晶体硅太阳电池组件优化设计答案.ppt

晶体硅太阳电池组件的优化设计 光路优化和光学增益 文献[1]于2003年发表，讨论了晶体硅太阳电池组件的光学增益问题。文献中记载的实验证明，好的光学匹配可以使光学增益达到5.75%。但是，坏的光学匹配，也可以几乎不发生光学增益。怎样提高光学增益，是太阳电池组件制造过程中的一个重要技术。 图1. 玻璃花型形成的阴影 提高太阳电池组件的光学增益，另一个重要的方面是减少太阳电池组件对光线的反射。在垂直入射时，在两个透明介质分界面上的反射率R由下式[4]决定： 以n2代表EVA的折射率，n4代表Si材料的折射率。对于满足（2）式的SiN减反射膜，太阳电池组件中太阳电池表面对波长为的光的反射率可以表达为[4]： 在实际的生产过程中，通常制作的组件的实际输出功率要低于所使用的太阳电池的额定总功率。原因在于，太阳电池组件的制造过程产生的串联电阻损失。文献[2]专门讨论了这个问题。根据测量和计算，例如，一个185W的晶体硅太阳电池组件，串联电阻的各个分项值分别为： 1、太阳电池自身的串联电阻 = 325.4 mΩ 2、互联条串联电阻 = 218.2 mΩ 3、互联条与电池电极的接触电阻 = 3.3mΩ 4、汇流带串联电阻 = 38.4mΩ 5、接线盒内接点串联电阻 = 20 mΩ 6、连接电缆串联电阻 = 9.2 mΩ 7、连接器串联电阻 = 10 mΩ其串联电阻的总和为：Rs = 625mΩ，由此产生的功率损失为16W，占185W组件输出功率的8.7%。其中，组件生产过程中增加的串联电阻为：R0 = 299mΩ，增加的功率损失为7.5W，占185W组件输出功率的4.1%。 串联电阻损失 通过双辐照度方法[5]测量的额定功率为185W的组件的串联电阻大约为0.64Ω。这个数值与上述理论计算值大小接近，但是稍大于理论值，与通常的太阳电池组件测试设备测量的串联电阻大约1Ω的数值相比有比较大的差别。文献[2]比较了几个不同功率组件的测量串联电阻和理论计算串联电阻之间的差别，见图2。如图所示，随着组件功率的下降，实际测量值与理论计算值之间的差别增加。这表明，太阳电池组合过程中太阳电池I-V特性曲线的不匹配产生了附加的串联电阻。不匹配的现象越严重，所引入的附加串联电阻越大，匹配损失越大。当太阳电池效率低下时，太阳电池I-V特性之间的差别比较大，从而带来的串联电阻损失比较大。随着太阳电池效率的增加，太阳电池组合对太阳电池组件串联电阻增加的影响要下降，因为高效率的太阳电池的I-V特性之间的差别比较小。 图2. 串联电阻随组件功率的变化 图3 接线盒A（左）和接线盒B（右）的外形尺寸 文献[3]给出的实验结果证实了上述结论。在25℃恒温环境中，使用直流恒流电源给接线盒中的二极管通5A电流，如图所示的接线盒A和接线盒B之间的比较见表： 表1 5A电流5小时实验结果 在实际的应用中，我们可以发现，接线盒烧毁的原因大多不是二极管烧毁，而是插接式结构接线盒的二极管插座烧毁，如图4所示。这表明，处于工作状态的二极管经常的发热和冷却，使得二极管插脚的接触电阻逐渐增大，最终打火并烧毁接线盒。而焊接的二极管管脚则不会产生这样的问题。 图4 接线盒烧毁的典型事例 不同形式的接线盒对组件实际输出功率的影响主要表现在组件实际工作温度的差别。使用两个185W的晶体硅太阳电池组件，如图5所示，在日光下测量组件接线盒安装位置的温度。测试条件和结果见表2和表3。 表2：实验条件/不同接线盒对组件实际工作温度的影响 显然，安装接线盒A的组件的实际工作温度要高于安装接线盒B的组件的实际工作温度。因此，对于同等测试功率的组件，安装接线盒A的组件的实际工作输出功率要低于安装接线盒B的组件的实际工作输出功率。 对于正常生产过程生产的组件，我们最关心的质量问题是：是否可以保证10年衰降10%以内，25年衰降20%以内。如果组件的工作温度过高，必然影响到EVA的老化过程，加速EVA的老化。即使对于接线盒这样局部的高温状态，EVA的局部快速老化，也将影响到EVA与玻璃之间的黏结力。这个影响，对于组件25年的寿命保证是一个未知因素。 TPE结构的背板，是由氟塑料薄膜、PET薄膜、EVA三层材料复合形成的，在抵抗紫外线辐射能力上存在弱点。在太阳电池组件中，TPE背板的迎光面没有氟材料的保护。当阳光从组件的正面照射进入组件后，在电池片的间隔处，大约80%的紫外线透过玻璃和EVA进入背板，直接照射到背板的EVA和PET薄膜上。在长期的紫外线的照射下，PET会逐渐脆化龟裂。这将严重地威胁到组件的使用寿命。 组件寿命的保证 实际生产结果表明，太阳电池组件的组合过程并不一定要造成