淺述雙玻光伏組件的設計及應用

劉瑞軍，陳 明

（河南安彩高科股份有限公司，河南 安陽 455000）

淺述雙玻光伏組件的設計及應用

劉瑞軍，陳 明

（河南安彩高科股份有限公司，河南 安陽 455000）

雙玻組件在光伏產業的不斷整合中應運而生，并且越來越多的在建筑設計中得到應用。本文對以發電為主和以BIPV建筑應用為主的兩種雙玻璃光伏組件進行了論述，并闡述了雙玻組件在設計、生產、安裝中的一些影響環節。

雙波光伏；PVB；熱斑效應；BIPV建筑

1 引言

隨著光伏產業的不斷整合，各企業的注意力集中到提高光伏組件性能、降低光伏組件生產成本上來，因為具有成本優勢的企業其競爭力強顯而易見。由此，雙玻組件（Double-glazed solar PV module）應運而生，雙玻組件在非晶硅組件、BIPV（Building-Integrated Photovoltaic光伏建筑一體化）建筑的設計中都有應用。

2 雙玻電池組件結構

雙玻組件則是由High-T玻璃（上面）-EVA/PVB膠膜-太陽電池-EVA/PVB膠膜-鋼化玻璃（背板）共5層組成（如圖1）。

對于雙玻組件的上層玻璃和下層玻璃，厚度可以一樣，也可以不一樣，偏差一般不超過2mm。一般來講8mm厚玻璃以下可以用普通層壓機封裝，但工藝與細節處理需要格外注意。由于8mm以上玻璃較重，須用專業安全玻璃生產設備--高壓釜。

3 組件設計（以玻璃尺寸1574mm*802mm*2.5mm為例闡述）

3.1 以發電為主（如電站）的組件設計

該類型組件主要為用電設施提供電源，通常整體裸露在室外，電池組件的設計使用年限大約是20～30年，通常需要滿足相關規范：IEC61215，IEC61646，UL1703，IEC62108，IEEE1513，IEC61730。通過可靠度試驗如Thermalcycle test（溫度循環測試）、Hum idity-freeze test（濕冷凍測試）、Damp Heat（濕熱測試），模擬實驗能夠在一般氣候下長期操作20年以上。

電站用雙玻組件主要是從降低成本角度考慮的，電池片的結構排列盡量緊密，電池片間距縮小到2-5mm。封裝材料一般使用EVA膠膜。

目前封裝材料主要使用EVA膠膜和PVB（聚乙烯醇縮丁醛樹脂膜），EVA膠膜是一種可進行化學交聯的彈性體，PVB膜則是非交聯的熱塑性塑料。EVA和PVB膜之間的主要區別是在使用安全方面PVB具有更高的抗穿透性和更好的后斷裂性能。但是PVB的價格是EVA的5倍，如果是做電站，可以使用EVA，畢竟成本便宜。

3.2 以BIPV建筑為對象設計

首先，BIPV建筑用雙玻組件主要考慮到對光線的調節作用，既要求有一定的發電功能，又要采光要求需要保證一定光通量。根據安裝對透光程度的要求，適當控制雙面玻璃之間的電池間隙和邊緣空隙，來制成5%～80%透光率的光電玻璃。目前尺寸大多在1.8×2.4m以下。

其次，在建筑用光伏組件的應用設計中，首要考慮的應該是玻璃的基本物理與電性能，包括：光電玻璃邊框材料類型、電池材料、可承受的荷載、絕緣性能、溫度系數、額定工作溫度及性能、低輻照度下的性能以、熱斑耐久性能以及濕熱-濕冷性能。

第三，從安裝及接線方面考慮，BIPV建筑用組件背板玻璃可以不開孔，接線從側面引出接入匯流箱。

通常在BIPV建筑上的雙玻組件使用PVB作為封裝材料，PVB在夾層安全玻璃上具有高光學透明度、可調整的玻璃粘合力、抗強撞擊、抗紫外線和溫度的穩定性、玻璃損壞的后斷裂特性等性能優異。

PVB比EVA厚兩倍，但是承載能力強。EVA是熱融的，PVB是熱縮的，因此在溫度高的情況下，使用PVB更加安全.由于EVA的剝離強度遠小于PVB，所以在雙玻透光組件上，一般用PVB膜。國家已經規定，EVA夾層玻璃禁止使用在玻璃幕墻。

3.3 電池片連接及防熱斑效應設計

熱斑效應的含義：當組件中的一個電池單元或一組電池被遮光或損壞時，工作電流超過了該電池或電池組降低了的短路電流，在組件中會發生熱斑加熱。此時受影響的電池或電池組被置于反向偏置狀態，消耗功率，從而引起過熱。

可見，組件發熱或局部發熱就是熱斑，熱斑處電池片很容易受到損傷，降低組件功率輸出甚至導致組件報廢，嚴重降低組件的使用壽命，對電站發電等安全造成隱患。電池組件熱斑的形成，外部因素主要是組件局部受到遮擋，常見的遮擋物有：樹葉、塵土、云層、動物及動物糞便、積雪等；內在因素有太陽電池內阻和太陽電池自身逆電流大小有關。

3.4 組件安裝結構設計

雙玻組件通常設計為無框組件，無框式結構安裝主要有兩種形式的構件——點式駁接爪和點式螺栓固定，都需要對雙玻光伏電池板預先鉆孔，因此在組件制作之前作必要的準備：

（1）由于玻璃打孔是在鋼化之前完成的，在采購玻璃時需詳細規劃好電池板需要鉆孔的位置，并向玻璃提供方定制。

（2）組件電池片陣列設計要使電池片和互連焊條應盡量遠離這些開孔區域。

（3）電池板的線路引出需經過仔細設計，盡量不顯露在內外面可視范圍內，影響美觀。

（4）電池板邊緣空白區域應稍微留多一點，一般以50mm以上為宜，以保護電池板內部不容易受腐蝕。

（5）在支撐孔周圍應用硅酮建筑密封膠進行可靠的密封。

圖2

如圖2為點式駁接安裝支架，實際安裝時先將組件預開的孔與駁接頭連接，然后駁接頭再與駁接爪連接，駁接爪與連接件進行固定。

4 結束語

雙玻光伏組件與普通太陽電池組件結構相比，有很大區別，它是利用背板玻璃代替背板。TPT為柔性材料，玻璃是硬度高的剛性材料，雙面玻璃層壓封裝過程中由于兩層剛性玻璃的擠壓，很容易出現氣泡、移位、太陽電池裂片、玻璃碎裂現象。因此雙玻組件在生產工藝控制上與普通組件相比難度稍大，需格外注意。

從成本角度考慮，在雙玻璃電池組件的設計和生產中，以及在安裝應用方面，還有很大的改進空間。除此之外，可能還有一些要素如勞動力、原材料、消耗品、光伏設備等等。

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［6]劉煜，王浩江，湯勝山，楊育農，王全.功率型LED有機硅封裝材料的耐老化性能研究［J].合成材料老化與應用.2012（01）

劉瑞軍（1977—），男，內蒙古呼和浩特人，本科，工程師，企業策劃部部長。