太陽能光伏電池的設(shè)計與制作

1、河南工程學(xué)院光伏材料設(shè)計實習(xí)實訓(xùn)報告書太陽能光伏電池的設(shè)計與制作2016 -2017學(xué)年 第二學(xué)期學(xué) 院：趙博學(xué)生姓名：理學(xué)院學(xué) 號：4215學(xué)生班級： 應(yīng)用物理 1442指導(dǎo)教師：牛金鐘趙瑞鋒日期：2017年6月14日摘要：太陽能光伏電池的設(shè)計與制造是我們本專業(yè)的最主要內(nèi)容之一，本次實訓(xùn)的目的是讓我們更加深刻了解太陽能光伏電池的發(fā)電原理，了解太陽能電池組件的生產(chǎn)流程和生產(chǎn)工藝，了解太陽能光伏電池的應(yīng)用，并且制作一件太陽能 光伏電池板。本文主要講的是本次的太陽能光伏太陽能電池制作過程，包括選擇制作材料，電池板的設(shè)計，焊接太陽能電池片，組裝太陽能電池，以及對電池組 件進(jìn)行測試。關(guān)鍵詞：電池組件

2、設(shè)計 組裝 測試目錄一、簡介 1二、材料及其性質(zhì) 11. 黏結(jié)劑 12. 玻璃 -上蓋板材料 13. 背面材料 14. 邊框 15. 接線盒 26. 硅膠 27. 電池片 2三、設(shè)計原理及組裝 21. 設(shè)計原理 22. 太陽能電池組件設(shè)計 33. 電池組件的制作 3、簡介太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。 太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或“光電池” ，是一種利用太陽光直接發(fā)電的 光電半導(dǎo)體薄片。通常采用硅半導(dǎo)體二、材料及其性質(zhì) 真空層壓封裝太陽能電池，主要使用的材料有黏結(jié)劑、玻璃、復(fù)合模、連接 條、鋁框等。合理地選用封裝材料和采取正確的封裝工藝能保證太陽能電池的

3、高 效利用并延長使用壽命。 優(yōu)良的太陽能電池組件， 除了要求太陽能電池本身效率 高外，優(yōu)良的封裝材料和合理的封裝工藝也是不可缺少的。1.黏結(jié)劑黏結(jié)劑是固定和保證電池與上、 下蓋板密合的關(guān)鍵材料， 要求可見光范圍內(nèi) 具有高透光性，抗紫外線老化；具有一定彈性，可緩沖不同材料見的熱脹冷縮； 具有良好的電絕緣性能和化學(xué)穩(wěn)定性， 不產(chǎn)生有害電池的氣體和液體； 具有優(yōu)良 的氣密性，適用于自動化的組件封裝。本次實訓(xùn)中采用的是EVA膜。2.玻璃-上蓋板材料 玻璃是覆蓋在電池板正面的上蓋板材料，構(gòu)成組件最外層，既要求透光高， 又要堅固，耐風(fēng)霜雨雪，經(jīng)受沙礫冰雹沖擊，起到長期保護(hù)電池作用。普通玻璃體內(nèi)含鐵量過高及

4、玻璃表面的光反射過大是降低太陽能利用率的 主要原因。目前在商業(yè)化生產(chǎn)中標(biāo)準(zhǔn)太陽能電池組件的上蓋板材料通常采用低鐵 鋼化玻璃，其特點(diǎn)是：透光率高、抗沖擊能力強(qiáng)、使用壽命長。 厚度一般為， 透光率達(dá) 90%以上，對于波長大于 1200nm 的紅外線有較高的反射率，同時能耐 太陽紫外線的輻射。3.背面材料組件底板對電池既有保護(hù)作用又有支撐作用。 對底板的一般要求為： 具有良 好的耐氣候性能， 能隔絕從背面進(jìn)來的潮氣和其他有害氣體： 在層壓溫度下不起 任何變化：與黏結(jié)材料結(jié)合牢固。一般所用的底板材料為玻璃、鋁合金、有機(jī)玻 璃以及PVF復(fù)合膜等。目前生產(chǎn)上較多應(yīng)用的是 PVF復(fù)合膜。4.邊框平板式組件應(yīng)

