新能源系列--晶體硅光伏組件(第二版）

第二版前言
本書第一版于2019年初出版，近5年來光伏行業技術進步日新月異，光伏組件技術也發生了重大的變化和迭代，為了更好地反映晶體硅光伏組件的最新技術現狀，特修訂本書。
2018年，電池尺寸還是156mm×156mm，現在已經升級到182mm×182mm和210mm×210mm，因此組件的尺寸、版型設計和功率也發生了巨大的變化，單個組件功率從不到300W，逐步提高到400W、500W、600W，甚至達到700W，組件尺寸和電路排版也隨之發生了變化。原來的很多組件技術，如雙玻組件、半片電池組件、MBB多主柵組件，也從2018年的起步或者萌芽狀態，逐步實現規模量產，并且在全行業廣泛應用；還有一些新的材料和技術都在不斷進步，行業的發展也越來越迅速。根據以上變化，我們對緒論、第1章、第2章、第3章、第4章、第7章和第8章內容進行了全面修訂、完善。值得一提的是，2018年以來，國內光伏組件回收和處理技術取得了很大進展，因此我們對第7章中的光伏組件回收部分做了全面的修改和補充。
標準是一個行業健康有序發展的保證，也是行業技術迭代更新的重要產物，它凝聚了行業在發展過程中技術創新成果產業化的大量知識和技術結晶，也沉淀了技術應用過程中解決各種技術問題所積累的經驗和教訓；一個行業標準體系的完備性直接反映了行業成熟度水平，故行業從業人員，特別是技術人員，一定要充分重視標準，持續跟蹤標準的動態，學習標準的內容。光伏行業的標準在最近5年進行了多次修訂和更新，越來越全面和成熟。因此，本次修訂中對第6章的光伏組件認證標準與測試做了較大的修改和補充。
這次修訂除了更新相關內容，還對IEC的相關重要標準做了介紹；同時對IEC61215中每個實驗項目的測試目的、測試條件和判斷標準都做了基礎的介紹；另外增加了IEC61730的內容，代替原來UL1703的內容，并對每個安全測試項目的測試目的、測試過程、測試條件和判斷標準也做了基礎的介紹?；谶@2個標準，加上IEC/TS62915的重測導則，讀者就可以相對全面地了解晶體硅光伏組件設計鑒定和定型的性能要求和測試要求、安全鑒定的結構要求和測試要求，從而對光伏組件有全面的認識。
另外本次修訂在每章后面增加了10個習題，可以兼作高校教材。
本次修訂由徐建美主要負責，長三角太陽能光伏技術創新中心的高兵做了最后的審核。在修訂過程中，得到了茅靜、韓會麗、周偉、徐業、談家彬、范喜燕、謝一帆、張磊、崔艷青、呂芳、馮志強、朱曉剛、周罡、邵亞輝、郭愛娟、施江峰等人的大力支持，在此表示真誠的感謝！
由于作者水平所限，本書修訂之后還會存在一些不足之處，歡迎廣大讀者提出寶貴意見和建議，以便進一步完善。

