论文部分内容阅读
摘 要：随着光伏行业的快速发展，太阳能双玻组件的应用越来越多。本文介绍了超薄高效太阳能双玻组件的研发背景及其技术方案，重点阐述超薄高效组件的技术创新点，市场应用前景广阔。
关键词：超薄；效率；太阳能；双玻；研究
引言
随着光伏行业的快速发展，其应用领域越来越广泛。目前常规太阳能组件在长期使用中，作为高分子聚合物的背板有机材料在户外使用过程不可避免的产生降解老化，从而影响组件产品的耐候、绝缘性能和降低输出功率。传统组件的背板有一定的透水率，会吸进氧气、水汽，加速材料的降解，引起背板老化、裂开，同时会导致组件内部发生电化学腐蚀，增加出现PID和黑线的概率。太阳能双玻组件使用玻璃代替背板能很好的解决这一问题，因为玻璃材料不透水，户外长期使用中不会降解，并且具有优良的抗盐雾、酸碱，沙尘等性能，同时可以满足1500V系统电压，抗热斑能力强。
1 技术方案
本文研发一款超薄高效轻质化太阳能双玻组件，在达到机械承载、太阳能发电的同时，提高透光率。通过改变工艺流程，调整生产工艺及工艺参数，应用新材料等方式，保证质量的同时提高工作效率，降低产品成本。
设备方案：采用自动焊接机和半自动合片机，同时采用真空预压机、半成品成品传输带等自动化程度较高的设备进行生产，可以很大程度的减少人为接触原材料产生的污染，以此降低人為因素产生的误差；同时减少了车间内人员的流动，提高了生产效率及产品质量。对生产设备进行改造，设备改造完后，工艺质量得到进一步提升，解决气泡、空胶、材料移动等问题，大幅度提升产能。
超薄高效太阳能双玻组件的生产主要包括备料、焊接、合片、EL测试、层压、安装接线盒、IV测试等工序。
工艺流程图
2、创新点
2.1 减少隐裂、碎片
太阳能双玻组件层压过程中，由于下层玻璃紧贴加热板，下层玻璃比上层玻璃翘曲严重，加上气囊向下的压力，造成了组件边缘压力比中心大，电池片受力不均匀。另外，双玻组件的片间距普遍大于常规组件的片间距，在层压时，因电池片之间存在空隙，使电池片边缘受到压力较大。诸如上述原因，电池片在层压过程中存在隐裂和位移风险。
经过改进敷设工艺和层压工艺解决电池片隐裂、碎片问题，敷设工艺：根据电池片间距距离计算，选择不同尺寸的支撑条敷设在电池片和电池片之间。支撑条胶条和电池片保持在一个平面，层压时受力均匀，减少了电池片隐裂、碎片的产生。
层压工艺分为四部进行：首先抽空7分钟不施加压力，加热温度为140℃-150℃，待玻璃温度均匀之后加-70mp--50mp压力60-240″分钟， -30mp--40mp压力120-240″， -1mp--10mp压力450-600″。按照上述工艺进行层压，解决了电池片破碎的现象。
2.2 高效发电
1）电池片的研发
弱光发电及双面发电。太阳能单晶N型电池对光有更高的敏感度，因此双玻组件可以在光线较弱的情况下继续发电，从而保证光伏系统输出更高电量；该电池片背面同样有发电性能，双层玻璃结构，使太阳能电池片通过接收背面入射光提高发电量，组件发电量提升超过10%-30%。通过测试光谱相应特性，研究光谱适配因子对IV特性曲线的影响。
2）组件版型设计
在电池片数量和玻璃面积不变的情况下，适当的增加电池片之间的距离，扩大透光间距，能够使更多的光反射后照射到电池片背面，增大发电量。为提高电池片间距尺寸的准确度，我们重新制作一种双玻组件焊接模板，该模板巧妙地设计了自带加热盘，方便实用。通过调换卡点实现调整双玻片间距，达到了不同片间距双玻焊接的通用性，提高了焊接的速度，减低了组件生产成本。
2.3 新材料使用
该项目使用双层超薄钢化玻璃（前盖板采用2mm-3.2mm低铁压花钢化玻璃，后盖板采用2mm-3.2mm低铁浮法钢化玻璃），采用乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或聚烯烃弹性体（POE）封装材料替换PVB材料，通过对POE材料进行交联，产品的耐热温度被提高，永久变形减小，拉伸强度、撕裂强度等主要力学性能都有很大程度的提高。钢化玻璃采用低温离子交换工艺制造，可降低玻璃表面的钠离子数量，并且可使组件在负偏压的情况下，大大降低钠离子从玻璃向电池片表面迁移的数量，从源头上降低PID问题的风险。化学钢化玻璃与普通玻璃相比强度提高数倍，抗弯强度是普通玻璃的3～5倍，抗冲击强度是普通玻璃5～10倍，大大提升了组件的安全性。此外，化学钢化玻璃的耐急冷急热性较普通玻璃提高了2～3倍，可承受150℃以上的温差变化，对防止由组件热斑时产生温差引起的玻璃炸裂有明显的效果。
