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              1. 山東新丞華展覽有限公司
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                光伏組件

                 SUCE

                單體太陽電池不能直接做電源使用。作電源必須將若干單體電池串、并聯連接和嚴密封裝成組件。光伏組件(也叫太陽能電池板)是太陽能發電系統中的核心部分,也是太陽能發電系統中最重要的部分。
                其作用是將太陽能轉化為電能,并送往蓄電池中存儲起來,或推動負載工作。
                但是,隨著微型逆變器的使用,可以直接把光伏組件的電流源轉化成為40V左右的電壓源,就可以驅動電器應用我們的生活當中。

                同時,光伏組件在不斷創新,由于光伏組件在業內來講叫做中國制造,應該有中國創造,進而出現光伏組件的升級創新產品,如光伏陶瓷瓦,光伏彩鋼瓦,這類產品可以直接代替傳統建材瓦片,還有了光伏組件的功能,一旦步入通用市場,將對光伏組件和傳統建材造成一定沖擊。

                一、基本信息

                1.組成結構

                指具有封裝及內部聯結的,能單獨提供直流電輸出的,最小不可分割的光伏電池組合裝置。[1] 
                光伏組件(俗稱太陽能電池板)由太陽能電池片(整片的兩種規格125*125mm、156*156mm、124*124mm等)或由激光切割機機或鋼線切割機切割開的不同規格的太陽能電池組合在一起構成。由于單片太陽能電池片的電流和電壓都很小,然后我們把他們先串聯獲得高電壓,再并聯獲得高電流后,通過一個二極管(防止電流回輸)然后輸出。
                并且把他們封裝在一個不銹鋼、鋁或其他非金屬邊框上,安裝好上面的玻璃及背面的背板、充入氮氣、密封。
                整體稱為組件,也就是光伏組件或說是太陽電池組件。
                      2.制作流程

                組件制作流程 經電池片分選-單焊接-串焊接-拼接(就是將串焊好的電池片定位,拼接在一起)-中間測試(中間測試分:紅外線測試和外觀檢查)-層壓-削邊-層后外觀-層后紅外-裝框(一般為鋁邊框)-裝接線盒-清洗-測試(此環節也分紅外線測試和外觀檢查.判定該組件的等級)-包裝.
                (1)電池測試
                由于電池片制作條件的隨機性,生產出來的電池性能不盡相同,所以為了有效的將性能一致或相近的電池組合在一起,所以應根據其性能參數進行分類;電池測試即通過測試電池的輸出參數(電流和電壓)的大小對其進行分類。以提高電池的利用率,做出質量合格的電池組件。
                (2)正面焊接
                將匯流帶焊接到電池正面(負極)的主柵線上,匯流帶為鍍錫的銅帶,我們使用的焊接機可以將焊帶以多點的形式點焊在主柵線上。焊接用的熱源為一個紅外燈(利用紅外線的熱效應)。焊帶的長度約為電池邊長的2倍。多出的焊帶在背面焊接時與后面的電池片的背面電極相連。
                (3)背面串接
                背面焊接是將電池串接在一起形成一個組件串,我們目前采用的工藝是手動的,電池的定位主要靠一個膜具板,上面有放置電池片的凹槽,槽的大小和電池的大小相對應,槽的位置已經設計好,不同規格的組件使用不同的模板,操作者使用電烙鐵和焊錫絲將“前面電池”的正面電極(負極)焊接到“后面電池”的背面電極(正極)上,這樣依次串接在一起并在組件串的正負極焊接出引線。
                (4)層壓敷設
                背面串接好且經過檢驗合格后,將組件串、玻璃和切割好的EVA 、玻璃纖維、背板按照一定的層次敷設好,準備層壓。玻璃事先涂一層試劑(primer)以增加玻璃和EVA的粘接強度。敷設時保證電池串與玻璃等材料的相對位置,調整好電池間的距離,為層壓打好基礎。(敷設層次:由下向上:鋼化玻璃、EVA、電池片、EVA、玻璃纖維、背板)。
                (5)組件層壓
                將敷設好的電池放入層壓機內,通過抽真空將組件內的空氣抽出,然后加熱使EVA熔化將電池、玻璃和背板粘接在一起;最后冷卻取出組件。層壓工藝是組件生產的關鍵一步,層壓溫度層壓時間根據EVA的性質決定。我們使用快速固化EVA時,層壓循環時間約為25分鐘。固化溫度為150℃。
                (6)修邊
                層壓時EVA熔化后由于壓力而向外延伸固化形成毛邊,所以層壓完畢應將其切除。
                (7)裝框
                類似與給玻璃裝一個鏡框;給玻璃組件裝鋁框,增加組件的強度,進一步的密封電池組件,延長電池的使用壽命。邊框和玻璃組件的縫隙用硅酮樹脂填充。各邊框間用角鍵連接。
                (8)焊接接線盒
                在組件背面引線處焊接一個盒子,以利于電池與其他設備或電池間的連接。
                (9)高壓測試
                高壓測試是指在組件邊框和電極引線間施加一定的電壓,測試組件的耐壓性和絕緣強度,以保證組件在惡劣的自然條件(雷擊等)下不被損壞。
                (10)組件測試
                測試的目的是對電池的輸出功率進行標定,測試其輸出特性,確定組件的質量等級。目前主要就是模擬太陽光的測試Standard test condition(STC),一般一塊電池板所需的測試時間在7-8秒左右。
                       3.生產流程

