作者：李钟实
出版社：人民邮电出版社
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太阳能光伏组件生产制造工程技术试读：
前言
近几年，我国政府在新能源开发、环境保护和资源节约方面相继出台了一系列方针政策和法律法规，实施了“金太阳”、绿色照明等一批重点工程，收到了较大成效。从我国目前的实际情况来看，解决能源短缺问题主要应从两方面入手：一是开发和利用新的能源，尤其是可再生清洁能源；二是提高能源的利用效率，即能效。
新能源是国家“十一五”规划重点要求发展的产业，政策对其扶持力度很大。2009年3月，由科技部、国家发展和改革委员会等部门联合举办的2009年中国国际节能和新能源科技博览会上集中展示了节能减排和新能源科技的重大成果，引起了国内外的广泛关注。2009年5月全国财政新能源与节能减排工作会议指出，国家财政要全力支持新能源发展和节能减排工作，重点抓好支持风电规模化发展、加快启动国内光伏发电市场、开展节能与新能源汽车示范推广试点等十项工作。从技术的角度看，太阳能、风能等新能源的一些关键技术已经成熟并具有较高的推广价值，以发光二极管、IGBT等为代表的高效半导体器件的制造工艺已取得重大突破，变频器、软启动器、伺服驱动器等节能设备的节能效果日益得到了社会各界的认可并获得广泛应用。
为了在我国进一步推广和普及绿色能源及高效节能技术的应用，我们结合当前技术热点和应用热点，组织有关专家、学者和技术人员专门编写了“新能源及高效节能应用技术丛书”。本丛书以介绍目前国内外绿色能源及高效节能领域内的新产品、新工艺、新技术和新方法为主，在编写时力求突出实用性和先进性，力争做到题材新颖，技术先进，内容丰富，具有较高的实用价值。我们希望本丛书的出版能够在解决我国绿色能源及高效节能技术应用中的一些实际问题，促进我国“十一五”规划确定的资源节约目标得以实现，推动全社会采用高效节能新技术和绿色能源，提高能源利用效率，保护和改善环境，促进经济社会全面协调可持续发展方面起到积极的推动作用。前言
当前，我国已经成为世界光伏组件生产大国，太阳能电池片和光伏组件产量及出口量已位居世界前列，光伏组件生产已经成为我国新能源领域中的新兴产业。随着我国可再生能源相关政策的进一步完善，以及太阳能光伏发电技术的逐步推广应用，这一产业还将会不断发展壮大。
本书结合作者多年从事光伏组件生产管理和技术指导工作的实践经验，对太阳能光伏组件生产中的技术管理、工艺操作和设备使用维护等内容进行了详细介绍。
本书在编写过程中注重从实用性、指导性出发，力求做到内容翔实、通俗易懂、图文并茂，以方便读者在实际工作中参考使用。本书除适合太阳能光伏组件生产企业及相关行业的工程技术人员、生产管理人员阅读外，也适合从事太阳能光伏发电产品研究的科研院所工程技术人员和相关专业本专科师生学习参考。
本书由李钟实负责编写，吴小明、王志建、王君、李皓等为本书提供了许多宝贵资料，并参与了部分章节的编写和整理工作。霍苏杰、刘志强、白继娟、张婷婷、张改霞等为本书的编写也提供了许多帮助。大连皿能光电科技有限公司董事长苏龑先生、山西耀宇太阳能科技有限公司总经理王跃文先生对本书的编写给予了大力的支持和帮助，在此一并表示感谢。
由于作者水平有限，书中难免存在不妥之处，恳请广大读者予以指正。作者第1章 太阳能光伏发电及光伏组件
本章主要介绍太阳能光伏发电系统的特点、构成、工作原理及分类，使读者对太阳能光伏发电系统有一个大致的了解。此外，本章还将介绍晶体硅太阳能电池组件的原理构造和生产制造过程，以及太阳能电池方阵的组合、配置和连接等内容。1.1 太阳能光伏发电概述1.1.1 太阳能光伏发电简介
太阳能光伏发电的基本原理是利用太阳能电池（一种类似于晶体二极管的半导体器件）的光生伏打效应直接把太阳的辐射能转变为电能的一种发电方式。太阳能光伏发电的能量转换器就是太阳能电池，也叫光伏电池。当太阳光照射到由P、N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的太阳能电池上时，其中一部分光线被反射，一部分光线被吸收，还有一部分光线透过电池片。被吸收的光能激发被束缚的高能级状态下的电子，产生电子—空穴对，在P-N结的内建电场作用下，电子、空穴相互运动（见图1-1），N区的空穴向P区运动，P区的电子向N区运动，使太阳能电池的受光面有大量负电荷（电子）积累，而在电池的背光面有大量正电荷（空穴）积累。若在电池两端接上负载，负载上就有电流通过，当光线一直照射时，负载上将源源不断地有电流流过。单片太阳能电池就是一个薄片状的半导体P-N结。标准光照条件下，额定输出电压为0.48V。为了获得较高的输出电压和较大的功率容量，往往要把多片太阳能电池连接在一起构成电池组件和电池方阵应用。太阳能电池的输出功率是随机的，不同时间、不同地点、不同安装方式下，同一块太阳能电池的输出功率也是不同的。1.1.2 太阳能光伏发电的优点
太阳能光伏发电的发电过程简单，没有机械转动部件，不消耗燃料，不排放包括温室气体在内的任何物质，无噪声、无污染；太阳能资源分布广泛且取之不尽，用之不竭。因此，与化石能源、风能和生物质能等新型发电技术相比，光伏发电是一种最具可持续发展理想特征（具有最丰富的资源和最洁净的发电过程）的可再生能源发电技术，其主要优点如下。（1）太阳能资源取之不尽，用之不竭，照射到地球上的太阳能要比人类目前消耗的能量大6 000倍。太阳能在地球上分布广泛，只要有光照的地方就可以使用光伏发电系统，不受地域、海拔等因素的限制。图1-1 太阳能光伏电池发电原理（2）太阳能资源随处可得，可就近供电，不必长距离输送，避免了长距离输电线路造成的电能损失。（3）光伏发电过程是直接从光子到电子的转换过程，没有中间过程（如热能—机械能、机械能—电磁能转换等）和机械运动，不存在机械磨损。根据热力学原理，光伏发电具有很高的理论发电效率，最高可达80%以上，技术开发潜力大。（4）光伏发电本身不用燃料，不排放包括温室气体和其他废气的任何物质，不污染空气，不产生噪声，对环境友好，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定的冲击，因此光伏发电产生的电能是真正的绿色环保可再生新能源。（5）光伏发电过程不需要冷却水，发电装置可以安装在没有水的荒漠戈壁上，还可以很方便地与建筑物结合，构成光伏建筑一体化发电系统，不需要单独占地，可节省宝贵的土地资源。（6）光伏发电系统无机械传动部件，操作、维护简单，运行稳定可靠。一套太阳能光伏发电系统只要有阳光照射，电池组件就能发电，加上自动控制技术的广泛采用，基本上可实现无人值守，维护成本低。（7）光伏发电系统工作性能稳定可靠，使用寿命长（30年以上）。晶体硅太阳能电池寿命可长达20～35年。在光伏发电系统中，只要设计合理、选型适当，蓄电池的寿命也可长达10～15年。（8）太阳能电池组件结构简单，体积小、重量轻，便于运输和安装。光伏发电系统建设周期短，而且根据用电负荷容量可大可小，方便灵活，极易组合、扩容。
此外，无论是德国、日本的光伏“屋顶计划”发电系统，还是作为今后我国太阳能光伏发电应用主流之一的光伏建筑一体化发电系统，除同样具有上述优点外，还具有如下优越性。（1）不占用城市昂贵的土地资源。（2）可直接代替传统的建筑墙面和屋顶材料。（3）当地发电就地使用，不用配备储能蓄电池。（4）如果和电网相连，可将剩余电力输给电网。（5）在电网供电处于高峰期发电，可削减城市昂贵的高峰供电负荷。（6）基本无需输电线路，可降低输电成本。1.1.3 太阳能光伏发电的缺点
以上介绍了太阳能光伏发电的诸多优点，当然，太阳能光伏发电也有它的缺点和不足，归纳起来有以下几点。（1）能量密度低。尽管太阳投向地球的能量总和极其巨大，但由于地球表面积也很大，而且地球表面大部分被海洋覆盖，真正能够到达陆地表面的能量只有到达地球范围辐射能量的10%左右，致使单位面积上能够直接获得的太阳能量却较少。该能量值通常以太阳辐照2度来表示，地球表面的辐照度最高值约为1.2 kW·h∕m，绝大多数地2区在大多数的日照时间内都低于1 kW·h∕m。太阳能的利用实际上是低密度能量的收集、利用。（2）占地面积大。由于太阳能能量密度低，这就使得光伏发电2系统的占地面积会很大，每10kW光伏发电功率占地大约需100m，平均每平方米面积发电功率为100～120W。随着光伏建筑一体化发电技术的成熟和发展，越来越多的光伏发电系统要占用空间和建、构筑物的屋顶和立面，可克服光伏发电占地面积大的不足。（3）转换效率低。光伏发电的最基本单元是太阳能电池组件。光伏发电的转换效率指的是光能转换为电能的比率。目前晶体硅光伏电池转换效率为13%～17%，非晶硅光伏电池转换效率只有6%～8%。由于光电转换效率太低，从而使光伏发电功率密度低，难以形成高功率发电系统。因此，太阳能电池的转换效率低是阻碍光伏发电大面积推广的瓶颈。（4）间歇性工作。在地球表面，光伏发电系统只能在白天发电，晚上不能发电，除非在太空中没有昼夜之分的情况下，太阳能电池才可以连续发电，这和人们的用电习惯不符。（5）受气候环境因素影响大。太阳能光伏发电的能源直接来源于太阳光的照射，而地球表面上的太阳照射受气候的影响很大，雨雪天、阴天、雾天甚至云层的变化都会严重影响系统的发电状态。另外，由于环境污染的影响，特别是空气中的灰尘颗粒物等降落在太阳能电池组件表面，也会阻挡部分光线的照射，使电池组件转换效率降低，发电量减少。（6）地域依赖性强。地理位置不同，气候不同，使各地区日照资源各异。光伏发电系统只有在太阳能资源丰富的地区应用效果才好。（7）系统成本高。由于太阳能光伏发电效率低，到目前，光伏发电的成本仍然是其他常规发电方式（火力和水力发电）的几倍。这是制约其广泛应用的最主要因素。但是我们也应看到，随着太阳能电池产能的不断扩大及电池片光电转换效率的不断提高，光伏发电系统成本下降也非常快，太阳能电池组件的价格几十年来已经从最初的每瓦70多美元下降至目前的每瓦2.5美元左右。（8）晶体硅电池的制造过程高污染、高能耗。晶体硅电池的主要原料是纯净的硅，硅是地球上含量仅次于氧的元素，主要存在形式是沙子（二氧化硅）。从沙子中提取二氧化硅并一步步提纯为含量99.9999%以上纯净的晶体硅，期间要经过多道化学和物理工序的处理，不仅要消耗大量能源，还会造成一定的环境污染。
尽管太阳能光伏发电有上述不足，但是随着全球化石能源的逐渐枯竭以及因化石能源过度消耗而引发的全球变暖和生态环境恶化，已经给人类带来了很大的生存威胁，因此大力开发可再生能源的确是解决能源危机的主要途径。太阳能光伏发电是一种最具可持续发展理想特征的可再生能源发电技术，近年来我国政府也相继出台了一系列鼓励和支持新能源及太阳能光伏产业的政策法规，这将极大地促进太阳能光伏产业的迅猛发展，光伏发电技术和应用水平也将会不断提高，应用范围会逐步扩大，并将在全球能源结构中占有越来越大的比例，应用前景十分广阔。1.1.4 太阳能光伏发电的应用
