , 沙塵 (IEC60068) 等, 除了上述認證外, 部分國家地區還有自己的本土認證要求, 如日本市場的JET認證, 澳洲市場的CEC列名, 英國市場的MCS認證等。

  結語

  硅基太陽能電池板已經成為傳統的火力、水利發電的潛在替代品, 為了進一步迎合市場需求, 各電池廠家需要從生產成本、質量把控等角度著手, 制造出價格低廉, 性能優良的發電設備。