光伏组件原理及常见质量问题

光伏发电原理及组件生产过程中常见质量问题光伏(电池/组件)生产过程及常见质量问题2光伏发电优势及原理1电站组件质量保障措施3目录1.光伏发电优势及原理可开采65年左右可开采58年左右可开采100年左右铀资源天然气煤资源石油资源人类未来的能源之路在何方？可开采40年左右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。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P型半导体。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光伏电池发电原理---光生伏打效应1.光伏发电优势及原理NumberofPhotonsofWavelengthλ(nm)Eh-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；2.光伏工艺过程及常见质量问题光伏组件平衡系统配电系统土建工程等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。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2.组件工艺过程及常见质量问题组件结构2.组件工艺过程及常见质量问题组件结构玻璃EVA胶膜EVA胶膜背板电池串2.组件工艺过程及常见质量问题组件质量的影响因素一•设计二•生产三•检验四•包装运输设计原材料结构工艺验证使用8个组件(IEC61215)目测、电性能、绝缘、湿漏电目测、电性能、绝缘、湿漏电温度系数电性能户外暴露二极管热试验热斑紫外线热循环50湿冻终端试验热循环200湿热机械强度雹击标称工作温度低辐照电性能123452.组件工艺过程及常见质量问题组件设计—可靠性测试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≤50μA-在500V下，绝缘电阻应≥50MΩ（或漏电流≤10μA）温度系数测量-确定组件电流（α），电压（β）和最大功率（δ）的温度系数；标称工作温度测量-标称工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；152.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，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衰减5%，满足绝缘要求）；湿漏电流试验-评价组件在潮湿工作条件下的绝缘性能，验证雨、雾、露水或溶雪的湿气不能进入组件内部电路的工作部分，如果湿气进入在该处可能会引起腐蚀、漏电或安全事故（A0.1m2，R≥400MΩ；A0.1m2，R*A≥400MΩ•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，TjT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—钢化玻璃透明绝对的密封为什么要用玻璃封装组件234经久耐用、稳定性好便宜12.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ＥＶＡ分子间反应形成网状结构。从而提高ＥＶＡ的力学性能、耐热性、耐溶剂性、耐老化性。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—黄变光EVA光EVA变色短路电流Isc降低13%max；转换效率eff降低19%max；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。2.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2.组件工艺过程及常见质量问题组件原材料—背板PVF特点3.组件工艺过程及常见质量问题组件原材料—背板背板结构采用TPT（Tedlar+PET+Tedlar）结构，相较TPE背板，双层Tedlar具有以下优点优异的耐紫外特性和耐热氧化特性低的水汽渗透率良好的电绝缘性一定的粘结强度TPT背板结构TPE背板结构3.组件工艺过程及常见质量问题组件原材料—背板PVF特点耐高低温抗紫外耐腐蚀耐老化强防氧化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导热性对组件效率的影响：背板材质具有导热性，可以将组件产生的热量及时导出，从而保证组件的发电效率。电池温度1℃开路电压2.3mV背板导热性影响组件发电效率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。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。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。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连接端子老化密封圈或灌封胶老化接线盒老化老化后，无法防止水渗入，容易造成短路，损毁组件。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。组件发电遵循“木桶效应”，其输出取决于电性能最小的电池片的电性能。1234I=xV=yI=xV=yI=z＜xV=yI=xV=yI=zV=4yP=4zy＜4xy2.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。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。发黑电池片Tª=68ºC四周电池片=46-52ºC2.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。2.组件工艺过程及常见质量问题采用质量优良的原材料组件各种封装原材料应有技术规范或技术标准，符合中华人民共和国国家标准（GB），中华人民共和国电力行业标准（DL），中华人民共和国电子行业标准（SJ）及相关的IEC标准。在国内标准与IEC标准矛盾时，应按较高标准执行。组件原材料均采用国内外知名品牌生产制造，符合上述标准，部分关键原材料通过UL和TUV双认证，确保组件可靠性。组件原材料应用到货检验记录，对于新型原材料，要求首先试制，试制组件满足IEC61215相关测试要求。组件的主要工艺步骤层压排版叠层串焊测试分档组框接线盒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串焊串焊工序将互联条与电池片的主栅线焊接起来，目的是将电池片进行串联。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