太阳能电池及光伏发电系统已经广泛应用于工业、农业、科技、国防及人民生活的方方面面，预计到21世纪中叶，太阳能光伏发电将成为重要的发电方式，在可再生能源结构中占有一定比例。太阳能光伏发电的具体应用主要有以下几个方面。（1）通信领域的应用。该领域主要包括无人值守微波中继站，光缆通信系统及维护站，移动通信基站，广播、通信、无线寻呼电源系统，卫星通信和卫星电视接收系统，农村程控电话、载波电话光伏系统，小型通信机，部队通信系统，士兵GPS供电等。（2）公路、铁路、航运等交通领域的应用。其应用领域如铁路和公路信号系统，铁路信号灯，交通警示灯、标志灯、信号灯，公路太阳能路灯，太阳能道钉灯、高空障碍灯，高速公路监控系统，高速公路、铁路无线电话亭，无人值守道班供电，航标灯灯塔和航标灯电源等（应用实例见图1-2）。图1-2 太阳能灯具应用实例（3）石油、海洋、气象领域的应用。其应用领域如石油管道阴极保护和水库闸门阴极保护太阳能电源系统，石油钻井平台生活及应急电源，海洋检测设备，气象和水文观测设备，观测站电源系统等。（4）农村和边远无电地区应用。在高原、海岛、牧区、边防哨所、农村和边远无电地区应用太阳能光伏户用系统、小型风光互补发电系统等，发电功率大多在十几瓦到几百瓦，可解决人们的日常生活用电问题，如照明、电视、收录机、DVD、卫星接收机等，也解决了为手机、MP3、笔记本电脑等随身电器的充电问题。此外，应用1～5kW的独立光伏发电系统或并网发电系统作为村庄、学校、医院、饭店、旅社、商店等的供电系统，用太阳能光伏水泵解决无电地区的深水井抽水、农田灌溉等用电问题。另外还可解决太阳能喷雾器、太阳能电围栏、太阳能黑光灭虫灯等用电问题。（5）太阳能光伏照明方面的应用。太阳能光伏照明方面的应用包括太阳能路灯、庭院灯、草坪灯，太阳能景观照明，太阳能路标标牌、信号指示、广告灯箱照明等；还有家庭照明灯具及手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、割胶灯、节能灯、手电等。（6）大型光伏发电系统（电站）的应用。大型光伏发电系统（电站）是指10kW～50MW的地面独立或并网光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车厂充电站等。（7）太阳能光伏建筑一体化并网发电系统（BIPV）。将太阳能发电系统与建筑材料相结合，充分利用建筑的屋顶和外立面，使得大型建筑能实现电力自给、并网发电，这将是今后的一大发展方向。（8）太阳能电子商品及玩具的应用。这方面应用包括太阳能收音机、太阳能钟、太阳帽、太阳能充电器、太阳能手表、太阳能计算器、太阳能玩具等。（9）其他领域的应用。主要包括太阳能电动汽车、电动自行车，太阳能游艇，电池充电设备，太阳能汽车空调、换气扇、冷饮箱等；还有太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统，海水淡化设备供电，卫星、航天器、空间太阳能电站等。1.2 太阳能光伏发电系统的构成与工作原理1.2.1 太阳能光伏发电系统的构成
通过太阳能电池将太阳辐射能转换为电能的发电系统称为太阳能光伏发电系统，也可叫太阳能电池发电系统。尽管太阳能光伏发电系统应用形式多种多样，应用规模很大，从小到零点几瓦的太阳能草坪灯，到几百千瓦甚至几兆瓦的大型光伏发电站，但太阳能光伏发电系统的组成结构和工作原理却基本相同。其主要结构由太阳能光伏组件（或方阵）、蓄电池（组）、光伏控制器、逆变器（在有需要输出交流电的情况下使用）以及一些测试、监控、防护等附属设施构成。
1．太阳能光伏组件
太阳能光伏组件也叫电池组件或太阳能电池板，是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳光的辐射能量转换为电能，电能可以送往蓄电池中存储起来，也可以直接用于推动负载工作。当发电容量较大时，就需要用多块电池组件串、并联后构成太阳能光伏方阵。目前应用的太阳能电池主要是晶体硅电池，分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池等几种。
2．蓄电池
蓄电池的作用主要是存储太阳能电池发出的电能，并可随时向负载供电。太阳能光伏发电系统对蓄电池的基本要求是：自放电率低、使用寿命长、充电效率高、深放电能力强、工作温度范围宽、少维护或免维护以及价格低廉。目前为光伏发电系统配套使用的主要是免维护铅酸电池，在小型、微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池、锂电池或超级电容器等。当需要大容量电能存储时，就需要将多只蓄电池串、并联起来构成蓄电池组。
3．光伏控制器
太阳能光伏控制器的作用是控制整个系统的工作状态，其功能主要有：防止蓄电池过充电保护、防止蓄电池过放电保护、系统短路保护、系统极性反接保护、夜间防反充电保护等。在温差较大的地方，控制器还具有温度补偿的功能。另外控制器还有光控开关、时控开关等工作模式，以及充电状态、蓄电池电量等各种工作状态的显示功能。
光伏控制器一般分为小功率、中功率、大功率和风光互补控制器等。
4．交流逆变器
交流逆变器是把太阳能电池组件或者蓄电池输出的直流电转换成交流电，供应给电网或者交流负载使用的设备。逆变器按运行方式可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能发电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能发电系统。
5．光伏发电系统附属设施
光伏发电系统的附属设施包括直流配线系统、交流配电系统、运行监控和检测系统、防雷和接地系统等。1.2.2 太阳能光伏发电系统的工作原理
太阳能光伏发电系统大类上可分为独立（离网）光伏发电系统和并网光伏发电系统两大类。
图1-3所示是独立型太阳能光伏发电系统的工作原理示意图。太阳能光伏发电系统的核心部件是太阳能电池板，它将太阳光的光能直接转换成电能，并通过控制器把太阳能电池产生的电能存储于蓄电池中。当负载用电时，蓄电池中的电能通过控制器合理地分配到各个负载上。太阳能电池所产生的电流为直流电，可以直接以直流电的形式应用，也可以用交流逆变器将其转换成为交流电，供交流负载使用。太阳能发电的电能可以即发即用，也可以用蓄电池等储能装置将电能存储起来，在需要时使用。图1-3 独立型太阳能光伏发电系统工作原理
图1-4是并网型太阳能光伏发电系统工作原理图。并网型光伏发电系统由太阳能电池组件方阵将光能转变成电能，并经直流配线箱进入并网逆变器，有些类型的并网型光伏系统还要配置蓄电池组存储直流电能。并网逆变器由充放电控制、功率调节、交流逆变、并网保护切换等部分构成。经逆变器输出的交流电供负载使用，多余的电能可通过电力变压器等设备馈入公共电网（称为卖电）。当并网光伏系统因气候原因发电不足或自身用电量偏大时，可由公共电网向交流负载供电（称为买电）。系统还配备有监控、测试及显示系统，用于对整个系统工作状态的监控、检测及发电量等各种数据的统计，还可以利用计算机网络系统进行远程传输控制和显示数据。
与独立型太阳能光伏发电系统相比，并网型太阳能光伏系统除可以向公共电网逆流发电外，另一大的优点是可以取消储能蓄电池（特殊场合除外），使系统成本降低，并且加强了供电的稳定性和可靠性。图1-4 并网型太阳能光伏发电系统工作原理1.2.3 太阳能光伏发电系统的分类
太阳能光伏发电系统按大类可分为独立（离网）光伏发电系统和并网光伏发电系统两大类。其中，独立光伏发电系统又可分为直流光伏发电系统和交流光伏发电系统以及交、直流混合光伏发电系统。而在直流光伏发电系统中又可分为有蓄电池的系统和没有蓄电池的系统。
并网光伏发电系统也分为有逆流光伏发电系统和无逆流光伏发电系统，并根据用途，也分为有蓄电池系统和无蓄电池系统等。光伏发电系统的分类及具体应用可参看表1-1。表1-1 太阳能光伏发电系统分类及用途
下面就对各种光伏发电系统的构成与工作原理分别予以介绍。
1．独立光伏发电系统
独立光伏发电系统也叫离网光伏发电系统，其主要由太阳能光伏组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。因此，独立光伏发电系统根据用电负载的特点，可分为下列几种形式。（1）无蓄电池的直流光伏发电系统。
无蓄电池的直流光伏发电系统如图1-5所示。该系统的特点是用电负载是直流负载，对负载使用时间没有要求，负载主要在白天使用。太阳能电池与用电负载直接连接，有阳光时就发电使负载工作，无阳光时就停止发电，负载停止工作。系统不需要使用控制器，也没有蓄电池储能装置。该系统的优点是省去了能量通过控制器及在蓄电池的存储和释放过程中造成的损失，提高了太阳能的利用效率。这种系统最典型的应用是太阳能光伏水泵。在白天太阳光强度足够大时，利用太阳能光伏水泵把水抽到蓄水池内储存起来，足够夜晚和阴雨天使用。（2）有蓄电池的直流光伏发电系统。
有蓄电池的直流光伏发电系统如图1-6所示。该系统由太阳能电池、充放电控制器、蓄电池以及直流负载等组成。有阳光时，太阳能电池将光能转换为电能供负载使用，并同时向蓄电池提供存储电能。夜间或阴雨天时，则由蓄电池向负载供电。这种系统应用广泛，小到太阳能草坪灯、庭院灯，大到远离电网的移动通信基站、微波中继站，边远地区农村供电系统等。当系统容量和负载功率较大时，就需要配备太阳能电池方阵和蓄电池组了。图1-5 无蓄电池直流光伏发电系统图1-6 有蓄电池的直流光伏发电系统（3）交流及交、直流混合光伏发电系统。
交流及交、直流混合光伏发电系统如图1-7所示。与直流光伏发电系统相比，交流光伏发电系统多了一个交流逆变器，用以把直流电转换成交流电，为交流负载提供电能。交、直流混合光伏发电系统则既能为直流负载供电，也能为交流负载供电。图1-7 交流及交、直流混合光伏发电系统（4）市电互补型光伏发电系统。
所谓市电互补型光伏发电系统，就是在独立光伏发电系统中以太阳能光伏发电为主，以普通220V交流电补充电能为辅的系统，如图1-8所示。这样的光伏发电系统中太阳能电池和蓄电池的容量都可以设计得小一些，基本上是当天有阳光，当天就用太阳能发的电，遇到阴雨天时就用市电能量做补充。我国大部分地区基本上全年都有三分之二以上的晴好天气，这样系统全年就有三分之二以上的时间用太阳能发电，剩余时间用市电补充能量。这种形式既减小了太阳能光伏发电系统的一次性投资，又有显著的节能减排效果，是太阳能光伏发电在现阶段推广和普及过程中的一个过渡性的好办法。这种形式原理上与下面要说的无逆流并网型光伏发电系统有相似之处，但还不能等同于并网应用系统。图1-8 市电互补型光伏发电系统
市电互补光伏发电系统的应用举例。某市区路灯改造，如果将普通路灯全部换成太阳能路灯，一次性投资很大，无法实现。而如果将普通路灯加以改造，保持原市电供电线路和灯杆不动，更换节能型光源灯具，采用市电互补光伏发电的形式，用小容量的太阳能光伏组件和蓄电池（仅够当天使用，也不考虑连续阴雨天数），就构成了市电互补型太阳能光伏路灯系统，投资减少一半以上，节能效果显著。
