淺述雙玻光伏組件的設(shè)計及應(yīng)用

劉瑞軍，陳 明

（河南安彩高科股份有限公司，河南 安陽 455000）

淺述雙玻光伏組件的設(shè)計及應(yīng)用

劉瑞軍，陳 明

（河南安彩高科股份有限公司，河南 安陽 455000）

雙玻組件在光伏產(chǎn)業(yè)的不斷整合中應(yīng)運而生，并且越來越多的在建筑設(shè)計中得到應(yīng)用。本文對以發(fā)電為主和以BIPV建筑應(yīng)用為主的兩種雙玻璃光伏組件進行了論述，并闡述了雙玻組件在設(shè)計、生產(chǎn)、安裝中的一些影響環(huán)節(jié)。

雙波光伏；PVB；熱斑效應(yīng)；BIPV建筑

1 引言

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的不斷整合，各企業(yè)的注意力集中到提高光伏組件性能、降低光伏組件生產(chǎn)成本上來，因為具有成本優(yōu)勢的企業(yè)其競爭力強顯而易見。由此，雙玻組件（Double-glazed solar PV module）應(yīng)運而生，雙玻組件在非晶硅組件、BIPV（Building-Integrated Photovoltaic光伏建筑一體化）建筑的設(shè)計中都有應(yīng)用。

2 雙玻電池組件結(jié)構(gòu)

雙玻組件則是由High-T玻璃（上面）-EVA/PVB膠膜-太陽電池-EVA/PVB膠膜-鋼化玻璃（背板）共5層組成（如圖1）。

對于雙玻組件的上層玻璃和下層玻璃，厚度可以一樣，也可以不一樣，偏差一般不超過2mm。一般來講8mm厚玻璃以下可以用普通層壓機封裝，但工藝與細節(jié)處理需要格外注意。由于8mm以上玻璃較重，須用專業(yè)安全玻璃生產(chǎn)設(shè)備--高壓釜。

3 組件設(shè)計（以玻璃尺寸1574mm*802mm*2.5mm為例闡述）

3.1 以發(fā)電為主（如電站）的組件設(shè)計

該類型組件主要為用電設(shè)施提供電源，通常整體裸露在室外，電池組件的設(shè)計使用年限大約是20～30年，通常需要滿足相關(guān)規(guī)范：IEC61215，IEC61646，UL1703，IEC62108，IEEE1513，IEC61730。通過可靠度試驗如Thermalcycle test（溫度循環(huán)測試）、Hum idity-freeze test（濕冷凍測試）、Damp Heat（濕熱測試），模擬實驗?zāi)軌蛟谝话銡夂蛳麻L期操作20年以上。

電站用雙玻組件主要是從降低成本角度考慮的，電池片的結(jié)構(gòu)排列盡量緊密，電池片間距縮小到2-5mm。封裝材料一般使用EVA膠膜。

目前封裝材料主要使用EVA膠膜和PVB（聚乙烯醇縮丁醛樹脂膜），EVA膠膜是一種可進行化學(xué)交聯(lián)的彈性體，PVB膜則是非交聯(lián)的熱塑性塑料。EVA和PVB膜之間的主要區(qū)別是在使用安全方面PVB具有更高的抗穿透性和更好的后斷裂性能。但是PVB的價格是EVA的5倍，如果是做電站，可以使用EVA，畢竟成本便宜。

3.2 以BIPV建筑為對象設(shè)計

首先，BIPV建筑用雙玻組件主要考慮到對光線的調(diào)節(jié)作用，既要求有一定的發(fā)電功能，又要采光要求需要保證一定光通量。根據(jù)安裝對透光程度的要求，適當控制雙面玻璃之間的電池間隙和邊緣空隙，來制成5%～80%透光率的光電玻璃。目前尺寸大多在1.8×2.4m以下。

其次，在建筑用光伏組件的應(yīng)用設(shè)計中，首要考慮的應(yīng)該是玻璃的基本物理與電性能，包括：光電玻璃邊框材料類型、電池材料、可承受的荷載、絕緣性能、溫度系數(shù)、額定工作溫度及性能、低輻照度下的性能以、熱斑耐久性能以及濕熱-濕冷性能。

