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1、光伏发电原理及组件生产过程中常见质量问题 1 目录 2 1 光伏发电优势及原理 3 1 光伏发电优势及原理 太阳能发电的优势 太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦 秒 地球表面0 1 太阳能转为电能 转换效率5 每年发电量可达5 6 1012千瓦小时 相当于目前世界上能耗的40倍 足以供给人类使用几十亿年 4 1 光伏发电优势及原理 欧洲JRC的预测 2000 2100 自天然气起 以下为化石燃料化石燃料生产峰值在2030 2040年之间 5 1 光伏发电优势及原理 光伏电池发电原理 N型半导体 P型半导体 纯净硅晶体中掺入5价杂质磷 砷 锑 N型半导体 如果掺入的是三价的硼 镓 则会形成
2、P型半导体 6 光伏电池发电原理 1 光伏发电优势及原理 N区的电子扩散至P区 自身带正电 P区空穴被电子填补 接受电子 带负电 PN结形成 7 光伏电池发电原理 光生伏打效应 1 光伏发电优势及原理 光照PN结将电子从共价键中激发 产生电子 空穴对 电子向带正电的N区运动 空穴向带负电的P区运动 形成电压和电流 8 2 光伏工艺过程及常见质量问题 光伏组件是光伏电站的核心 也是初始投资之最大构成 光伏组件成本越低 初始投资越少 光伏组件质量越高 使用年限越长 发电量越高 度电成本越低 9 2 组件工艺过程及常见质量问题 光伏组件存在问题 影响光伏组件质量因素有哪些 认证后的产品为什么还在实际
3、应用中频繁出现故障 光伏组件是否真的能够有效运行25年 组件潜在的缺陷对光伏电站的发电量和寿命有什么影响 生产工艺 10 2 组件工艺过程及常见质量问题 组件结构 11 2 组件工艺过程及常见质量问题 组件结构 12 2 组件工艺过程及常见质量问题 组件质量的影响因素 13 2 组件工艺过程及常见质量问题 组件设计 可靠性测试 14 绝缘测试测定组件的载流元件与组件边框或外界之间的绝缘是否良好 无绝缘击穿或表面裂纹现象在2Vsys 1000V下 漏电电流 50 A在500V下 绝缘电阻应 50M 或漏电流 10 A 温度系数测量确定组件电流 电压 和最大功率 的温度系数 标称工作温度测量标称工
4、作温度是指在标准参考环境下 敞开式支架安装情况下 太阳电池的平均平衡结温 在系统设计中 比较不同组件设计的性能时该参数是一个很有价值的参数 至少选用10个数据点 覆盖300W m2以上辐照度范围 做 TJ Tamb 随辐照度变化的曲线 做回归分析拟合 确定800W m2时的 TJ Tamb 值 加上20 即为标称工作温度 15 2 组件工艺过程及常见质量问题 16 NOCT下的电性能 条件 标称工作温度 及800W m2的辐照度 组件带载情况下的电性能操作执行 可在测温度系数时同时执行STC下的电性能 条件 温度25 辐照度1000W m2 组件带载情况下的电性能操作执行 太阳能模拟器低辐照度
5、下的电性能 条件 温度25 2 辐照度200W m2 组件带载情况下的电性能操作执行 太阳能模拟器 只是光强度变化 光谱分布和1000W m2下相同室外暴晒 目的 对组件经受室外条件的能力作初步评价并揭示组件在室内试验探查不到的一些综合衰减因素 试验时间短且实验条件随环境在变化 所以本试验仅被用作可能存在问题的提示 试验执行 组件短接 共接受60kW m2的辐照评估标准 1 无严重目测缺陷 2 Pmax衰减 5 3 满足绝缘试验 2 组件工艺过程及常见质量问题 17 热斑耐久试验确定组件承受热斑加热效应的能力 组件内某电池单元不匹配或裂纹 内部连接失效 局部被遮光或弄脏使电池局部电压电流积增大
6、 从而产生局部温升 可能导致焊接融化或封装退化紫外预处理试验热循环和湿冻前 进行紫外线预测试以证明材料和连接能经受紫外衰减 波长280nm 400nm 5倍于对应标准光谱辐照度 热循环试验 2 组件工艺过程及常见质量问题 1 太阳电池组件无严重外观缺陷 2 太阳电池组件最大输出功率的衰减不超过试验前测试值的5 3 满足绝缘要求 18 湿冻试验确定组件承受高温 高湿之后零下温度对其影响的能力 2 组件工艺过程及常见质量问题 1 太阳电池组件无严重外观缺陷 2 太阳电池组件最大输出功率的衰减不超过试验前测试值的5 3 满足绝缘要求 19 湿热试验确定组件承受长期湿气渗透的能力 无外观缺陷 Pmax