3、太阳能双玻组件的特点
太阳能双玻组件具有可透光、全天候（抗风沙，无惧水汽、氨气等）应用，以及寿命长、无法返工以次充好等诸多特点。未来组件的发展趋势之一是‘高可靠性’。传统的背板可能存在着老化、脱层或者是沙尘、冰雹磨损问题，因为传统的组件是有铝边框的，铝边框存在易腐蚀问题。相对于此，双玻组件是一个很好的解决方案。一项实验数据显示：分别选取传统的边框组件和双玻组件作为实验对象，传统组件只需抵挡25mm直径冰雹在23m/s速度下的冲击，而双玻组件则需抵挡35mm直径冰雹在23m/s速度下的冲击，两款组件受到的冲击点为11个（10个固定，1个随机）。冲击过程结束之后，再对组件进行外观检查、隐裂测试和功率测试，结果表明，在更为严苛的实验条件下，双玻组件在形变、隐裂和功率方面都明显优于普通实验条件下的传统边框组件。
4 应用前景
目前太阳能发电行业已经被各国接受且发展迅猛，太阳能双玻组件在建筑上的应用也越来越广泛。建筑物能为光伏系统提供足够的面积，不需另占土地，还能省去光伏系统的支撑结构；太阳能硅电池是固态半导体器件，发电时无转动部件，无噪声，对环境无污染；光伏建筑可自发自用，减少了电力输送过程的费用和能耗，降低了输电和分电的投资和维修成本。而且日照强时恰好是用电高峰期。太阳能双玻组件系统除可以保证自身建筑内用电外，在一定条件下还可能向电网供电，舒缓了高峰电力需求，具有极大的社会效益；还能杜绝由一般化石燃料发电所带来的严重空气污染，这对于环保要求更高的今天和未来极为重要，具有广泛的市场发展前景。
太阳能双玻组件除了应用到传统建筑中，还可以应用到光伏蔬菜大棚、地面电站等场所，太阳能光伏农业大棚将光伏产业与农业联系起来，带动绿色农业发展，有望实现真正的低碳、绿色和循环农业。
关键词：超薄；效率；太阳能；双玻；研究
引言
随着光伏行业的快速发展，其应用领域越来越广泛。目前常规太阳能组件在长期使用中，作为高分子聚合物的背板有机材料在户外使用过程不可避免的产生降解老化，从而影响组件产品的耐候、绝缘性能和降低输出功率。传统组件的背板有一定的透水率，会吸进氧气、水汽，加速材料的降解，引起背板老化、裂开，同时会导致组件内部发生电化学腐蚀，增加出现PID和黑线的概率。太阳能双玻组件使用玻璃代替背板能很好的解决这一问题，因为玻璃材料不透水，户外长期使用中不会降解，并且具有优良的抗盐雾、酸碱，沙尘等性能，同时可以满足1500V系统电压，抗热斑能力强。
1 技术方案
本文研发一款超薄高效轻质化太阳能双玻组件，在达到机械承载、太阳能发电的同时，提高透光率。通过改变工艺流程，调整生产工艺及工艺参数，应用新材料等方式，保证质量的同时提高工作效率，降低产品成本。
设备方案：采用自动焊接机和半自动合片机，同时采用真空预压机、半成品成品传输带等自动化程度较高的设备进行生产，可以很大程度的减少人为接触原材料产生的污染，以此降低人為因素产生的误差；同时减少了车间内人员的流动，提高了生产效率及产品质量。对生产设备进行改造，设备改造完后，工艺质量得到进一步提升，解决气泡、空胶、材料移动等问题，大幅度提升产能。
超薄高效太阳能双玻组件的生产主要包括备料、焊接、合片、EL测试、层压、安装接线盒、IV测试等工序。
工艺流程图
2、创新点
2.1 减少隐裂、碎片
太阳能双玻组件层压过程中，由于下层玻璃紧贴加热板，下层玻璃比上层玻璃翘曲严重，加上气囊向下的压力，造成了组件边缘压力比中心大，电池片受力不均匀。另外，双玻组件的片间距普遍大于常规组件的片间距，在层压时，因电池片之间存在空隙，使电池片边缘受到压力较大。诸如上述原因，电池片在层压过程中存在隐裂和位移风险。
