二、太陽能電池組件設(shè)計原則

1、光伏組件的力學(xué)性能
　  作為普通光伏組件，只要通過IEC61215的檢測，滿足130km/h(2，400Pa)風(fēng)壓和抗25mm直徑冰雹23m/s的沖擊的要求。用做幕墻面板和采光頂面板的光伏組件，不僅需要滿足光伏組件的性能要求，同時要滿足幕墻的三性實驗要求和建筑物安全性能要求，因此需要有更高的力學(xué)性能和采用不同的結(jié)構(gòu)方式。例如尺寸為1200mm×530mm的普通光伏組件一般采用3.2mm厚的鋼化超白玻璃加鋁合金邊框就能達到使用要求。但同樣尺寸的組件用在BIPV建筑中，在不同的地點，不同的樓層高度，以及不同的安裝方式，對它的玻璃力學(xué)性能要求就可能是完全不同的。南玻大廈外循環(huán)式雙層幕墻采用的組件就是兩塊6mm厚的鋼化超白玻璃夾膠而成的光伏組件，這是通過嚴格的力學(xué)計算得到的結(jié)果。

2、建筑的美學(xué)要求
　　BIPV建筑首先是一個建筑，它是建筑師的藝術(shù)品，就相當于音樂家的音樂，畫家的一幅名畫，而對于建筑物來說光線就是他的靈魂，因此建筑物對光影要求甚高。但普通光伏組件所用的玻璃大多為布紋超白鋼化玻璃，其布紋具有磨砂玻璃阻擋視線的作用。如果BIPV組件安裝在大樓的觀光處，這個位置需要光線通透，這時就要采用光面超白鋼化玻璃制作雙面玻璃組件，用來滿足建筑物的功能。同時為了節(jié)約成本，電池板背面的玻璃可以采用普通光面鋼化玻璃。
　　3、建筑結(jié)構(gòu)與光伏組件電學(xué)性能與光學(xué)性能的配合
　　在設(shè)計BIPV建筑時要考慮電池板本身的電壓、電流是否方便光伏系統(tǒng)設(shè)備選型，但是建筑物的外立面有可能是一些大小、形式不一的幾何圖形組成，這會造成組件間的電壓、電流不同，這個時候可以考慮對建筑立面進行分區(qū)及調(diào)整分格，使BIPV組件接近標準組件電學(xué)性能，也可以采用不同尺寸的電池片來滿足分格的要求，以最大限度地滿足建筑物外立面效果。

　　4、建筑隔熱隔音的要求
　　普通光伏組件并沒有像中空玻璃一樣的隔熱空氣層，只是簡單地安裝在建筑物上或者支撐構(gòu)件上，和建筑物并沒有形成統(tǒng)一的整體。這時的光伏組件作為BIPV組件來使用往往會將大量的熱量帶入室內(nèi)，造成耗能和節(jié)能相矛盾的情況，同時也不能滿足建筑的隔音要求。這時可以將普通光伏組件做成中空Low-E玻璃的形式（Low-E玻璃又稱低輻射的玻璃，是在玻璃表面鍍上多層金屬或其他化合物組成的膜系產(chǎn)品。其鍍膜層具有對可見光高透過及對中遠紅外線高反射的特性，使其與普通玻璃及傳統(tǒng)的建筑用鍍膜玻璃相比，具有優(yōu)異的隔熱效果和良好的透光性），這樣既能隔熱又能隔音。
　　5、建筑采光的要求
　　普通光伏組件為了提高效率，會將電池片間距縮小到2～5mm.但在BIPV組件中，要考慮到室內(nèi)的采光要求，這時要調(diào)整電池片間距到25mm左右，使組件的透光率在30％左右。
　  6、光伏組件安裝方便的要求
　  BIPV光伏組件作為建筑物的一部分，它安裝要求比普通組件的安裝要求高很多，難度大很多。一般BIPV組件安裝高度較高、安裝空間較小。考慮到安裝方便，可以將光伏組件做方便拆卸的單元式幕墻形式，這樣既方便了安裝，同時也提高安裝精度。