7、衰减0 1m2 R A 400M m2 机械载荷试验确定组件经受风 雪或覆冰等静态载荷的能力 无间歇断路现象 无严重外观缺陷 Pmax衰减 5 满足绝缘测试要求 冰雹试验验证组件经受冰雹撞击的能力 无间歇断路现象 无严重外观缺陷 Pmax衰减 5 满足绝缘测试要求 旁路二极管热性能试验评价旁路二极管的热设计及防止对组件有害的热斑效应能相对长期的可靠性 目测无缺陷 Tj T额定 Pmax衰减 5 满足绝缘测试要求 二极管仍能正常工作 2 组件工艺过程及常见质量问题 2 组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 钢化玻璃 20 2 组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 钢化玻璃 玻璃能够增加组件转
8、换效率 优质的光伏用低铁玻璃能够增加透光率 从而增加组件电能输出 可以增加陷光性 增加光的吸收 光伏玻璃透光率国标为 91 目前不少企业采用高透玻璃 其透光率达到94 7 以上 该项技术可有效增加光伏组件的输出 高透光玻璃在西北风沙气候是否能长期稳定 21 2 组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 EVA 光伏组件在表面钢化玻璃与背面背板的中间还有一层经过固化的EVA层 其作用 封装电池片 防止外界环境对电池片的电性能造成影响 增强组件的透光性 将电池片 钢化玻璃 TPT粘接在一起 具有一定的粘接强度 EVA胶膜在未层压前是线性大分子 当受热时 交联剂分解 形成活性自由基 引发 分子间反应形
9、成网状结构 从而提高 的力学性能 耐热性 耐溶剂性 耐老化性 22 2 组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 EVA EVA对组件质量的影响 黄变 23 2 组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 EVA EVA对组件质量的影响 PID效应 三种不同EVA材料组件PID测试结果 24 2 组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 背板 光伏组件中与上盖相对的组件背部的防护层 在户外环境下保护太阳能电池组件不受外界条件影响 主要作用有 防止水汽的的侵蚀 阻隔氧气防止氧化 对组件进行绝缘 提高组件耐老化性 耐腐蚀性能 可以反射阳光 提高组件转化效率 增加组件红外发射率 可以降低组件的温度 25 2
10、 组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 背板 背板的优劣直接决定组件的使用寿命 高品质背板材料的抗紫外特性更好 可以更好保障组件的耐候性 提高组件的使用寿命 背板结构 26 2 组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 背板 背板结构 27 2 组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 背板 PVF特点 28 3 组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 背板 背板结构 29 3 组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 背板 PVF特点 30 2 组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 背板 31 2 组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 背板 背板对组件质量的影响 背板层间粘合不合格可能导致背
11、板分层 水汽 空气渗入组件 造成组件电路短路或原材料被氧化 从而严重影响组件性能 背板耐老化性不强 使用过程当中可能导致背板发黄 脆裂 破坏绝缘性 从而影响组件性能 背板的水汽渗透率过高 容易引起组件的PID 影响组件的衰减特性 32 3 组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 背板 背板对组件质量的影响 背板黄变 组件在户外使用1 2年后PET背板和FEVE涂料背板颜色变化明显 PVDF背板 KPE背板和BBF背板颜色也有变化 Tedlar和TPT背板颜色相对更为稳定 33 2 组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 接线盒 接线盒对组件质量的影响 二极管失效对组件质量的影响 接线盒中的二极