沈輝
2023年8月28日
于長三角太陽能光伏技術創新中心
江陰天安數碼城



第一版前言
經過多年的發展，我國光伏組件的產量已經牢牢占據世界第一的位置，而且國內光伏產業已經形成了一個完整的體系，包括生產裝備、封裝材料、生產技術與工藝、檢測與認證標準體系等，并且具備了很強的創新能力和核心競爭力。
光伏組件是光伏電站中最核心的部件，是綠色環保的“直流發電機”，不管是技術還是成本，都對光伏電站的先進性起到決定性的作用。一直以來行業對光伏組件的要求主要是基于三點：
（1）高效率　這主要取決于太陽電池的效率，但是組件封裝工藝的優化也有助于提升發電功率；
（2）穩定性　組件是在室外條件下應用的，因此組件的結構、封裝材料與工藝對于組件穩定性的影響至關重要，組件能正常使用30年甚至更長，是行業一直以來追求的目標；
（3）低成本　電能是生活與生產的必需品，光伏發電要全面推廣，一定要不斷降低度電成本，實現平價上網。所以不斷降低光伏組件成本，才能有利于光伏發電的推廣和應用。
各種光伏組件中，晶體硅光伏組件的發展歷史最久，是最早得到應用的光伏產品。國內外的大量實踐案例表明，晶體硅組件正常使用可以達到25年甚至更久的時間?？梢灶A見，在未來很長一段時間內，晶體硅組件仍將占據市場的主導地位。晶體硅電池生產技術還在不斷發展與進步，光伏組件技術也將繼續提升與不斷完善。
本書主要包括組件結構與原理、封裝材料與配件、組件生產工藝、生產裝備與檢測儀器、環境試驗與檢測認證、組件可靠性與回收利用及新技術發展等內容。全書由沈輝博士組織策劃與統稿，并編寫第1、2章；徐建美女士編寫了第3、4、5章；董嫻女士主要負責第6、7、8章的編寫。全書部分插圖的加工處理由黃嘉培完成。本書在編寫過程得到了馮志強、張萬輝、宋昊、劉超、梁學勤、陳奕峰、陳達明、韓會麗、張舒、沈慧、季志超、孫權、楊澤民、黃宏偉、茅靜、閆萍、楊小武、鄒馳騁等人的大力支持，在此表示真誠的感謝！
本書編寫過程中，天合光能有限公司、國家光伏科學技術重點實驗室、中山大學太陽能系統研究所、順德中山大學太陽能研究院給予了大力支持，提供了很多非常有價值的資料，在此表示真誠的感謝！
本書可以作為高等院校相關專業的教材和教學參考書，也可作為廣大光伏產業技術人員參考用書，還可供光伏技術愛好者自學選用。光伏組件技術還在不斷發展之中，由于作者學術水平所限，本書會存在一些不足之處，歡迎廣大讀者提出寶貴意見和建議，以便再版時進一步完善。

沈輝
2018.12
于廣州南國奧園

本書共分8章，主要內容包括光伏組件結構與原理、光伏組件封裝材料及配件、生產設備與檢測儀器、光伏組件生產工藝、光伏組件認證標準與測試、光伏組件可靠性及回收利用、光伏組件技術發展等。
本書可以作為光伏產業技術人員的參考書，也可作為高等院校的教材和教學參考書，還可供光伏技術愛好者自學選用。

第1章緒論1
1.1太陽能概述1
1.2光伏組件概述4
1.2.1光伏產業發展歷程4
1.2.2技術發展現狀4
1.3能量回收期8
1.4碳排放計算9
復習思考題10

第2章光伏組件結構與原理11
2.1光伏組件的發展歷史11
2.2封裝目的與要求12
2.3光伏組件工作原理與技術參數13
2.3.1工作原理13
2.3.2技術參數說明14
2.4光伏組件的結構設計16
2.4.1設計原理16
2.4.2設計實例19
2.4.3CTM模型22
復習思考題23

第3章光伏組件封裝材料及配件24
3.1涂錫焊帶24
3.2助焊劑26
3.3蓋板材料27
3.3.1超白壓花鋼化玻璃27
3.3.2鍍膜玻璃28
3.3.3彩色玻璃29
3.3.4化學鋼化玻璃30
3.3.5有機玻璃30
3.3.6聚氟乙烯類30
3.4黏結材料31
3.4.1EVA膠膜31
3.4.2POE膠膜36
3.4.3共擠膠膜36
3.4.4PVB膠膜38
3.4.5環氧樹脂38
3.4.6液態有機硅膠39
3.5背板材料39
3.5.1結構和功能40
3.5.2技術要求41
3.5.3各類背板材料介紹41
3.5.4新型背板及應用42
3.6接線盒43
3.6.1功能和分類43
3.6.2技術要求47
3.6.3新型接線盒49
3.7密封材料49
3.7.1密封硅橡膠50
3.7.2灌封硅橡膠51
3.7.3硅酮膠51
3.7.4丁基膠52
3.7.5硅橡膠密封劑的性能要求52
3.8組件邊框54
3.8.1鋁邊框54
3.8.2鋼邊框55
3.8.3非金屬復合材料邊框55
復習思考題56

