超薄双玻BIPV电池组件用玻璃物理钢化技术浅析
关于对光伏建筑一体化(BIPV)技术的研究分析

关于对光伏建筑一体化(BIPV)技术的研究分析摘要:绿建节能方向标,对光伏BIPV技术的设计、实施和落地经验,被动式超低能耗建筑与零碳建筑的案例分享。
关键词:光伏建筑一体化美观低能耗组件安装光伏建筑一体化 (BIPV) 是一种光伏材料,用于替代部分建筑围护结构中的传统建筑材料。
住宅建筑师和建筑商也开始将光伏材料整合到住宅的外部。
BIPV 可以作为幕墙、镶板、阳台或遮阳板连接到住宅。
此外,可以使用 PV 视觉玻璃代替传统的双窗格窗户和天窗,以提供电力和透明度。
是将太阳能光伏发电方阵安装在建筑的围护结构外表面来提供电力,将太阳能发电(光伏)产品集成到建筑上的技术。
依据建设地点的地理、气候条件、建筑功能、周围环境等因素进行规划设计,确定建筑布局、朝向、间距、群体组合和空间环境,是将太阳能光伏发电方阵安装在建筑的围护结构外表面来提供电力,将太阳能发电(光伏)产品集成到建筑上的技术。
1.光伏采光天窗介绍几种类型的光伏材料可以集成到玻璃中。
例如,特殊的太阳能光伏玻璃块可以用来代替传统的玻璃块。
这些玻璃块包含带有专用光学器件的太阳能电池,可将光聚焦到 PV 材料上。
BIPV 系统的优点包括:不需要额外的土地,减少建筑能耗,并且可以以可忽略的传输损耗传输能量。
BIPV 系统的一些障碍可能包括 BIPV 产品的成本、维护以及缺乏使用 BIPV 技术进行设计的知识。
BIPV 的安装还需要多个建筑行业的合作,例如电工、屋顶工、建筑师和工程师。
2.根据光伏方阵与建筑结合的方式不同分类第一类是光伏方阵与建筑的结合(BAPV),这种方式是将光伏方阵安装在已有建筑的屋顶、墙面等结构上,不影响原有建筑物的功能。
第二类是光伏方阵与建筑的集成(BIPV),这种方式是光伏组件以一种建筑材料的形式出现,光伏方阵成为建筑不可分割的一部分,如光电瓦屋顶、光电幕墙、光电采光顶、建筑阳台光伏栏板、公共设施停车屋顶等。
二者同时设计和施工,光伏发电组件成为建筑材料的一部分,同时具备发电和建材的双重功能,形成光伏与建筑的统一体。
双玻光伏组件介绍

双玻光伏组件介绍About double glazing panel双玻光伏组件,是指由两片玻璃和太阳能电池片组成复合层,电池片之间由导线串、并联汇集到引线端所形成的光伏电池组件。
The utility model relates to a double glass photovoltaic component, which is a composite layer composed of two pieces of glass and a solar battery sheet, wherein, the photovoltaic cells are formed by the connection of the wires in series and in parallel to the lead end of the battery.双玻光伏建筑可以分为BIPV、BAPV两种形式。
BIPV(光伏建筑一体化)是说,光伏组件作为建筑的构件,是建筑的一部分。
它的特点是,除了要满足组件的性能要求以外,还要防火,并满足建筑力学、热舒适、采光、隔音等的一些建筑要求。
BAPV指的是光伏组件作为建筑的一个附件,这一块就相对比较简单,只要满足光伏组件的一些性能要求就可以。
当然,它要跟建筑结合,所以也要做一些防火的测试。
Dual glass photovoltaic architecture can be divided into two forms: BIPV and BAPV. BIPV (photovoltaic building integration) is that photovoltaic components as building components, is part of the building. It is characterized by, in addition to meeting the performance requirements of components, but also fire protection, and meet construction mechanics, thermal comfort, lighting, sound insulation and other architectural requirements. BAPV refers to the PV modules as an annex to the building, this piece is relatively simple, as long as the photovoltaic components meet some of the performance requirements can be. Of course, it should be combined with the building, so it is necessary to do some fire prevention tests.双玻组件可以做成各种颜色。
光伏组件选用钢化玻璃的原因