三、太陽電池組件材料選型和生產(chǎn)工序設(shè)計

圖1組件基本結(jié)構(gòu)圖

CELL:無錫尚德太陽能電力有限公司、通威集團、英利綠色能源控股有限公司、常州天合光能有限公司、江蘇林洋新能源有限公司等。
   選擇通威集團，單晶硅，他們在行業(yè)內(nèi)有很強的實力，世界首條工業(yè)4.0高效電池生產(chǎn)線于2017年9月20日正式投入生產(chǎn)，這些年倆通威集團不斷發(fā)展，在全球電池片行業(yè)已經(jīng)有了很高的地位，其產(chǎn)品質(zhì)量更是全球首屈一指。

表1  通威電池片基本參數(shù)

性能與質(zhì)量：

所有產(chǎn)品均通過檢驗（全檢）

通過最低功率和工作電流進行電性能分檔

以逆電流和并聯(lián)電阻進行甄選

有規(guī)律性的監(jiān)測產(chǎn)品性能

微量彎曲變形

長期的穩(wěn)定性與可靠性

圖2電池片IV曲線與光譜響應(yīng)曲線

更多電池片具體差數(shù)見報告

GLASS:在玻璃破全國大型光伏玻璃生產(chǎn)廠商：濟南世明機械設(shè)備有限公司，濟南騰順達機械設(shè)備有限公司，四川振興安全玻璃有限公司，河南裕華高白玻璃有限公司，成都牧馬山玻璃有限公司，浙江福萊特光伏玻璃有限公司，浙江和合科技有限公司等。

表2浙江福萊特光伏玻璃有限公司玻璃參數(shù)

表3  浙江杭州玻璃有限公司玻璃參數(shù)

采用浙江杭州玻璃有限公司中空雙層鋼化Low-E玻璃，剝離強度低利于返修，拉伸強度高不易損壞，玻璃厚度，5mm，1989mm×1326mm×5mm,選用5mm的玻璃因為這樣既有了玻璃的力學(xué)性也可以很好的降低電池板重量。

PVB:目前我國生產(chǎn)PVB中間膜的主要廠家有：杜邦中國集團有限公司，廣東華凱塑膠有限公司，廣州市奧吉斯新材料有限公司，浙江德斯泰塑膠有限公司，天臺縣百贊塑膠有限公司，浙江瑞華塑膠有限公司，浙江信威塑膠有限公司 武漢鴻錦新材料有限公司等等。

PVB 膠片的特點:

結(jié)構(gòu)完整性：在正常負載情況下，夾層玻璃性能基本上與單片玻璃性能相同，然而，一旦玻璃破碎，夾層玻璃則明顯地保持其完整性，很少有玻璃碎片掉落。

隔音特性：夾層玻璃中富有彈性的PVB膜片對聲波有阻滯作用，極為有效的降低了令人討厭的噪音傳導(dǎo)。特別是位于機場、車站、鬧市及道路兩側(cè)的建筑物在安裝夾層玻璃后，其隔音效果十分明顯。

防紫外線：PVB膜片最大限度的降低了紫外線光，遮擋了99%以上的有害光線。這樣有助于保護貴重家具、掛圖、陳列品或商品，以免受紫外線輻射的影響而產(chǎn)生褪色。

節(jié)約能源：PVB中間膜制成的建筑夾層玻璃能有效地減少太陽光通過，同樣厚度，采用深色低透光率PVB薄膜制成的夾層玻璃阻隔熱量的能力更強，從而達到保持室溫，減裂時能防止玻璃穿透，即使用玻璃刀也不能劃穿，能有效防盜。

防盜性：PVB夾層玻璃非常堅韌，即使敲裂，由于中間層同玻璃牢牢地粘附在一起，仍能保持結(jié)構(gòu)完整。

表3奧吉斯PVB技術(shù)參數(shù)