5、有邊框， 以保護(hù)組件和便于組件與方陣支架的連接固定。 邊框 與結(jié)劑構(gòu)成組件邊緣的密封。邊框材料主要有不銹鋼、鋁合金、橡膠及塑料等。 由于鋁合金密度低，強(qiáng)度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，具有很好的抗腐蝕性，因 此常用鋁合金做太陽能電池邊框材料。5.接線盒保護(hù)整個發(fā)電系統(tǒng)，起到電流中轉(zhuǎn)站的作用6.硅膠 密封作用，用來密封組件與鋁合金邊框、組件與接線盒交界處。7.電池片 太陽能電池片分為晶硅類和非晶硅類， 晶硅類又分為單晶硅和多晶硅， 本次 課程設(shè)計采用的是 125*125 的單晶硅太陽能電池片。單晶硅的優(yōu)點(diǎn)有：高效率， 低衰減，可靠性強(qiáng)；先進(jìn)的擴(kuò)散技術(shù)，保證了片間片內(nèi)的良好均勻性，降低了電 池片之間的

6、匹配損失；運(yùn)用先進(jìn)的管式 PECVD成膜技術(shù)，使得覆蓋在電池表面 的深藍(lán)色氮化硅減反射膜致密、 均勻、美觀； 應(yīng)用高品質(zhì)的金屬漿料制作電極和 背場。確保了電極良好的導(dǎo)電性、 可焊性以及背場的平整性； 高精度的絲網(wǎng)印刷 圖形，使得電池片易于自動焊接。三、設(shè)計原理及組裝1. 設(shè)計原理 太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置， 它利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N器件， 這 種光電轉(zhuǎn)換過程通常叫做 “光生伏打效應(yīng) ”，因此，太陽能電池又稱為 “光伏電池”。 只要被光照到， 瞬間就可輸出電壓及電流， 在物理學(xué)上稱為太陽能光伏， 簡稱光 伏。最簡單的太

7、陽能電池是由p-n結(jié)構(gòu)成的，當(dāng)太陽光照射PN結(jié)時，在半導(dǎo)體 內(nèi)的電子由于獲得了光能而釋放電子，相應(yīng)地便產(chǎn)生了電子-空穴對，并在勢壘電場的作用下，電子被驅(qū)向 N型區(qū)，空穴被驅(qū)向P型區(qū)，從而使N區(qū)有過剩的 電子，P區(qū)有過剩的空穴；于是就在PN結(jié)的附近形成了與勢壘電場方向相反的光 生電場。光生電場的一部分抵消勢壘電場，其余部分使P型區(qū)帶正電、N型區(qū)帶負(fù)電;于是就使得N區(qū)與P區(qū)之間的薄層產(chǎn)生的電動勢，即 光生伏打”電動勢。 當(dāng)接通外電路時，便有電能輸出。p-Side圖一2. 太陽能電池組件設(shè)計單體電池的連接方式太陽能電池實際使用時要按負(fù)載要求，將若干單體電池按電性能分類進(jìn)行串 并聯(lián)，經(jīng)封裝后組成可以獨(dú)

8、立作為電源使用的最小單元，這個獨(dú)立的最小單元稱為太陽能電池組件。若干太陽能電池組件串并聯(lián)構(gòu)成太陽能電池方陣，以滿足不同的用電需求。如果每個單體電池的性能是一致的， 多個單體電池串聯(lián)，可以在不改變輸出 電流的情況下，使輸出電壓成比例增加；并聯(lián)方式，則可以在不改變輸出電壓的 情況下，使輸出電流成比例增加；而串、并聯(lián)混合連接，則即可增加組件的輸出 電壓，又可增加組建的輸出電流。(2)太陽能電池組件的版型設(shè)計在生產(chǎn)電池組件之前，要對電池組件的外形尺寸、輸出功率以及電池片的排 列布局進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計過程中既要了解電池片的性能參數(shù)， 還要了解電池組件的 生產(chǎn)工藝過程和用戶的使用需求，做到電池組件尺寸合理，電