                第一步單片焊接:將電池片焊接互聯條(涂錫銅帶),為電池片的串聯做準備.
                第二步串聯焊接:將電池片按照一定數量進行串聯。
                第三步疊層:將電池串繼續進行電路連接,同時用玻璃、EVA膠膜、TPT背板將電池片保護起來。
                第四步層壓: 將電池片和玻璃、EVA膠膜、TPT背板在一定的溫度、壓力和真空條件下粘結融合在一起。
                第五步裝框: 用鋁邊框保護玻璃,同時便于安裝。
                第六步清洗 : 保證組件外觀。
                第七步電性能測試:測試組件的絕緣性能和發電功率
                最后包裝入庫。
                      4.制造特點

                (1)作為光伏行業的終端產品,與市場結合緊密,產品將直接面向客戶,要求有很強的市場應變機制;
                (2)應用原材料品種繁多,選用不同材料將會直接影響到組件的相關性能;
                (3)產品更新換代較快,對產品的設計開發能力要求較高;
                        二、材料構成

                太陽能電池組件構成及各部分功能:
                1) 鋼化玻璃 其作用為保護發電主體(如電池片),透光其選用是有要求的, 1.透光率必須高(一般91%以上);2.超白鋼化處理
                2) EVA 用來粘結固定鋼化玻璃和發電主體(如電池片),透明EVA材質的優劣直接影響到組件的壽命,暴露在空氣中的EVA易老化發黃,從而影響組件的透光率,從而影響組件的發電質量除了EVA本身的質量外,組件廠家的層壓工藝影響也是非常大的,如EVA膠連度不達標,EVA與鋼化玻璃、背板粘接強度不夠,都會引起EVA提早老化,影響組件壽命。
                3) 電池片 主要作用就是發電,發電主體市場上主流的是晶體硅太陽電池片、薄膜太陽能電池片,兩者各有優劣晶體硅太陽能電池片,設備成本相對較低,但消耗及電池片成本很高,但光電轉換效率也高,在室外陽光下發電比較適宜薄膜太陽能電池,相對設備成本較高,但消耗和電池成本 很低,但光電轉化效率相對晶體硅電池片一半多點,但弱光效應非常好,在普通燈光下也能發電,如計算器上的太陽能電池。
                4) EVA 作用如上,主要粘結封裝發電主體和背板
                5) 背板 作用,密封、絕緣、防水(一般都用TPT、TPE等材質必須耐老化,大部分組件廠家質保都是25年,鋼化玻璃,鋁合金一般都沒問題,關鍵就在與背板和硅膠是否能達到要求。)
                6) 鋁合金 保護層壓件,起一定的密封、支撐作用
                7) 接線盒 保護整個發電系統,起到電流中轉站的作用,如果組件短路接線盒自動斷開短路電池串,防止燒壞整個系統接線盒中最關鍵的是二極管的選用,根據組件內電池片的類型不同,對應的二極管也不相同
                8) 硅膠 密封作用,用來密封組件與鋁合金邊框、組件與接線盒交界處有些公司使用雙面膠條、泡棉來替代硅膠,國內普遍使用硅膠,工藝簡單,方便,易操作,而且成本很低。