光伏组件选用钢化玻璃的原因1.1.1 光伏玻璃的作用太阳能光伏电池所用的封装玻璃,目前的主流产品为低铁钢化压花玻璃,太阳能电池组件对钢化玻璃的透光率要求很高,须大于91.6%,对大于1200nm的红外光有较高的反射率。
另外,厚度要求在3.2mm。
它能增加组件的抗冲击力量,良好的透光率可以提高组件的效率,并起到密封组件的作用。
PV组件的前表面材料对于可以被PV组件中的太阳电池使用的波长必需有很高的透亮度。
对于硅太阳电池,顶表面材料对于波长在350nm到1200nm范围的波长必需有很高的透亮度。
另外,前表面的反射应当很低。
虽然理论上在顶表面应用减反射膜可以削减反射,但是实际上这些减反射膜都不足以反抗大多数PV组件的使用条件。
另一个可以削减反射的技术是织构化表面或者使表面粗糙。
但是,在这种状况下灰尘和泥垢更可能黏附在顶表面,并且很难被风和雨水驱除。
这些组件因此不是"自清洁'的,并且削减反射的优越性很快被顶表面的尘土招致的损失所超过。
除了反射和透亮的特性之外,顶表面材料应当是不渗透水的,应当是耐冲击的,应当在长期的紫外线照耀下是稳定的,并且有很低的热阻系数。
水或者水蒸汽进入到PV组件中,将腐蚀金属电极和互联条,并且从而将显著地削减PV组件的寿命。
在大多数组件中,顶表面用于供应机械强度和硬度,因此用于支撑太阳电池和联线的顶表面或者背表面必需是机械钢性的。
顶表面材料有几种选择,包括丙烯酸聚合物和玻璃。
钢化的低铁玻璃是最一般的应用,由于成本低、结实、稳定、高透亮度、防水和气体,并且有良好的自清洁特性。
1.1.2 钢化玻璃钢化玻璃,厚度3.2mm0.3mm;钢化性能符合国标:GB9963-88,或者封装后的组件抗冲击性能达到国标 GB9535-88 地面用硅太阳电池组件环境试验方法中规定的性能指标;一般状况下,透光率应高于90%;玻璃要清洁无水汽、不得裸手接触玻璃两表面。
采纳低铁钢化绒面玻璃(又称为白玻璃),厚度3.2mm,在太阳电池光谱响应的波长范围内(320-1100nm)透光率达91%以上,对于大于1200 nm的红外光有较高的反射率。
双玻BIPV组件玻璃破裂分析研究

双玻 BIPV 组件玻璃破裂分析研究
刁云超 (汉能移动能源控股集团有限公司,北京 10015)
摘要:研究采用玻璃做为衬底的铜铟镓硒薄膜太阳能电池双玻 BIPV 组件出现基板玻璃破裂的问题。 对太阳能电池基板玻璃及双玻组件的表面弯曲度及表面应力、弯曲强度测试,对组件进行边框束缚加 热试验、热力学仿真温差试验以及风载荷计算。对数据的分析对比,研究造成双玻组件破裂的原因及 破碎可能性,提出避免双玻 BIPV 组件玻璃破裂的可行性建议。
玻璃中应力分为热应力、结构应力和机械应力三 类 [4]。热应力是由于玻璃在熔融冷却过程中面板各 部位温度不一致,形成温度梯度造成的,分为暂时应 力和永久应力。暂时应力随着温度梯度存在而存在, 随着温度梯度消失而消失;永久应力是温度梯度消失 时残留的热应力。因化学组成不均匀导致结构式的 不均匀而产生的应力成为结构应力,属于永久应力,
图 1 玻璃在作用力下的形变示意图
图 2 理想状态下玻璃内部应力示意图
图 3 存在缺口的玻璃内部应力示意图
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Architectural & Functional Glass № 9 2020
玻璃是热的不良导体,局部受热时温度梯度会形 成热应力,当超过玻璃能承受的最大温差时,玻璃就 容易破碎。有研究表明[5]当玻璃表面温度差约80℃时, 裂口深度 0.01mm 就可以引起玻璃破裂。 1 实验 1.1 试验样品及设备
图 6 玻璃加热温度与应力分布仿真
图 4 玻璃弯曲度测试示意图
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图 5 玻璃表面应力测试示意图
1.2.2 基板玻璃及双玻组件表面应力的测试 太阳能电池基板玻璃的表面应力大小可以反映
双玻光伏组件的技术优势

