太阳电池组件2010jk

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1、太阳电池组件周潘兵zhoupanbing@sohu.com南昌大学太阳能光伏学院本章主要介绍:基本概念光伏电池的互联太阳电池组件的结构及类型封装材料设备封装工艺电池组件失效问题探讨QuartzsandPolysiliconIngotsCellWaferModule3.1基本概念太阳电池是光电转换系统的最小单元，称之为单体太阳电池或称电池片。电池片一般不直接作为电源使用，主要有以下的原因：①单体电池是由硅晶材料制成，薄而脆，不能经受较大的撞击；②太阳电池必须与大气隔绝使用，因为大气中的水分和腐蚀性气体会缓慢地腐蚀电极，逐渐使电极脱落；③电池片的工作电压是0.4～0.6V，远不能满足一般用电设备的

2、电压要求。地面应用的太阳电池组件的技术要求如下：①有一定的标称工作电压和输出功率；②组件的寿命长，要求正常工作20～30年，而且所用材料、零部件及其结构的使用寿命一致，不会因部分损坏而造成整个组件失效；③有良好的电绝缘性；④有足够的机械强度，能经受运输、安装和使用过程中的振动、冲击和其它应力；⑤组合引起的效率损失小；⑥成本较低。太阳电池片本身具有良好的稳定性，它的器件结构也是一种稳定的物理结构，如果是在密封良好的理想条件下使用具有极长的寿命，而现在的产品中只能保证20～25年寿命的原因就在于封装材料和封装工艺的限制。太阳电池组件的性能中最重要的就是组件的耐老化性能，而这主要是由封装材料的耐老化

3、性能决定的，所以在这个领域内材料是第一位的，关于组件最重要的研究工作都是围绕材料展开的，其目的就是延长组件的寿命，同时还要降低生产成本。3.2光伏电池的互联3.2.1相同特性电池的互联在理想情况下，在组件中的电池会表现出来同样的特性，并且整个组件与单个电池的I-V曲线具有相同的形状，只是坐标轴的尺度会有差异。因此对N个串联和M个并联起来的电池：3.2.2非相同特性电池的互联在实际情况下，所有电池都具有不同的特性，输出最小的电池限制了整个组件的总输出。组件中电池的最大输出的总和与组件实际达到的最大输出之间的差别就是失谐损耗。确定并联电池组短路电流的方法确定并联电池组开路电压的方法确定串联电池组开

4、路电压和短路电流的方法3.2.3非相同特性的电池组件假如上述图中的电池被替换成电池组件、电池串、电池模块或者源电路，会出现相似的效果和曲线形状。来自于不同厂家的电池或组件，即使额定电流相同，仍可能具有不同的光谱响应，从而导致失谐损耗的出现。3.2.4热斑效应存在于组件里的失谐电池可导致某些电池在产生能量而某些电池在消耗能量。当组件或者组件串被短路时，所有的“好”电池的输出都会消耗在“坏”电池上。3.2.4热斑效应能量在“坏”电池上的消耗导致电池P-N结的局部击穿，在很小的区域会产生很大的能量消耗，导致局部过热，称为“热斑”，从而会导致电池或玻璃开裂、焊料熔化等破坏性的结果，电池组件也会发生同样

5、的问题。-热斑效应对于热斑问题和失谐电池，一个解决办法是在原电路基础上加装旁路二极管。当光线不被遮挡时，每个二极管处于反偏压，每个电池都产生电能。当一个电池被遮挡时就会停止产生电能，成为一个高阻值电阻，同时其他电池促使其反偏压，导致连接电池两端的二极管导通，原本流过被遮挡电池的电流被二极管分流。具有故障电池的电池矩阵的输出有一个旁路二极管的“坏”电池对总输出的影响当总电路短路时，“坏”电池和二极管上消耗的能量约等于一个“好”电池的输出能量。将每个电池配备一个旁路二极管成本太高，所以二极管通常会连接于一组电池的两端，被遮挡的电池的最大功率消耗大约等于该电池所在电池组的总发电能力。对于硅太阳电池，

6、在不引起损坏的情况下，一个旁路二极管最多连接10～15个电池。因此对于通常的36电池组件，最少需要3个旁路二极管以保证不被热斑效应所损坏。如果商业组件不具有旁路二极管，要保证组件不会长时间被短路，并且那部分组件不会被周围建筑物或邻近的电池阵列所遮挡。在每个太阳能电池内部集成一枚二极管的方案也是可行的，它是确保各个电池都不被损坏的一个低成本方法。合格的二极管应当能够承受其保护组件的2倍开路电压或者1.3倍的短路电流的工作条件。一些组件包含阻塞二极管，保证电流只会从组件流出。例如，它可以防止夜间蓄电池对太阳电池放电。因为阻塞二极管会消耗一部分电能，所以不是所有的电池串都具有阻塞二极管。与旁路二极管

7、相似，阻塞二极管应当可以承受其保护组件的2倍开路电压或者1.3倍的短路电流。3.2太阳电池组件的结构及类型根据太阳电池片的类型太阳电池组件可分为：单晶硅组件、多晶硅组件、砷化镓组件、非晶硅薄膜电池组件等，其中晶体硅电池组件约占市场的80％～90％。封装材料与工艺也不尽相同，主要分为：环氧树脂胶封、层压封装、硅胶封装等。目前用得最多的是层压封装方式，因为这种封装方式适宜于大面积电池片的工业化封装。常