                三、組件應用

                太陽能光伏并網發電系統通過把太陽能轉化為電能,不經過蓄電池儲能,直接通過并網逆變器,把電能送上電網。太陽能并網發電代表了太陽能電源的發展方向,是21世紀最具吸引力的能源利用技術。與離網太陽能發電系統相比,并網發電系統具有以下優點:
                1)利用清潔干凈,可再生的自然能源太陽能發電,不耗用不可再生的,資源有限的含碳化石能源,使用中無室氣體和污染物排放,與生態環境和諧,符合經濟社會可持續發展戰略。
                2)所發電能饋入電網,以電網為儲能裝置,省掉蓄電池,比獨立太陽能光伏系統的建設投資可減少達25%—45%,從而使發電成本大為降低。省掉蓄電池并可提高系統的平均無故障時間和蓄電池的二次污染。
                3)光伏電池組件與建筑物完美結合,既可發電又能作為建筑材料和裝飾材料,使物質資源充分利用發揮多種功能,不但有利于降低建設費用,并且還使建筑物科技含量提高,增加賣點。
                4)分布式建設,就近就地分散發供電,進入和退出電網靈活,既有利于增強電力系統抵御戰爭和災害的能力,又有利于改善電力系統的負荷平衡,并可降低線路損耗。
                5)可起調峰作用。聯網太陽能光伏系統是世界各發達國家在光伏應用領域競相發展的熱點和重點,是世界太陽能光伏發電的主流發展趨勢,市場巨大,前景廣闊。
                太陽能電池發電系統是利用光生伏打效應原理制成的,它是將太陽輻射能量直接轉換成電能的發電系統。它主要由太陽能電池方陣和并網逆變器兩部分組成。如下圖所示:白天有日照時,太陽能電池方陣發出的電經過并網逆變器將電能直接輸送到交流電網上,或將太陽能所發出的電經過并網逆變器直接為交流負載供電。
                工作原理圖:
                3.系統主要組件簡介
                1)太陽能電池組件
                一個太陽能電池只能產生大約0.5伏的電壓,遠低于實際使用所需電壓。為了滿足實際應用的需要,需要把太陽能電池連接成組件。太陽能電池組件包含一定數量的太陽能電池,這些太陽能電池通過導線連接。如一個組件上,太陽能電池的數量是36片,這意味著一個太陽能組件大約能產生17伏的電壓。
                通過導線連接的太陽能電池被密封成的物理單元被稱為太陽能電池組件,具有一定的防腐,防風,防雹,防雨的能力,廣泛應用于各個領域和系統。當應用領域需要較高的電壓和電流而單個組件不能滿足要求時,可把多個組件組成太陽能電池方陣,以獲得所需要的電壓和電流。
                2)光伏并網逆變器
                將直流電變換成交流電的設備。由于太陽能電池發出的是直流電,而一般的負載是交流負載,所以逆變器是不可缺少的。逆變器按運行方式,可分為獨立運行逆變器和并網逆變器。獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能電池發電系統,為獨立負載供電。并網逆變器用于并網運行的太陽能電池發電系統將發出的電能饋入電網。逆變器按輸出波形又可分為方波逆變器和正弦波逆變器。
                      四、組件類型

                單晶硅

                單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為17%左右,最高的達到24%,這是所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的,初期制作成本很大,但隨著技術的成熟,價格已與多晶相差不多。由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹脂進行封裝,因此其堅固耐用,使用壽命一般可達15年,最高可達25年。

                多晶硅

                多晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多,但是多晶硅太陽能電池的光電轉換效率則要降低不少,其光電轉換效率約12%左右 (2004年7月1日日本夏普上市效率為14.8%的世界最高效率多晶硅太陽能電池)。從制作成本上來講,比單晶硅太陽能電池要便宜一些,材料制造簡便,節約電耗,總的生產成本較低,因此得到大量發展。此外,多晶硅太陽能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽能電池短。從性能價格比來講,單晶硅太陽能電池還略好。

                非晶硅

                非晶硅太陽電池是1976年出現的新型薄膜式太陽電池,它與單晶硅和多晶硅太陽電池的制作方法完全不同,工藝過程大大簡化,硅材料消耗很少,電耗更低,它的主要優點是在弱光條件也能發電。但非晶硅太陽電池存在的主要問題是光電轉換效率偏低,國際先進水平為10%左右,且不夠穩定,隨著時間的延長,其轉換效率衰減。

                多元化

                多元化合物太陽電池指不是用單一元素半導體材料制成的太陽電池。各國研究的品種繁多,大多數尚未工業化生產,主要有以下幾種:
                  a) 硫化鎘太陽能電池
                  b) 砷化鎵太陽能電池
                  c) 銅銦硒太陽能電池(新型多元帶隙梯度Cu(In, Ga)Se2薄膜太陽能電池
                       五、功率計算

                太陽能交流發電系統是由太陽電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池共同組成;太陽能直流發電系統則不包括逆變器。為了使太陽能發電系統能為負載提供足夠的電源,就要根據用電器的功率,合理選擇各部件。下面以100W輸出功率,每天使用6個小時為例,介紹一下計算方法:
                1.首先應計算出每天消耗的瓦時數(包括逆變器的損耗):若逆變器的轉換效率為90%,則當輸出功率為100W時,則實際需要輸入功率應為100W/90%=111W;若按每天使用5小時,則耗電量為111W*5小時=555Wh。
                2.計算太陽能電池板:按每日有效日照時間為6小時計算,再考慮到充電效率和充電過程中的損耗,太陽能電池板的輸出功率應為555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充電過程中,太陽能電池板的實際使用功率。
                        六、測試條件