双玻光伏组件的技术优势双玻组件在光伏电站的实际应用中体现出独特的优势,较传统组件相比主要体现在发电量高、减少蜗牛纹的产生、降低PID衰减、延长组件的生命周期、耐候性较好、环保易回收等方面。
同时双玻组件的使用范围更广,比如鱼光互补、沙漠电站、滩涂电站等。
单玻组件从诞生到现在,一直采用边框、EVA把玻璃和背板连接起来,保护电池这种形式来实现光照发电。
背板材料是一种有机材料,透水性一直以来始终是无法解决的问题。
水汽穿透背板导致EVA树脂快速降解,EVA树脂遇水即开始分解,其分解产物含醋酸,醋酸腐蚀光伏电池上的银栅线、汇流带等,使组件的发电效率逐年下降。
一些近水的光伏发电项目,比如渔光互补、滩涂电站、农业温室以及早晚露水大的地区的光伏项目在后期运营中会碰到一些问题。
由于目前电站持有方按度电计算投资回报率,所以组件的长期可靠性、耐候性成为光伏组件厂首先需要考虑的,而双玻组件从各个角度分析都具备了规避以上缺陷的性能。
双玻组件的20个技术优势:双玻组件的优势为高品质光伏电站提供了最好的解决方案,主要体现在:1.生命周期较长:普通组件质保是25年,双玻组件提出的质保是30年。
2.生命周期内具有更高的发电量:双玻组件预期比普通组件高出25%左右,当然这里指的是双玻组件30年的发电量与普通组件25年发电量的对比。
3.具有较高的发电效率:比普通组件高出4%左右。
这里指的是相同时间内发电量的对比。
4.衰减较低:传统组件的衰减大约在0.7%左右,双玻组件是0.5%。
5.玻璃的透水率几乎为零,不需要考虑水汽进入组件诱发EVA胶膜水解的问题。
传统晶体硅太阳能组件的背板有一定的透水率,导致组件内部发生电化学腐蚀,增加了出现PID 衰减和蜗牛纹等问题发生的概念。
双玻这一优势尤其适用于海边、水边和较高湿度地区的光伏电站。
6.玻璃是无机物二氧化硅,与沙子属同种物质,耐候性、耐腐蚀性超过任何一种已知塑料。
紫外线、氧气和水分导致背板逐渐降解,表面发生粉化和自身断裂。
建筑光伏一体化玻璃组件(BIPV)的应用技术

技术讲座赏析《建筑光伏一体化玻璃组件(BIPV)的应用技术》【编者按】这是广东金刚玻璃科技股份有限公司张明罡先生,在第八届中国国际门窗幕墙博览会光电建筑应用论坛上,发表的《建筑光伏一体化玻璃组件(BIPV)的应用技术》。
演讲的内容很丰富,我们仅选取了部分内容。
广东金刚于2010年7月8日在深交所挂牌上市,BIPV组件已经通过了国际权威机构TUV的认证。
我们希望业界与广东金刚合作。
一、建筑光伏一体化双玻BIPV的构成●3.2mm表层钢化超白玻璃●晶体硅电池片或薄膜电池●封装胶PVB●背板TPT(不透明)、钢化玻璃(可采光)●铝合金边框或无边框●同时满足建筑安全玻璃《夹层玻璃》的要求●液态PVB湿法封装同EVA的封装在建筑规范中是不允许的二、BIPV核心发电芯片的分类●单晶硅太阳能电池18%●多晶硅太阳能电池17%●非晶硅薄膜电池a-Si 6%●碲化铬薄膜电池CdTe 9%●铜铟镓硒薄膜电池CIGS 9%三、建筑光伏一体化(BIPV)玻璃组件常用结构建筑光伏一体化玻璃组件常用结构四、BIPV组件应具备幕墙玻璃组件的性能●安全(钢化、夹胶)●强度(承受相关荷载)●挠度(承受变形)●抗冲击(安全性能)●阻热(节能特性)●透光率(采光性能)●隔声(舒适性)●寿命(耐久性)五、BIPV应具备各种性能●应满足建筑的相关规范●应使用干法PVB材料合成技术●应满足安全玻璃的测试(45Kg霰弹袋冲击试验、1040g落球试验)●按照IEC61215、61730规范经过湿热、湿冷、热循环、户外暴晒等测试●要求同建筑外围护同寿命●正常工作状态不低于25年,25年后光电转换率衰减不应大于20%六、薄膜电池BIPV的优缺点●优点:整体色彩好、弱光发电性能优越、外观近似镀膜玻璃的效果;●缺点:脆弱、易破、光电转换率低、光电转换衰减速度快、化学稳定性差、使用历史短。
七、两种不同技术BIPV性能对比八、薄膜电池的BIPV不适合作为屋顶●膜层厚度偏差影响到其电气性能●TCO导电玻璃构成的薄膜电池不能通过热处理(钢化)●未经钢化处理的普通玻璃(薄膜电池)在天棚高温环境下,易产生“热炸裂”九、晶体硅双玻组件BIPV适宜屋顶使用●晶体硅电池片厚度为180um~240um,抗弯能力较强,可达到较大挠度不会破坏;●与PVB胶合后共同形成一个有机的整体,受到荷载作用时,在钢化玻璃与PVB的共同作用下,作用在电池片时为均布受力。
浅述双玻光伏组件的设计及应用

