第四章 太阳能电池组件课件.ppt

第四章 太阳电池组件,4.1 太阳电池芯片、组件4.2 太阳电池组件及其构造4.3 太阳电池组件的种类4.4 建材一体型组件的应用,4.1 太阳电池芯片、组件,太阳能电池芯片 太阳能电池芯片是太阳电池的最小单元，规格一般是10cm10cm，12.5cm12.5cm，15cm15cm。一枚太阳电池芯片的出力电压约0.5V。,单结晶硅太阳电池 Single Crystal,多结晶硅太阳电池 Poly Crystal,具有外部封装及内部连接、能单独提供直流电输出的最小不可分割的太阳能电池组合装置，叫太阳能电池组件，即多个单体太阳能电池互联封装后成为组件。,太阳电池组件,太阳能电池组件是包含一定数量的太阳能电池芯片，电池与电池之间是通过导线连接的。太阳电池组件的功率一般为几瓦至几十瓦、百余瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。组件标准数量：36个或72个（1010cm）能够产生16 v 的电压，可对额定电压为12 v 的蓄电池进行有效的充电。,单晶硅太阳能电池组件多晶硅太阳能电池组件刚性衬底薄膜太阳能电池组件柔性薄膜太阳能电池组件,非晶硅薄膜,碲化镉薄膜,太阳能电池组件的分类：,由于大面积(如面积200200mm2，200mm，厚度=0.20.3mm)的硅片比较脆，而单体电池的输出电压又仅在0.450.60V之间，因而需要首先将若干个单体电池进行串(并)联以获得必要的输出电压、电流(功率)，然后再根据实际用途的需要进行封装。组件的封装结构、封装材料和封装工艺与组件的工作寿命、可靠性和成本，有着密切的关系，但有时会被忽视。,将太阳能电池组件通过串并联安装在支架上，就构成了太阳电池方阵。可以满足负载所要求的输出功率。,制作太阳电池组件时要考虑以下问题：耐气候性：防止太阳电池被腐蚀，保证它的稳定性和可靠性；为了防止由于漏电引起的发电性能降低，必须消除其对外围设备以及人体的不良影响;防止由于强风、冰雹等气象因素对组件造成的损伤；,除了应避免太阳电池在搬运、安装过程中的损伤之外，还必须使电气配线比较容易;使太阳电池更加美观;增加保护功能，以防止由于组件的损伤、破损等引起的系统的电气故障。,作用：单个太阳能电池往往因为输出电压太低，输出电流不合适，晶体硅太阳能电池本身又比较脆，不能独立抵御外界恶劣条件。因而在实际使用中需要把单体太阳能电池进行串、并联，并加以封装，接出外连电线，成为可以独立作为光伏电源使用的太阳能电池组件(Solar Module或PV Module，也称光伏组件)。太阳能电池组件通过吸收阳光，将太阳的光能直接变成用户所需的电能输出。,光伏组件输出功率：从零点几瓦到数百瓦不等,4.2 太阳电池组件及其构造,1、背面衬底型组件 背面衬底型组件是将太阳电池单元配置在由玻璃等材料构成的背面衬底上，表面用透光性树脂封装而成。太阳电池的支撑板不是光的入射侧。,4.2.1 结晶系太阳能电池组件,2、表面衬底型组件 表面衬底型组件与背面衬底型组件不同的是，太阳电池的支撑板是光的入射侧。我们实验室用的太阳能电池板都是表面衬底型的。,3、填充型组件 填充型组件太阳电池的入射侧和背面侧均为太阳电池的支撑板。,1、衬底一体表面衬底型组件 薄膜太阳电池可以在大面积衬底上直接形成，所以与表面承担型组件相比，它省去了一部分填充材料，结构大大简化。,4.2.2 薄膜系太阳能电池组件,4.2.3太阳能电池组件的构造和封装,1.组件的封装结构,图1 玻璃壳体式太阳能电池组件示意图,图2 平板式太阳能电池组件示意图,1太阳能电池；2粘接剂；3电极引线；4下底板；5互连条图3 全胶密封太阳能电池组件示意图,2.