太陽能光伏電池的設(shè)計(jì)與制作

1、河南工程學(xué)院光伏材料設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)報(bào)告書太陽能光伏電池的設(shè)計(jì)與制作2016 -2017學(xué)年 其次學(xué)期學(xué) 院： 趙博 同學(xué)姓名： 理學(xué)院 學(xué) 號(hào)： 201411004215 同學(xué)班級(jí)： 應(yīng)用物理1442 指導(dǎo)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(shè)計(jì)與制造是我們本專業(yè)的最主要內(nèi)容之一，本次實(shí)訓(xùn)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(chǎn)流程和生產(chǎn)工藝，了解太陽能光伏電池的應(yīng)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(shè)計(jì)，焊接太陽能電池片，組裝太陽能電池，以

2、及對(duì)電池組件進(jìn)行測(cè)試。關(guān)鍵詞：電池組件 設(shè)計(jì) 組裝 測(cè)試歡迎下載名目一、簡(jiǎn)介 1二、材料及其性質(zhì) 11.黏結(jié)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(shè)計(jì)原理及組裝 21.設(shè)計(jì)原理 22.太陽能電池組件設(shè)計(jì) 33.電池組件的制作3歡迎下載一、簡(jiǎn)介太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)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(dǎo)體薄片。通常接受硅半導(dǎo)體二、材料及其性質(zhì)真空層壓封裝太陽能電池，主要使用的材料有黏結(jié)劑、玻璃、復(fù)合模、連接條、鋁框等。合理地選用封裝材料和實(shí)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(zhǎng)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(jié)劑黏結(jié)劑是固定和保證電池與上、下蓋板密合的關(guān)鍵材料，要求可見光范圍內(nèi)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(xué)穩(wěn)定性，不產(chǎn)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(dòng)化的組件封裝。本次實(shí)訓(xùn)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(gòu)成組件最外層，既要求透光高，又要牢固，耐風(fēng)霜雨雪，經(jīng)受沙礫冰雹沖擊，起到長(zhǎng)期愛護(hù)電池作用。一般玻璃體內(nèi)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(chǎn)中標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)是：透光率高、抗沖擊力量強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)。 厚度一般為3.2mm，透光率達(dá)90%以上，對(duì)于波長(zhǎng)大于1200nm的紅外線有較高的反射率，同時(shí)能耐太陽紫外線的輻射。3.背面材料組件底板對(duì)電池既有愛護(hù)作用又有支撐作用。對(duì)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(jìn)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(jié)材料結(jié)合堅(jiān)固。一般所用的底板材料為玻璃、鋁合金、有機(jī)玻璃以及PVF復(fù)合膜等。目前生產(chǎn)上較多應(yīng)用的是PVF復(fù)合膜。4.邊框平板式組件應(yīng)有邊框，以愛護(hù)組件和便

5、于組件與方陣支架的連接固定。邊框與結(jié)劑構(gòu)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(qiáng)度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)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(hù)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)，起到電流中轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)接受的是125*125的單晶硅太陽能電池片。單晶硅的優(yōu)點(diǎn)有：高效率，低衰減，牢靠性強(qiáng)；先進(jìn)的集中技術(shù)，保證了片間片內(nèi)的良好均勻性，降低了電池片之間的匹配損失；運(yùn)用先進(jìn)的管式PECVD成膜技術(shù)，使得掩

6、蓋在電池表面的深藍(lán)色氮化硅減反射膜致密、均勻、美觀；應(yīng)用高品質(zhì)的金屬漿料制作電極和背場(chǎng)。確保了電極良好的導(dǎo)電性、可焊性以及背場(chǎng)的平整性；高精度的絲網(wǎng)印刷圖形，使得電池片易于自動(dòng)焊接。三、設(shè)計(jì)原理及組裝1.設(shè)計(jì)原理太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，它利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N器件，這種光電轉(zhuǎn)換過程通常叫做“光生伏打效應(yīng)”，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(xué)上稱為太陽能光伏，簡(jiǎn)稱光伏。最簡(jiǎn)潔的太陽能電池是由p-n結(jié)構(gòu)成的，當(dāng)太陽光照射PN結(jié)時(shí)，在半導(dǎo)體內(nèi)的電子由于獲得了光能而釋放電子，

