光伏組件原理及常見質量問題.ppt

光伏發(fā)電原理及組件生產過程中常見質量問題,目 錄,1.光伏發(fā)電優(yōu)勢及原理,1.光伏發(fā)電優(yōu)勢及原理,太陽能發(fā)電的優(yōu)勢,太陽能每秒鐘到達地面的能量高達80萬千瓦/秒； 地球表面0.1%太陽能轉為電能，轉換效率5%，每年發(fā)電量可達5.61012千瓦小時，相當于目前世界上能耗的40倍； 足以供給人類使用幾十億年。,1.光伏發(fā)電優(yōu)勢及原理,歐洲JRC的預測 (20002100),自天然氣起，以下為化石燃料 化石燃料生產峰值在2030-2040年之間,1.光伏發(fā)電優(yōu)勢及原理,光伏電池發(fā)電原理,N型半導體,P型半導體,純凈硅晶體中摻入5價雜質磷/砷/銻,N型半導體； 如果摻入的是三價的硼/鎵，則會形成P型半導體。,光伏電池發(fā)電原理,1.光伏發(fā)電優(yōu)勢及原理,N區(qū)的電子擴散至P區(qū)，自身帶正電； P區(qū)空穴被電子填補（接受電子）帶負電，PN結形成,光伏電池發(fā)電原理-光生伏打效應,1.光伏發(fā)電優(yōu)勢及原理,光照PN結將電子從共價鍵中激發(fā)，產生電子-空穴對； 電子向帶正電的N區(qū)運動，空穴向帶負電的P區(qū)運動，形成電壓和電流；,2.光伏工藝過程及常見質量問題,光伏組件是光伏電站的核心，也是初始投資之最大構成，光伏組件成本越低，初始投資越少，光伏組件質量越高，使用年限越長，發(fā)電量越高，度電成本越低。,2.組件工藝過程及常見質量問題,光伏組件存在問題,影響光伏組件質量因素有哪些？ 認證后的產品為什么還在實際應用中頻繁出現故障？ 光伏組件是否真的能夠有效運行25年？ 組件潛在的缺陷對光伏電站的發(fā)電量和壽命有什么影響？,生產工藝,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件結構,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件結構,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件質量的影響因素,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件設計 可靠性測試,絕緣測試 測定組件的載流元件與組件邊框或外界之間的絕緣是否良好； 無絕緣擊穿或表面裂紋現象 在2Vsys+1000V下，漏電電流 50A 在500V下，絕緣電阻應50M（或漏電流10A） 溫度系數測量 確定組件電流（），電壓（）和最大功率（）的溫度系數； 標稱工作溫度測量 標稱工作溫度是指在標準參考環(huán)境下，敞開式支架安裝情況下，太陽電池的平均平衡結溫。在系統設計中，比較不同組件設計的性能時該參數是一個很有價值的參數。 至少選用10個數據點，覆蓋300W/m2以上輻照度范圍，做（TJ-Tamb）隨輻照度變化的曲線，做回歸分析擬合； 確定800W/m2時的（TJ-Tamb）值，加上20即為標稱工作溫度；,15,2.組件工藝過程及常見質量問題,16,NOCT下的電性能： 條件：標稱工作溫度，及800W/m2的輻照度，組件帶載情況下的電性能 操作執(zhí)行：可在測溫度系數時同時執(zhí)行 STC下的電性能： 條件：溫度25 ，輻照度1000W/m2，組件帶載情況下的電性能 操作執(zhí)行：太陽能模擬器 低輻照度下的電性能： 條件：溫度25 +/-2 ，輻照度200W/m2，組件帶載情況下的電性能 操作執(zhí)行：太陽能模擬器，只是光強度變化，光譜分布和1000W/m2下相同 室外暴曬： 目的：對組件經受室外條件的能力作初步評價并揭示組件在室內試驗探查不到的一些綜合衰減因素（試驗時間短且實驗條件隨環(huán)境在變化，所以本試驗僅被用作可能存在問題的提示） 試驗執(zhí)行：組件短接，共接受60kW/m2的輻照 評估標準：1）無嚴重目測缺陷；2）Pmax衰減5%；3）滿足絕緣試驗,2.組件工藝過程及常見質量問題,17,熱斑耐久試驗 確定組件承受熱斑加熱效應的能力；組件內某電池單元不匹配或裂紋、內部連接失效、局部被遮光或弄臟使電池局部電壓電流積增大，從而產生局部溫升，可能導致焊接融化或封裝退化 紫外預處理試驗 熱循環(huán)和濕凍前，進行紫外線預測試以證明材料和連接能經受紫外衰減； 波長280nm 400nm，5倍于對應標準光譜輻照度； 熱循環(huán)試驗,2.