聚光光伏組件效率降低在生產側的原因分析及解決方法

張磊 尹航 張玉霞 杜彪 黃勇煥

摘?要：聚光光伏[1]組件在示范項目運行過程中出現發電效率降低問題，經過觀察、分析、對比、實驗驗證，發現引起組件效率降低的出現的原因是組件自身電池出現隱裂造成。通過對生產工藝的分析，找到解決電池隱裂的方法。

關鍵詞：光伏;聚光;發電效率;生產

面對化石燃料逐漸枯竭和人類生態環境的日益惡化，在能源供應方面必須走可持續發展道路，逐漸改變能源消費結構，大力開發利用以太陽能為代表的可再生能源，已逐步成為人們的共識[2]。光伏發電是重要的清潔能源產業，也是我國具有較強國際競爭力的重要戰略性新興產業，在國家能源戰略中具有重要地位。聚光光伏是光伏發電的重要組成部分，有著良好的發展前景。聚光光伏組件是[聚光光伏電池]+[聚光鏡面菲涅爾透鏡]+[太陽光追蹤器]的組合，其電池主要材料是砷化鎵（GaAs），屬于三五族（III-V）材料。目前主要應用的是InGaP/GaAs/Ge三結砷化鎵電池，可吸收300～1900nm波長能量。

聚光光伏具有光電轉化效率高、同等發電量情況下占地面積小、對環境影響小等特點，也有經高倍聚光后散熱困難、跟蹤器要求精度高等問題。其核心部件聚光光伏組件電池的光電轉化率正在逐年提高，已有實驗室聲稱砷化鎵電池的光電轉化率已接近50%。由此可見隨著相關機構不斷地深入研究，如能有效解決聚光光伏的主要問題，聚光光伏在某些特定場景下的競爭力將越來越強，甚至可以帶動整個聚光光伏產業的興起。

論文的結構如下：第一部分本文介紹了聚光光伏發電的原理。第二部分介紹了聚光光伏組件核心工藝。第三部分闡明了效率降低生產側原因分析及解決方法。第四部分是本文的結論。

1 聚光光伏發電的原理

聚光光伏是通過采用聚光技術，以相對便宜的聚光器來代替昂貴的太陽電池，將太陽光匯聚到太陽電池表面進行發電的一種技術。

聚光光伏所使用的太陽電池是聚光光伏技術的核心和基礎。由于GaInP/GaAs/Ge多結電池光電轉換效率高，且具有很好的高溫特性可實現高倍聚光，目前國際上普遍使用GaInP/GaAs/Ge多結太陽電池。典型的GaInP/GaAs/Ge三結電池由約30層結構構成，市場上主要采用MOCVD技術或MBE技術制作。

聚光系統包括聚光透鏡及二次聚光鏡。現聚光透鏡主要使用平面化的菲涅爾透鏡，其具有質量輕、成本低、應用結構簡單的優點。二次聚光鏡的主要作用是使聚光透鏡聚攏的光全部投射到光伏電池上。

聚光光伏系統大都采用雙軸跟蹤系統，以保證跟蹤精度。

2 聚光光伏組件核心工藝

聚光光伏組件的主要部件包括電池、散熱塊、上框、下框、中柱、菲涅耳透鏡、二次聚光鏡等，經過組裝、測試合格后，即可用于聚光發電。其中電池模塊的生產組裝為組件的核心過程，它的完成情況直接影響組件的質量，其主要工藝如下：

（1）將電池正負極分別與長度為110mm的2條高溫導線進行焊線。

（2）將電池貼合到散熱塊中心，和散熱塊上的定位角對準，確保電池和散熱座接觸良好。將貼合好電池的散熱塊放在Hot plate上加熱焊接，也可以在回焊爐里完成。

（3）完成焊接后如電池出現位移未對準定位角要重新調整;將焊接時電池四周溢出的錫珠去除，看其是否和散熱塊的鍍鎳層完全接觸浸潤。

（4）電池焊接孔洞率直接關系到電池效率甚至電池壽命，因此焊接后需使用X-ray來檢查，也可采用破壞性檢查。

（5）在生產過程中發現錫膏涂層的厚度、均勻性以及回焊溫度曲線控制對焊接質量有很大的影響，必須加強管控。

3 效率降低生產側原因分析及解決方法

在示范項目運行過程中發現有聚光組件出現發電效率降低的現象，經過示范項目現場及生產現場的觀察、分析、對比、驗證，發現引起組件效率降低的出現的原因是組件電池出現隱裂。聚光光伏組件電池外框材質為強度較強的金屬材料，受外力導致電池隱裂的幾率很低，大多數都是在生產過程中因工藝控制不良導致的隱裂。

生產工藝改進方法為：

（1）電池與高溫導線進行正負極焊線時盡量避免因固定需要的按壓電池動作，避免電池陶瓷基片出現隱裂。

（2）增加散熱塊鍍鎳區域錫膏的涂布面積及厚度，保證芯片的金屬部分全部通過錫膏與散熱塊相連。

（3）電池焊接后有溢出的錫珠要清理干凈避免出現短路、漏電現象。

（4）散熱塊與底板結合部位的密封膠用量增加一倍，以此增大密封膠的密封緩沖作用，減少或避免出現因外力致使散熱塊形變導致電池陶瓷基片出現隱裂得情況。

4 結論

光伏組件作為光伏發電系統的核心部件，其質量直接決定了整個光伏發電系統的發電效率及整個發電系統的生命周期。組件在生產過程中工藝的管控則成為重中之重，流程優化、細節把控、執行到位應提高到生產企業的戰略層面，以此推動聚光光伏乃至整個光伏行業的發展。

參考文獻：

[1]郭豐.聚光光伏的發展[J].電源技術，2009，33（10）：936-941.

[2]趙春江，楊金煥.太陽能光伏發電應用的現狀及發展[J].節能技術，2007，25（5）：461-465.