TP封裝材料對光伏組件性能影響的研究

摘要：太陽能電池組件是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，決定著整個系統(tǒng)中光伏發(fā)電的效率及成本。對于晶體硅太陽能電池組件而言，如何提高組件耐久性及降低由于組件封裝導致的功率損失是整個行業(yè)的一個研究重點。文章重點研究如何選擇、使用不同封裝材料，從而降低組件封裝損失及提高組件耐久性。 　　目前世界上廣泛應用的光伏組件，絕大部分采用鋼化玻璃、EVA、晶體硅太陽能電池、背板來進行封裝。隨著光伏市場競爭的加劇，各組件制造商均將提高單位面積電池組件的輸出功率及提高組件的耐久性能作為重要的研究方向。降低組件的封裝損失有以下幾種方法：提高玻璃、EVA的透光率；合理優(yōu)化電池片排布的間隙；提高背板對光線的反射率；合理優(yōu)化焊帶、匯流帶的長度及橫截面積。提高組件的耐久性能有以下幾種方法：選用耐候性更強的背板、EVA/TP等封裝材料；相對提高組件的交聯(lián)度；提高組件的焊接質(zhì)量。本文主要研究TP封裝材料對晶體硅太陽能電池組件的封裝損失及耐久性的影響。 　　1TP及EVA的特性分析、對比 　　TP即聚烯烴材料，它的結(jié)構(gòu)如圖1所示，EVA是乙烯與醋酸乙烯脂的共聚物，它的結(jié)構(gòu)如圖2所示。 　　TP與EVA對組件性能比較： 　?、貳VA封裝成組件后長時間在戶外環(huán)境中工作將釋放一定的酸氣和水，TP封裝成組件后長時間在戶外環(huán)境中工作不會釋放酸氣。 　?、贓VA封裝成組件后長期在高溫高濕的條件下，水汽會不斷地透過EVA而到達電池面，從而對電池進行破壞，而TP材料封裝成組件后透水率極低。 　?、跡VA封裝過程中經(jīng)過高溫將進行化學反應，EVA在交聯(lián)劑的作用下會發(fā)生交聯(lián)反應，而TP封裝過程發(fā)生的是物理變化并不交聯(lián)。 　　選取一家生產(chǎn)TP封裝材料的廠家對性能參數(shù)測試結(jié)果如表1所示，透光率曲線如圖3所示。 　　高分子材料隨著溫度的變化有三種形態(tài)，分別是熔融態(tài)、高彈態(tài)、玻璃態(tài)，三種狀態(tài)的硬度是逐漸加強的。在熔融態(tài)與高彈態(tài)交界處有一個熔融溫度Tm，在高彈態(tài)與玻璃態(tài)交界處有一個玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。TP材料屬于熱固性的聚烯烴材料，我們組件封裝完成后應用的是材料的高彈態(tài)。(理論工作溫度是Tg與Tm之間)TP的熔融溫度Tm=60℃，玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度Tg=0℃以下。N型組件在戶外工作時很容易達到60℃以上，因此存在組件中部分電池發(fā)生熱斑時此處的TP溫度會出現(xiàn)部分熔化，當溫度降低時，此處的TP又會重新結(jié)晶。 　　結(jié)晶度的大小直接影響材料的透光率從而影響組件的輸出功率，假設TP在正常條件下的結(jié)晶度是60℃，組件在層壓完成后風扇作用下迅速冷卻，這樣TP結(jié)晶后的晶粒很大,結(jié)晶度可能會是58℃，這樣組件在測試時封裝損失就會很??；同時將材料再次熔化時由于冷卻速度的不同重新結(jié)晶后的透光率也會不同。綜上所述，TP材料組件在戶外環(huán)境中冷卻速度很慢造成材料的透光率降低從而光衰減較大。 　　因此，TP材料封裝組件是否會影響到后期組件的發(fā)電量及老化性能尚待進一步驗證。 　　2實驗部分 　　試驗選用單晶N型電池。試驗前用同一臺設備集中對電池進行分選試驗（TP材料所匹配電池片轉(zhuǎn)換效率為18%，常規(guī)EVA材料所匹配電池片轉(zhuǎn)化效率為18.6%）。試驗用到的其他材料選擇相同廠家、規(guī)格及批次材料；在組件制作時，焊接、敷設、層壓等設備均選擇相同機臺及工藝。組件功率測試時，選擇同一臺測試儀同一時間段對兩種組件樣品測試。上述實驗安排，排除了設備、工藝及其他材料差異導致組件輸出功率的變化。將上述組件安裝于同一發(fā)電場支架上，兩者支架受光照條件一致，觀察對比兩款材料組件發(fā)電量情況。 　　與此同時，選取以上兩款材料組件進行濕熱試驗（雙85）對比，觀察濕熱試驗后組件功率衰減情況。 　　3實驗結(jié)果及討論 　　根據(jù)收集的實驗樣品組件的功率測試數(shù)據(jù)（表2）及實際發(fā)電量數(shù)據(jù)（表3），分析如下。 　　從16d的綜合數(shù)據(jù)中可以得出：TP材料組件平均到每瓦的發(fā)電量要略高于常規(guī)EVA材料組件，分析原因可能與TP材料本身性能中在陽光斜射入組件時的特性有關(guān)，如圖4所示。 　　據(jù)上看，在發(fā)電量上TP材料封裝的組件不會低于常規(guī)EVA材料組件。濕熱實驗結(jié)果如表4所示。 　　TP材料組件EL圖如圖5所示，常規(guī)EVA材料組件L圖如圖6所示。 　　4結(jié)論 　?、偻ㄟ^實驗數(shù)據(jù)可以看出，TP材料封裝組件在降低功率損失及實際發(fā)電量方面不會低于常規(guī)EVA材料封裝組件。 　　②通過實驗數(shù)據(jù)證明，TP材料封裝組件在濕熱實驗方面性能要優(yōu)于常規(guī)EVA材料封裝的組件。 　　綜上所述，TP材料封裝組件相對于常規(guī)EVA材料封裝組件在輸出功率及提高組件耐久性方面有一定的優(yōu)勢，同時在實際生產(chǎn)中是可行的。（李超　英利綠色能源控股有限公司）