12、管因击穿失效 并引起火灾 或组件不能正常工 后果会很严重 可能导致组件报废作 影响电站发电效率 34 2 组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 接线盒 接线盒对组件质量的影响 35 2 组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 铝边框 铝边框结构 铝边框对组件质量的影响 36 2 组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 太阳电池 太阳电池对组件质量的影响 电池混档 由于组件间电池采用串联 电池片如不经分档 会造成组件间不匹配损失增大 从而造成封装损失增大 导致组件功率损失 37 2 组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 太阳电池 太阳电池对组件质量的影响 电池混档表现 由于组件中电池片之间不
13、匹配导致测试异常 曲线出现 台阶 EL也会出现亮度不同的现象 38 2 组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 太阳电池 太阳电池对组件质量的影响 电池混档对组件质量的潜在危害1 部分低效电池温度过高 容易形成热斑 损坏电池 2 组件衰减加速 组件寿命下降 39 2 组件工艺过程及常见质量问题 组件原材料 太阳电池 太阳电池对组件质量的影响 色差 电池分选未进行色差分选 影响组件外观 但不会对组件质量产生明显影响 40 2 组件工艺过程及常见质量问题 41 组件的主要工艺步骤 2 组件工艺过程及常见质量问题 42 2 组件工艺过程及常见质量问题 串焊 串焊工序将互联条与电池片的主栅线焊接起来
14、目的是将电池片进行串联 43 2 组件工艺过程及常见质量问题 串焊 目的 焊接参数 温度 焊接时间硬件保养 烙铁头 传送定位装置焊接拉力测试符合标准焊接排版符合质量要求 控制要点 串焊工序使用自动串焊机完成电池片单片焊接 串接 方阵排列作业 44 2 组件工艺过程及常见质量问题 串焊工艺常见质量问题 虚焊 现象 出现焊带与电池片脱层 影响组件功率衰减运转和抽真空过程中出现焊点脱开 层压件造成外观不良过焊导致电池片内部电极被损坏 直接影响组件功率衰减降低组件寿命或造成报废 虚焊风险分析 45 2 组件工艺过程及常见质量问题 焊接时机器或人工定位出现异常所致 也可能是因为层压时随着EVA的流动性所
15、致 串焊工艺常见质量问题 露白 现象 露白风险分析 焊带的偏移会导致焊带与主栅面积接触减少 收集电流的力降低 同时也会使电池片的受光面积减少 从而使组件功率或长期可靠性降低 产生原因 46 2 组件工艺过程及常见质量问题 裁切铺设 将组件串 玻璃 切割好的EVA 背板按照一定的层次敷设好 准备层压 敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置 调整好电池间距离 为层压做好准备 敷设层次由下而上 玻璃 EVA 电池片 EVA 背板 47 2 组件工艺过程及常见质量问题 玻璃上料 将合格玻璃上至自动线 拆开来料的钢化玻璃目视检查玻璃来料情况搬运钢化玻璃到传送带目视上料情况玻璃传送到下一工位 钢化玻璃无污
16、渍钢化玻璃符合质量要求 目的 作业说明 控制要点 48 2 组件工艺过程及常见质量问题 标准 玻璃划伤宽度 0 1mm 长度 20mm 不超过3条 m 潜在风险 降低组件的长期可靠性 组件表面的封装玻璃完全破碎 透光率急剧下降 该组件电流几乎为零 严重影响整个组串功率的输出 玻璃常见质量问题 玻璃划伤 49 2 组件工艺过程及常见质量问题 排列 将电池串用互联条连接起来 便于进行层叠互联条焊接质量直接影响组件电性能的输出 50 2 组件工艺过程及常见质量问题 裁切铺设 将原材料依次排序 完成电池组件的铺设 目的 作业说明 隔离小条铺设 汇流带头尾部连接ID条码粘贴 检验EVA TPT铺设 各部件间尺寸控制焊接质量检查和控制符合质量要求 控制要点 51 2 组件工艺过程及常见质量问题 EL检测 近红外在暗箱状态下捕捉到图像 来判别组件的缺陷 目的 作业说明 选择合适参数下测试模板测试设备与组件间连接条码扫描图像判断 参数控制 电流 电压 曝光时间缺陷类别根据EL标准进行判定 控制要点 层压前EL检测与层压后EL检测可有效分辨电池的多种缺陷 如隐裂 混档 污染 断栅 焊接黑斑 黑芯片 短路