9、池片排布緊湊美觀， 而本次實踐中，學(xué)校提供的鋼化玻璃板為54mm*44mm，因此我所設(shè)計的電池組 件大小為3片*9片。3. 電池組件的制作(1)電池片的焊接要組成電池組件，首先就要焊接電池片，用電焊機(jī)把焊條在助焊液的幫助下 焊接在電池片的背面上，這是非常不容易的，電池片非常脆，焊接過程中一不小 心就會把電池片弄碎，然后把9個電池片串聯(lián)，電池片的正面為負(fù)極，背面為正 極，串聯(lián)時，正極接負(fù)極，不能接反了。焊接 3 排,最后把三排并聯(lián)焊接，接出兩個頭。(2) 中間測試焊接完成后要對電池片進(jìn)行燈光照射， 測量電壓和電流，觀察電流和電壓是 否按比例增加，是否符合設(shè)計要求，符合要求后進(jìn)行下一步。(3) 鋪

10、膜和層壓鋪膜是將焊接完成后經(jīng)過檢測合格后的組件串與玻璃切割好的EVA膜、復(fù)合膜按照一定層次鋪設(shè)。玻璃在下，先鋪一層EVA膜，然后放電池片，再鋪一層EVA膜，最后鋪復(fù)合膜。鋪膜時，保證貼膜和玻璃的干凈，保證電池串與玻璃等 材料的相對位置，調(diào)整好電池串間的距離和電池串與玻璃邊緣的距離，為層壓打好基礎(chǔ)。圖覆膜完成后，通過鏡子檢查一下，觀察太陽能板里是否有雜物，是否鋪設(shè)好, 一切都好后準(zhǔn)備層壓。當(dāng)層壓機(jī)調(diào)節(jié)后，達(dá)到層壓條件后，把太陽能板放入層壓 機(jī)內(nèi)進(jìn)行層壓，等待層壓結(jié)束。層壓過程中有關(guān)問題及注意事項： 太陽電池層壓 工藝中，消除EVA中的氣泡是封裝成敗的關(guān)鍵，層疊時進(jìn)入的空氣與 EVA交聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生的

11、氧氣是形成氣泡的主要原因。 當(dāng)層壓的組件中出現(xiàn)氣泡，說明工作溫 度過低或抽氣時間太短應(yīng)該重新設(shè)置工作溫度和抽氣、層壓時間。裝框裝框前要對電池板修邊，層壓時EVA融化后由于壓力而向外延伸固化形成毛 邊，所以層壓完畢應(yīng)將其切除。裝框時，先把邊框和玻璃組件的縫隙用硅膠填充， 把裝框機(jī)調(diào)試好后，把鋁合金邊框和玻璃組件放入裝框機(jī)內(nèi)，開始裝框。(5) 粘接接線盒在組件背面引線處粘接一個盒子，用來把電池與其他設(shè)備或電池進(jìn)行連接。(6) 組件測試測試的目的是對電池的輸出功率進(jìn)行標(biāo)定， 測試其輸出特性，確定組件的質(zhì) 量等級。我所設(shè)計的太陽能電池組件測試結(jié)果如下：FsF.r%LI J- -1r lm.si齊wePrv恥料 -C 雄1- Q W G為F虛釈気2 |刑ij粉|：HilBHr|MiknrBKjTTpa?E9心 J?:c 暑-二C卑：噸醫(yī)VA-O.OH7Ah? flawpi.暫* Z?D Q殆 C TBSir: 59鬥檔 R? rrC-r-i- 1EZ7BL34B- OkDOOE.DKqikl2J.W圖三實物圖如下:實習(xí)實訓(xùn)評分表序 號