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太阳能电池组件生产流程和工序


太阳能电池组件生产流程和工 序
李宁

晶体硅太阳能电池组件制造的内容主要是将单 片太阳能电池片进行串、并互连后严密封装, 以保护电池片表面、电极和互连线等不受腐蚀, 另外封装也避免了电池片的碎裂,因此太阳能 电池组件的生产过程,其实也就是太阳能电池 片的封装过程,太阳能的生产线又叫组件封装 线。封装是太阳能电池组件生产中的关键步骤, 封装质量的好

坏决定了太阳能电池组件的使用 寿命。没有良好的封装工艺,多好的电池也生 产不出好的电池组件。

1. 工艺流程
电池片测试分选→激光划片(整片使用时无此操作) →电池片单焊(正面焊接)并自检验→电池片串焊 (背面焊接)并自检→中检测试→叠层敷设(玻璃 清洗、材料下料切割、敷设)→层压(层压前灯检、 层压后削变、清洗) →终检测试→装边框(涂胶、 装镶嵌角铝、装边框、撞角或螺丝固定、边框打孔 或冲孔、擦洗余胶) →装接线盒、焊接引线→高压 测试→清洗、贴标签→组件抽检测试→组件外观检 验→包装入库。

2. 各生产工序简介
(1)电池片测试分选:由于电池片制作条件的随机性, 生产出来的电池性能参数不尽相同,为了有效地将性 能一致或相近的电池片组合在一起,所以应根据其性 能参数进行分类。电池片测试即通过测试电池片的输 出电流、电压和功率等的大小对其进行分类。以提高 电池的利用率,做出质量合格的电池组件。分选电池 片的设备叫电池片分选仪,自动化生产时使用电池片 自动分选设备。除了电池片性能参数进行分选外,还 要对电池片的外观进行分选,重点是色差和栅线尺寸 等。

(2) 激光划片:J就是用激光划片机将整片的电池片根据 需要切割成组件所需规格尺寸的电池片。例如在制作一些 小功率电池组件时,就要将整片的电池片切割成四等分、 六等分、九等分等。在电池片切割前,要事先设计好切割 路线,编号切割程序,尽量利用边角料,以提高电池的利 用率。 (3)电池片单焊(正面焊接):是将互连条焊接到电池 片的正面(负极)的主栅线上。要求焊接平直,牢固,用 手沿45°左右方向轻提互连条不脱落,过高的焊接温度和 过长的时间会导致低的撕裂强度或碎裂电池。手工焊接时 一般用恒温电烙铁,大规模生产时使用全自动焊接机。焊 带的长度约为电池片边长的两倍。多出的焊带在背面焊接 时与后面的电池片的背面电极相连。

(4)电池片串焊(背面焊接):背面焊接是将规定片数 的电池片串接在一起形成一个电池串,然后用汇流条再 将若干个电池串进行串联或并联焊接,最后汇合成电池 组件并引出正负极引线。手工焊接时电池片的定位主要 靠模具板,模具板上面有9~12个放置电池片的凹槽,槽 的大小和电池片的大小相对应,槽的位置已经设计好, 不同规格的电池组件使用不同的模板,操作者使用电烙 铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极(负极)焊接到 “后面电池”的背面电极(正极)上。使用模具板保证 了电池片间距一致。同时要求每串的电池片间距也要均 匀,颜色一致。

(5)中检测试:简称中测。是将焊好的电池片放在组 件测试仪上进行检测,看测试结果符不符合设计要求, 通过中测可以发现电池片的虚焊及电池片本身的隐裂等。 经过检测合格时方可进行下一工序。标准测试条件: AM1.5,组件温度25 ℃,辐照度1000W/m2。测试结果 有以下参数:开路电压、短路电流、工作电压、工作电 流、最大功率等。 (6)叠层敷设:是将背面串接好且经过检测合格后的 组件串,与玻璃和裁制切割好的EVA、TPT背板按照一定 的层次敷设好,准备测压。玻璃事先要进行清洗,EVA 和TPT要根据所需要的尺寸(一般是比玻璃尺寸大 10mm)提前下料裁制。敷设时要保证电池串与玻璃等 材料的相对位置,调整好电池串间的距离和电池串与玻 璃四周边缘的距离,为层压打好基础。(敷设层次由下 向上依次为玻璃、EVA、电池、EVA、TPP背板)。

