光伏發(fā)電單元系統(tǒng)中電池組件功能和進(jìn)展研究

陸文俊+索博鵬

摘 要：本文通過(guò)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)電池組件中的硅電池片、EVA材料和玻璃蓋板等幾種關(guān)鍵元器件的作用、工藝特點(diǎn)和功能等進(jìn)行總結(jié)分析，并分析電池組件的進(jìn)展情況，為光伏發(fā)電系統(tǒng)組件工藝和水平的提升研究提供理論依據(jù)。同時(shí)關(guān)注安裝傾角、陰影遮擋和面板積灰對(duì)于發(fā)電效率的影響，要做好電池組件的質(zhì)量把控工作。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；光伏組件；封裝材料；研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.029

1 引言

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展伴隨著能源的消耗，我國(guó)對(duì)于能源的消耗量越來(lái)越大，而我國(guó)能源結(jié)構(gòu)不合理的矛盾也日益突出，迫切需要我們予以解決。太陽(yáng)能是地球上的可再生能源，適度的發(fā)展太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)，可有效緩解我國(guó)能源結(jié)構(gòu)矛盾。有數(shù)據(jù)顯示，太陽(yáng)能輻射的能量非常之大，完全可以滿足全世界對(duì)能源需求[1]。

作為光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵元器件，光伏組件的質(zhì)量對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力和使用年限有直接相關(guān)。因此，對(duì)于光伏組件的封裝材料必須認(rèn)真選擇，并采用先進(jìn)可靠的封裝技術(shù)，才能確保光伏組件具備優(yōu)良的的光電轉(zhuǎn)換能力，并實(shí)現(xiàn)晶硅電池片的穩(wěn)定可靠使用。

2 光伏組件組成

由于光伏組件的使用年限需達(dá)到20-30年，也就是說(shuō)必須確保光伏組件在使用20年之后，其效率仍不低于80%。這就需要確保光伏組件密封性能好，有足夠的電絕緣性能；同時(shí)，具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，效率損失平穩(wěn)且足夠小，對(duì)紫外線輻射有很強(qiáng)的耐受性。作為光伏組件的核心，電池片的使用壽命很長(zhǎng)。因此，封裝材料對(duì)于光伏組件的使用壽命起著決定性作用。光伏組件的封裝應(yīng)該具備的特點(diǎn)：界面導(dǎo)電性能不強(qiáng)，粘結(jié)強(qiáng)度好，吸濕性能差以及一定的導(dǎo)熱能力。高分子樹(shù)脂是常用的封裝材料。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界90%以上的太陽(yáng)能電池是晶體硅電池。經(jīng)典的晶體硅電池主要包括玻璃、EVA膠膜、硅電池片和背板、密封條、金屬框以及接線盒等。

3 光伏組件功能分析

（1）EVA材料。EVA膠膜是一種熱熔膠，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中起著粘結(jié)各組件的作用，同時(shí)起到支持組件結(jié)構(gòu)、絕緣保護(hù)等作用，確保電池的安全穩(wěn)定。EVA膠膜開(kāi)始應(yīng)用于上世紀(jì)80年代，被認(rèn)為是迄今為止性能最佳的光伏熱熔膠。EVA膠膜受紫外線照射后穩(wěn)定性變差，容易發(fā)生黃變老化，可通過(guò)添加劑配方進(jìn)行改性。

（2）玻璃蓋板。玻璃蓋板通常安裝于光伏組件正面最外層，起著抵抗風(fēng)雪冰雹等外力打擊的作用，機(jī)械強(qiáng)度非常高，一般為鍍膜鋼化玻璃，具有非常高的光線通過(guò)率，通常透光率可達(dá)90%以上。同時(shí)可有效的反射紅外線，耐受紫外線輻射的能力強(qiáng)。

（3）硅電池片。作為太陽(yáng)能電池的核心部件，硅電池片的主要作用是完成光能和電能的轉(zhuǎn)換。其中，硅晶電池片的晶片接受光照輻射后，通過(guò)受光時(shí)帶正電的空穴和帶負(fù)電的電子的移動(dòng)；晶片受光后負(fù)電子和空穴的流出，即可形成電位差，這就是光生伏特效應(yīng)。由于單一的硅電池片面積小，產(chǎn)生的電流低，通常將許多硅電池片采用串聯(lián)或并聯(lián)的方式進(jìn)行連接，形成一個(gè)組件整體。