組件工藝過程及常見質量問題,1. 太陽電池組件無嚴重外觀缺陷； 2. 太陽電池組件最大輸出功率的衰減不超過試驗前測試值的5%。 3. 滿足絕緣要求,18,濕凍試驗 確定組件承受高溫、高濕之后零下溫度對其影響的能力,2.組件工藝過程及常見質量問題,1. 太陽電池組件無嚴重外觀缺陷； 2. 太陽電池組件最大輸出功率的衰減不超過試驗前測試值的5%。 3. 滿足絕緣要求,19,濕熱試驗 確定組件承受長期濕氣滲透的能力（無外觀缺陷，Pmax衰減0.1m2，R*A400Mm2); 機械載荷試驗 確定組件經受風、雪或覆冰等靜態(tài)載荷的能力（無間歇斷路現象，無嚴重外觀缺陷，Pmax衰減5%，滿足絕緣測試要求）； 冰雹試驗 驗證組件經受冰雹撞擊的能力（無間歇斷路現象，無嚴重外觀缺陷，Pmax衰減5%，滿足絕緣測試要求）； 旁路二極管熱性能試驗 評價旁路二極管的熱設計及防止對組件有害的熱斑效應能相對長期的可靠性（目測無缺陷，TjT額定， Pmax衰減5%，滿足絕緣測試要求，二極管仍能正常工作）；,2.組件工藝過程及常見質量問題,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件原材料 鋼化玻璃,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件原材料 鋼化玻璃,玻璃能夠增加組件轉換效率,優(yōu)質的光伏用低鐵玻璃能夠增加透光率，從而增加組件電能輸出。 可以增加陷光性，增加光的吸收。,光伏玻璃透光率國標為91%，目前不少企業(yè)采用高透玻璃，其透光率達到94.7%以上，該項技術可有效增加光伏組件的輸出。,高透光玻璃在西北風沙氣候是否能長期穩(wěn)定,?,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件原材料 EVA,光伏組件在表面鋼化玻璃與背面背板的中間還有一層經過固化的EVA層，其作用： 封裝電池片，防止外界環(huán)境對電池片的電性能造成影響。 增強組件的透光性。 將電池片，鋼化玻璃，TPT粘接在一起，具有一定的粘接強度。 EVA膠膜在未層壓前是線性大分子，當受熱時，交聯劑分解，形成活性自由基，引發(fā)分子間反應形成網狀結構。從而提高的力學性能、耐熱性、耐溶劑性、耐老化性。,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件原材料 EVA,EVA對組件質量的影響黃變,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件原材料 EVA,EVA對組件質量的影響 PID效應,三種不同EVA材料組件PID測試結果,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件原材料 背板,光伏組件中與上蓋相對的組件背部的防護層，在戶外環(huán)境下保護太陽能電池組件不受外界條件影響。主要作用有： 防止水汽的的侵蝕; 阻隔氧氣防止氧化; 對組件進行絕緣; 提高組件耐老化性、耐腐蝕性能; 可以反射陽光，提高組件轉化效率; 增加組件紅外發(fā)射率，可以降低組件的溫度。,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件原材料 背板,背板的優(yōu)劣直接決定組件的使用壽命，高品質背板材料的抗紫外特性更好，可以更好保障組件的耐候性，提高組件的使用壽命。 背板結構,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件原材料 背板,背板結構,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件原材料 背板,PVF 特點,3.組件工藝過程及常見質量問題,組件原材料 背板,背板結構,3.組件工藝過程及常見質量問題,組件原材料 背板,PVF 特點,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件原材料 背板,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件原材料 背板,背板對組件質量的影響,背板層間粘合不合格可能導致背板分層，水汽、空氣滲入組件，造成組件電路短路或原材料被氧化，從而嚴重影響組件性能。 