组件的封装材料,实用的太阳能电池组件还要配备边框、接线盒等,(1)上盖板,作用：上盖板覆盖在太阳能电池的正面，构成组件的最外层，既要透光、坚固、耐风霜雨雪，并且要能经受沙砾、冰雹的冲击，对电池起到长期保护作用。材料：作上盖板的材料有钢化玻璃、聚丙烯酸类树脂、氟化乙烯丙烯、透明聚酯以及聚碳酯 等。目前，低铁水白钢化玻璃是最为普通的上盖板材料，在这种玻璃表面加上微金字塔结构后，还可以增加漫反射光的吸收并减少玻璃表面造成的光污染。,要求：1)在可见光范围内具有高透光性，抗紫外光 老化。2)具有一定的弹性，缓冲不同材料之间的热胀冷缩。3)具有良好的电绝缘性能和化学稳定性，本身不产生有害于太阳能电池的气体或液体。,(2)粘结剂,4)有优良的气密性，能阻止外界潮气或其他有害气体对太阳能电池的侵蚀。5)能适用于自动化的组件封装。,粘结剂是固定太阳能电池和保证上下盖板密合的关键材料,1)具有良好的耐气候性能，能隔绝从背面进来的 潮气或其他有害气体。2)层压温度下不起任何变化。3)与粘结材料结合牢固。4）底板所用的材料一般为玻璃、铝合金、有机玻璃、TPT以及高分子聚氟膜等。目前较多应用的是TPT复合膜。,要求：,(3)底板,平板组件必须有边框，以保护组件和组件与方阵支架的连接固定。边框与粘结剂构成对组件边缘的密封。主要材料有不锈钢、铝合金、橡胶以及增强塑料等。,(4)边框,要求：,3.材料作用小结,由于太阳电池本身易破碎、易被腐蚀，若直接暴露在大气中，光电转化效率会由于潮湿、灰尘、酸雨等的影响而下降，以至损坏失效。因此，太阳电池一般都必须通过胶封、层压等方式封装成平板式构造再投入使用。(2)层压封装的方法用得最为普遍，即将太阳电池片的正面和背面各用一层透明、耐老化、黏结性好的热熔性EVA胶膜包封，采用透过率高、耐冲击的低铁钢化玻璃做上盖板，用耐湿抗酸的Tedlar 复合薄膜(聚氟乙烯复合膜)或玻璃等其他材料做背板。,(3)通过真空层压工艺使EVA胶膜将电池片、正面盖板和背板黏合为一个整体，从而构成一个实用的太阳电池发电器件，一般称为太阳电池组件或组件，俗称太阳电池板或电池板(为区分也称单体太阳电池为太阳电池片或电池片)。(4)组件分类：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(包括单晶硅与多晶硅)电池组件约占市场的8090。,(5)封装材料：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。(6)型号：单个组件的功率从几分之一瓦到几百瓦，电压从零点几伏到几十伏不等。(7)常见组件：使用较多的是9串4列或12串3列共36片串联，额定电压为12V的组件。,4.3 太阳电池组件的种类,1、一般直流出力太阳电池组件 组件的尺寸、功率的大小因厂家而异，一般太阳电池组件的电压为1740V，输出功率为40100W。,一般直流出力太阳电池组件又包括哪几种？,2、建材一体型太阳电池组件 通常，在建筑物上安装太阳电池时，先在屋顶上设置专用台架，然后，在其上安装太阳电池板。这样会存在一定的问题：一方面会使建筑物的外观受到影响，另一方面，增加了成本。专用台架在太阳能光伏系统的成本中所占比例较大，一般占9%左右，对降低整个系统的成本具有一定的影响，而且安装费用也较高。,太阳能光伏系统大量应用时，需要解决两方面的问题:使结构更加合理，使太阳电池组件的成本降低，以降低用户的费用。,为了解决以上问题，研究出了建材一体型太阳电池组件。,所谓建材一体型太阳电池组件就是具有太阳电池与建筑材料双重功能的太阳电池组件。这种太阳电池组件是将建筑材料与太阳电池阵列融为一体，使结构更加合理。