（4）背板。背板通常安裝在太陽(yáng)能電池的底部，用來(lái)阻擋水汽等進(jìn)入電池內(nèi)，具有良好的阻隔性，并與建筑物的表面直接接觸。好的背板材料需要具備好的阻隔性、耐腐蝕性和耐老化性等。背板是影響光電轉(zhuǎn)換效率的重要因素，背板關(guān)鍵材料決定著背板的質(zhì)量和壽命。太陽(yáng)能電池的背板一旦受損，電池內(nèi)部的其余組件將直接受到外界環(huán)境的侵蝕，封裝材料很容易發(fā)生水解，電池受到腐蝕，因此電池組件的使用壽命和輸出效率將大幅度降低，甚至?xí)l(fā)電池組件的絕緣失效而發(fā)生事故。目前，國(guó)內(nèi)光伏電站中背板的進(jìn)口率仍然非常高，我國(guó)生產(chǎn)的背板中很多仍然是用外國(guó)的氟膜及氟涂料作為原材料進(jìn)行生產(chǎn)。近年來(lái)，隨著光伏發(fā)電的不斷發(fā)展，背板材料也在不斷地改進(jìn)，背板材料的綜合性能也不斷提升。

（5）密封條和邊框。密封條主要是三元乙丙橡膠，三元乙丙橡膠的彈性和抗壓縮變形和耐老化、臭氧和化學(xué)作用的能力強(qiáng)，同時(shí)具有較寬的溫度范圍。光伏組件的邊框通常用采用質(zhì)輕的鋁材將電池組件組合成一個(gè)整體。可對(duì)光伏組件進(jìn)行固定、封裝，提高電池的使用年限，增強(qiáng)抗機(jī)械沖擊能力。金屬框?qū)⒗谖崭嗟墓庠矗怆娦室搽S著提高。邊框向輕質(zhì)化、多樣化定制等方向發(fā)展符合未來(lái)的需求。

4 光伏組件發(fā)電效率影響因子

光伏組件的發(fā)電效率易受多種因素的影響，由于光伏面板直接與外界環(huán)境接觸，很容易積灰。積灰會(huì)大幅度降低太陽(yáng)的透射率，輻照量減少，從而導(dǎo)致光伏組件輸出功率下降，并且透射率隨積灰厚度的增加而急劇下降。同時(shí)，積灰的吸能作用和可能帶有腐蝕性，也會(huì)降低光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，陰影遮擋也會(huì)大幅降低輻照強(qiáng)度，從而使光電轉(zhuǎn)換效率降低；安裝傾角對(duì)于太陽(yáng)能組件的光電轉(zhuǎn)換能力也有影響，主要是由于不同的傾角使得接受的光照強(qiáng)度不同。

光伏電池發(fā)電量的大小隨接受的太陽(yáng)輻照強(qiáng)度的不同而變化。在某些日照不足的地區(qū)，要了解電池組件是否能夠滿足使用條件，需進(jìn)行低輻照度條件下的電性能測(cè)試。而組件的性能不匹配、樹(shù)葉或其他不透明物體的遮擋等因素會(huì)導(dǎo)致組件過(guò)熱，因此可通過(guò)熱斑測(cè)試來(lái)驗(yàn)證熱斑對(duì)組件電性能的影響[2]。

5 結(jié)論

加快光伏發(fā)電系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)建設(shè)，對(duì)于紓解我國(guó)能源消耗嚴(yán)重、供應(yīng)偏緊的問(wèn)題具有重要意義。光伏發(fā)電系統(tǒng)的電池組件包含硅電池片、EVA材料、玻璃蓋板、背板、密封條和邊框等幾種關(guān)鍵材料，通過(guò)對(duì)這幾種關(guān)鍵材料功能和進(jìn)展的分析研究，為光伏組件的發(fā)展提供了研究方向。在光伏組件的安裝使用過(guò)程中，必須注意安裝傾角、陰影遮擋和面板積灰對(duì)于發(fā)電效率的影響，同時(shí)做好各組件的質(zhì)量把控。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉峰，張俊，李承輝，游效曾.光伏組件封裝材料進(jìn)展[J].無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2012，28（03）：429-436.

[2]張臻，單立，王磊，吳晉祿，全鵬，姜猛.光伏組件熱斑案例失效分析與影響因素研究[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2017（01）：271-278.

作者簡(jiǎn)介：陸文俊（1989-），男，江蘇大豐人，本科，助工，主要從事新能源光伏發(fā)電。