背板耐老化性不強，使用過程當中可能導致背板發(fā)黃、脆裂、破壞絕緣性，從而影響組件性能。 背板的水汽滲透率過高，容易引起組件的PID，影響組件的衰減特性。,3.組件工藝過程及常見質量問題,組件原材料 背板,背板對組件質量的影響,背板黃變：組件在戶外使用12年后PET背板和FEVE涂料背板顏色變化明顯，PVDF背板、KPE背板和BBF背板顏色也有變化，Tedlar和TPT背板顏色相對更為穩(wěn)定。,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件原材料 接線盒,接線盒對組件質量的影響,二極管失效對組件質量的影響,接線盒中的二極管因擊穿失效，并引起火災，或組件不能正常工，后果會很嚴重，可能導致組件報廢作，影響電站發(fā)電效率。,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件原材料 接線盒,接線盒對組件質量的影響,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件原材料 鋁邊框,鋁邊框結構,鋁邊框對組件質量的影響,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件原材料 太陽電池,太陽電池對組件質量的影響,電池混檔：由于組件間電池采用串聯，電池片如不經分檔，會造成組件間不匹配損失增大，從而造成封裝損失增大，導致組件功率損失。,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件原材料 太陽電池,太陽電池對組件質量的影響,電池混檔表現：由于組件中電池片之間不匹配導致測試異常，曲線出現“臺階”。EL也會出現亮度不同的現象。,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件原材料 太陽電池,太陽電池對組件質量的影響,電池混檔對組件質量的潛在危害 1.部分低效電池溫度過高，容易形成熱斑，損壞電池。 2.組件衰減加速，組件壽命下降。,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件原材料 太陽電池,太陽電池對組件質量的影響,色差：電池分選未進行色差分選,影響組件外觀，但不會對組件質量產生明顯影響。,2.組件工藝過程及常見質量問題,組件的主要工藝步驟,2.組件工藝過程及常見質量問題,2.組件工藝過程及常見質量問題,串焊,串焊工序將互聯條與電池片的主柵線焊接起來，目的是將電池片進行串聯。,2.組件工藝過程及常見質量問題,串焊,目的,焊接參數：溫度、焊接時間 硬件保養(yǎng)：烙鐵頭、傳送定位裝置 焊接拉力測試符合標準 焊接排版符合質量要求,控制要點,串焊工序使用自動串焊機完成電池片單片焊接、串接、方陣排列作業(yè),2.組件工藝過程及常見質量問題,串焊工藝常見質量問題-虛焊,現象,出現焊帶與電池片脫層，影響組件功率衰減 運轉和抽真空過程中出現焊點脫開，層壓件造成外觀不良 過焊導致電池片內部電極被損壞，直接影響組件功率衰減 降低組件壽命或造成報廢,虛焊風險分析,2.組件工藝過程及常見質量問題,焊接時機器或人工定位出現異常所致，也可能是因為層壓時隨著EVA的流動性所致。,串焊工藝常見質量問題-露白,現象,露白風險分析,焊帶的偏移會導致焊帶與主柵面積接觸減少，收集電流的力降低，同時也會使電池片的受光面積減少，從而使組件功率或長期可靠性降低。,產生原因,2.組件工藝過程及常見質量問題,裁切鋪設,將組件串、玻璃、切割好的EVA、背板按照一定的層次敷設好，準備層壓。敷設時保證電池串與玻璃等材料的相對位置，調整好電池間距離，為層壓做好準備。（敷設層次由下而上：玻璃、EVA、電池片、EVA、背板）,2.組件工藝過程及常見質量問題,玻璃上料,將合格玻璃上至自動線,拆開來料的鋼化玻璃 目視檢查玻璃來料情況 搬運鋼化玻璃到傳送帶 目視上料情況 玻璃傳送到下一工位,鋼化玻璃無污漬 鋼化玻璃符合質量要求,目的,作業(yè)說明,控制要點,2.組件工藝過程及常見質量問題,- 標準：玻璃劃傷寬度0.1mm，長度20mm，不超過3條/m。 - 潛在風險：降低組件的長期可靠性，組件表面的封裝玻璃完全破碎，透光率急劇下降，該組件電流幾乎為零，嚴重影響整個組串功率的輸出。,玻璃常見質量問題-玻璃劃傷,2.組件工藝過程及常見質量問題,排列,將電池串用互聯條連接起來，便于進行層疊互聯條焊接質量直接影響組件電性能的輸出。,2.組件工藝過程及常見質量問題,裁切鋪設,將原材料依次排序，完成電池組件的鋪設,目的,作業(yè)說明,隔離小條鋪設，匯流帶頭尾部連接 ID條碼粘貼，檢驗 EVA、TPT鋪設,各部件間尺寸控制 焊接質量檢查和控制 符合質量要求,控制要點,2.組件工藝過程及常見質量問題,EL檢測,近紅外在暗箱狀態(tài)下捕捉到圖像，來判別組件的缺陷,目的,作業(yè)說明,選擇合適參數下測試模板測試 設備與組件間連接 條碼掃描 圖像判斷,參數控制：電流、電壓、曝光時間 缺陷類別根據EL標準進行判定,控制要點,層壓前EL檢測與層壓后EL檢測可有效分辨電池的多種缺陷：如隱裂、混檔、污染、斷柵、焊接黑斑、黑芯片、短路黑片、網紋等等缺陷,2.組件工藝過程及常見質量問題,層壓,將敷設好的電池組件放入層壓機內，通過抽真空將組件內的空氣抽出，然后加熱使EVA融化，并加壓使融化的EVA流動充滿玻璃、電池片和背板膜之間的間隙，同時排出中間的氣泡，將電池、玻璃和背板緊密的粘合在一起，最好降溫固化取出組件。 層壓工藝是整個組件生產的關鍵一步，層壓溫度和層壓時間要根據原材料來確定。,2.組件工藝過程及常見質量問題,層壓工序常見質量問題交聯不合格,問題：電池片與EVA間出現脫層 原因：組件交聯度測試不合格，質量控制失效。 風險：組件產生熱斑，功率衰減加快。,2.組件工藝過程及常見質量問題,層壓工序常見質量問題氣泡,產生原因：層壓機真空泵不能完全抽到真空或EVA膜厚薄不均勻，從而造成層壓中出現氣泡。 標準：氣泡不在電池表面，且氣泡不能成串，其余部位0.5 mm21mm2的氣泡3個，1mm21.5mm2的氣泡1個；單個氣泡直徑2mm，總體氣泡數4個；到內邊框距離5mm 潛在風險：在氣泡區(qū)域的電池片會加速氧化，影響組件的衰減與長期可靠性。,2.組件工藝過程及常見質量問題,層壓工序常見質量問題表面異物,- 產生原因：層壓工藝衛(wèi)生不達標 - 標準：組件表面潔凈無異物。除密封粘接部位，其余表面（玻璃、邊框、背板、導線、連接頭等）無異物、硅膠、膠帶和EVA殘留。 - 潛在風險：雜質部分會造成遮光，嚴重時該區(qū)域容易形成熱斑；過熱的區(qū)域會引起EVA加速老化變黃，使該區(qū)域的透光率下降，從而使熱斑進一步惡化，導致組件損壞或早期失效。,2.組件工藝過程及常見質量問題,層壓工序常見質量問題背板凹坑,- 產生原因：層壓工序中的異物所致。 - 集團標準：小于一個電池片的面積，凹痕未延伸至玻璃邊緣 - 潛在的風險:背板作為電池片背面的保護層，需要有良好的防潮、密封、阻燃、耐候特性等，背板凹坑會造成電池片隱裂，影響組件電性能的輸出，降低組件的使用壽命。,2.組件工藝過程及常見質量問題,組框和裝接線盒是將固化層壓組件變成容易安裝和運輸的組件的過程，該過程的目的是提高組件的機械性能，保障組件的可靠性,注膠、組框、裝接線盒,2.組件工藝過程及常見質量問題,使用裝框機把邊框安裝到組件上,流程功能,作業(yè)說明,控制要點,拿取邊框放置注膠機上注膠 注完膠邊框進行預裝 預裝完組件進行組框,注膠控制膠形、膠量、留白長度 裝框控制組裝質量符合質量要求,注膠、組框,2.組件工藝過程及常見質量問題,補膠、裝接線盒,流程功能,作業(yè)說明,拿取接線盒并完成注膠 將注好膠的接線盒安裝在組件上 完成匯流帶的卡接 搬運安裝好的組件到托盤上 在組件背面進行補膠作業(yè),手工打接線盒膠，安裝接線盒在組件上，并將匯流帶進行卡接后在組件背面補膠,2.組件工藝過程及常見質量問題,組框常見質量問題密封不嚴,2.組件工藝過程及常見質量問題,成品檢驗、包裝裝箱,對送檢組件進行外觀檢驗，包裝，裝箱,流程功能,作業(yè)說明,控制要點,搬運組件到檢驗臺 根據質量標準對組件進行檢驗 護套安裝 裝箱作業(yè) 定位條粘貼，入庫打包,根據質量標準把關檢驗 裝箱不可混檔（同一功率檔位）,3.電站組件質量保障措施,高要求的企業(yè)標準,3.電站組件質量保障措施,現場檢驗,出廠檢驗,駐廠監(jiān)造,完善的組件檢驗方案,謝 謝！,