建材一体型太阳电池组件可以作为建筑施工的一部分，可以在新建的建筑物或翻新建筑物的过程中一次安装完成，即可以同时完成建筑施工与太阳电池的安装施工，大大降低安装费用、施工费用，降低系统的价格。,建材一体型太阳电池组件的断面,组件的背面由屋顶用钢板；组件的表面由氟树脂胶片构成；然后与加固材料、绝缘材料等一起用粘结剂粘结而成。,建材一体型太阳电池组件的优势：与玻璃型组件相比不易破损，而且节省成本；用途广，适用性强；主要适用于拱形建筑物的太阳光复系统。,建材一体型太阳电池组件所选材料的要求强度、耐久性:太阳电池组件必须满足防水性的要求，如漏雨、漏水等，以及台风.、地震时的机械强度的要求;防火、耐火性:特别是太阳电池瓦与屋顶材料构成的太阳电池组件必须满足防火、耐火的要求;美观、外观性:屋顶会影响街道、地区的美观性，因此，对所安装的太阳电池的色彩、形状以及大小有一定的要求。,建材一体型太阳电池组件的种类,1)建材屋顶一体型太阳电池组件,2)建材墙壁一体型太阳电池组件,3)柔性式建材一体型太阳电池组件,种类,1)建材屋顶一体型组件,瓦一体型太阳电池组件,右图为太阳电池瓦的外观太阳电池瓦由曲面形状玻璃瓦与非晶硅太阳电池构成，出力约3 V。由于非晶硅太阳电池的厚度非常薄，因此与以前的瓦相比重量基本相同，但瓦的强度却高三倍。,由于非晶硅太阳电池采用气体反应的方法形成，所以可以像曲面形状的玻璃瓦一样直接形成曲面。,上图为瓦一体型太阳电池组件的外观，其特点是无框架设置施工，组件采用了不易燃烧的材料。可以代替以前的瓦使用。,右图为可拆卸式建材屋顶一体型太阳电池组件，它是在一块平板瓦上制成的。背面为金属结构，可以比较容易地更换各组件，其特征是组件更换容易、具有耐火特性等。,可拆卸式建材屋顶一体型太阳电池组件,右图为屋顶面板式建材屋顶一体型太阳电池组件。太阳电池瓦与屋顶构件组合，在工厂组装成板式结构。这种组件安装简便，重量轻，成本低，管理方便。,屋顶面板式建材屋顶一体型太阳电池组件,隔热式建材屋顶一体型太阳电池组件采用大型非晶硅(a-Si)太阳电池、屋顶构件、隔热材料等组合成玻璃板。,隔热式建材屋顶一体型太阳电池组件,这种组合不但可以提高施工性，而且可以使温度上升以恢复非晶硅太阳电池的初期特性。太阳电池瓦.与屋顶构件在工厂组装，现场安装简便，质量管理方便。,使用HIT太阳电池的建材屋顶一体型太阳电池组件,混合型太阳电池构成的建材屋顶一体型太阳电池组件，其特点如下:1 太阳电池设置的部分可以省去屋顶瓦，因此可降低成本，可以与瓦同时设置，与以前的框架设置方法相比可节约50的工时;2 可省去太阳电池下面铺设的屋顶材料，可减轻屋顶的重量;,3 与平板瓦一样可以最大限度地利用屋顶的面积，外观也很美观。4 混合型太阳电池的转换效率较高，因此同样的设置面积可以得到较大的发电出力。5 由于这种电池具有较好的温度特性，可以抑制夏季高温时太阳电池的出力下降。,2)建材墙壁一体型太阳电池组件,玻璃壁式建材墙壁一体型太阳电池组件是将玻璃与太阳电池组合而成，即由表面玻璃、太阳电池单元以及背面材料构成。用来代替建筑物的玻璃，构成各种各样的彩色壁面，以满足不同用户的需要。,玻璃壁式建材墙壁一体型太阳电池组件,金属壁式建材墙璧一体型太阳电池组件是将太阳电池装在铝材上而构成的太阳电池组件。太阳电池组件背面的铝制散热片用来散热，以提高太阳电池的转换效率。另外，这种组件可以方便地调整组件的倾角以及各组件间的间隙，以增加发电量。,金属壁式建材墙壁一体型太阳电池组件,这种太阳电池组件可以满足各种不同的用途。将非晶硅太阳电池做成胶片状。并有多种尺寸规格，施工时可以根据屋顶的形态选择太阳电池的大小。