太陽能光伏電池的設計與制作

1、河南工程學院光伏材料設計實習實訓報告書太陽能光伏電池的設計與制作2016 -2017學年 其次學期學 院： 趙博 同學姓名： 理學院 學 號： 201411004215 同學班級： 應用物理1442 指導老師： 牛金鐘 趙瑞鋒 日 期： 2017 年 6 月14日摘要：太陽能光伏電池的設計與制造是我們本專業(yè)的最主要內容之一，本次實訓的目的是讓我們更加深刻了解太陽能光伏電池的發(fā)電原理，了解太陽能電池組件的生產流程和生產工藝，了解太陽能光伏電池的應用，并且制作一件太陽能光伏電池板。本文主要講的是本次的太陽能光伏太陽能電池制作過程，包括選擇制作材料，電池板的設計，焊接太陽能電池片，組裝太陽能電池，以

2、及對電池組件進行測試。關鍵詞：電池組件 設計 組裝 測試歡迎下載名目一、簡介 1二、材料及其性質 11.黏結劑 12.玻璃-上蓋板材料 13.背面材料 14.邊框 15.接線盒 26.硅膠 27.電池片 2三、設計原理及組裝 21.設計原理 22.太陽能電池組件設計 33.電池組件的制作3歡迎下載一、簡介太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或“光電池”，是一種利用太陽光直接發(fā)電的光電半導體薄片。通常接受硅半導體二、材料及其性質真空層壓封裝太陽能電池，主要使用的材料有黏結劑、玻璃、復合模、連接條、鋁框等。合理地選用封裝材料和實行正確的封

3、裝工藝能保證太陽能電池的高效利用并延長使用壽命。優(yōu)良的太陽能電池組件，除了要求太陽能電池本身效率高外，優(yōu)良的封裝材料和合理的封裝工藝也是不行缺少的。1.黏結劑黏結劑是固定和保證電池與上、下蓋板密合的關鍵材料，要求可見光范圍內具有高透光性，抗紫外線老化；具有肯定彈性，可緩沖不同材料見的熱脹冷縮；具有良好的電絕緣性能和化學穩(wěn)定性，不產生有害電池的氣體和液體；具有優(yōu)良的氣密性，適用于自動化的組件封裝。本次實訓中接受的是EVA膜。2.玻璃-上蓋板材料玻璃是掩蓋在電池板正面的上蓋板材料，構成組件最外層，既要求透光高，又要牢固，耐風霜雨雪，經(jīng)受沙礫冰雹沖擊，起到長期愛護電池作用。一般玻璃體內含鐵量過高及玻

4、璃表面的光反射過大是降低太陽能利用率的主要緣由。目前在商業(yè)化生產中標準太陽能電池組件的上蓋板材料通常接受低鐵鋼化玻璃，其特點是：透光率高、抗沖擊力量強、使用壽命長。 厚度一般為3.2mm，透光率達90%以上，對于波長大于1200nm的紅外線有較高的反射率，同時能耐太陽紫外線的輻射。3.背面材料組件底板對電池既有愛護作用又有支撐作用。對底板的一般要求為：具有良好的耐氣候性能，能隔絕從背面進來的潮氣和其他有害氣體：在層壓溫度下不起任何變化：與黏結材料結合堅固。一般所用的底板材料為玻璃、鋁合金、有機玻璃以及PVF復合膜等。目前生產上較多應用的是PVF復合膜。4.邊框平板式組件應有邊框，以愛護組件和便

5、于組件與方陣支架的連接固定。邊框與結劑構成組件邊緣的密封。邊框材料主要有不銹鋼、鋁合金、橡膠及塑料等。由于鋁合金密度低，強度比較高，接近或超過優(yōu)質鋼，具有很好的抗腐蝕性，因此常用鋁合金做太陽能電池邊框材料。5.接線盒愛護整個發(fā)電系統(tǒng)，起到電流中轉站的作用6.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。7.電池片太陽能電池片分為晶硅類和非晶硅類，晶硅類又分為單晶硅和多晶硅，本次課程設計接受的是125*125的單晶硅太陽能電池片。單晶硅的優(yōu)點有：高效率，低衰減，牢靠性強；先進的集中技術，保證了片間片內的良好均勻性，降低了電池片之間的匹配損失；運用先進的管式PECVD成膜技術，使得掩