第4章生產設備與檢測儀器57
4.1生產設備57
4.1.1切割設備57
4.1.2玻璃清洗機59
4.1.3焊接設備60
4.1.4真空層壓設備65
4.1.5自動生產線68
4.2檢測儀器70
4.2.1太陽能模擬測試儀70
4.2.2隱裂測試儀80
復習思考題84

第5章光伏組件生產工藝85
5.1常規生產工藝85
5.1.1電池分選85
5.1.2單焊87
5.1.3串焊89
5.1.4疊層90
5.1.5EL檢查和外觀檢查93
5.1.6層壓工藝94
5.1.7裝鋁邊框與接線盒96
5.1.8固化與清洗98
5.1.9耐壓絕緣測試98
5.1.10組件功率測試99
5.1.11EL隱裂測試100
5.1.12外觀檢查100
5.1.13包裝入庫101
5.2其他封裝工藝102
5.2.1滴膠封裝102
5.2.2高壓釜封裝102
5.2.3硅酮膠灌封103
復習思考題103

第6章光伏組件認證標準與測試104
6.1光伏組件的認證要求104
6.1.1測試認證105
6.1.2注冊認證105
6.1.3體系認證106
6.2光伏測試認證機構106
6.2.1德國107
6.2.2美國107
6.2.3中國108
6.3光伏組件技術標準109
6.3.1光伏組件標準發展歷史109
6.3.2標準研制和管理機構112
6.3.3IEC標準介紹114
6.4IEC61215115
6.4.1測試流程117
6.4.2測試項目119
6.5IEC61730127
6.5.1測試流程127
6.5.2測試項目129
6.5.3不同組件等級對應的試驗要求135
6.6IEC/TS62915137
6.6.1電池的變更137
6.6.2封裝材料的變更137
6.6.3上蓋板的變更138
6.6.4背板的改變139
6.6.5組件尺寸的變更140
6.6.6邊框或安裝結構的改變140
6.6.7電氣連接端改變141
6.6.8電池和電池串互連材料或技術改變141
6.6.9電氣線路的改變142
6.6.10功率輸出變化142
6.6.11旁路二極管改變142
復習思考題143

第7章光伏組件可靠性及回收利用144
7.1光伏組件的常見問題144
7.1.1熱斑效應144
7.1.2電勢誘導衰減(PID)145
7.1.3蝸牛紋146
7.1.4接線盒失效147
7.1.5EVA黃變147
7.1.6背板老化147
7.1.7光熱誘導衰減(LeTID)149
7.2光伏組件可靠性評估概述149
7.2.1可靠性評估工作難點149
7.2.2相關研究機構的工作150
7.3組件可靠性案例分析151
7.3.1樣例1——1982年產多晶硅組件(Solarex)151
7.3.2樣例2——1987年產單晶硅組件(BPSolar)155
7.3.3樣例3——1996年產單晶硅組件(SiemensSolar)158
7.4光伏組件的回收161
7.4.1現狀161
7.4.2當前技術發展162
7.4.3國內相關標準164
7.4.4難點和建議165
復習思考題166

第8章光伏組件技術發展概述167
8.1光伏組件功率和成本發展167
8.1.1功率發展和提效技術167
8.1.2成本發展和降本方向168
8.2高功率光伏組件169
8.2.1半片電池組件169
8.2.2疊片電池組件171
8.2.3雙面電池組件171
8.2.4多主柵組件173
8.2.5背接觸光伏組件(BC組件)176
8.3組件結構的發展176
8.3.11500V組件176
8.3.2雙玻組件177
8.3.3輕質柔性組件177
8.3.4易安裝組件178
8.3.5建筑構件型組件180
8.4智能型光伏組件185
8.4.1Switch-off型185
8.4.2DC-DC型186
8.4.3DC-AC型187
8.5特殊應用型組件189
8.5.1光伏/光熱一體化組件系統189
8.5.2集成二極管光伏組件189
8.5.3彩色光伏組件192
8.6高端組件和特殊應用193
復習思考題195

附錄196
附錄1光伏組件外觀檢驗標準(參考)196
附錄2EL判定標準(參考)199
附錄3晶體硅光伏組件部分IEC國際標準201

參考文獻208