,3)柔性式建材一体型太阳电池组件,今后，随着建材一体型技术、大面积化技术以及施工方法的研究、开发，建材一体型太阳电池组件将会在太阳能发电方面得到越来广泛的应用。,3、采光型太阳电池组件 采光型太阳电池组件是为了适应企业的办公楼、工厂、公共设施等大楼的玻璃窗帘等美观的需要而设计的。因此，采光型太阳电池组件可以用于企业的办公楼、工厂、公共设施等大楼，既可以发电供大楼使用，又可以使其与环境协调、美观。,种类,结晶系采光型太阳电池组件,薄膜系透光型太阳电池组件,结晶系组合玻璃采光型太阳电池组件,结晶系复合玻璃采光型太阳电池组件,薄膜系组合玻璃透光型太阳电池组件,薄膜系复合玻璃透光型太阳电池组件,这种采光型太阳电池组件是将结晶系太阳电池单元夹在玻璃之间构成的。可以制成大型的太阳电池组件，系统设计时有较大的灵活性。可用于大楼的壁面、窗以及房顶等处，使大楼的外观更加美观。,结晶系组合玻璃采光型太阳电池组件,由于这种组件采光太阳电池组件是与带有网丝的玻璃复合而成，因此这种组件除了具有组合玻璃采光太阳电池组件的特长外，它还具有较好的防火、隔热性能。适用于大楼的窗玻璃、天窗等。,结晶系复合玻璃采光型太阳电池组件,这种组件是将薄膜透明太阳电池夹在两块玻璃之间构成。它可以作为窗玻璃使用，使房间适度采光。,薄膜系组合玻璃透光型太阳电池组件,这种组件除了具有组合玻璃采光型太阳电池组件的特长之外，还是一种防火性能较好的薄膜透光型太阳电池组件。,薄膜系复合玻璃透光型太阳电池组件,4、新型太阳电池组件,AC太阳电池组件实际上就是在每个组件的背面安装一个小型的逆变器。因此，通过串、并联连接可以方便地得到所需的交流出力。,1)AC太阳电池组件,AC太阳电池组件具有以下特点:可以为组件单位增设容量，容易扩大系统的规模;可以为组件单位进行MPPT控制，减少组件因阳光的部分阴影以及多方位设置而出现的损失;由于省去了直流配线，可减少因电气腐蚀而出现的故障;,由于可以将组件的输出切断，可提高安装时的安全性;AC太阳电池组件附加或内藏有小型逆变器，它的输出为交流电，因此，太阳电池组件个体可以构成发电系统，可以增加系统设计的灵活性。一般将AC太阳电池组件的出力进行适当组合，直接用于一般家庭。,不足：许多逆变器相连时会出现相互干扰的问题，存在与以前的系统不同的问题。如果这个问题能够解决，AC太阳电池组件将会得到更大的发展。,太阳电池的电力可以向蓄电池或充电器充电，错开太阳电池的发电高峰，可以期待在削减电力系统用电高峰(负荷平均化)、无停电电源系统以及灾害时的紧急用电源等方面得到应用。,2)蓄电功能内藏电池组件,积雪往往会影响太阳电池的出力。太阳电池组件积雪时可利用系统的深夜电力，通过逆变器使太阳电池组件通电，用太阳电池所产生的热量使太阳电池上的积雪溶化，使太阳电池恢复正常发电。,3)带有融雪功能太阳电池组件,两面发电型HIT太阳电池组件由强化玻璃、HIT太阳电池、封装剂以及透明保护材料等构成。,4)两面发电型HIT太阳电池组件,特点：,它不但可以利用表面人射光发电，而且还可以利用背面人射光发电，使发电量增加。,采用直接安装法的屋顶一体型太阳电池组件系统,4.4 建材一体型组件的应用,直接安装法是将与屋顶成一体的太阳电池组件与屋顶材料直接安装在一起。,1、太阳能光伏系统在住宅方面的应用,特点：由于太阳电池组件与屋顶材料直接安装，可以对符合屋顶形状的组件进行自由布置;由于采用了独特的光反射抑制技术，可使多晶硅太阳电池单元的转换效率达到15.3%以上;可使房子的外观协调、美观。,采用直接安装法的屋顶一体型太阳电池组件系统的安装过程,使用无框架太阳电池的屋顶一体型太阳电池组件系统,由于省去了太阳电池的铝框，可降低成本;不需要屋顶固定金属件，山于使用了防水罩，可使屋顶材料成为一体;外形美观。