2．并网光伏发电系统
所谓并网光伏发电系统，就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网的发电系统。并网光伏发电系统有集中式大型并网光伏系统，也有分散式小型并网光伏系统。集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，目前还没有太大发展。而分散式小型并网光伏系统，特别是屋顶光伏发电系统和光伏建筑一体化发电系统，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大，是目前并网光伏发电的主流。常见并网光伏发电系统一般有下列几种形式。（1）有逆流型并网光伏发电系统。
有逆流型并网光伏发电系统如图1-9所示。当太阳能光伏系统发出的电能充裕时，可将剩余电能馈入公共电网，向电网供电（卖电）；当太阳能光伏系统提供的电力不足时，由电网向负载供电（买电）。由于向电网供电时与电网供电的方向相反，所以称其为有逆流型光伏发电系统。图1-9 有逆流型并网光伏发电系统（2）无逆流型并网光伏发电系统。
无逆流型并网光伏发电系统如图1-10所示。太阳能光伏发电系统即使发电充裕也不向公共电网供电，但当太阳能光伏系统供电不足时，则由公共电网向负载供电。图1-10 无逆流型并网光伏发电系统（3）切换型并网光伏发电系统。
切换型光伏并网发电系统如图1-11所示。所谓切换型并网光伏发电系统，实际上是指其具有自动运行双向切换的功能。一是当光伏发电系统因多云、阴雨天及自身故障等，发电量不足时，切换器能自动切换到电网供电一侧，由电网向负载供电；二是当电网因为某种原因突然停电时，光伏系统可以自动切换使电网与光伏系统分离，成为独立光伏发电系统。有些切换型光伏发电系统，还可以在需要时断开为一般负载的供电，接通对应急负载的供电。一般切换型并网光伏发电系统都带有储能装置。（4）有储能装置的并网光伏发电系统。
有储能装置的并网光伏发电系统（参见图1-4和图1-11），就是在上述几类并网光伏发电系统中根据需要配置储能装置。带有储能装置的光伏发电系统主动性较强，当电网出现停电、限电及故障时，可独立运行正常向负载供电。因此带有储能装置的并网光伏发电系统可作为紧急通信电源、医疗设备、加油站、避难场所指示及照明等重要或应急负载的供电系统。图1-11 切换型并网光伏发电系统（5）大型并网光伏发电系统。
大型并网光伏发电系统如图1-12所示，由若干个并网光伏发电单元组合构成。每个光伏发电单元将太阳能电池方阵发出的直流电经光伏并网逆变器转换成380V交流电，经升压系统变成10kV的交流高压电，再送入35kV变电系统后，并入35kV的交流高压电网。35kV交流高压电经降压系统后变成380～400V交流电作为发电站的备用电源。图1-12 大型并网光伏发电系统1.3 太阳能光伏组件与方阵1.3.1 太阳能光伏组件与光伏方阵概述
太阳能光伏组件（PV Module）也叫太阳能电池组件（Solar Module），通常还简称为光伏组件或电池板。太阳能光伏组件是把多个单体的太阳能电池片根据需要串、并联起来，并通过专用材料和专门生产工艺进行封装后的产品。为什么单体的太阳能电池不能直接用于光伏发电系统呢？这主要有以下原因。（1）单体太阳能电池机械强度差，厚度只有200m左右，薄而易碎。（2）太阳能电池易腐蚀，若直接暴露在大气中，会受到潮湿、灰尘、酸碱物质、空气中的氧气等的影响而使其转换效率下降，电池的电极也会氧化、锈蚀脱落，甚至会导致电池失效。（3）单体太阳能电池的输出电压、电流和功率都很小，工作电压只有0.48～0.5V，由于受硅片材料尺寸限制，单体电池片输出功率最大也只有3～4W，远不能满足光伏发电实际应用的要求。1.3.2 太阳能光伏组件的基本要求与分类
1．太阳能光伏组件的基本要求
太阳能光伏组件要满足以下要求。（1）能够提供足够的机械强度，使太阳能光伏组件能经受运输、安装和使用过程中发生的冲击、振动等产生的应力，能够经受住冰雹的冲击力。（2）具有良好的密封性，能够防风、防水、隔绝大气条件下对太阳能电池片的腐蚀。（3）具有良好的电绝缘性能。（4）抗紫外线辐射能力强。（5）工作电压和输出功率按不同的要求设计，可以提供多种接线方式，满足不同的电压、功率电流输出要求。（6）因太阳能电池片串、并联组合而引起的效率损失要小。（7）太阳能电池片间连接可靠。（8）工作寿命长，要求太阳能光伏组件在自然条件下能够使用20年以上。（9）在满足前述条件下，封装成本尽可能低。
2．太阳能光伏组件的分类
太阳能光伏组件的种类较多，根据太阳能电池片的类型不同可分为晶体硅（单、多晶硅）太阳能光伏组件、非晶硅薄膜太阳能光伏组件及砷化镓光伏组件等；按照封装材料和工艺的不同可分为环氧树脂封装电池板和层压封装电池组件；按照用途的不同可分为普通型太阳能光伏组件和建材型太阳能光伏组件。其中建材型太阳能光伏组件又分为单面玻璃透光型光伏组件、双面夹胶玻璃光伏组件和双面中空玻璃光伏组件。由于用晶体硅太阳能电池片制作的光伏组件应用占到市场份额的85%以上，在此将主要介绍用晶体硅太阳能电池片制作的各种光伏组件。1.3.3 太阳能光伏组件的构成与工作原理
1．普通型太阳能光伏组件
常见的普通型太阳能光伏组件有环氧树脂胶封板组件、透明PET层压板组件和钢化玻璃层压组件，其中，环氧树脂胶封板组件、透明PET层压板组件一般都是功率小于1Ｗ的小组件，主要用于太阳能草坪灯、道钉灯、各种太阳能玩具等小功率产品上。而钢化玻璃层压组件，其功率则可以做到1～300W，是目前太阳能光伏电池组件应用的主流产品。下面就对这几种光伏电池组件的构成和工作原理分别做一介绍。（1）环氧树脂胶封板组件。
环氧树脂胶封板组件的外形如图1-13所示。它主要由电池片、印制电路板及环氧树脂胶等组成，具体尺寸和形状根据产品的需要确定，结构如图1-14所示。由于环氧树脂胶封板组件的功率很小，因此使用的电池片是将完整的电池片切割成条状后使用。条状电池片的长度和宽窄即电池片的面积决定了组件的输出电流大小，而串联的条数决定了组件的输出电压的大小。一般1.2V蓄电池充电的组件串联4条电池片，2.4V蓄电池充电的组件串联7～8条电池片，3.6V蓄电池充电的组件串联11条电池片。环氧树脂胶封板组件的胶封面朝外接受阳光照射，阳光透过胶封面照射到电池片上，发出的电通过正负极引线引到印制电路板背面后，再通过引线接入相应电路或蓄电池中。
环氧树脂胶封板组件的制作过程基本都是手工操作。电池片是根据需要尺寸用激光划片机预先划好的，制作步骤如下。
①将划好的条状电池片用互连条一正一负串联焊接起来，并用黑色双面胶固定在印制电路板上。
②将正负极引线穿过印制电路板上的引线孔与电路板背面的电路铜箔焊接，然后一一排列放在水平支架上等待灌胶。图1-13 环氧树脂胶封板组件外形图图1-14 环氧树脂胶封板组件结构示意图
③将双组分环氧树脂胶按2∶1的比例混合调均匀（注意一次不要混合太多，否则一次用不完，十几分钟就会变稠而无法使用），给每一片组件表面倒上适量的胶水（平均每平方厘米0.15g左右），使其自然摊开，组件表面胶水要均匀饱满，胶水太薄的地方还要补一点。
④将灌好胶水的组件放入真空干燥箱内抽气1min，然后在70℃温度下烘干30min或在室内无尘环境下自然晾干24h。
⑤铲除组件周围多余的胶粒，用薄膜缠绕，防止互相摩擦破坏表面光洁度和透明度，打包装箱就是产成品了。
环氧树脂作为黏合剂应用较为广泛，有单组分、双组分或粉末状树脂。太阳能光伏电池组件使用的环氧树脂黏合剂通常是双组分液体式的，使用时现配现用。环氧树脂的黏结度较高、工艺简单、材料成本低廉，但耐老化性能较差，容易老化而变黄。因此，对于使用环氧树脂封装的太阳能光伏组件，改善其耐老化性能是十分重要的。此外，作为太阳能电池封装材料，要求具有较高的耐湿性和气密性。环氧树脂是高分子材料，其分子间距为50～200nm，大大超过水分子的体积。而水的渗透可降低太阳能电池的使用寿命。其次，用环氧树脂封装太阳能电池组件时，由于不同材料的膨胀系数不同，在生产过程中如材料配置及工艺不当将产生内应力，可能造成组件强度降低、龟裂、封装开裂、空洞、剥离等各种缺陷而严重影响光伏组件质量。由于环氧树脂胶封板组件使用寿命只有2～3年，目前只有一些小型组件仍使用环氧树脂封装，较大组件已经不再使用这种封装工艺了。（2）透明PET层压板组件。
透明PET层压板组件的外形如图1-15所示。其主要由电池片、透明PET胶膜及印制电路板或塑料基板等组成，具体尺寸和形状也是根据产品的需要确定。透明PET层压板组件的发电功率也比较小，一般只有零点几瓦，图1-15所示的组件就是在太阳能风扇帽上的应用情况。透明PET层压板组件结构如图1-16所示。从图中可以看出它的结构与环氧树脂胶封装组件大同小异，只是将环氧树脂胶改成了透明的PET胶膜。PET是一种复合材料，具有很强的耐腐蚀、抗老化能力以及良好的透光率和电绝缘性能。它一面是光面，另一面复合着EVA胶膜，常温下EVA看起来像一层很薄的透明塑料纸，实际上EVA是一种特殊的胶膜，具有很高的透光性，在高温下融化，起粘接作用，把PET胶膜、太阳能电池片与印制电路板或其他背板材料黏合在了一起。形成一个类似于三明治的结构，既透光又具有良好的密封性，保护太阳能电池片不受各种腐蚀。这种封装形式与钢化玻璃封装形式一样，需要在生产光伏组件专用的层压机里进行层压固化。其步骤为抽真空、加热、层压、固化等。由于封装工艺的不同，采用透明PET封装的电池组件要比环氧树脂胶封装的组件制作过程简单一些，工作寿命也稍长一些。采用PET胶膜封装工艺具有环保、耐紫外线和不发黄的优点，可取代环氧树脂封装工艺。图1-15 透明PET层压板组件外形图图1-16 透明PET层压板组件结构示意图（3）钢化玻璃层压组件。
钢化玻璃层压组件也叫平板式光伏组件，如图1-17所示。它是目前见得最多、应用最普遍的太阳能光伏组件。钢化玻璃层压组件主要由面板玻璃、硅电池片、两层EVA胶膜、TPT背板膜及铝合金框和接线盒等组成，其结构如图1-18所示。面板玻璃覆盖在太阳能电池组件的正面，构成组件的最外层，它既要透光率高，又要坚固耐用，起到长期保护电池片的作用。两层EVA胶膜夹在面板玻璃、电池片和TPT背板膜之间，通过熔融和凝固的工艺过程，将玻璃与电池片及背板膜凝接成一体。TPT背板膜具有良好的耐气候性能，并能与EVA胶膜牢固结合。镶嵌在电池组件四周的铝合金边框既对组件起保护作用，又方便组件的安装固定及电池组件方阵间的组合连接。接线盒用黏结硅胶固定在背板上，作为电池组件引出线与外引线之间的连接部件。图1-17 钢化玻璃层压组件外形图图1-18 钢化玻璃层压组件结构示意图
2．建材型太阳能光伏组件
建材型太阳能光伏组件分为单玻璃透光型光伏组件、夹胶玻璃光伏组件和中空玻璃光伏组件等几种。它们的共同特点是可作为建筑材料直接使用，如窗户、玻璃幕墙和屋顶材料等，既可以采光，又可以发电。设计时通过调整组件上电池片与电池片之间的间隙，就可以确定室内需要的采光量。（1）单面玻璃透光型光伏组件。
