光伏發(fā)電單元系統(tǒng)中電池組件功能和進(jìn)展研究

段 煜

（青海綠電電力運(yùn)維技術(shù)有限公司，青海 西寧 810000）

隨著科學(xué)技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)展，現(xiàn)階段電能已經(jīng)成為社會穩(wěn)定發(fā)展的重要能源供應(yīng)。在傳統(tǒng)發(fā)電模式中，所消耗的能源都是不可再生資源，如火力發(fā)電廠消耗的能源主要是天然氣和煤炭。在資源日益短缺的背景下，許多新能源發(fā)電技術(shù)開始凸顯其應(yīng)用價值，如風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、太陽能發(fā)電技術(shù)、水力發(fā)電技術(shù)等。這些新能源發(fā)電技術(shù)可以緩解能源短缺壓力，為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供支持。在太陽能發(fā)電技術(shù)中，光伏發(fā)電廠屬于重要的能源供應(yīng)載體，通過研究光伏發(fā)電系統(tǒng)中電池組件的功能屬性，對提高結(jié)構(gòu)應(yīng)用價值，促進(jìn)行業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著積極的意義。

1 光伏發(fā)電單元系統(tǒng)中電池組件的進(jìn)展情況

光伏發(fā)電的理念提出時間較早，最初人們所研究的光伏發(fā)電電池組件主要應(yīng)用于小范圍電能存儲，對于大規(guī)模電能存儲的適用性較差。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，光伏發(fā)電電池組件也得到了很好的發(fā)展。由于光伏組件的使用年限需達(dá)到20～30年，也就是說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，具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，效率損失平穩(wěn)且足夠小，對紫外線輻射有很強(qiáng)的耐受性。作為光伏組件的核心，電池片的使用壽命很長。據(jù)統(tǒng)計，全世界90%以上的太陽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。

2 光伏發(fā)電單元系統(tǒng)中電池組件功能分析

2.1 EVA材料

EVA材料屬于一種熱熔膠材料，其主要的功能是對系統(tǒng)各組件進(jìn)行黏合，使其形成較高穩(wěn)定性的絕緣結(jié)構(gòu)與其他子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而確保電池運(yùn)行的穩(wěn)定性。作為光伏發(fā)電廠中主要的黏合材料，其組成成分也在不斷優(yōu)化。該材料最初是在20世紀(jì)80年代被人們提出，最初該材料只是對結(jié)構(gòu)進(jìn)行基礎(chǔ)黏合，但是由于電池組件長期暴露在戶外，因此，材料很容易出現(xiàn)老化的情況，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在EVA材料在使用的過程中，會在其中添加一些其他的材料，從而起到優(yōu)化材料性質(zhì)、延長結(jié)構(gòu)使用壽命的作用。

2.2 玻璃蓋板

在光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，玻璃蓋板屬于非常重要的防護(hù)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要安裝在電池組件的最外層，其主要功能是抵御外部條件對電池組件的影響，如降雨天氣、冰雹天氣、降雪天氣等。現(xiàn)階段所采用的玻璃蓋板通常以鋼化玻璃為主，并且在玻璃表面進(jìn)行鍍膜操作，在提高結(jié)構(gòu)透光性的基礎(chǔ)上，可以有效提高結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。另外，該結(jié)構(gòu)還具有反射紅外線的功能，可以將太陽光中的紅外線過濾掉，有效提升紫外線輻射的吸收能力，從而提高電池組件的采集效率。

2.3 硅電池片

在電池組件中，硅電池片屬于非常關(guān)鍵的應(yīng)用結(jié)構(gòu)，該材料的主要功能是對太陽能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，該結(jié)構(gòu)是將光能轉(zhuǎn)換為電能的主要場所。作用原理是在接收到太陽能所傳遞的光能信號之后，硅電池片中持有正電荷的離子開始向負(fù)點(diǎn)離子移動，在移動的過程中會形成一定的電位差，從而形成電能。這也是光伏發(fā)電的主要應(yīng)用原理，由于硅電池片的面積相對較小，因此，為了提升硅電池片的放電效果，在實際應(yīng)用過程中會將多個硅電池片進(jìn)行串聯(lián)，使其可以形成一個有機(jī)整體，從而有效提高硅電池片的放電效率[1]。