表4奧吉思PVB技術(shù)參數(shù)

經(jīng)過對比上述兩家公司產(chǎn)品我們選擇重慶華凱有限公司的透明PVB產(chǎn)品。除了兩家公司都有的特點外，重慶華凱有限公司的產(chǎn)品主要具有收縮率小（電池板會長時間暴露在陽光下收縮率不能太大，否則會影響電池板的使用壽命）。

EVA膠片與PVB膠片的區(qū)別：

• 所用樹脂不一樣：一個是EVA樹脂，一個是PVB樹脂。
      2、加工溫度不一樣：EVA膠片加工溫度為玻璃表面溫度110度左右，PVB膠片在120-130度。
      3、所用再加工設(shè)備不一樣：EVA膠片的玻璃深加工設(shè)備是夾膠爐，操作簡單，成本很低，懂電懂設(shè)備加工的就可以自己仿造，市場上賣的便宜的2萬元左右，配置最好的不超過10萬元，缺陷是不能批量生產(chǎn)；PVB膠片的玻璃深加工設(shè)備是高壓釜，成本高，操作復(fù)雜，合片后要預(yù)壓，再進釜加溫加壓加工，價格一臺需要上百萬元，優(yōu)點是能批量生產(chǎn)，缺陷是訂單少了加工成本高，或少了無法加工。
      4、吸水率不一樣：EVA膠片吸水率極低，小于0.1%；PVB膠片吸水率高。
      5、所用氣壓不一樣：夾膠爐抽真空形成的氣壓就1個大氣壓，高壓釜的大氣壓是8個左右大氣壓。
      6、玻璃應(yīng)用的領(lǐng)域不一樣：EVA夾層玻璃因為EVA膠片的熔點低，主要用于室內(nèi)裝飾，或室外低層，用于室外高層，會因為室外溫度高時，膠片軟化會降低粘合強度，容易引起玻璃脫落；PVB夾層玻璃因為PVB膠片熔點高耐高溫，耐老化性能高，而廣泛應(yīng)用于室外或幕墻。
      7、EVA膠片不含增塑劑，PVB含增塑劑，所以EVA膠片打密封膠時很容易被硅膠侵蝕，PVB對密封膠沒有選擇。
      8、價格不一樣：同樣厚度，EVA膠片價格低，PVB膠片價格高。
      9、EVA膠片有霧度，PVB透明度高。
  

詳細可見臺灣長春化工PVB與EVA的對比報告

TPT：太陽能背板位于太陽能電池板的背面，對電池片起保護和支撐作用，具有可靠的絕緣性、阻水性、 耐老化性。初期太陽能背板具有三層結(jié)構(gòu)（ PVDF/PET/PVDF ），外層保護層 PVDF 具有良好的抗環(huán)境侵蝕能力，中間層為 PET 聚脂薄膜具有良好的絕緣性能，內(nèi)層 PVDF 和 PVB具有良好的粘接性能。

太陽能背板作用編輯:
1.耐高壓以及具有高絕緣性能
2.耐候性佳,抗UV紫外線老化≥25年
3.防震并可以有效保護電池片斷裂

但是我們設(shè)計的BIPV光伏組件考慮到其對于采光的獨特要求，且TPT不具備透光性，經(jīng)過慎重考慮，不適用TPT，將原本使用TPT的部分改為透光性更好的中空雙層鋼化low-e玻璃，這樣既滿足了其對于采光性的要求，也增加了其力學(xué)性的機械強度，可以更好的滿足BIPV光伏組件要求。

邊框：江陰市元鋁新能源材料有限公司，坐落于中國最具經(jīng)濟活力的長江三角洲——江蘇省江陰市周莊鎮(zhèn)歐洲工業(yè)園。公司專業(yè)生產(chǎn)加工各種規(guī)格太陽能光伏電池（組件）鋁合金邊框、太陽能支架及配件等。太陽能專用設(shè)備有鋁邊框CNC加工中心、專用切割機、折彎機、角碼機、液壓沖床機、端面銑等，能滿足太陽能光伏電池（組件）各種規(guī)格要求。