单面玻璃透光型光伏组件也叫玻胶透光型光伏组件，外形如图1-19所示。这种组件主要用于建筑物窗户的采光玻璃，可单面或与普通钢化玻璃组合成中空玻璃等使用，这种电池组件与普通电池组件的结构及制造过程相同，受光面也是用低铁超白钢化玻璃，但可以根据需要选择绒面或光面玻璃，玻璃厚度为3.2mm。背面采用透明PET复合胶膜，PET复合胶膜除了有白色透明胶膜外，还有红色、绿色、蓝色等彩色透明胶膜，使组件与建筑物颜色搭配协调。单面玻璃透光型光伏组件的结构如图1-20所示。（2）夹胶玻璃光伏组件。
夹胶玻璃光伏组件就是电池片夹在两层玻璃之间，组件的受光面采用低铁超白钢化玻璃，背面采用普通钢化玻璃，作窗户玻璃时玻璃厚度可选择3.2mm+3.2mm；作玻璃幕墙时根据单块玻璃尺寸大小，玻璃组合厚度可选择3.2mm+5mm、4mm+5mm、5mm+5mm等；作玻璃屋顶时，也要根据单块玻璃尺寸大小选择玻璃组合厚度，一般为5mm+5mm、5mm+8mm、8mm+8mm等。夹胶玻璃电池组件在光伏屋顶和光伏幕墙上的应用分别如图1-21和图1-22所示。夹胶玻璃电池组件的结构如图1-23所示。图1-19 单面玻璃透光型光伏组件外形图图1-20 单面玻璃透光型光伏组件结构示意图图1-21 夹胶玻璃光伏组件在光伏屋顶上的应用图1-22 夹胶玻璃光伏组件在光伏幕墙上的应用图1-23 夹胶玻璃光伏组件结构示意图（3）中空玻璃光伏组件。
中空玻璃光伏组件除了有采光和发电的功能外，还具有隔音、隔热、保温的功能，常用作各种光伏建筑一体化发电系统的玻璃幕墙电池组件，其外形如图1-24所示。中空玻璃光伏组件是在单玻璃透光型光伏组件和夹胶玻璃光伏组件形式的基础上，再与一片玻璃组合而构成的。在组件与玻璃间用内部装有干燥剂的空心铝隔条隔离，并用丁基胶、结构胶等进行密封处理，把接线盒及正负极引线等也都用密封胶密封在前后玻璃的边缘夹层中，与组件形成一体，使组件安装和组件间线路连接都非常方便。中空玻璃组件同目前广泛使用的普通中空玻璃一样，同样能够达到建筑安全玻璃要求，中空玻璃光伏组件的结构如图1-25所示。图1-24 中空玻璃光伏组件外形图图1-25 中空玻璃光伏组件结构示意图
另外日本、欧洲等一些国家和地区，开始尝试用中空玻璃组件的封装形式开发可以回收电池片的光伏组件。中空玻璃是由两片玻璃构成的，玻璃间用内部装有干燥剂的空心铝隔条隔离，并用丁基胶、结构胶等进行密封处理，同时将中空部分充入惰性气体或抽成真空状态。连接好的电池片放置于中空玻璃之间，电池片背面紧贴中空玻璃后背板玻璃的内表面，用可以拆卸的硅胶固定。这种封装方式没有使用EVA胶膜，也没有层压的工艺过程，有利于电池片的直接回收。但这种结构使电池片的受光面与面板玻璃之间有一定间隔，存在一个气体层，由于这个气体层与玻璃的折射率差别比较大，阳光入射到电池片表面经过这一气体层时反射较多，因此面板玻璃的内表面要作减反射处理。1.3.4 太阳能光伏方阵的组合
太阳能光伏方阵也称太阳能电池方阵或光伏阵列，英文名称为PV Array或Solar Array。
太阳能电池方阵是为满足高电压、大功率的发电要求，由若干个太阳能光伏组件通过串并联连接，并通过一定的机械方式固定组合在一起而构成的。除太阳能光伏组件的串并联组合外，太阳能光伏方阵还需要防反充（防逆流）二极管、旁路二极管、电缆等对光伏组件进行电气连接，还需要配专用的、带避雷器的直流接线箱及直流防雷配电箱等。有时为了防止鸟粪等沾污太阳能光伏方阵表面而产生“热斑效应”，还要在方阵顶端安装驱鸟器。另外光伏组件方阵要固定在支架上，支架要有足够的强度和刚度，整个支架要牢固地安装在支架基础上。
1．太阳能光伏组件的热斑效应
当太阳能光伏组件或某一部分表面不清洁、有划伤或者被鸟粪、树叶、建筑物阴影、云层阴影覆盖或遮挡的时候，被覆盖或遮挡部分所获得的太阳能辐射量会减少，其相应电池片输出功率（发电量）自然也随之减少，相应组件的输出功率也将随之降低。由于整个组件的输出功率与被遮挡面积不是成线性关系的，所以即使一个组件中只有一片太阳能电池片被覆盖，整个组件的输出功率也会大幅度降低。如果被遮挡部分只是方阵组件串的并联部分，那么问题还较为简单，只是该部分输出的发电电流将减小，如果被遮挡的是方阵组件串的串联部分，则问题较为严重，一方面会使整个组串的输出电流减少为该被遮挡部分的输出电流，另一方面被遮挡的太阳能电池片不仅不能发电，还会被当作耗能器件以发热的方式消耗其他有光照的太阳能电池组件的能量，长期遮挡就会引起电池组件局部反复过热，产生热斑，这就是热斑效应。这种效应能严重地破坏太阳能电池及其组件，严重的可能会使组件焊点熔化、封装材料破坏，甚至会使整个组件失效。产生热斑效应的原因除了以上情况外，还有个别质量不好的电池片混入电池组件，如电极焊片虚焊、电池片隐裂或破损、电池片性能变坏等。
2．太阳能光伏组件的串、并联组合
太阳能光伏方阵的连接有串联、并联和串、并联混合几种方式。当每个单体的电池组件性能一致时，多个电池组件的串联连接，可在不改变输出电流的情况下，使方阵输出电压成比例的增加；而组件并联连接时，则可在不改变输出电压的情况下，使方阵的输出电流成比例的增加；串、并联混合连接时，既可增加方阵的输出电压，又可增加方阵的输出电流。但是，组成方阵的所有光伏组件性能参数不可能完全一致，所有的连接电缆、插头插座接触电阻也不相同，于是会造成各串联光伏组件的工作电流受限于其中电流最小的组件；而各并联光伏组件的输出电压又会被其中电压最低的电池组件钳制。因此方阵组合会产生组合连接损失，使方阵的总效率总是低于所有单个组件的效率之和。组合连接损失的大小取决于光伏组件性能参数的离散性，因此除了在光伏组件的生产工艺过程中，尽量提高组件性能参数的一致性外，还可以对光伏组件进行测试、筛选、组合，即把特性相近的光伏组件组合在一起。例如，串联组合的各组件工作电流要尽量相近，每串与每串的总工作电压也要考虑搭配得尽量相近，最大幅度地减少组合连接损失。因此，方阵组合连接要遵循下列几条原则。（1）串联时需要工作电流相同的组件，并为每个组件并接旁路二极管。（2）并联时需要工作电压相同的组件，并在每一条并联线路中串联防反充二极管。（3）尽量考虑组件连接线路最短，并用较粗的导线。（4）严格防止个别性能变坏的电池组件混入电池方阵。
3．防反充（防逆流）和旁路二极管
在太阳能光伏方阵中，二极管是很重要的元件，常用的二极管基本都是硅整流二极管（部分二极管的性能参数可参看表2-13），在选用时要注意规格参数留有余量，防止击穿损坏。一般反向峰值击穿电压和最大工作电流都要取最大运行工作电压和工作电流的2倍以上。二极管在太阳能光伏发电系统中主要分为两类。（1）防反充（防逆流）二极管。
防反充二极管的作用之一是防止太阳能光伏组件或方阵在不发电时，蓄电池的电流反过来向组件或方阵倒送，不仅消耗能量，而且会使组件或方阵发热甚至损坏；作用之二是在电池方阵中，防止方阵各支路之间的电流倒送。这是因为串联各支路的输出电压不可能绝对相等，各支路电压总有高低之差，或者某一支路因为故障、阴影遮蔽等使该支路的输出电压降低，高电压支路的电流就会流向低电压支路，甚至会使方阵总体输出电压降低。在各支路中串联接入防反充二极管就避免了这一现象的发生。
在独立光伏发电系统中，有些光伏控制器的电路上已经接入了防反充二极管，即控制器带有防反充功能时，组件输出就不需要再接二极管了。
防反充二极管存在有正向导通压降，串联在电路中会有一定的功率消耗，一般使用的硅整流二极管管压降为0.7V左右，大功率管可达1～2V。肖特基二极管虽然管压降较低，为0.2～0.3V，但其耐压和功率都较小，适合小功率场合应用。（2）旁路二极管。
当有较多的太阳能光伏组件串联组成电池方阵或电池方阵的一个支路时，需要在每块电池板的正负极输出端反向并联1个（或2～3个）二极管，这个并联在组件两端的二极管就叫旁路二极管。
旁路二极管的作用是防止方阵串中的某个组件或组件中的某一部分被阴影遮挡或出现故障停止发电时，在该组件旁路二极管两端会形成正向偏压使二极管导通，组件串工作电流绕过故障组件，经二极管旁路流过，不影响其他正常组件的发电，同时也保护被旁路组件避免受到较高的正向偏压或由于“热斑效应”发热而损坏。
旁路二极管一般都直接安装在组件接线盒内，根据组件功率大小和电池片串的多少，安装1～3个二极管，如图1-26所示。其中图1-26（a）采用一个旁路二极管，当该组件被遮挡或有故障时，组件将被全部旁路；图1-26（b）和图1-26（c）分别采用2个和3个二极管将电池组件分段旁路，则当该组件的某一部分有故障时，可以做到只旁路组件的一半或1/3，其余部分仍然可以继续参加工作。
旁路二极管也不是任何场合都需要的，当组件单独使用或并联使用时，是不需要接旁路二极管的。对于组件串联数量不多且工作环境较好的场合，也可以考虑不用旁路二极管。图1-26 旁路二极管接法示意图
4．太阳能光伏方阵的电路
太阳能光伏方阵的基本电路由太阳能光伏组件串、旁路二极管、防反充二极管和带避雷器的直流接线箱等构成，常见电路形式有并联方阵电路、串联方阵电路和串、并联混合方阵电路，如图1-27所示。图1-27 太阳能光伏方阵基本电路示意图
5．太阳能光伏方阵组合的能量损失
太阳能光伏方阵由若干个太阳能光伏组件及成千上万个太阳能电池片组合而成，这种组合不可避免地存在着各种能量损失，归纳起来大致有以下几类。（1）连接损失。由连接电缆本身的电阻和接插头连接不良所造成的损失。（2）离散损失。其主要是因为光伏组件产品性能和衰减程度不同，参数不一致造成的功率损失。方阵组合选用不同厂家、不同出厂日期、不同规格参数以及不同牌号硅片等，都会造成电池方阵的离散损失。（3）串联压降损失。由于电池片及光伏组件本身的内电阻不可能为零，即构成电池片的PN结有一定的内电阻，组件串联后便会产生压降损失。（4）并联电流损失。由于电池片及电池组件本身的反向电阻不可能为无穷大，即构成电池片的PN结有一定的反向漏电流，造成组件并联后产生漏电流损失。
6．太阳能光伏方阵组合的计算
太阳能光伏方阵是根据负载需要将若干个组件通过串联和并联进行组合连接，得到规定的输出电流和电压，为负载提供电力的。方阵的输出功率与组件串并联的数量有关，串联是为了获得所需要的工作电压，并联是为了获得所需要的工作电流。
一般独立光伏系统电压往往被设计成与蓄电池的标称电压相对应或者是它的整数倍，而且与用电器的电压等级一致，如220V、110V、48V、36V、24V、12V等。交流光伏发电系统和并网光伏发电系统，方阵的电压等级往往为110V或220V。对电压等级更高的光伏发电系统，则采用多个方阵进行串并联，组合成与电网等级相同的电压等级，如组合成600V、10kV等，再通过逆变器后与电网连接。
方阵所需要串联的组件数量主要由系统工作电压或逆变器的额定电压来确定，同时要考虑蓄电池的浮充电压、线路损耗以及温度变化等因素。一般带蓄电池的光伏发电系统方阵的输出电压为蓄电池组标称电压的1.43倍。对于不带蓄电池的光伏发电系统，在计算方阵的输出电压时一般将其额定电压提高10%，再选定组件的串联数。
