光伏發電單元系統中電池組件功能和進展研究

陸文俊+索博鵬

摘 要：本文通過對光伏發電系統電池組件中的硅電池片、EVA材料和玻璃蓋板等幾種關鍵元器件的作用、工藝特點和功能等進行總結分析，并分析電池組件的進展情況，為光伏發電系統組件工藝和水平的提升研究提供理論依據。同時關注安裝傾角、陰影遮擋和面板積灰對于發電效率的影響，要做好電池組件的質量把控工作。

關鍵詞：光伏發電；光伏組件；封裝材料；研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.029

1 引言

經濟的發展伴隨著能源的消耗，我國對于能源的消耗量越來越大，而我國能源結構不合理的矛盾也日益突出，迫切需要我們予以解決。太陽能是地球上的可再生能源，適度的發展太陽能光伏發電技術，可有效緩解我國能源結構矛盾。有數據顯示，太陽能輻射的能量非常之大，完全可以滿足全世界對能源需求[1]。

作為光伏發電系統中的關鍵元器件，光伏組件的質量對于光伏發電系統的發電能力和使用年限有直接相關。因此，對于光伏組件的封裝材料必須認真選擇，并采用先進可靠的封裝技術，才能確保光伏組件具備優良的的光電轉換能力，并實現晶硅電池片的穩定可靠使用。

2 光伏組件組成

由于光伏組件的使用年限需達到20-30年，也就是說必須確保光伏組件在使用20年之后，其效率仍不低于80%。這就需要確保光伏組件密封性能好，有足夠的電絕緣性能；同時，具有較強的機械強度，效率損失平穩且足夠小，對紫外線輻射有很強的耐受性。作為光伏組件的核心，電池片的使用壽命很長。因此，封裝材料對于光伏組件的使用壽命起著決定性作用。光伏組件的封裝應該具備的特點：界面導電性能不強，粘結強度好，吸濕性能差以及一定的導熱能力。高分子樹脂是常用的封裝材料。

據統計，全世界90%以上的太陽能電池是晶體硅電池。經典的晶體硅電池主要包括玻璃、EVA膠膜、硅電池片和背板、密封條、金屬框以及接線盒等。

3 光伏組件功能分析

（1）EVA材料。EVA膠膜是一種熱熔膠，在光伏發電系統中起著粘結各組件的作用，同時起到支持組件結構、絕緣保護等作用，確保電池的安全穩定。EVA膠膜開始應用于上世紀80年代，被認為是迄今為止性能最佳的光伏熱熔膠。EVA膠膜受紫外線照射后穩定性變差，容易發生黃變老化，可通過添加劑配方進行改性。

（2）玻璃蓋板。玻璃蓋板通常安裝于光伏組件正面最外層，起著抵抗風雪冰雹等外力打擊的作用，機械強度非常高，一般為鍍膜鋼化玻璃，具有非常高的光線通過率，通常透光率可達90%以上。同時可有效的反射紅外線，耐受紫外線輻射的能力強。

（3）硅電池片。作為太陽能電池的核心部件，硅電池片的主要作用是完成光能和電能的轉換。其中，硅晶電池片的晶片接受光照輻射后，通過受光時帶正電的空穴和帶負電的電子的移動；晶片受光后負電子和空穴的流出，即可形成電位差，這就是光生伏特效應。由于單一的硅電池片面積小，產生的電流低，通常將許多硅電池片采用串聯或并聯的方式進行連接，形成一個組件整體。

（4）背板。背板通常安裝在太陽能電池的底部，用來阻擋水汽等進入電池內，具有良好的阻隔性，并與建筑物的表面直接接觸。好的背板材料需要具備好的阻隔性、耐腐蝕性和耐老化性等。背板是影響光電轉換效率的重要因素，背板關鍵材料決定著背板的質量和壽命。太陽能電池的背板一旦受損，電池內部的其余組件將直接受到外界環境的侵蝕，封裝材料很容易發生水解，電池受到腐蝕，因此電池組件的使用壽命和輸出效率將大幅度降低，甚至會引發電池組件的絕緣失效而發生事故。目前，國內光伏電站中背板的進口率仍然非常高，我國生產的背板中很多仍然是用外國的氟膜及氟涂料作為原材料進行生產。近年來，隨著光伏發電的不斷發展，背板材料也在不斷地改進，背板材料的綜合性能也不斷提升。

（5）密封條和邊框。密封條主要是三元乙丙橡膠，三元乙丙橡膠的彈性和抗壓縮變形和耐老化、臭氧和化學作用的能力強，同時具有較寬的溫度范圍。光伏組件的邊框通常用采用質輕的鋁材將電池組件組合成一個整體。可對光伏組件進行固定、封裝，提高電池的使用年限，增強抗機械沖擊能力。金屬框將利于吸收更多的光源，光電效率也隨著提高。邊框向輕質化、多樣化定制等方向發展符合未來的需求。

4 光伏組件發電效率影響因子

光伏組件的發電效率易受多種因素的影響，由于光伏面板直接與外界環境接觸，很容易積灰。積灰會大幅度降低太陽的透射率，輻照量減少，從而導致光伏組件輸出功率下降，并且透射率隨積灰厚度的增加而急劇下降。同時，積灰的吸能作用和可能帶有腐蝕性，也會降低光伏組件的光電轉換效率。同時，陰影遮擋也會大幅降低輻照強度，從而使光電轉換效率降低；安裝傾角對于太陽能組件的光電轉換能力也有影響，主要是由于不同的傾角使得接受的光照強度不同。

光伏電池發電量的大小隨接受的太陽輻照強度的不同而變化。在某些日照不足的地區，要了解電池組件是否能夠滿足使用條件，需進行低輻照度條件下的電性能測試。而組件的性能不匹配、樹葉或其他不透明物體的遮擋等因素會導致組件過熱，因此可通過熱斑測試來驗證熱斑對組件電性能的影響[2]。

5 結論

加快光伏發電系統的開發建設，對于紓解我國能源消耗嚴重、供應偏緊的問題具有重要意義。光伏發電系統的電池組件包含硅電池片、EVA材料、玻璃蓋板、背板、密封條和邊框等幾種關鍵材料，通過對這幾種關鍵材料功能和進展的分析研究，為光伏組件的發展提供了研究方向。在光伏組件的安裝使用過程中，必須注意安裝傾角、陰影遮擋和面板積灰對于發電效率的影響，同時做好各組件的質量把控。

參考文獻：

[1]劉峰，張俊，李承輝，游效曾.光伏組件封裝材料進展[J].無機化學學報，2012，28（03）：429-436.

[2]張臻，單立，王磊，吳晉祿，全鵬，姜猛.光伏組件熱斑案例失效分析與影響因素研究[J].太陽能學報，2017（01）：271-278.

作者簡介：陸文俊（1989-），男，江蘇大豐人，本科，助工，主要從事新能源光伏發電。