7、相應(yīng)地便產(chǎn)生了電子-空穴對(duì)，并在勢(shì)壘電場(chǎng)的作用下，電子被驅(qū)向N型區(qū)，空穴被驅(qū)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(jié)的四周形成了與勢(shì)壘電場(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng)。光生電場(chǎng)的一部分抵消勢(shì)壘電場(chǎng)，其余部分使P型區(qū)帶正電、N型區(qū)帶負(fù)電;于是就使得N區(qū)與P區(qū)之間的薄層產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，即“光生伏打”電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)接通外電路時(shí)，便有電能輸出。圖一2.太陽能電池組件設(shè)計(jì)(1)單體電池的連接方式太陽能電池實(shí)際使用時(shí)要按負(fù)載要求，將若干單體電池按電性能分類進(jìn)行串并聯(lián)，經(jīng)封裝后組成可以獨(dú)立作為電源使用的最小單元，這個(gè)獨(dú)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(gòu)成太陽能電池方陣，以滿

8、足不同的用電需求。假如每個(gè)單體電池的性能是全都的，多個(gè)單體電池串聯(lián)，可以在不轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)計(jì)在生產(chǎn)電池組件之前，要對(duì)電池組件的外形尺寸、輸出功率以及電池片的排列布局進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)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(chǎn)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(shí)踐中，學(xué)校供應(yīng)的鋼化玻璃板為54mm*44mm，因此我所設(shè)計(jì)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(jī)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(jiǎn)潔的，電池片格外脆，焊接過程中一不當(dāng)心就會(huì)把電池片弄碎，然后把9個(gè)電池片串聯(lián)，電池片的正面為負(fù)極，背面為正極，串聯(lián)時(shí)，正極接負(fù)極，不能接反了。焊接3排，最終把三排并聯(lián)焊接， 接出兩個(gè)頭。(2)中間測(cè)試焊接完成后要對(duì)電池片進(jìn)行燈光照射，測(cè)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(shè)計(jì)要求，符合要求后進(jìn)行下一步。(3)鋪膜和層壓鋪膜是將焊接完成后經(jīng)過檢測(cè)合格后的組件串與玻璃切割好的EVA膜、復(fù)合膜依據(jù)肯定層次鋪設(shè)。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(fù)合膜。鋪膜時(shí)，保證貼膜和玻璃的潔凈，保證電池串與玻璃等材料的相對(duì)位置，調(diào)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(chǔ)。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(shè)好，一切都好后預(yù)備層壓。當(dāng)層壓機(jī)調(diào)整后，達(dá)到層壓條件后，把太陽能板放入層壓機(jī)內(nèi)進(jìn)行層壓，等待層壓結(jié)束。層壓過程中有關(guān)問題及留意事項(xiàng)：太陽電池層壓工藝中，消退EVA中的氣泡是封裝成敗的關(guān)鍵，層疊時(shí)進(jìn)入的空氣與EVA交聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣是形成氣泡的主要緣由。當(dāng)層壓的組件中消滅氣泡，說明工作溫度過低或抽氣時(shí)間太短應(yīng)當(dāng)重新設(shè)置工作溫度和抽氣、層壓時(shí)間。(4)裝框裝框前要對(duì)電池板修邊，層壓時(shí)EVA溶化后由于壓力而向外延長(zhǎng)固化形成毛邊，所以層壓完畢應(yīng)將其切除。裝框時(shí)，先把邊框和玻璃組件的縫隙用硅膠填充，把裝框機(jī)調(diào)試好后，把鋁合金邊框和玻璃組件放入裝框機(jī)內(nèi)，開頭裝框。(5)粘接接線盒在組件背面引線處粘接一個(gè)盒子，用來把電池與其他設(shè)備或電池進(jìn)行連接。(6)組件測(cè)試測(cè)試的目的是對(duì)電池的輸出功率進(jìn)行標(biāo)定，測(cè)試其輸出特性，確定組件的質(zhì)量等級(jí)。我所設(shè)計(jì)的太陽能電池組件測(cè)試結(jié)果如下：圖三 實(shí)物圖如下：實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)評(píng)分表序號(hào)考核項(xiàng)目考核內(nèi)容及要求配分評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)