6、蓋在電池表面的深藍色氮化硅減反射膜致密、均勻、美觀；應用高品質的金屬漿料制作電極和背場。確保了電極良好的導電性、可焊性以及背場的平整性；高精度的絲網(wǎng)印刷圖形，使得電池片易于自動焊接。三、設計原理及組裝1.設計原理太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置，它利用光電轉換原理使太陽的輻射光通過半導體物質轉變?yōu)殡娔艿囊环N器件，這種光電轉換過程通常叫做“光生伏打效應”，因此，太陽能電池又稱為“光伏電池”。只要被光照到，瞬間就可輸出電壓及電流，在物理學上稱為太陽能光伏，簡稱光伏。最簡潔的太陽能電池是由p-n結構成的，當太陽光照射PN結時，在半導體內的電子由于獲得了光能而釋放電子，

7、相應地便產生了電子-空穴對，并在勢壘電場的作用下，電子被驅向N型區(qū)，空穴被驅向P型區(qū)，從而使N區(qū)有過剩的電子，P區(qū)有過剩的空穴;于是就在PN結的四周形成了與勢壘電場方向相反的光生電場。光生電場的一部分抵消勢壘電場，其余部分使P型區(qū)帶正電、N型區(qū)帶負電;于是就使得N區(qū)與P區(qū)之間的薄層產生的電動勢，即“光生伏打”電動勢。當接通外電路時，便有電能輸出。圖一2.太陽能電池組件設計(1)單體電池的連接方式太陽能電池實際使用時要按負載要求，將若干單體電池按電性能分類進行串并聯(lián)，經(jīng)封裝后組成可以獨立作為電源使用的最小單元，這個獨立的最小單元稱為太陽能電池組件。若干太陽能電池組件串并聯(lián)構成太陽能電池方陣，以滿

8、足不同的用電需求。假如每個單體電池的性能是全都的，多個單體電池串聯(lián)，可以在不轉變輸出電流的狀況下，使輸出電壓成比例增加；并聯(lián)方式，則可以在不轉變輸出電壓的狀況下，使輸出電流成比例增加；而串、并聯(lián)混合連接，則即可增加組件的輸出電壓，又可增加組建的輸出電流。(2)太陽能電池組件的版型設計在生產電池組件之前，要對電池組件的外形尺寸、輸出功率以及電池片的排列布局進行設計，設計過程中既要了解電池片的性能參數(shù)，還要了解電池組件的生產工藝過程和用戶的使用需求，做到電池組件尺寸合理，電池片排布緊湊美觀，而本次實踐中，學校供應的鋼化玻璃板為54mm*44mm，因此我所設計的電池組件大小為3片*9片。3.電池組件

9、的制作(1)電池片的焊接要組成電池組件，首先就要焊接電池片，用電焊機把焊條在助焊液的掛念下焊接在電池片的背面上，這是格外不簡潔的，電池片格外脆，焊接過程中一不當心就會把電池片弄碎，然后把9個電池片串聯(lián)，電池片的正面為負極，背面為正極，串聯(lián)時，正極接負極，不能接反了。焊接3排，最終把三排并聯(lián)焊接， 接出兩個頭。(2)中間測試焊接完成后要對電池片進行燈光照射，測量電壓和電流，觀看電流和電壓是否按比例增加，是否符合設計要求，符合要求后進行下一步。(3)鋪膜和層壓鋪膜是將焊接完成后經(jīng)過檢測合格后的組件串與玻璃切割好的EVA膜、復合膜依據(jù)肯定層次鋪設。玻璃在下，先鋪一層EVA膜，然后放電池片，再鋪一層E

10、VA膜，最終鋪復合膜。鋪膜時，保證貼膜和玻璃的潔凈，保證電池串與玻璃等材料的相對位置，調整好電池串間的距離和電池串與玻璃邊緣的距離，為層壓打好基礎。圖二覆膜完成后，通過鏡子檢查一下，觀看太陽能板里是否有雜物，是否鋪設好，一切都好后預備層壓。當層壓機調整后，達到層壓條件后，把太陽能板放入層壓機內進行層壓，等待層壓結束。層壓過程中有關問題及留意事項：太陽電池層壓工藝中，消退EVA中的氣泡是封裝成敗的關鍵，層疊時進入的空氣與EVA交聯(lián)反應產生的氧氣是形成氣泡的主要緣由。當層壓的組件中消滅氣泡，說明工作溫度過低或抽氣時間太短應當重新設置工作溫度和抽氣、層壓時間。(4)裝框裝框前要對電池板修邊，層壓時EVA溶化后由于壓力而向外延長固化形成毛邊，所以層壓完畢應將其切除。裝框時，先把邊框和玻璃組件的縫隙用硅膠填充，把裝框機調試好后，把鋁合金邊框和玻璃組件放入裝框機內，開頭裝框。(5)粘接接線盒在組件背面引線處粘接一個盒子，用來把電池與其他設備或電池進行連接。(6)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。我所設計的太陽能電池組件測試結果如下：圖三 實物圖如下：實習實訓評分表序號考核項目考核內容及要求配分評分標準