,特点：,2、太阳能光伏系统在公共设施方面的应用,平顶型太阳能光伏系统,特点：与以前的框架相比，由于价格较低，有利于太阳能发电系统的普及;由于利用了等压原理，所以可使风压载荷降低1/2一1/3;与倾斜设置相比，平面设置时可节省大约30%的面积;可延长防水层的使用寿命，降低室内的空调负荷;由于组装简便、部件可集成等，使施工期缩短。,特点：,screen型太阳能光伏系统,无框架、外形美观;可与铝棒组合构成所需的系统;部件系统化，使施工工期缩短。,特点：,采光型太阳能光伏系统,无框架、轻便、透明;可将太阳电池单元进行各种组合;将太阳电池单元放在玻璃之间构成组件。,特点：,壁面设置型太阳能光伏系统,利用等压原理可实现薄型、轻量的太阳能发电系统，适合在有风的地方使用;配线箱与太阳电池组件集成为一体，使施工简便、省力;可作为建筑物外壁的一部分使用，突出外观效果。,无论哪一种太阳能组件，主要目的是让太阳能电池组件与建筑物合理的结合，也就是“光伏建筑一体化”，既达到了为用户供电的目的，又能最大程度地降低成本。光伏建筑一体化实际上就是将太阳能光伏电板做成建筑材料，让建筑物的外墙、屋顶成为“发电机”。通过并网，建筑物发的电能输入城市电网，让“绿电”进入千家万户。,上海世博园的光伏建筑成为新能源集中亮相的舞台,世博园主题馆,上海世博园的光伏建筑成为新能源集中亮相的舞台,世博园主题馆,上海世博园的光伏建筑成为新能源集中亮相的舞台,世博园主题馆,上海世博园的光伏建筑成为新能源集中亮相的舞台,世博园主题馆,上海世博园的光伏建筑成为新能源集中亮相的舞台,世博园主题馆,上海世博园的光伏建筑成为新能源集中亮相的舞台,2009年7月29日，工人检查世博会主题馆屋顶太阳能板的安装精度。,太阳能光伏建筑一体化技术大规模应用于中国馆、主题馆、世博中心和未来馆（原南市电厂）四座标志性建筑上，太阳能电池板的总装机容量达4.68兆瓦，年均发电可达406万千瓦时，减排二氧化碳总量逾3400吨。其中，利用世博主题馆屋顶建设的光伏项目，装机容量2.8兆瓦，是目前中国乃至亚洲最大的光伏建筑一体化工程。此外，在世博园区内还将设置一些光伏“小品”，比如太阳能公交车站、太阳能街头雕塑、太阳能路灯和太阳能凉亭等。,2008年10月18日，我国首座利用太阳能自身发电的大厦保定市电谷锦江国际酒店在河北保定市正式投入运营。,保定市电谷锦江国际酒店的太阳能玻璃幕墙。,保定市电谷锦江国际酒店的一个太阳能组件发电系统。这座作为五星级酒店使用的大厦总装机容量可达0.3兆瓦，相当于一个小型发电站，发出来的电不仅供大厦使用，还可直接并入电网。据有关专家介绍，这座太阳能大厦是我国首座大面积、多角度应用太阳能光伏发电的建筑一体化示范项目。,光伏建筑一体化幕墙的低能耗生态建筑,尚德电力总部办公大楼,2009年1月尚德电力总部办公大楼胜利竣工，总面积约1.8万平方米，成为全球最大的光伏幕墙，这里将成为尚德电力国家级企业（集团）技术中心的研发基地。,这座生态建筑地上为7层，幕墙总高度37米，总面积约1.8万平方米，PV 幕墙面积6900平方米，为目前全球最大的光伏幕墙。从主动节能的角度看，整个建筑以最低使用寿命70年计算，共可产生电量3892万 kWh，预计每年可以替代标准煤338吨，减排二氧化碳605吨，70年共可替代标准煤23660吨，主动节能的效果十分显著，对推广绿色能源，缓解峰电压力起到很好的示范作用。,光伏幕墙实物图,透光型光伏组件遮阳蓬,光伏建筑一体化（BIPV）产品之光伏幕墙、光伏采光顶,光伏屋顶,太阳能停车棚,太阳能停车棚,青海无电山区太阳电站组件方阵,