(7)组件层压:将敷设好的电池组件放入层压机内,通过 抽真空将组件内的空气抽出,然后加热使EVA熔化并加压使 熔化的EVA流动充满玻璃、电池片和TPT背板膜之间的间隙, 同时排出中间的气泡,将电池、玻璃和背板紧密粘合在一 起,最后降温固化取出组件。层压工艺是组件生产的关键 一步,层压温度和层压时间要根据EVA的性质决定。层压时 EVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边,所以层压完 毕应用快刀将其切除。要求层压好的组件内单片无碎裂、 无裂纹、无明显移位,在组件的边缘和任何一部分电路之 间形成连续的气泡或脱层通道。 (8)终检测试:简称终测,是将层压出的电池组件测试仪 上进行检测,通过测试结果看组件经过层压之后性能参数 有无变化,或组件中是否发生开路或短路等故障等。同时 还要进行外观检测,看电池片是否有移位、裂纹等情况, 组件内是否有斑点、碎渣等。经过检测合格后方可近装边 框工序。

(9)装边框:就是给玻璃组件装铝合金边框,增加组 件的强度,进一步的密封电池组件,延长电池的使用寿 命。边框和玻璃组件的缝隙用硅胶填充。个边框间用角 铝镶嵌连接或螺栓固定连接。手工装边框一般用撞角机。 自动装边框时用自动装框机。 (10)安装接线盒:接线盒一般都安装在组件背面的 正引线处,用硅胶粘结。并将电池组件引出的汇流条 正负极引线用焊锡与接线盒中相应的引线柱焊接。有 些接线盒是将汇流条插入接线盒中的弹性插件卡子里 连接的。安装接线盒要注意安装端正,接线盒与边框 的距离统一。旁路二极管也直接安装在接线盒中。

(11)高压测试:高压测试是指在组件边框和电极引线 间施加一定的电压,测试组件耐压型和绝缘强度,以保 证组件在恶劣的自然条件(雷击等)下不被损坏。测试 方法是将组件引出线短路后接到高压测试仪的正极,将 组建暴露的金属部分接到高压测试仪的负极,以不大于 500V/s的速率加压,直到达到1000V加上2倍的被测组件 开路电压,维持1min,如果开路电压小于50V,则所加 电压为500V。

(12)清洗、贴标签:用95%的乙醇将组件的玻璃表面、 铝合金边框和TPT背板表面的EVA胶痕、污物、残留的余 胶等清洗干净。然后在背板接线盒下方贴上组件出厂标 签。

(13)组件抽检测试及外观检验:组件抽查测试的目的 是对电池组件按照质量管理的要求进行对产品抽查检验, 以保证组件100%合格。在抽查和包装入库的同时,还要 对每一块电池组件进行一次外观检验,其主要内容为: ① 检查标签的内容与实务板型相符; ② 电池片色差外观明显; ③电池片与片之间、行与行之间间距不一,横竖间不成 90°角; ④ 焊带表面没有做到平整、光亮、无堆积、无毛刺; ⑤电池板内部有细碎杂物; ⑥电池片有缺角或裂纹; ⑦电池片行或列与边框边缘不平行,电池片与边框间距 不相等; ⑧接线盒位置不统一或因密封胶未干造成移位或脱落; ⑨接线盒内引线焊接不牢固、不圆滑或有毛刺;

⑩ 电池板输出正负极与接线盒标示不相符; ? 铝材外边框角度及尺寸不正确造成边框接缝过大; ? 铝边框四角未打磨造成有毛刺; ? 外观清洗不干净; ? 包装箱不规范。 (14)包装入库:将清洗干净、检验合格的电池组件按 规定数量装入纸箱。纸箱两侧要各垫一层材质较硬的纸 板,组件与组件也要用塑料泡沫或薄纸板隔开。

太阳能电池组件的性能参数
与硅太阳能电池的主要性能参数类似,太阳能电池 组件的性能参数也主要有:短路电流、开路电压、 峰值电压、峰值电流、峰值功率、填充因子和转换 效率等。这些性能参数的概念与前面所定义的硅太 阳电池的主要性能参数相同,只是在具体的数值上 有所区别。 ① 短路电流(Isc):当将太阳能电池组件的正负极 短路,使U=0时,此时的电流就是电池组件的短路电 流,短路电流的单位是A,短路电流随着光强的变化 而变化。

② 开路电压(UOC):当太阳能电池组件的正负极不接 负载时,组件正负极间的电压就是开路电压,开路电 压的单位是V。太阳能电池组件的开路电压随电池片 串联数量的增减而变化,36片电池片串联的开路电压 为21V左右。 ③ 峰值电流(Im):峰值电流也叫最大工作电流或最 佳工作电流。峰值电流是指太阳能电池组件输出最 大功率时的工作电流,峰值电流是A。

④ 峰值电压(Um):峰值电压也叫最大工作电压 或最佳工作电压。峰值电压是指太阳能电池片输 出最大功率时的工作电压,峰值电压的单位是V, 组件的峰值随电池片串联数量的增减而变化,36 片电池片串联的组件峰值电压为17~17.5V。