我們要求規(guī)范組件的邊框需具備以下幾點要求

1、抗腐蝕，抗氧化性強；

2、強度及牢固性強 ；

3、抗拉力性能強；

4、彈性率、剛性、金屬疲勞值高 ；

5、運輸、安裝便捷，表面即使劃傷也不會產(chǎn)生氧化，不影響性能；

6、通過方便的不同選材，能適應(yīng)各種環(huán)境；

7、使用壽命在15-20年以上，

8、邊框高于玻璃面板3±0.5mm。

為方便安裝我們還設(shè)計了T型邊框與支架詳細見后面圖紙。

焊帶：寬度與電池片的主柵線相同，用于將電池片相互串在一起的。國內(nèi)的焊帶生產(chǎn)廠家有南通辰皓光伏科技有限公司、寧波市鎮(zhèn)海斯恩科電子科技有限公司、蘇州勝德元新能源科技有限公司等。我們采用蘇州勝德元新能源科技有限公司產(chǎn)品。

表5蘇州勝德元新能源有限公司焊帶參數(shù)

四、太陽電池組件主要生產(chǎn)圖紙，生產(chǎn)參數(shù)

與規(guī)則說明

1.組件設(shè)計圖紙展示

圖3組件基本構(gòu)造圖

圖4電池片

圖5電池片排列圖

單塊電池片面積244.2918cm2，電池片總面積2.64m2為達到組件透光率50%左右，我們光伏組件的面積大約為：

244.2918x54/50%=26383.5144cm2≈2.64m2

電池組件的長度1989mm，寬度1326mm.

圖6電池板接線盒圖

字母線長700mm，接線盒500x500x100mm，

圖7柵線焊接基本原理圖（柵線焊接要防止焊帶的遮光）

圖8  U型槽與光伏板邊框連接示意圖      

光伏電池的正面為負、背面為正，二極管的負極連接電池正面，正極連接電池負面。

圖9支架設(shè)計圖

光伏支架采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，基座一個半徑10cm厚2cm的圓形鋼板，上面有4個12mm的孔，用于膨脹螺絲與墻面的連接;上面的圓盤與下面的半徑和厚度一樣，上面的U型槽與光伏板的T型邊框完美結(jié)合，U型槽上面有三個8mm的螺絲孔，用螺絲把圓盤與U型槽連接;U型槽與U型槽的連接用一塊鋼板上面打上4個8mm螺絲孔,其余部分的連接在出廠的時候應(yīng)該用電焊將其焊牢固。經(jīng)過設(shè)計我們可以方便的安裝且鋼結(jié)構(gòu)的使用年限與光伏板的使用年限基本一樣，所以鋼結(jié)構(gòu)的支架可以放心使用。

表9  組件理想情況參數(shù)

注：上述參數(shù)為理想情況I-V曲線上得到的，實際參數(shù)應(yīng)為STC測試標準，測試之后得到。

2.組件的損失

焊帶的遮光，不管是四主柵還是五主柵，占總面積3%左右，這一部分光是非常可喜的，焊帶一般來說是近似于一個平面，雖然說實際的形狀是一個輕微的弧型，但是太陽光照到電池片，照到焊帶上，通過PVB又重新返回，從光學(xué)角度上來說基本沒有被利用，所以引入一個問題，如何降低焊帶的光學(xué)損失，主要手段，減少焊帶的寬度，在組件這個技術(shù)上一直在應(yīng)用。

