硅基太阳能电池板概述

伴随着人类对清洁能源的需求不断提升, 太阳能发电越来越受到人们的重视。目前市场上主流的太阳能发电设备, 主要是以硅基太阳能电池板为中间媒介, 将太阳光能转换为电能, 进而推动整个负载的工作。硅基太阳能电池板主要是由玻璃、电池片、背板、EVA、接线盒、铝框等部分构成, 各部件的运行可靠性能及价格成本, 将直接影响太阳能电池板的使用寿命及销售价格, 进而影响整个太阳能发电系统。

硅基太阳能电池板是目前主流的太阳能发电设备, 其拥有发展历程长、制造成本低、光电转换效率高等优势。硅基太阳能电池板主要由电池片、玻璃、背板、EVA (Ethylenevinyl acetate) 、铝框、接线盒等部分构成, 如何选择价格成本低, 运行可靠性高的部件, 已成为各电池厂家的主要研究课题。太阳能电池板在室外使用过程中, 受到地理环境、气候环境的影响, 为此系统设计人员需要从多方面考虑设计方案的可行性和能量输出的最大化。

硅基太阳能电池板结构及生产流程

硅基太阳能电池板主要由铝框、玻璃、高透EVA、电池片、高截止EVA、背板、接线盒等部分构成, 详见图1。

硅基太阳能电池板的主要生产流程如下:

硅基太阳能电池板主要构件

电池片

根据电池片制备工艺的不同, 主要分为单晶电池片和多晶电池片, 其中单晶主要采用提拉法生长硅棒, 多晶主要采用铸锭法生长硅锭, 因生长方式不同, 致使两种电池片的内部晶格结构、弱光响应、转换效率等不同。大型投标项目中, 会对电池片的基本属性予以要求, 例如:多晶电池片填充因子≥75%, 单晶≥78%, 单片电池片加载14.5V反向电压时, 多晶电池片反向电流≤1.5A, 单晶≤1.2A等。以660系列电池板为例, 目前单晶电池板的主流功率为285W, 多晶为275W, 单晶封装损耗一般按照2%-3%计算, 多晶按照0.01%计算。目前主流厂家包括新日光、尚德、通威、茂迪、顺风、中电、晶科、晶澳、英利、乐叶等。

玻璃

根据电池板使用环境的不同, 主要分为低铁非镀膜钢化玻璃和镀膜钢化玻璃 (先镀膜后钢化的闭环式减反膜) , 减反膜可以有效地增加电池板对光的吸收, 但安装在沙漠等沙尘颗粒较多的环境中, 建议采用非镀膜玻璃, 以减少膜层损耗。目前主流的盖板玻璃, 厚度3.2mm/4.0mm, 透光率>93.5%, 整体弯曲度≤2mm/m, 局部弯曲度 (波形度) ≤0.3mm/300mm, 主流厂家包括泰岳、安彩、南玻、亚马顿、鑫达、中航三鑫、信义、福莱特等。

EVA

EVA在整个太阳能电池板中主要起胶黏剂的作用, 分为高透型EVA (玻璃面) 、高截止型EVA (背板面) , EVA的交联度一般需控制在80%～90% (二甲苯萃取法) , EVA与玻璃间的剥离强度≥60N/cm, 与背板间的剥离强度≥40N/cm, 透光率>91%, 拉伸强度≥16Mpa, 断裂伸长率≥500%, 纵向收缩率≤3%, 横向收缩率≤2%, 吸水率<0.1%等。主流厂家主要包括海尤威、斯维克、SKC、福斯特、日本三井、3M等。

背板

背板材料作为与环境的接触层, 其黄变指数、开裂情况、击穿电压、水汽阻隔能力等都将影响电池板的使用寿命。目前主流的背板类型包括TPT、KPE、TPE、KPK、FPE、尼龙等, 其中TPT和KPK是最常用的背板类型。T指的是杜邦公司的聚氟乙烯 (PVF) 材料, K指的是阿克玛公司的偏聚氟乙烯 (PVDF) 材料, P是聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 薄膜, 起支撑骨架作用。

PVF材料具有结构稳定、耐候性好等特点, 被广泛应用于室外环境中, 但PVF材料的含氟量相对较少, 且容易出现针孔, 水汽阻隔能力相对较弱, 故背板厂家往往通过增加PVF膜层厚度来保证产品质量, 进而造成TPT背板价格相对较高。PVDF材料的密度是PVF材料的1.3～1.4倍, 分子结构上多一个F, 耐候性优于PVF, 但PVDF材料中添加了塑料成分, 长期使用是否存在开裂风险, 有待进一步考究。目前主流厂家包括伊索、SFC、乐凯、中天、台虹、东洋、赛伍等。

接线盒

目前硅基太阳能电池板主要采用一体式全灌胶接线盒, 防水防尘等级≥IP67。接线盒内部一般会安装3个旁路二极管, 二极管与组串之间是并联关系, 电池板正常工作情况下, 二极管处于反向截止状态, 但当电池板受到遮挡等情况, 此时电池片无法正常实现光电转换, 还会因为电流的流过成为负载散热, 此时旁路二极管由反向截止状态变为正向导通状态, 电流将会通过二极管流通, 从而减少组件损坏风险。目前主流厂家包括:人和、快可、通灵、佳明、中环等。

铝框

硅基太阳能电池板一般采用阳极氧化铝铝框, 氧化膜平均膜厚不低于15微米, 表面维氏硬度不低于8.0HW, 弯曲度≤0.3mm/300mm, 铝边框上带有安装孔、漏水孔、接地孔等, 以满足项目现场结构设计需求。常规的阳极氧化铝铝框建议安装在距离海岸线500米以外的区域, 而临海区域建议使用盐雾铝框, 氧化膜平均膜厚不低于18微米, 以防止海水侵蚀铝框, 降低电池板的使用寿命。

硅基太阳能电池板产品认证

目前针对常规的硅基太阳能电池板, 主要包括基础性认证 (IEC61215、61730-1/-2, UL1703) , 盐雾认证 (IEC61701) , 耐氨认证 (IEC62716) , PID (Potential Induced Degradation) 认证 (IEC62804) , 沙尘测试 (IEC60068) 等, 除了上述认证外, 部分国家地区还有自己的本土认证要求, 如日本市场的JET认证, 澳洲市场的CEC列名, 英国市场的MCS认证等。

结语

硅基太阳能电池板已经成为传统的火力、水利发电的潜在替代品, 为了进一步迎合市场需求, 各电池厂家需要从生产成本、质量把控等角度着手, 制造出价格低廉, 性能优良的发电设备。

文章作者：蒋亮, 崔赛, 杨超, 宋增禄