例如，一个组件的最大输出功率为108W，最大工作电压为36.2V，设选用交流三相逆变器，额定电压380V ，逆变器采取三相桥式接法，则直流输出电压U=U/0.817=380/0.817≈465V。再来考虑电压富裕pab量，太阳能电池方阵的输出电压应增大到1.1×465=512V，则计算出组件的串联数为512V/36.2V=14块。
下面再从系统输出功率来计算太阳能电池组件的总数。现假设负载要求功率是30kW，则组件总数为30 000W/108W278块，从而计算出模块并联数为278/1419.8，可选取并联数为20块。
结论：该系统应选择上述功率的组件14串联20并，组件总数为14×20=280块，系统输出最大功率为280×108W30.2kW。第2章 太阳能光伏组件的原材料及部件
为便于读者对太阳能电池组件有更多的了解，本章就生产制造太阳能电池组件所需的主要原材料及部件的构成、性能参数和基本要求等分别做一介绍。2.1 太阳能电池片
太阳能电池片的基片材料是P型的单晶硅或多晶硅，它是将单晶硅或多晶硅硅棒（如图2-1所示）通过专用切割设备切割成厚度为200μm左右的硅片后，再经过一系列的加工工序制作完成的。太阳能电池片的生产工艺流程如图2-2所示。图2-1 晶体硅硅棒外形图图2-2 太阳能电池片生产工艺流程2.1.1 太阳能电池片的外形与特点
太阳能电池片是太阳能电池组件中的主要材料，外形如图2-3所示。从图中可以看到，电池片表面有一层蓝色的减反射膜，还有银白色的电极栅线。其中很多条细的栅线，是电池片表面电极向主栅线汇总的引线，两条宽一点的银白线就是主栅线，也叫电极线或上电极。电池片的背面也有两条（或间断的）银白色的主栅线，叫下电极或背电极。电池片与电池片之间的连接，就是把互连条焊接到主栅线上实现的。一般正面的电极线是电池片的负极线，背面的电极线是电池片的正极线。太阳能电池片无论面积大小（整片或切割成小片），单片的正负极间输出峰值电压都是0.48～0.5V。而电池片的面积大小与输出电流和发电功率成正比，面积越大，输出电流和发电功率越大。图2-3 太阳能电池片外形图
合格的太阳能电池片应具有以下特点。（1）具有稳定高效的光电转换效率，可靠性高。（2）采用先进的扩散技术，保证片内各处转换效率的均匀性。（3）运用先进的PECVD成膜技术，在电池片表面镀上深蓝色的氮化硅减反射膜，颜色均匀美观。（4）应用高品质的银和银铝金属浆料制作背场和栅线电极，确保良好的导电性、可靠的附着力和很好的电极可焊性。（5）高精度的丝网印刷图形和高平整度，使得电池片易于自动焊接和激光切割。2.1.2 太阳能电池片的分类及规格尺寸
太阳能电池片按用途可分为地面用晶体硅太阳能电池、海上用晶体硅太阳能电池和空间用晶体硅太阳能电池，按基片材料的不同分为单晶硅电池和多晶硅电池。目前太阳能电池片常见的规格尺寸主要有125mm×125mm、150mm×150mm和156mm×156mm等几种，厚度一般在170～220μm，外形规格尺寸分别如图2-4和表2-1所示。图2-4 太阳能电池片规格尺寸示意图表2-1 太阳能电池片规格尺寸
单晶硅与多晶硅电池片到底有哪些区别呢？由于单晶硅电池片和多晶硅电池片前期生产工艺的不同，使它们从外观到电性能都有一些区别。从外观上看：单晶硅电池片四个角呈圆弧缺角状，表面没有花纹；多晶硅电池片四个角为方角，表面有类似冰花一样的花纹（业内称为多晶多彩），也有一种绒面多晶硅电池片表面没有明显的冰花状花纹（业内称为多晶绒面）；单晶硅电池片减反射膜绒面表面颜色一般呈现为黑蓝色，多晶硅电池片减反射膜绒面表面颜色一般呈现为蓝色。
对于使用者来说，相同转换效率的单晶硅电池和多晶硅电池是没有太大区别的。单晶硅电池和多晶硅电池的寿命和稳定性都很好。虽然单晶硅电池的平均转换效率比多晶硅电池的平均转换效率高1%左右，但是由于单晶硅太阳能电池只能做成准正方形（4个角为圆弧状），当组成太阳能电池组件时就有一部分面积填不满，而多晶硅太阳能电池是正方形的，不存在这个问题，因此对于太阳能电池组件的转换效率来讲几乎是一样的。另外，由于两种太阳能电池材料的制造工艺不一样，多晶硅太阳能电池制造过程中消耗的能量要比单晶硅太阳能电池少30%左右，所以多晶硅太阳能电池占全球太阳能电池总产量的份额越来越大，制造成本也将大大小于单晶硅电池，所以使用多晶硅太阳能电池将更节能、更环保。2.1.3 太阳能电池片的等效电路分析
太阳能电池的内部等效电路如图2-5所示。为便于理解，我们可以形象地把太阳能电池的内部看成是一个光电池和一个硅二极管的复合体，即在光电池的两端并联了一个处于正偏置下的二极管，同时电池内部还有串联电阻和并联电阻的存在。由于二极管的存在，在外电压的作用下，会产生通过二极管P-N结的漏电流I，这个电流与光生d电流的方向相反，因此会抵消小部分光生电流。串联电阻主要是由半导体材料本身的体电阻、扩散层横向电阻、金属电极与电池片体的接触电阻及金属电极本身的电阻几部分组成的，其中扩散层横向电阻是串联电阻的主要形式。正常电池片的串联电阻一般小于1Ω。并联电阻又称旁路电阻，主要是由于半导体晶体缺陷引起的边缘漏电、电池表面污染等使一部分本来应该通过负载的电流短路形成电流Ir，相当于有一个并联电阻的作用，因此在电路中等效为并联电阻，并联电阻的阻值一般为几千欧。通过分析说明，太阳能电池的串联电阻越小，旁路电阻越大，就越接近于理想的太阳能电池，该电池的性能就越好。2.1.4 太阳能电池片的特性及主要性能参数
太阳能电池片的特性一般包括太阳能电池的输入输出特性、光照度特性以图2-5 太阳能电池的内部等效电及温度特性等。路
1．太阳能电池片的输入输出特性
太阳能电池片种类较多，大小不一。它将太阳的光能转换成电能的能力到底有多大，就是通过太阳能电池的输入输出特性体现出来的。
太阳能电池的输入输出特性，也叫做太阳能电池的电压—电流特性，如图2-6所示。图中的曲线反映了当太阳光照射到电池片上时，太阳能电池的输出电压、电流及输出功率的关系，因此这条曲线也叫做太阳能电池片的输出特性曲线。如果用I表示电流，用V表示电压，则这条曲线也可称为太阳能电池片的I-V特性曲线，图2-7所示就是125单晶硅电池片和156多晶硅电池片的典型电流—电压特性曲线图。图2-6 太阳能电池输入输出特性曲线图2-7 太阳能电池片典型特性曲线
在太阳能电池的输入输出特性中也体现出了太阳能电池片的主要性能参数，这些性能参数有：短路电流、开路电压、峰值电流、峰值电压、峰值功率、填充因子和转换效率等。（1）短路电流（I）：当将太阳能电池的正负极短路，使V＝0时，sc此时的电流就是电池片的短路电流，短路电流的单位是A（安培），短路电流随着光强度的变化而变化。另外，太阳能电池单位面积的电22流称为短路电流密度，其单位是A/m或mA/mm。（2）开路电压（V）：当将太阳能电池的正负极不接负载，处oc于开路状态，此时太阳能电池正负极间的电压就是开路电压，开路电压的单位是V（伏特）。单片太阳能电池的开路电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.5～0.7V，当用多个电池片串联连接的时候可以获得较高的电压。（3）峰值电流（I）：峰值电流也叫最大工作电流或最佳工作电m流。峰值电流是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电流，峰值电流的单位是A（安培）。（4）峰值电压（V）：峰值电压也叫最大工作电压或最佳工作电m压。峰值电压是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电压。峰值电压的单位是V。峰值电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.45～0.55V，典型值为0.48V。（5）峰值功率（P）：峰值功率也叫最大输出功率或最佳输出功m率。峰值功率是指太阳能电池片正常工作或测试条件下的最大输出功率，也就是峰值电流与峰值电压的乘积：P＝I× V。峰值功率的mmm单位是Wp（峰瓦）。太阳能电池的峰值功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和电池片的工作温度，因此太阳能电池的测量要在标准条件下进行，测量标准为欧洲委员会的101号标准，其条件是：辐照度，221 000W/m或100mW/cm；光谱AM1.5；测试温度25℃。（6）填充因子（FF）：填充因子也叫曲线因子，是指图2-6中阴影部分的矩形面积（I ×V）与虚线部分的矩形面积（I×V）之mmscoc比，也就是太阳能电池的峰值输出功率与开路电压和短路电流乘积的比值：FF＝P/I×V。填充因子是一个无单位的量，是评价和衡量mscoc太阳能电池输出特性好坏的一个重要参数，它的值越高，表明太阳能电池输出特性越趋于矩形，电池的光电转换效率越高。填充因子为1时被视为是理想的太阳能电池输出特性，但实际的填充因子值都小于1，一般为0.6～0.8，也可以用百分数表示。
太阳能电池内部的串、并联电阻对填充因子有较大影响，太阳能电池的串联电阻越小，并联电阻越大，填充因子的值越大。（7）转换效率（η）：太阳能电池的转换效率用来表示照射在太阳能电池上的光能量转换成电能量的大小，一般用输出能量与入射能量的比值来表示，也就是指太阳能电池受光照时的最大输出功率与照射到电池上的太阳能量功率的比值，即：
η＝P（电池片的峰值功率）/A（电池片的面积）×P（单位面min22积的入射光功率），其中P＝1 000W/m＝100mW/cm。in22
例如，太阳能电池的面积为1m，太阳光的能量为1 000W/m，如果太阳能电池的发电功率为130W（0.13kW），则：
太阳能电池的转换效率＝（130W/1 000W）×100%＝13%
转换效率为13%，说明照射在太阳能电池上的光能量只有十几分之一被转换成了电能量。
太阳能电池的转换效率是衡量和评价太阳能电池性能的另一个重要指标，通常也用百分数来表示。但是对同一片太阳能电池来说，光强、负载等因素的变化会导致其转换效率的变化，因此一般都采用公称效率来表示太阳能电池的转换效率，其测试条件依然是：辐照度1 22000W/m或100mW/cm；光谱AM1.5；测试温度25℃。一般各个生产厂家提供的太阳能电池片转换效率参数，都是在上述测试条件下测试得出的。
2．太阳能电池片的光照度特性
太阳能电池片的输出功率是随着光照度（光强度）的变化而变化的，其光照度特性曲线如图2-8所示。从图中可以看出，在温度不变的情况下，电池片输出电流的大小与光照度的强弱成正比，开路电压随着光照度的增强缓慢增加，峰值输出功率几乎与光照度成比例增加。另外，填充因子几乎不受光照度的影响，在不同的光照度下基本保持不变。
3．太阳能电池片的温度特性
