新能源系列–晶体硅光伏组件

本书共分八章，主要内容包括光伏组件结构与原理、光伏组件封装材料及配件、生产设备与检测仪器、光伏组件生产工艺、光伏组件认证标准与测试、光伏组件可靠性及回收利用、光伏组件技术发展等。本书可以作为光伏产业技术人员的参考书，也可作为高等院校的教材和教学参考书，也可供光伏技术爱好者自学选用。

沈辉，中山大学太阳能系统研究所所长，中山大学教授、博士生导师，顺德中山大学太阳能研究院院长，光电材料与技术国家重点实验室主任，常州天合光能有限公司（光伏科学与技术国家重点实验室）学术委员会主任，国际太阳能学会会员，中国可再生能源学会常务理事，光伏专业委员会副主任，《太阳能学报》与《太阳能》杂志编委。多年从事太阳能光电转换功能材料及光伏应用技术的研究和开发，承担国家、省部级科研项目数十项，发表论文百余篇，著书多部，在太阳能技术及应用领域取得了许多重要科研成果。

第1章绪论1

1.1太阳能概述1

1.2光伏组件概述4

1.2.1光伏产业发展历程4

1.2.2技术发展现状4

1.3能量回收期9

第2章光伏组件结构与原理11

2.1光伏组件的发展历史11

2.2封装目的与要求12

2.3光伏组件工作原理与技术参数13

2.3.1工作原理13

2.3.2技术参数说明14

2.4光伏组件的结构设计17

2.4.1设计原理18

2.4.2设计实例21

第3章光伏组件封装材料及配件24

3.1涂锡焊带24

3.2助焊剂26

3.3盖板材料27

3.3.1超白压花钢化玻璃27

3.3.2镀膜玻璃28

3.3.3化学钢化玻璃30

3.3.4有机玻璃30

3.3.5聚氟乙烯类31

3.4黏结材料31

3.4.1EVA胶膜31

3.4.2POE胶膜37

3.4.3PVB胶膜37

3.4.4环氧树脂37

3.4.5液态有机硅胶38

3.5背板材料39

3.5.1结构和功能39

3.5.2技术要求40

3.5.3各类背板材料介绍41

3.5.4新型背板及应用42

3.6接线盒44

3.6.1功能和分类44

3.6.2技术要求46

3.6.3新型接线盒49

3.7密封材料50

3.7.1密封硅橡胶50

3.7.2灌封硅橡胶52

3.7.3硅酮胶52

3.7.4硅橡胶密封剂的性能要求53

3.8组件边框55

第4章生产设备与检测仪器57

4.1生产设备57

4.1.1切割设备57

4.1.2玻璃清洗机59

4.1.3焊接设备60

4.1.4真空层压设备66

4.1.5自动生产线70

4.2检测仪器72

4.2.1太阳能模拟测试仪72

4.2.2隐裂测试仪81

第5章光伏组件生产工艺87

5.1常规生产工艺87

5.1.1电池分选88

5.1.2单焊89

5.1.3串焊92

5.1.4叠层94

5.1.5EL检查和外观检查97

5.1.6层压工艺99

5.1.7装铝边框与接线盒101

5.1.8固化与清洗104

5.1.9耐压绝缘测试104

5.1.10组件功率测试106

5.1.11EL隐裂测试107

5.1.12外观检查107

5.1.13包装入库108

5.2其他封装工艺109

5.2.1滴胶封装109

5.2.2高压釜封装110

5.2.3硅酮胶灌封110

第6章光伏组件认证标准与测试111

6.1光伏产品认证的要求和类型111

6.1.1认证的总体要求111

6.1.2认证的类型112

6.2光伏检测机构介绍114

6.2.1国外检测机构114

6.2.2国内检测机构116

6.3光伏组件的相关技术标准118

6.3.1光伏组件标准发展历史118

6.3.2IEC 61215120

6.3.3IEC 61730120

6.3.4UL 1703120

6.4IEC 61215可靠性测试项目124

6.4.1湿热试验124

6.4.2热循环试验124

6.4.3湿-冻试验125

6.4.4热斑耐久测试126

6.4.5湿漏电试验127

6.4.6静态机械载荷试验127

6.4.7重测导则128

6.5UL 1703中的关键测试项目135

6.5.1温度测试135

6.5.2漏电流测试135

6.5.3冲击试验136

6.5.4防火测试136

6.5.5热斑耐久试验137

第7章光伏组件可靠性及回收利用138