所以焊帶的損耗為：

R =ρL/S

=0.0172×38.454/0.00000014Ω

=0.00000472434857Ω

U =IR

  =9X0.00000472434857V

  =4.2519e-5V

P帶=UI

  =4.2519e-5X9W

  =3.8e-6

損失功率:η =P帶/PX100%

=3.8e-6/242X100%

=1.581e-8

通過計算焊帶的損耗大約1.581e-8，說明了焊帶設(shè)計選擇比較合理。

• 原料清單
  

表10  原料清單

六、基本生產(chǎn)工藝

1.電池檢測——2.正面焊接—檢驗—3.背面串接—檢驗—4.敷設(shè)（玻璃清洗、材料切割、玻璃預(yù)處理、敷設(shè)）——5.層壓——6.去毛邊（去邊、清洗）——7.裝邊框（涂膠、裝角鍵、沖孔、裝框、擦洗余膠）——8.焊接接線盒——9.高壓測試——10.組件測試—外觀檢驗—11.包裝入庫。

工藝簡介：

1.電池測試：由于電池片制作條件的隨機性，生產(chǎn)出來的電池性能不盡相同，所以為了有效的將性能一致或相近的電池組合在一起，所以應(yīng)根據(jù)其性能參數(shù)進行分類；電池測試即通過測試電池的輸出參數(shù)（電流和電壓）的大小對其進行分類。以提高電池的利用率，做出質(zhì)量合格的電池組件。

2.正面焊接：是將匯流帶焊接到電池正面（負極）的主柵線上，匯流帶為鍍錫的銅帶，我們使用的焊接機可以將焊帶以多點的形式點焊在主柵線上。焊接用的熱源為一個紅外燈（利用紅外線的熱效應(yīng)）。焊帶的長度約為電池邊長的2倍。多出的焊帶在背面焊接時與后面的電池片的背面電極相連。(我們公司采用的是手工焊接)

3.背面串接：背面焊接是將36片電池串接在一起形成一個組件串，我們目前采用的工藝是手動的，電池的定位主要靠一個膜具板，上面有36個放置電池片的凹槽，槽的大小和電池的大小相對應(yīng)，槽的位置已經(jīng)設(shè)計好，不同規(guī)格的組件使用不同的模板，操作者使用電烙鐵和焊錫絲將“前面電池”的正面電極（負極）焊接到“后面電池”的背面電極（正極）上，這樣依次將36片串接在一起并在組件串的正負極焊接出引線。

4.層壓敷設(shè)：背面串接好且經(jīng)過檢驗合格后，將組件串、玻璃和切割好玻璃纖維、背板按照一定的層次敷設(shè)好，準備層壓。玻璃事先涂一層試劑（primer）以增加玻璃和PVB的粘接強度。敷設(shè)時保證電池串與玻璃等材料的相對位置，調(diào)整好電池間的距離，為層壓打好基礎(chǔ)。（敷設(shè)層次：由下向上：玻璃、PVB、電池、PVB、玻璃)

5.組件層壓：將敷設(shè)好的電池放入層壓機內(nèi)，通過抽真空將組件內(nèi)的空氣抽出，然后加熱使PVB熔化將電池、玻璃和玻璃粘接在一起；最后冷卻取出組件。層壓工藝是組件生產(chǎn)的關(guān)鍵一步，層壓溫度層壓時間根據(jù)PVB的性質(zhì)決定。我們使用快速固化PVB時，層壓循環(huán)時間約為25分鐘。固化溫度為150℃。

6.修邊：層壓時PVB熔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。

7.裝框：類似與給玻璃裝一個鏡框；給玻璃組件裝鋁框，增加組件的強度，進一步的密封電池組件，延長電池的使用壽命。邊框和玻璃組件的縫隙用硅酮樹脂填充。各邊框間用角鍵連接。

8.焊接接線盒：在組件背面引線處焊接一個盒子，以利于電池與其他設(shè)備或電池間的連接。

9.高壓測試：高壓測試是指在組件邊框和電極引線間施加一定的電壓，測試組件的耐壓性和絕緣強度，以保證組件在惡劣的自然條件（雷擊等）下不被損壞。

10.組件測試：測試的目的是對電池的輸出功率進行標定，測試其輸出特性，確定組件的質(zhì)量等級。

BIPV雙玻組件設(shè)計.docx (310.73 KB, 下載次數(shù): 8)

2018-6-30 15:30 上傳

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