                測試原理

                測試系統的工作原理是:當閃光照到被測電池上時,用電子負載控制太陽電池中電流變化,測出電池的伏安特性曲線上的電壓和電流,溫度,光的輻射強度,測試數據送入微機進行處理并顯示、打印出來。

                測試工具

                太陽電池組件測試儀,AAA級太陽能電池組件測試儀
                測試標準(環境):輻照度 1000 W/m2,環境溫度25 °C, AM=1.5;功率公差范圍: ± 3%)

                測試參數

                最大可測組件電池尺寸:1100mm*2000mm
                光源:高能脈沖氙燈
                光強可調范圍:70—120W/C㎡
                光管壽命:≥300000次
                光均勻度:±3%
                測量范圍和精度:電壓 0~30V ±0.1% 0~60V ±0.1%
                電流 0~2A ±0.1% 0~20A ±0.1%
                測量誤差:≤2%
                重復測量誤差:±1%
                標準系統配置:臥式測試臺+PC機+專用測試軟件
                電源要求:220V/50Hz/2KW
                重量:320Kg
                外形尺寸:850mm*1500mm*2460mm
                      七、應用領域

                1.用戶太陽能電源:(1)小型電源10-100W不等,用于邊遠無電地區如高原、海島、牧區、邊防哨所等軍民生活用電,如照明、電視、收錄機等;(2)3-5KW家庭屋頂并網發電系統;(3)光伏水泵:解決無電地區的深水井飲用、灌溉。
                2. 交通領域:如航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。
                3. 通訊/通信領域:太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統;農村載波電話光伏系統、小型通信機、士兵GPS供電等。
                4. 石油、海洋、氣象領域:石油管道和水庫閘門陰極保護太陽能電源系統、石油鉆井平臺生活及應急電源、海洋檢測設備、氣象/水文觀測設備等。
                5.家庭燈具電源:如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節能燈等。
                6.光伏電站:10KW-50MW獨立光伏電站、風光(柴)互補電站、各種大型停車廠充電站等。
                7.太陽能建筑:將太陽能發電與建筑材料相結合,使得未來的大型建筑實現電力自給,是未來一大發展方向。
                8.其他領域包括:(1)與汽車配套:太陽能汽車/電動車、電池充電設備、汽車空調、換氣扇、冷飲箱等;(2)太陽能制氫加燃料電池的再生發電系統;(3)海水淡化設備供電;(4)衛星、航天器、空間太陽能電站等。
                      八、安全細則

                1 安裝太陽能光伏發電系統要求專門的技能和知識,必須由專業資格的工程師來完成。
                2 安裝人員在嘗試安裝,操作和維護的光伏組件時,請確保您完全理解在此安裝說明手冊的資料, 了解安裝過程中可能會發生傷害的風險。
                3 光伏組件在光照充足或其他光源照射下時生產電力。應當操作時請采取相應的防護措施,避免人 員與 30V DC 或更高電壓直接接觸。 4 太陽能光伏組件能把光能轉換成直流電能,電量的大小會隨著光強的變化而變化。
                5 當組件有電流或具有外部電源時,不得連接或斷開組件。
                6 安裝、使用組件或進行接線時,應使用不透明材料覆蓋在太陽能光伏組件陣列中組件的正面,以 停止發電。
                7 應遵守所有地方、地區和國家的相關法規,必要時應先獲得建筑許可證。
                8 太陽能光伏組件沒有用戶可維修的原件,不要拆解、移動或更改任何附屬的部件。
                9 太陽能光伏組件安裝時不要穿戴金屬戒指、表帶、耳環、鼻環、唇環或其它的金屬配飾。
                10 在潮濕或風力較大的情況下,請不要安裝或操作組件。
                11 不要使用或安裝已經損壞的組件,不要人為地在組件上聚光。
                12 只有相同型號的光伏組件模塊才能組合在一起。避免光伏組件的表面產生不均勻陰影。被遮陰的 電池片會變熱(“熱斑”效應)從而導致組件永久性的損壞。
                13 當有意外情況發生時,請立即把逆變器和斷路器關閉。
                14 缺陷或損壞的組件依舊可能會發出電量。如果需要搬運請采取措施遮擋,以確保組件完全遮陰。
                15 在運輸和安裝組件時,使兒童遠離組件。
                16 光伏組件在安裝前請一直保存在原包裝箱內。

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