⑤ 峰值功率(Pm):峰值功率也叫最大输出功率或最佳 输出功率。峰值功率是指太阳能电池组件在正常工作或 测试条件下的最大输出功率,也就是峰值电流与峰值电 压的乘积Pm=Im ×Um。峰值功率的单位是W。太阳能电池 组件的峰值功率取决于太阳能辐照度、太阳光谱分布和 组件的工作温度,因此太阳能电池组件的测量要在标准 条件下进行,测量标准为欧洲委员会的101号标准,其 条件是:辐照度1KW/m2、光谱AM1.5、测试温度25 ℃。 ⑥ 填充因子(FF):填充因子也叫曲线因子,是指太阳能 电池组件的最大输出功率与开路电压和短路电流乘积的 比值:FF=Pm/Isc×UOC。填充因子是评价太阳能电池组件 所用电池片输出特性好坏的一个重要参数,它的值越高 表明所用太阳能电池组件输出特性越趋于矩形,电池组 件的光电转换效率越高。太阳能电池组件的填充因子系 数一般在0.5~0.8之间,也可用百分数表示。

太阳能电池组件的技术要求和检验测试
1.太阳能电池组件的技术要求 合格的太阳能电池组件应该达到一定的技术要求,相 关部门也制定了电池组建的国家标准和行业标准。下 面是层压封装型太阳能电池组件的一些基本技术要求。

(1)光伏组件在规定工作环境下,使用寿命应大于 20年。

(2)组件功率衰降在20年寿命期内不得低于原功率的 80%。 (3)组件的电池上表面颜色应均匀一致,无机械损伤, 焊点及互联条表面无氧化斑。 (4)组件的每片电池与互联条应排列整齐,组件的框架 应整洁无腐蚀斑点。 (5)组件的封装层中不允许气泡或脱层在某一片电池与 组件边缘形成一个通路,气泡或脱层的几何尺寸和个数应 符合相应产品详细规范规定。 (6)组件的功率面积比大于65W/m2,组件质量比大 于4.5W/Kg,填充因子FF大于0.65。 (7)组件在正常条件下的绝缘电阻不得低于200MΩ。

(8)组件EVA的交联度应大于65%,EVA与玻璃的剥离 强度大于30N/cm,EVA与组件背板材料的剥离强度大 于15N/cm。 (9)每块组件都要有包括如下内容的标签。 ① 产品名称与型号。 ② 主要性能参数:包括短路电流Isc、开路电压Uoc、 峰值工作电压Vm、峰值工作电流Im、峰值功率Pm以 及I-V曲线图、组件测量、测试条件、使用注意事项 等。

③ 制造厂名、生产日期及品牌商标等。

2. 太阳能电池组件的检验测试 太阳能电池组件的各项性能测试,一般都是按照 GB/T9535-1998《地面用晶体硅光伏组件设计鉴定 和定型》和GB/T14008-1992《海上用太阳能电池 组件规范》中得要求和方法进行。下面是电池组件 的一些基本性能指标与检测方法。 (1)电性能测试。 在规定的标准测试条件下(AM1.5,光强辐照度 1KW/m2,环境温度25℃)下对太阳能电池组件的 开路电压、短路电流、峰值输出功率、峰值电压、 峰值电流及伏安特性曲线等进行测量。 (2)电绝缘性能测试。

以1Kv的直流电压通过组件边框与组件引出线,测量 绝缘电阻,绝缘电阻要求大于2000MΩ,以确保在应 用过程中组件边框无漏电现象发生。 (3)热循环实验。

将组件放置于有自动温度控制、内部空气循环的气 候室内,使组件在-40~85 ℃之间循环规定次数,并在 极端温度下保持规定时间,检测实验过程中可能产生 的短路和断路、外观缺陷、电性能衰减率、绝缘电阻 等,以确定组件由于温度重复变化引起的热应变能力。
(4)湿热-湿冷实验 将组件放置于有自动温度控制、内部空气循环的气 候室内,使组件在一定温度和湿度条件下往复循环,

保持一定恢复时间,检测实验过程中可能产生的短路 和断路、外观缺陷、电性能衰减率、绝缘电阻等,以 确定组件承受高温高湿和低温低湿的能力。 (5)机械载荷实验。 在组件表面逐渐加载,检测实验过程中可能产生的短 路和断路、外观缺陷、电性能衰减率、绝缘电阻等, 以确定组件承受风雪、冰雹等静态载荷的能力。

(6)冰雹实验。 以钢球代替冰雹从不同的角度以一定动量撞击组件, 检测组件产生的外观缺陷、电性能衰减率、以确定 组件抗冰雹撞击的能力。

(7)老化实验。 老化试验用于检测太阳能电池组件暴露在高湿和高 紫外线辐照场地时具有有效抗衰减能力。将组件样 品放在65 ℃、光谱约6.5的紫外太阳下辐照,最后 检测光电特性,看其下降损失。值得一提的是,在 暴晒老化试验中,电性能下降是不规则的。


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