7.1光伏组件的常见问题138

7.1.1热斑效应138

7.1.2PID效应（电势诱导衰减）138

7.1.3蜗牛纹139

7.1.4接线盒失效140

7.1.5EVA黄变141

7.1.6背板老化141

7.2光伏组件可靠性评估概述142

7.2.1可靠性评估工作难点142

7.2.2相关研究机构的工作143

7.3组件可靠性案例分析144

7.3.1案例1——1982年生产多晶硅组件（Solarex）144

7.3.2案例2——1987年生产单晶硅组件（BP Solar）149

7.3.3案例3——1996年生产单晶硅组件（Siemens Solar）153

7.4光伏组件的回收157

7.4.1光伏组件回收的方法157

7.4.2光伏组件回收再利用难点160

第8章光伏组件技术发展概述161

8.1光伏组件功率和成本发展趋势161

8.1.1功率发展和提效技术161

8.1.2成本发展和降本方向162

8.2高功率光伏组件163

8.2.1半片电池组件163

8.2.2叠片电池组件164

8.2.3双面电池组件165

8.2.4多主栅组件168

8.3组件结构的发展171

8.3.11500V组件171

8.3.2双玻组件171

8.3.3轻质化组件172

8.3.4易安装组件174

8.3.5建筑构件型组件175

8.4智能型光伏组件179

8.4.1Switch-off型179

8.4.2DC-DC型180

8.4.3DC-AC型181

8.5概念型组件182

8.5.1光伏/光热一体化组件系统182

8.5.2集成二极管光伏组件182

8.5.3柔性晶体硅电池组件185

8.5.4彩色光伏组件186

8.6高端组件和特殊应用187

附录190

附录1光伏组件外观检验标准190

附录2EL判定标准193

附录3光伏组件相关的国家标准、行业标准和国际标准对照表194

参考文献197

 

经过多年的发展，我国光伏组件的产量已经牢牢占据世界第一的位置，而且国内光伏产业已经形成了一个完整的体系，包括生产装备、封装材料、生产技术与工艺、检测与认证标准体系等，并且具备了很强的创新能力和核心竞争力。

光伏组件是光伏电站中最核心的部件，是绿色环保的“直流发电机”，不管是技术还是成本，都对光伏电站的先进性起到决定性的作用。一直以来行业对光伏组件的要求主要是基于三点：

（1）高效率这主要取决于太阳电池的效率，但是组件封装工艺的优化也有助于提升发电功率；

（2）稳定性组件是在室外条件下应用的，因此组件的结构、封装材料与工艺对于组件稳定性的影响至关重要，组件能正常使用30年甚至更长，是行业一直以来追求的目标；

（3）低成本电能是生活与生产的必需品，光伏发电要全面推广，一定要不断降低度电成本，实现平价上网。所以不断降低光伏组件成本，才能有利于光伏发电的推广和应用。

各种光伏组件中，晶体硅光伏组件的发展历史最久，是最早得到应用的光伏产品。国内外的大量实践案例表明，晶体硅组件正常使用可以达到25年甚至更久的时间。可以预见，在未来很长一段时间内，晶体硅组件仍将占据市场的主导地位。晶体硅电池生产技术还在不断发展与进步，光伏组件技术也将继续提升与不断完善。

本书主要包括组件结构与原理、封装材料与配件、组件生产工艺、生产装备与检测仪器、环境试验与检测认证、组件可靠性与回收利用及新技术发展等内容。全书由沈辉博士组织策划与统稿，并编写第1、2章；徐建美女士编写了第3、4、5章；董娴女士主要负责第6、7、8章的编写。全书部分插图的加工处理由黄嘉培完成。本书在编写过程得到了冯志强、张万辉、宋昊、刘超、梁学勤、陈奕峰、陈达明、韩会丽、张舒、沈慧、季志超、孙权、杨泽民、黄宏伟、茅静、闫萍、杨小武、邹驰骋等人的大力支持，在此表示真诚的感谢！

本书编写过程中，天合光能有限公司、国家光伏科学技术重点实验室、中山大学太阳能系统研究所、顺德中山大学太阳能研究院给予了大力支持，提供了很多非常有价值的资料，在此表示真诚的感谢！

本书可以作为高等院校相关专业的教材和教学参考书，也可作为广大光伏产业技术人员参考用书，还可供光伏技术爱好者自学选用。光伏组件技术还在不断发展之中，由于作者学术水平所限，本书会存在一些不足之处，欢迎广大读者提出宝贵意见和建议，以便再版时进一步完善。

沈辉

2018.12

于广州南国奥园