经过改进敷设工艺和层压工艺解决电池片隐裂、碎片问题，敷设工艺：根据电池片间距距离计算，选择不同尺寸的支撑条敷设在电池片和电池片之间。支撑条胶条和电池片保持在一个平面，层压时受力均匀，减少了电池片隐裂、碎片的产生。
层压工艺分为四部进行：首先抽空7分钟不施加压力，加热温度为140℃-150℃，待玻璃温度均匀之后加-70mp--50mp压力60-240″分钟， -30mp--40mp压力120-240″， -1mp--10mp压力450-600″。按照上述工艺进行层压，解决了电池片破碎的现象。
2.2 高效发电
1）电池片的研发
弱光发电及双面发电。太阳能单晶N型电池对光有更高的敏感度，因此双玻组件可以在光线较弱的情况下继续发电，从而保证光伏系统输出更高电量；该电池片背面同样有发电性能，双层玻璃结构，使太阳能电池片通过接收背面入射光提高发电量，组件发电量提升超过10%-30%。通过测试光谱相应特性，研究光谱适配因子对IV特性曲线的影响。
2）组件版型设计
在电池片数量和玻璃面积不变的情况下，适当的增加电池片之间的距离，扩大透光间距，能够使更多的光反射后照射到电池片背面，增大发电量。为提高电池片间距尺寸的准确度，我们重新制作一种双玻组件焊接模板，该模板巧妙地设计了自带加热盘，方便实用。通过调换卡点实现调整双玻片间距，达到了不同片间距双玻焊接的通用性，提高了焊接的速度，减低了组件生产成本。
2.3 新材料使用
该项目使用双层超薄钢化玻璃（前盖板采用2mm-3.2mm低铁压花钢化玻璃，后盖板采用2mm-3.2mm低铁浮法钢化玻璃），采用乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或聚烯烃弹性体（POE）封装材料替换PVB材料，通过对POE材料进行交联，产品的耐热温度被提高，永久变形减小，拉伸强度、撕裂强度等主要力学性能都有很大程度的提高。钢化玻璃采用低温离子交换工艺制造，可降低玻璃表面的钠离子数量，并且可使组件在负偏压的情况下，大大降低钠离子从玻璃向电池片表面迁移的数量，从源头上降低PID问题的风险。化学钢化玻璃与普通玻璃相比强度提高数倍，抗弯强度是普通玻璃的3～5倍，抗冲击强度是普通玻璃5～10倍，大大提升了组件的安全性。此外，化学钢化玻璃的耐急冷急热性较普通玻璃提高了2～3倍，可承受150℃以上的温差变化，对防止由组件热斑时产生温差引起的玻璃炸裂有明显的效果。
3、太阳能双玻组件的特点
太阳能双玻组件具有可透光、全天候（抗风沙，无惧水汽、氨气等）应用，以及寿命长、无法返工以次充好等诸多特点。未来组件的发展趋势之一是‘高可靠性’。传统的背板可能存在着老化、脱层或者是沙尘、冰雹磨损问题，因为传统的组件是有铝边框的，铝边框存在易腐蚀问题。相对于此，双玻组件是一个很好的解决方案。一项实验数据显示：分别选取传统的边框组件和双玻组件作为实验对象，传统组件只需抵挡25mm直径冰雹在23m/s速度下的冲击，而双玻组件则需抵挡35mm直径冰雹在23m/s速度下的冲击，两款组件受到的冲击点为11个（10个固定，1个随机）。冲击过程结束之后，再对组件进行外观检查、隐裂测试和功率测试，结果表明，在更为严苛的实验条件下，双玻组件在形变、隐裂和功率方面都明显优于普通实验条件下的传统边框组件。
4 应用前景
目前太阳能发电行业已经被各国接受且发展迅猛，太阳能双玻组件在建筑上的应用也越来越广泛。建筑物能为光伏系统提供足够的面积，不需另占土地，还能省去光伏系统的支撑结构；太阳能硅电池是固态半导体器件，发电时无转动部件，无噪声，对环境无污染；光伏建筑可自发自用，减少了电力输送过程的费用和能耗，降低了输电和分电的投资和维修成本。而且日照强时恰好是用电高峰期。太阳能双玻组件系统除可以保证自身建筑内用电外，在一定条件下还可能向电网供电，舒缓了高峰电力需求，具有极大的社会效益；还能杜绝由一般化石燃料发电所带来的严重空气污染，这对于环保要求更高的今天和未来极为重要，具有广泛的市场发展前景。
太阳能双玻组件除了应用到传统建筑中，还可以应用到光伏蔬菜大棚、地面电站等场所，太阳能光伏农业大棚将光伏产业与农业联系起来，带动绿色农业发展，有望实现真正的低碳、绿色和循环农业。