太阳能电池片的输出功率还随着温度的变化而变化，其温度特性曲线如图2-9所示。从图中可以看出，在光照度不变的情况下，太阳能电池的温度升高时，输出功率会下降，即太阳能电池片呈现的是负温度系数特性。当电池片温度上升时，电池片的输出电流会随着略有增长，开路电压随着温度的上升逐渐减小，峰值输出功率也随之减小。图2-8 太阳能电池片的光照度特性曲线图2-9 太阳能电池片的温度特性曲线2.1.5 常见晶体硅电池片典型性能参数
常见晶体硅电池片产品的典型性能参数如表2-2、表2-3、表2-4和表2-5所示。表2-2 125×125单晶硅电池片典型性能参数（##代表不同生产厂家的代号）表2-3 156×156单晶硅电池片典型性能参数（##代表不同生产厂家的代号）表2-4 125×125多晶硅电池片典型性能参数（##代表不同生产厂家的代号）表2-5 156×156多晶硅电池片典型性能参数（##代表不同生产厂家的代号）2.1.6 太阳能电池片的储运、保管及使用要点
1．太阳能电池片的包装和标志
采购来的太阳能电池片一般都是采用聚苯乙烯热收缩薄膜密封包装后，再放入小纸盒或塑料袋中，一般每一个小包装内有100片，每箱10个小包装，共1 000片。小包装上的标志内容包括生产厂商名称、电池片名称、型号、功率范围、转换效率、生产日期和批号等。外包装箱的标志内容除了有上述标志内容外，还需要有易碎、向上、防潮、防震、防翻滚、防辐射等包装储运标志。
2．太阳能电池片的保管和储运
太阳能电池片应储存于干燥、通风、恒温恒湿的环境中，其相对湿度要小于60%，环境温度最好在10～30℃，最高不高于42℃。电池片要单独存放，避免接触腐蚀性化学品和化学气体。储存周期一般不要超过50天，最长不超过6个月。对于批量长途运输的电池片，要外加木质包装箱包装。
3．太阳能电池片的使用要点
包装、取用、分选、焊接电池片时都要避免裸手拿取，要轻拿轻放，不能扭曲、跌落或用尖锐物品触碰，否则会造成电池片的破碎、开裂等。电池片要避免接触腐蚀性化学品，要避免擦拭电池片表面，以免使电池片电性能衰减、主栅线焊接性能变坏等。2.2 面板玻璃2.2.1 面板玻璃的性能特点
光伏电池组件采用的面板玻璃是低铁含量、超白光面或绒面的钢化玻璃，光面玻璃也叫浮法玻璃，绒面玻璃也叫压延玻璃。常用面板玻璃的厚度一般为3.2mm和4mm，建材型太阳能光伏组件的厚度为5～10mm，无论厚薄都要求透光率在90%以上，光谱响应的波长范围为320～1 100nm，对大于1 200nm的红外光有较高的反射率。
低铁就是说这种玻璃的含铁量比普通玻璃要低，含铁量（三氧化6二铁）≤15010，从而增加了玻璃的透光率。超白是说由于这种玻璃比普通玻璃含铁量低，从玻璃边缘看，这种玻璃要比普通玻璃更白一些，普通玻璃从边缘看是偏绿色的。
绒面的意思就是说这种玻璃为了减少阳光的反射，在其表面通过物理和化学方法进行减反射处理，使玻璃表面成了绒毛状，从而增加了光线的入射量。有些厂家还利用溶胶凝胶纳米材料和精密涂布技术（如磁控喷溅法、双面浸泡法等技术），在玻璃表面涂布一层含纳米材料的薄膜，这种镀膜玻璃不仅可以显著增加面板玻璃的透光率2%以上，还可以显著减少光线反射，而且还有自洁功能，可以减少雨水、灰尘等对电池板表面的污染，使其保持清洁，减少光衰，并提高发电率1.5%～3%。
钢化处理是为了增加玻璃的强度，抵御风沙冰雹的冲击，起到长期保护太阳能电池的作用。面板玻璃的钢化处理，是通过水平钢化炉将玻璃加热到700℃左右，利用冷风将其快速均匀冷却，使其表面形成均匀的压应力，而内部则形成张应力，有效提高了玻璃的抗弯和抗冲击性能。对面板玻璃进行钢化处理后，玻璃的强度比普通玻璃可提高4～5倍。表2-6所示是常用太阳能面板玻璃的性能参数。表2-6 常用太阳能面板玻璃性能参数2.2.2 面板玻璃的储存和使用要点（1）面板玻璃储存时应避光、防潮，平整堆放，用防尘布覆盖。（2）面板玻璃的最佳储存条件：放在恒温、干燥的仓库内，其温度在25～30℃，相对湿度小于45%。面板玻璃表面要清洁无水汽，不得用裸手接触玻璃表面。（3）面板玻璃可采用木箱、纸箱或集装箱（架）包装，箱（架）应便于装卸、运输。每箱（架）宜装同一厚度、尺寸的玻璃。玻璃与玻璃之间、玻璃与箱（架）之间应采取防护措施，防止玻璃破损和玻璃表面被划伤。拆开包装后，如果发现玻璃有破碎的，该破碎玻璃的相邻两块不予使用。（4）面板玻璃在搬运和清洗过程中都要注意轻拿轻放，玻璃四角不能碰着任何坚硬的物体。搬运较大尺寸的玻璃时要两人操作，注意安全。（5）面板玻璃表面不能接触到硬度较高的物品，如螺丝刀、铁铲刀等，以免刮伤玻璃，使玻璃表面出现划痕。（6）不要使用报纸擦拭面板玻璃，因为报纸的油墨很容易在玻璃表面留下痕迹，影响玻璃的透光率。擦拭玻璃最好用吸湿性较好且不产生碎屑的干布蘸无水乙醇进行擦拭。如果用水擦拭或清洗，一定要进行烘干处理。2.3 EVA胶膜2.3.1 EVA胶膜简介
EVA胶膜是乙烯与醋酸乙烯脂的共聚物，是一种热固性的膜状热熔胶，在常温下无黏性，经过一定条件热压便发生熔融黏结与交联固化，变得完全透明，是目前太阳能电池组件封装中普遍使用的黏结材料，EVA胶膜的外形如图2-10所示。太阳能电池组件中要加入两层EVA胶膜，两层EVA胶膜夹在面板玻璃、电池片和TPT背板膜之间，将玻璃、电池片和TPT通过真空层压技术黏结为一体。它和玻璃黏合后能提高玻璃的透光率，起到增透的作用，并对太阳能电池组件功率输出有增益作用。
EVA胶膜具有表面平整、厚度均匀、透明度高、柔性好，热熔粘接性、熔融流动性好，常温下不黏连、易切割、价格较廉等优点。EVA胶膜内含交联剂，能在150℃的固化温度下交联，采用挤压成图2-10 EVA胶膜的外形型工艺形成稳定的胶层。其厚度一般为0.2～0.8mm，常用厚度为0.46mm和0.5mm。EVA的性能主要取决于其分子量与醋酸乙烯脂的含量，不同的温度对EVA的交联度有比较大的影响，而EVA的交联度直接影响到组件的性能和使用寿命。在熔融状态下，EVA胶膜与太阳能电池片、面板玻璃、TPT背板材料产生黏合，此过程既有物理的黏结也有化学的键合作用。为提高EVA的性能，一般都要通过化学交联的方式对EVA进行改性处理，具体方法是在EVA中添加有机过氧化物交联剂，当EVA加热到一定温度时，交联剂分解产生自由基，引发EVA分子之间的结合，形成三维网状结构，导致EVA胶层交联固化，当交联度达到60%以上时能承受正常大气压的变化，同时不再发生热胀冷缩。因此EVA胶膜能有效地保护电池片，防止外界环境对电池片的电性能造成影响，增强光伏电池组件的透光性。2.3.2 EVA胶膜的主要性能参数
EVA胶膜在电池组件中不仅是起粘接密封作用，而且对太阳能电池的质量与寿命起着至关重要的作用。因此用于太阳能电池组件封装的EVA胶膜必须满足表2-7中所示的主要性能参数。表2-7 太阳能电池EVA胶膜主要性能参数2.3.3 EVA胶膜的储存与使用要点
为了使EVA胶膜在太阳能电池组件中充分发挥应有的作用，在储存和使用过程中要注意以下几点。（1）EVA应储存在温度为5～30℃，湿度小于60%的避光场所，尽量远离阳光直接照射、加热设备和尘土环境，并应注意防火。（2）未打开包装前，要保持出厂包装；打开包装后，要尽快取用，并把未使用完的产品按原包装或等同包装重新封闭。完整包装储存时间为半年，零散包装储存时间为3个月。（3）不要将脱去外包装的整卷胶膜暴露在空气中，分切成片的胶膜如不能当天用完，应遮盖紧密，重新包装好。（4）使用中不要用手直接接触EVA胶膜表面，要注意防潮防尘，避免与带色物体接触。EVA胶膜若吸潮，会影响胶膜和玻璃的黏接力；若吸尘，会影响透光率；和带色、不洁的物体、物品接触时，由于EVA胶膜的吸附能力强，容易被污染。（5）EVA胶膜在收卷时要轻微拉紧，因此在放卷裁切时不应用力拉，建议留2%左右的纵向余量，裁切后放置半小时，让胶膜自然回缩后再用于叠层。（6）在裁切、铺设EVA胶膜的过程中，最好设置除静电工序，以消除组件内各部件中的静电，从而确保封装组件的质量。2.3.4 PVB胶膜简介
PVB胶膜是一种以聚乙烯醇缩丁醛为主要成分的胶膜，也是一种热固性的膜状热熔胶，与EVA的特性类似，一直在建筑行业及汽车行业生产安全夹胶玻璃中广泛应用，目前已经作为新型材料被逐步应用到光伏建筑一体化太阳能光伏组件的封装中，如双夹胶玻璃太阳能光伏组件、中空玻璃太阳能光伏组件等。
1．PVB胶膜的主要优点（1）PVB胶膜是非交联式的热塑性材料，不论在玻璃、电池片、金属以及其他塑料材料上都具有优异的黏结性，而且还有较高的黏结持久性。（2）具有突出的光学性能，抗热、抗紫外线及其他环境影响能力强，与太阳能组件的相关组成材料具有很好的兼容性。（3）存储条件要求低，存储期最长可达48个月。
2．PVB胶膜的主要性能参数
PVB胶膜的主要性能参数如表2-8所示。表2-8 PVB胶膜的主要性能参数2.4 TPT背板膜2.4.1 TPT背板膜简介
太阳能电池组件的背板材料根据太阳能电池组件使用要求的不同，可以有多种选择。一般有钢化玻璃、铝合金、TPT类复合胶膜等。用钢化玻璃做背板材料主要是制作双面透光的BIPV建材型太阳能电池组件，用于光伏幕墙、光伏屋顶等，通常采用5～10mm的钢化浮法玻璃或中空夹胶玻璃等，以达到提高强度的目的。除此以外目前使用最广的背板材料就是TPT类复合膜。通常见到的太阳能电池组件背面的白色覆盖物大多就是这类复合膜。TPT类复合膜外形如图2-11所示，除白色复合膜以外，目前也有黑色、蓝色等颜色的TPT类复合膜在生产。图2-11 TPT类复合膜材料外形图
太阳能电池用TPT类复合膜（简称背膜）主要分为含氟背膜与不含氟背膜两大类。其中含氟背膜又分双面含氟式（如TPT）与单面含氟式（如TPE）两种；而不含氟的背膜PET则多是通过胶黏剂将多层PET胶黏复合而成。目前，商用晶体硅光伏组件的使用寿命要求为25年，而背膜作为直接与外环境大面积接触的光伏封装材料，其应具备卓越的耐长期老化（湿热、干热、紫外）、耐电气绝缘、水蒸气阻隔等性能。因此，如果背膜在耐老化、耐绝缘、耐水汽等方面无法满足电池组件25年的环境考验，最终将导致太阳能电池的可靠性、稳定性与耐久性无法得到保障，使太阳能电池板在普通气候环境下使用8～10年或在特殊环境状况下（高原、海岛、湿地）下使用5～8年即可能出现脱层、龟裂、起泡、黄变等不良状况，出现电池模块脱落、电池片移滑、电池有效输出功率降低等现象，更危险的是电池组件会在较低电压和电流的情况下出现电弧现象，引起电池组件燃烧甚至引发火灾，造成人身伤害和财产损失。
由于含氟材料中氟元素的电负性大，范德华半径小，碳氟键键能极强（高达485kJ/mol），且其独特的氟化链整体结构中的螺旋形棒状分子紧密、刚硬、表面平滑，使氟材料的耐候性、耐热性、耐高低温性和耐化学药品性等各项性能均十分优异。作为对外部环境与太阳能电池内部起阻隔作用的背膜，其与外部接触的空气面以及与EVA结合的黏结面（光照面）都遭受着主要的老化作用，由于含氟材料（氟膜或氟碳涂料）具有优异的耐候性能，可保障光伏组件长期在户外使用的可靠性。