第三，從安裝及接線方面考慮，BIPV建筑用組件背板玻璃可以不開孔，接線從側(cè)面引出接入?yún)R流箱。

通常在BIPV建筑上的雙玻組件使用PVB作為封裝材料，PVB在夾層安全玻璃上具有高光學(xué)透明度、可調(diào)整的玻璃粘合力、抗強撞擊、抗紫外線和溫度的穩(wěn)定性、玻璃損壞的后斷裂特性等性能優(yōu)異。

PVB比EVA厚兩倍，但是承載能力強。EVA是熱融的，PVB是熱縮的，因此在溫度高的情況下，使用PVB更加安全.由于EVA的剝離強度遠小于PVB，所以在雙玻透光組件上，一般用PVB膜。國家已經(jīng)規(guī)定，EVA夾層玻璃禁止使用在玻璃幕墻。

3.3 電池片連接及防熱斑效應(yīng)設(shè)計

熱斑效應(yīng)的含義：當組件中的一個電池單元或一組電池被遮光或損壞時，工作電流超過了該電池或電池組降低了的短路電流，在組件中會發(fā)生熱斑加熱。此時受影響的電池或電池組被置于反向偏置狀態(tài)，消耗功率，從而引起過熱。

可見，組件發(fā)熱或局部發(fā)熱就是熱斑，熱斑處電池片很容易受到損傷，降低組件功率輸出甚至導(dǎo)致組件報廢，嚴重降低組件的使用壽命，對電站發(fā)電等安全造成隱患。電池組件熱斑的形成，外部因素主要是組件局部受到遮擋，常見的遮擋物有：樹葉、塵土、云層、動物及動物糞便、積雪等；內(nèi)在因素有太陽電池內(nèi)阻和太陽電池自身逆電流大小有關(guān)。

3.4 組件安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計

雙玻組件通常設(shè)計為無框組件，無框式結(jié)構(gòu)安裝主要有兩種形式的構(gòu)件——點式駁接爪和點式螺栓固定，都需要對雙玻光伏電池板預(yù)先鉆孔，因此在組件制作之前作必要的準備：

（1）由于玻璃打孔是在鋼化之前完成的，在采購玻璃時需詳細規(guī)劃好電池板需要鉆孔的位置，并向玻璃提供方定制。

（2）組件電池片陣列設(shè)計要使電池片和互連焊條應(yīng)盡量遠離這些開孔區(qū)域。

（3）電池板的線路引出需經(jīng)過仔細設(shè)計，盡量不顯露在內(nèi)外面可視范圍內(nèi)，影響美觀。

（4）電池板邊緣空白區(qū)域應(yīng)稍微留多一點，一般以50mm以上為宜，以保護電池板內(nèi)部不容易受腐蝕。

（5）在支撐孔周圍應(yīng)用硅酮建筑密封膠進行可靠的密封。

圖2

如圖2為點式駁接安裝支架，實際安裝時先將組件預(yù)開的孔與駁接頭連接，然后駁接頭再與駁接爪連接，駁接爪與連接件進行固定。

4 結(jié)束語

雙玻光伏組件與普通太陽電池組件結(jié)構(gòu)相比，有很大區(qū)別，它是利用背板玻璃代替背板。TPT為柔性材料，玻璃是硬度高的剛性材料，雙面玻璃層壓封裝過程中由于兩層剛性玻璃的擠壓，很容易出現(xiàn)氣泡、移位、太陽電池裂片、玻璃碎裂現(xiàn)象。因此雙玻組件在生產(chǎn)工藝控制上與普通組件相比難度稍大，需格外注意。

從成本角度考慮，在雙玻璃電池組件的設(shè)計和生產(chǎn)中，以及在安裝應(yīng)用方面，還有很大的改進空間。除此之外，可能還有一些要素如勞動力、原材料、消耗品、光伏設(shè)備等等。

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劉瑞軍（1977—），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，本科，工程師，企業(yè)策劃部部長。