2.4 背板材料

背板通常安裝在太陽能電池的底部，用來阻擋水汽等進(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。

2.5 密封條與邊框

為了提升電池組件的實際應(yīng)用效果，在電池組件安裝過程中，會在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上安裝密封條和邊框，如在玻璃蓋板安裝過程中，在縫隙中間填充密封條，可以有效提升結(jié)構(gòu)的密封性能，使其在遭遇外部天氣變化時可以保持內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。邊框的作用也是為了保護(hù)結(jié)構(gòu)，從而有效提升結(jié)構(gòu)本身的綜合強(qiáng)度。現(xiàn)階段應(yīng)用比較廣泛的密封條材料以三元乙丙橡膠為主，該材料具有較高的抗氧化性，同時可以適應(yīng)不同的溫度應(yīng)用環(huán)境，從而起到延長結(jié)構(gòu)使用壽命的作用。邊框目前應(yīng)用較多的以金屬框架為主，該框架能夠有效提升結(jié)構(gòu)的吸收率，提高系統(tǒng)的發(fā)電效率。

3 影響光伏發(fā)電單元系統(tǒng)中電池組件應(yīng)用效率的因素

3.1 表面積灰

光伏發(fā)電單元系統(tǒng)中電池組件結(jié)構(gòu)所處環(huán)境以戶外環(huán)境為主，在長期使用過程中，受到各種天氣因素影響，很容易在組件表面形成積灰，尤其是處于區(qū)域開闊的環(huán)境條件中，結(jié)構(gòu)積灰的速度也會加快。如果不能對積灰進(jìn)行及時處理，那么在后續(xù)使用過程中，也將直接影響到光伏系統(tǒng)電池組件的采光率，從而影響到整體系統(tǒng)的發(fā)電效率。并且積灰的堆積，還會加快系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的老化速度，這是因為太陽能直接照射在電池組件表面時，因為灰塵的堆積，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的比熱容發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)都有相應(yīng)的耐受溫度，若長期處于此類溫度下，勢必會加快結(jié)構(gòu)本身的老化速度，使整個系統(tǒng)陷入惡性循環(huán)當(dāng)中。另外，技術(shù)人員在維護(hù)的過程中，擦拭頻率相對較低，這樣也導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)機(jī)會厚度越來越高，從而影響到整體機(jī)構(gòu)的應(yīng)用效果。

3.2 陰影遮擋

目前光伏發(fā)電廠的選址一般都是在比較空曠的地區(qū)，此類區(qū)域的采光率較高。但是太陽光的直射角會隨著地球自轉(zhuǎn)發(fā)生變化，角度的變化會改變電池組件結(jié)構(gòu)的影子長度，很多情況下，電池組件的擺放情況一般會以并排等高的形式進(jìn)行排列。在太陽直射角發(fā)生變化之后，很容易發(fā)生前者陰影遮擋后者電池組件采光的情況。由于陰影的遮擋，會導(dǎo)致后續(xù)結(jié)構(gòu)的采光效率下降，同時陰影的出現(xiàn)還會降低電池的表面溫度，進(jìn)行光能轉(zhuǎn)換的時候，由于溫度供給不足，會直接導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率下降，影響光電系統(tǒng)的發(fā)電效率。

3.3 組件性能不匹配

在光伏發(fā)電單元系統(tǒng)運(yùn)行過程中，發(fā)電功率和太陽的輻射強(qiáng)度有著非常重要的關(guān)聯(lián)性，對于不同日照條件的作業(yè)區(qū)域，電池組件安裝的結(jié)構(gòu)也會出現(xiàn)相應(yīng)的不同。因此，在實際安裝過程中，技術(shù)人員需要對電池組件的基本情況進(jìn)行了解，測試組件在最低太陽能輻射強(qiáng)度情況下，可以產(chǎn)生的電能總量，根據(jù)此情況來篩選具體的電池組件。在實際應(yīng)用過程中，很多電力企業(yè)會忽略掉這一步驟，選用的一般都是通用性較強(qiáng)的電池組件，這樣在實際應(yīng)用過程中，組件對于低輻射情況的適應(yīng)性較差，很容易造成電廠供電效率不穩(wěn)定，或者長時間無法供電的情況。

4 結(jié)語

綜上所述，光伏發(fā)電廠作為太陽能發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的重要載體，其發(fā)電效率直接影響結(jié)構(gòu)應(yīng)用效果。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，電池組件屬于非常重要的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，通過研究電池組件功能屬性的相關(guān)內(nèi)容，對提高光伏發(fā)電廠發(fā)電效率，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展有者積極的意義。