目前，有些背膜生产企业考虑到双面含氟材料给整个背膜生产造成的成本压力，采用了EVA材料（或其他烯烃聚合物）替代双面含氟的TPT结构的背膜中EVA胶膜黏结面（光照面）的氟材料，推出了由Tedlar—聚酯—EVA三层材料构成的单面含氟的TPE复合胶膜。此类TPE结构的背膜在与组件封装用的EVA胶膜黏结后，由于其光照面无含氟材料对背膜的PET主体基材进行有效保护，组件安装后背膜无法经受长期的紫外线老化考验，在几年之内组件就会出现背膜变黄、脆化老化等不良现象，严重影响组件的长期发电效能。但由于TPE胶膜少用一层Tedlar，其性能虽然不及TPT，但价格约为TPT的一半，与EVA黏合性能也较好，故常用于一些小组件的封装。
研究表明，PET分子主链中含有大量的酯基，与水具有很好的亲和性，容易产生水增塑，同时即使微量的水分也会导致分子主链的降解。PET在湿热老化过程中老化性能的变化受三个因素影响：结晶度、水增塑、水解。各因素自始至终都在起作用，不同的环境和不同阶段内各种不同因素起主导作用。老化初期，结晶为主导因素，它增加杨氏模量、最大拉伸应力，但使材料变脆，降低冲击强度，然后水增塑成为主要因素，它使材料韧性增加，但是很快水解反应上升为主要因素，它引起PET大分子链断裂，分子量下降，从而引起机械性能的破坏。而温度的升高则会使上述过程明显加快，因此水和热是导致PET物理机械性能急剧下降的主要原因。此外，紫外线辐射也会使PET的分子量、强伸度大幅度下降，结晶度有所提高，从而使材料脆化。因此，通过胶黏剂将多层PET胶黏复合而成的不含氟背膜从材料本身特性上就无法满足商用太阳能光伏组件25年的湿热、干热、紫外等环境考验与使用要求，也就很难适合用于光伏组件的封装。
TPT是Tedlar薄膜—聚酯（polyster）—Tedlar薄膜的复合材料的简称。TPT复合膜集合了俗称“塑料王”的氟塑料具有的耐老化、耐腐蚀、防潮抗湿性好的优点，和聚酯薄膜优异的机械性能、阻隔性能和低吸湿性，因此复合而成的TPT胶膜具有不透气、强度好、耐候性好、使用寿命长、层压温度下不起任何变化、与粘接材料结合牢固等特点。这些特点正适合封装太阳能光伏组件，作为光伏组件的背板材料有效地防止了各种介质尤其是水、氧、腐蚀性气体等对EVA和太阳能电池片的侵蚀与影响。
常见复合材料除TPT以外，还有TAT即Tedlar与铝膜（Aluminum）的复合膜和TIT即Tedlar与铁膜（Iron）的复合膜等中间带有金属膜夹层结构的复合膜。这些复合膜还具有高强、阻燃、耐久、自洁等特性，白色的复合膜还可对阳光起反射作用，能提高电池组件的转换效率，且对红外线也有较强的反射性能，可降低电池组件在强阳光下的工作温度。
目前，TPT复合胶膜根据生产工艺的不同分为复胶型胶膜和涂覆型胶膜两大类。复胶型胶膜就是将PVF（聚氟乙烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）、ECTFE（三氟氯乙烯—乙烯共聚物）和THV（四氟乙烯—六氟丙烯—偏氟乙烯共聚物）等氟塑料膜通过胶黏剂与作为基材的PET聚酯胶膜粘接复合而成。而涂覆型胶膜是以含氟树脂如PTFE（聚四氟乙烯）树脂、CTFE（三氟氯乙烯）树脂、PVDF树脂和FEVE（氟乙烯—乙烯基醚共聚物）为主体树脂的涂料采用涂覆方式涂覆在PET聚酯胶膜上复合固化而成。2.4.2 TPT背板材料的性能参数
表2-9所示是常用TPT、TPE复合膜的主要性能指标。表2-9 常用TPT、TPE复合膜性能指标参数表2.4.3 TPT背板膜的储存与使用要点（1）TPT背板膜应避光、避热、避潮储存，平整堆放，不得使产品弯曲和包装破损。（2）背膜的最佳储存条件：放在恒温、恒湿的仓库内，其温度在20～25℃，相对湿度小于60%。避免阳光直照，不得靠近有加热设备或有灰尘污染的地方，并应注意防火。（3）背板保质期视不同材料而定，一般保质期为12个月；散装保存期不得超过6个月。2.5 铝合金边框
太阳能光伏组件的边框材料主要采用铝合金，也有用不锈钢和增强塑料的。电池组件安装边框主要作用：一是为了保护层压后的光伏组件玻璃边缘；二是结合硅胶打边加强了光伏组件的密封性能；三是大大提高了光伏组件整体的机械强度；四是方便了光伏组件的运输、安装。光伏组件无论是单独安装还是组成电池方阵都要通过边框与电池组件支架固定。一般都是在边框适当部位打孔，同时支架的对应部位也打孔，然后通过螺栓固定连接。
铝合金边框材料一般采用国际通用牌号为6063T6的铝合金材料，其成分构成如表2-10所示。表2-10 铝合金边框材料成分构成表
太阳能光伏组件边框的铝合金材料表面通常都要进行表面氧化处理，氧化处理分为阳极氧化、喷砂氧化和电泳氧化三种。
阳极氧化也就是对铝合金材料的电化学氧化，是将铝合金的型材作为阳极置于相应电解液（如硫酸、铬酸、草酸等）中，在特定条件和外加电流作用下，进行电解。阳极的铝合金被氧化，表面上形成氧化铝薄膜层，其厚度为5～20m，硬质阳极氧化膜厚度可达60～200m。金属氧化物薄膜改变了铝合金型材的表面状态和性能，如改变表面着色，提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度，保护金属表面等。
喷砂氧化就是将铝合金型材经喷砂处理后，表面的氧化物全部得到处理，并经过喷砂撞击后，表面层金属被压迫成致密排列形式，且金属晶体变小，在铝合金表面形成牢固致密硬度较高的氧化层。
电泳氧化就是利用电解原理在铝合金表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀时，镀层金属做阳极，阳极被氧化后形成阳离子进入电镀液；待镀的铝合金制品做阴极，镀层金属的阳离子在铝合金表面被还原形成镀层。为排除其他阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变。电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸。电镀能增强金属的抗腐蚀性（镀层金属多采用耐腐蚀的金属）、增加硬度、防止磨耗，增强了铝合金型材的润滑性、耐热性和表面美观性。
铝合金边框型材常用规格有17mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm等，部分铝合金边框及角铝外形如图2-12所示。铝合金边框的框架4个角有两种固定方法，一种方法是在框架4个角中插入齿状角铝（俗称角码），然后用专用撞角机撞击固定或用自动组框机组合固定；另一种方法是用不锈钢螺栓对边框四角进行固定。图2-13、图2-14所示是常用铝合金边框型材的规格尺寸。图2-12 铝合金边框型材及角铝外形图图2-13 角铝镶嵌式边框铝型材规格尺寸
铝合金型材边框应放在恒温、恒湿的仓库内储存，其储存温度为20～30℃，相对湿度小于60%。要避免阳光直照和风吹。保存时间最长不超过一年。图2-14 螺栓固定式边框铝型材规格尺寸2.6 涂锡焊带及助焊剂2.6.1 涂锡焊带及主要技术性能要求
涂锡焊带也叫涂锡带、互连条、互连带，宽一些的涂锡焊带也叫汇流条或汇流带，其外形如图2-15所示。涂锡焊带是光伏组件生产中的专用焊接引线，其中互连条是用于电池片与电池片之间连接的焊带，汇流条是用于电池串与电池串之间汇总连接并引出正负极引线的焊带。互连条与汇流条相比，其宽度相对较窄，厚度相对较薄，允许通过的电流值较小。
涂锡焊带以纯铜铜带为基础经剪切拉拔或轧制而成，为了达到良好的焊接性能，在铜带表面均匀地涂镀了一层焊锡。纯铜铜带由含铜量99.99%的无氧铜或紫铜制成，焊锡涂层成分分为含铅焊锡和无铅焊锡两种，焊锡单面涂层厚度图2-15 涂锡焊带外形图为0.01～0.05mm，熔点为160～230℃，要求涂层均匀，表面光亮、平整；无影响焊接性能的油污、夹杂物、裂纹、露铜等缺陷；不允许有水波纹弯曲等。涂锡焊带的主要技术性能要求如表2-11所示。表2-11 涂锡焊带主要技术性能要求2.6.2 涂锡焊带的规格参数及选用
1．涂锡焊带的规格参数
涂锡焊带的规格根据其宽度和厚度的不同有20多种，具体规格参数如表2-12所示。表2-12 常用涂锡焊带规格参数
2．涂锡焊带的选用
涂锡焊带是光伏组件生产焊接过程中的重要材料，其质量的好坏将直接影响到光伏组件的发电效率和输出功率。因此选用的涂锡焊带要具有较高的焊接操作性、焊接牢固性，并能满足额定电流值需要。
在选用涂锡焊带时需要按照太阳能电池片的特性及制作成的组件功率大小来选择。选用互连条的宽度一般要和太阳能电池片正面主栅线的宽度一致，互连条的厚度要根据太阳能电池片的厚度和组件功率或短路电流的大小来确定，组件功率越小选用的互连条的厚度越薄。互连条的软硬程度也要根据电池片的厚度和电池片的焊接方式确定，即手工焊接时要求互连条焊带越软越好，较软的焊带在电烙铁走过之后能很好的和电池片接触在一起，焊接过程中产生的应力较小，可以降低电池片的破损率。但过软的焊带抗拉力不足，容易在后面的工序中使电池片产生位移，因此要综合考虑，仔细选择。当使用自动焊接工艺时，焊带可以选择稍微硬一些的，这样有利于焊接设备对焊带进行调直和压焊，过软的焊带用机器焊接容易变形，从而降低产品的成品率。
汇流条的选用也是要根据电池组件的功率大小确定，组件功率小就选用薄点、窄点的，如0.15mm×4.0mm、0.18mm×5.0mm的等，组件功率大就用厚点、宽点的，总之是既要满足组件输出电流的要求，又要节约材料，降低成本，而不过度使用。
3．涂锡焊带的储存与使用要点（1）涂锡焊带应避光、避热、避潮储存，储存和搬运中不得使产品弯曲和包装破损。（2）最佳储存条件：放在恒温、恒湿的仓库内，其温度为15～25℃，相对湿度小于60%。用棉布或缠绕膜密封。（3）在干燥、无腐蚀气体的室内储存，完整包装储存时间为半年，零散包装储存时间为3个月。2.6.3 助焊剂的性能及使用要求
助焊剂是一种以松香为主要成分的液体助焊材料，在太阳能光伏组件的生产中，通常选用不含铅无残留的助焊剂。这类助焊剂不仅要具有良好的化学活性和热稳定性，还应具有在焊接温度范围内，去除电池片、涂锡焊带和焊锡表面氧化膜的能力。助焊剂的最低活性温度必须低于焊接温度，助焊剂及其焊接残留物不应对电池片栅线及焊点产生腐蚀作用，助焊剂应无毒且在焊接过程中不得产生有害气体。焊接后的助焊剂残留物应达到免清洗的标准，且电池片上没有白斑产生。
在光伏组件的生产过程中，有时电池片在焊接后极易产生白斑。这种白斑是助焊剂的结晶物，不仅在高温下会熔化产生气体，在组件层压工序中产生气泡，而且还会与EVA发生反应，降低组件的性能。用常规的无水乙醇擦除清洗和高温挥发等方法不容易消除白斑，必须在助焊剂的选用和涂锡焊带的浸泡处理过程中严格控制各项工艺参数，确保电池片焊接过程中助焊剂能充分挥发、基本无残留，不产生白斑。
助焊剂属于易燃液体，一般不能与电池片、EVA、背板存放于同一仓库，应单独存放或远离其他材料存放。2.7 有机硅胶
有机硅胶的全称是有机硅橡胶密封胶，简称硅胶。有机硅胶是一种具有特殊结构的密封胶材料，具有较好的耐老化、耐高低温、耐紫外线性能，以及较好的抗氧化、抗冲击、防污防水、高绝缘性能。其主要用于光伏组件边框的密封，接线盒与光伏组件的粘接密封，接线盒的浇注与灌封等。有机硅胶固化后将形成高强度的弹性橡胶体，在外力的作用下具有变形的能力，外力去除后又恢复原来的形状。因此光伏组件采用的有机硅胶密封，兼有密封、缓冲和防护的功能。
一般用于光伏组件的有机硅胶有两种：一种是用于组件与铝型材边框及接线盒粘接密封的中性单组分有机硅密封胶，另一种是用于接线盒灌封的双组分有机硅导热胶。常见的有机硅胶如图2-16所示。下面分别介绍这两种有机硅胶的性能特点及质量要求。有机硅胶产品应储存在干燥、通风、阴凉的仓库内，应避光、避热（温度在20～25℃）、避潮，无腐蚀性气体。在25℃以下储存期约为一年。图2-16 常用有机硅胶外形图2.7.1 中性单组分有机硅密封胶的性能特点及质量要求
中性单组分有机硅密封胶主要由含氟硅氧烷、交联剂、催化剂、填料等组成，具有不腐蚀金属和环保的特点。其主要性能特点如下。（1）室温中性固化，深层固化速度快，使组件的表面清洗清洁工作可以在3h后进行。（2）密封性好，对铝材、玻璃、TPT、TPE背板材料、接线盒塑料等有良好的黏附性。（3）胶体耐高温、耐黄变，独特的固化体系，在高温高湿环境下与各类EVA有良好的相容性。（4）具有良好的耐形变能力，可提高组件抗机械震动和外力冲击的能力。（5）具有较强的抗老化、防腐蚀能力和25年以上的良好耐候性。（6）具有良好的绝缘性能。
在光伏组件加工中，对所使用的有机硅密封胶的质量有如下要求。（1）外观要求：在明亮的环境下，将密封胶挤成细条状进行目测，密封胶体应为细腻、均匀的膏状物或黏稠的液体，无结块、凝胶和气泡等，各生产批次之间的颜色不应有明显差异。（2）压流黏度：将整管密封胶在环境温度23℃±2℃，相对湿度50%±5%的标准试验环境下放置4个小时以上，然后用口径切为3mm的胶嘴在0.3MPa的气体压力下测定其挤出时间，要求挤出20g密封胶所用的时间不超过7s。（3）指干时间：将密封胶用胶枪在玻璃板上涂覆成细条状胶条，然后立即开始计时，当用手指轻触胶条表面不粘手指时，停止计时，从挤出胶条到不粘手的这段时间要求在10～30min之内。（4）拉伸强度及伸长率：要求凝固后的胶条拉伸强度≥1.6MPa，伸长率≥300%。（5）剪切强度：要求凝固后的胶条剪切强度≥1.3MPa。2.7.2 双组分有机硅导热胶的性能特点及质量要求
双组分有机硅导热胶是以有机硅合成的新型导热绝缘材料，这种硅胶广泛应用于对防水导热有要求的电子产品中，适用于各种电子产品的导热密封浇灌，形成导热绝缘体。其主要性能特点如下。（1）室温固化，固化速度快，加热可快速固化，固化时不发热、无腐蚀、收缩率小。（2）可在很宽的温度范围（－60～250℃）内保持橡胶弹性，电性能优异，导热性能好。（3）防水防潮，化学性能稳定，耐化学介质侵蚀，耐黄变，耐气候老化25年以上。（4）与大部分塑料、橡胶、尼龙等材料黏附性良好，符合欧盟ROHS环保指令要求。
双组分有机硅导热胶属于非危险化学产品，可以按一般化学用品运输、储存。储存地点要保持干燥、阴凉，胶料要密封储存。配制和使用胶料时要注意勿进入口和眼睛内，配制胶料要注意用量，少量多次，混合好的胶料要一次用完，以免造成浪费。
在光伏组件加工中，对所使用的双组分有机硅导热胶的质量要求如下。（1）固化前外观要求：外观应为白色流体，A、B组分黏度适宜。一般要求A组黏度为5 000～15 000cps，B组黏度为50～100cps。（2）操作性能：可操作时间20～60min，初步固化时间3～5h，完全固化时间不超过24h。（3）固化后指标：硬度达到25～35肖氏硬度单位，导热系数≥141.13W/(m·K)，介电强度≥20kV/mm，体积电阻率≥1.0×10Ω·m，线膨－胀系数≤2.2×104。2.8 接线盒2.8.1 接线盒及其选用
1．接线盒简介
太阳能光伏组件专用接线盒是光伏组件内部输出线路与外部线路连接的部件，常用接线盒外形如图2-17所示。从电池板内引出的正负极汇流条，进入接线盒内，插接或用焊锡焊接到接线盒中的相应位置，外引线也通过插接、焊接和螺丝压接等方法与接线盒连接。接线盒内还留有旁路二极管的安装位置或直接安装有旁路二极管，用以对太阳能光伏组件进行旁路保护。接线盒除了上述作用以外，还要最大限度地减少其本身对太阳能组件输出功率的消耗，最大限度地减少本身发热对太阳能组件转换效率造成的影响，最大限度地提高太阳能电池组件的安全性和可靠性。图2-17 常用接线盒外形图
接线盒一般由盒盖、盒体、接线端子、二极管、连接线、连接器几大部分组成。其外壳一般由ABS塑料（Acrylonitrile-Butadine-Styrene，即丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物）制成，并加有防老化和抗紫外线辐射剂，具有强烈的抗老化、耐紫外线辐射能力，符合室外恶劣环境条件下的使用要求，能确保在室外使用25年以上不出现老化破裂现象。盒盖盒体必须有防水密封设计、科学的防触电绝缘保护和好的安全性能，接线端子安装要牢固，材料是外表面镀有镍的铜材料，有良好的焊接性，以确保电气连接可靠。
有些接线盒还直接带有输出电缆连接引线和电缆连接器插头，电缆连接器公母插头带有自锁功能，方便光伏组件或方阵之间的快速可靠连接。当引线长度不够时，还可以使用带连接器插头的延长电缆进行连接。
2．接线盒的选用
接线盒上除标有规格尺寸外还标有适用功率范围，选用时要和组件功率的大小相匹配，另外还要结合组件的引出线数量，是两条、三条或四条以及是否接旁路二极管等来确定所采用接线盒的规格尺寸和内部构造等。
在光伏组件生产中，为了保证光伏组件的性能和效率，选择接线盒时不仅要选择接线盒的规格尺寸、承载功率、工作电流和工作电压等，还要考虑接线盒本身的接触电阻和散热性能以及接线盒内旁路二极管的导通压降、结点温度、热阻系数等参数。下面就分析一下接线盒各种性能参数对光伏组件性能的影响，供选择应用时参考。（1）接线盒连接接触电阻对光伏组件输出功率的影响。
目前，光伏组件的引线和接线盒的连接以及旁路二极管与接线盒的连接方式大部分采用压接方式，这种连接方式会产生较大的接触电阻，因而要消耗一小部分组件的输出功率，同时产生一定的热量。
由于接线盒正好安装在光伏组件某一两片电池片的背面，接触电阻所产生的热量以及旁路二极管工作时所产生的热量，一部分通过接线盒向空气中散发，另一部分热量传递到了背靠的电池片上。电池片的转换效率随着温度的升高而降低，温度每升高10℃，转换效率就降低5%，由于光伏组件的电池片一般都是串联连接，某一两片电池片转换效率降低势必造成整个组件输出功率的减少。
另外，随着光伏组件使用年限的增长，压接部位的电镀层也可能会出现锈蚀、脱皮等现象（表面镀镍的保证年限一般为15～20年），这样会导致接触电阻的不断增加、功耗增加、电池转换效率降低，导致输出功率迅速下降。因此选择接线盒时，最好还是选择用焊接连接（也叫欧姆连接）方式制成的产品。（2）接线盒旁路二极管的导通压降对光伏组件输出功率的影响。
二极管中不但存在着PN结电阻，而且存在着结电容等，因此二极管在导通时会产生一定的正向电压降。不同型号的二极管正向压降是不一样的，一般小功率肖特基二极管的正向压降在0.3V左右，大功率肖特基二极管的正向压降为0.55V，而普通整流二极管的正向压降都在0.7～0.9V。由于不同的二极管正向压降差别较大，因此当旁路二极管工作时，对光伏组件所产生的功率消耗也有较大差别。例如，某光伏组件使用156×156的电池片，其输出电流是8A的话，上述三种二极管如果被旁路工作的话，则产生的功耗分别为：
小功率肖特基二极管P＝IU＝8×0.3＝2.4W
大功率肖特基二极管P＝IU＝8×0.55＝4.4W
普通整流二极管P＝IU＝8×（0.7～0.9）＝5.6～7.2W
由此可见，尽管二极管导通的正向压降最大只差0.6V，但功耗可差了4～5W。（3）接线盒旁路二极管结点温度对光伏组件可靠性的影响。
旁路二极管的结点温度越高，说明二极管的工作温度越高，其安全性、可靠性越好。因此，在选用接线盒时，要选用装有高结点温度二极管的产品。（4）接线盒的散热性对光伏组件的影响。
前面已经说过温度对电池片转换效率的影响，因此在选择接线盒时，不但要求接线盒内的二极管热阻系数要小，而且还要选择散热性好的接线盒。目前，有些厂家已经开发出了铝合金接线盒、集成汇流带式接线盒等，其散热性较好。特别是集成汇流带式接线盒，由于采用印制电路板结构，电路板的线路铜箔导热性非常好，很容易散发热量，且在安装时不和电池片重叠，热量不容易传递到电池片上，使热量对电池组件的影响降低到最小。2.8.2 接线盒中常用二极管的性能参数
光伏组件接线盒中常用的旁路二极管性能参数如表2-13所示。表2-13 光伏组件接线盒常用旁路二极管性能参数第3章 太阳能光伏组件原材料及部件的检验
在光伏组件的生产过程中，所有采购回的原材料及部件，都要由质量管理部门或人员按规定进行全部检验或抽查检验，合格的用于生产，不合格的退货调换或更换生产厂家重新采购。同时在整个生产过程中，对原材料和部件的一些质量指标和检验项目还要实行全过程跟踪抽查检验。此外，车间及各生产工序的生产管理人员也要掌握一些原材料及部件的基本检验方法，以便随时能对各工序使用的原材料及部件的质量进行检查和控制，发现问题及时纠正，以保证光伏组件的生产质量。本章主要介绍光伏组件生产所使用的原材料及部件的一些常规检验项目和方法，供大家参考。3.1 太阳能电池片的检验3.1.1 太阳能电池片的质量分级
太阳能电池片的质量根据其转换效率和工作电流的大小分为4级：A1级、A2级、B级和C级，如表3-1所示。表3-1 太阳能电池片质量等级划分3.1.2 太阳能电池片的检验项目、规则和工具设备（1）检验项目：包装（内包装及外包装），外观，尺寸，电性能，可焊性，栅线印刷，主栅线抗拉力，切割后电性能均匀度。（2）检验规则：按来料总量的千分之二进行抽检，电性能和外观以及可焊性要在生产过程中跟踪全检。若有一项不符合检验要求则对该批产品按总量的千分之五再次进行检验。如重检后仍有不符合检验方法中（4）、（5）、（7）、（8）项内容要求的，则判定该批电池片为不合格品。（3）检验工具设备：单片测试仪，游标卡尺，电烙铁，橡皮，刀片，拉力计，激光划片机。（4）检验材料：涂锡带，助焊剂。3.1.3 太阳能电池片的检验方法（1）包装检验：目测检验包装完好，生产厂商名称、电池片名称、型号、功率范围、转换效率、生产日期和批号等符合要求。（2）外观检验：①眼睛与电池片表面成35°角，在日常光照情况下观察电池片表面颜色，应呈“褐”或“紫”或“蓝”三色，目视颜色均匀，无明显色差、水痕、手印。②正面电极图形清晰、完整、无断线。背面电极完整，无明显凸起的“银铝浆珠”。③电池片受光面2不规则缺损处面积小于1mm，数量不超过2个。④电池片边缘缺角面2积不超过1mm，数量不超过2个。⑤电池片上不允许出现肉眼可见的裂纹。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]