浅述双玻光伏组件的设计及应用作者:刘瑞军,陈明来源:《山东工业技术》2014年第12期摘要:双玻组件在光伏产业的不断整合中应运而生,并且越来越多的在建筑设计中得到应用。
本文对以发电为主和以BIPV建筑应用为主的两种双玻璃光伏组件进行了论述,并阐述了双玻组件在设计、生产、安装中的一些影响环节。
关键词:双波光伏;PVB;热斑效应;BIPV建筑1 引言随着光伏产业的不断整合,各企业的注意力集中到提高光伏组件性能、降低光伏组件生产成本上来,因为具有成本优势的企业其竞争力强显而易见。
由此,双玻组件(Double-glazed solar PV module)应运而生,双玻组件在非晶硅组件、BIPV(Building-Integrated Photovoltaic 光伏建筑一体化)建筑的设计中都有应用。
2 双玻电池组件结构双玻组件则是由High-T玻璃(上面)-EVA/PVB胶膜-太阳电池-EVA/PVB胶膜-钢化玻璃(背板)共5层组成(如图1)。
①电池板上表面玻璃与普通组件一样要求有较高的透过率,一般采用超白低铁钢化玻璃,厚度一般在2~3.2mm之间;②复合层:可以是聚乙烯醇缩丁醛树脂(PVB),也可以是乙烯一醋酸乙烯共聚物膜(EVA);③电池片:单晶硅、多晶硅、非晶硅的均可;④底板玻璃由于起主要的保护电池片,支承组件作用,由于没有边框的支持,组件的支撑和承压主要有上下两层玻璃来承担,厚度要求可以在2~6mm之间,底层玻璃应该使用钢化玻璃,以避免热应力的破坏。
对于双玻组件的上层玻璃和下层玻璃,厚度可以一样,也可以不一样,偏差一般不超过2mm。
一般来讲8mm厚玻璃以下可以用普通层压机封装,但工艺与细节处理需要格外注意。
由于8mm以上玻璃较重,须用专业安全玻璃生产设备--高压釜。
3 组件设计(以玻璃尺寸1574mm*802mm*2.5mm为例阐述)3.1 以发电为主(如电站)的组件设计该类型组件主要为用电设施提供电源,通常整体裸露在室外,电池组件的设计使用年限大约是20~30年,通常需要满足相关规范:IEC61215 , IEC61646 , UL1703,IEC62108 ,IEEE1513 ,IEC61730 。
双玻光伏组件的技术优势

双玻光伏组件的技术优势双玻光伏组件的技术优势双玻组件在光伏电站的实际应用中体现出独特的优势,较传统组件相比主要体现在发电量高、减少蜗牛纹的产生、降低pid衰减、延长组件的生命周期、耐候性较好、环保易回收等方面。
同时双玻组件的使用范围更广,比如鱼光互补、沙漠电站、滩涂电站等。
单玻组件从诞生到现在,一直采用边框、eva把玻璃和背板连接起来,保护电池这种形式来实现光照发电。
背板材料是一种有机材料,透水性一直以来始终是无法解决的问题。
水汽穿透背板导致eva树脂快速降解,eva树脂遇水即开始分解,其分解产物含醋酸,醋酸腐蚀光伏电池上的银栅线、汇流带等,使组件的发电效率逐年下降。
一些将近水的光伏发电项目,比如说渔光优势互补、滩涂电站、农业温室以及早晚露珠小的地区的光伏项目在后期运营中可以遇到一些问题。
由于目前电站所持方按度电排序投资回报率,所以组件的长期可靠性、耐候性沦为光伏组件厂首先须要考量的,而双玻组件从各个角度分析都具有了避免以上瑕疵的性能。
双玻组件的20个技术优势:双玻组件的优势为高品质光伏电站提供更多了最出色的解决方案,主要彰显在:1.生命周期较长:普通组件质保是25年,双玻组件提出的质保是30年。
2.生命周期内具备更高的发电量:双玻组件预期比普通组件高于25%左右,当然这里所指的就是双玻组件30年的发电量与普通组件25年发电量的对照。
3.具有较高的发电效率:比普通组件高出4%左右。
这里指的是相同时间内发电量的对比。
4.膨胀较低:传统组件的膨胀大约在0.7%左右,双玻组件就是0.5%。
5.玻璃的透水率几乎为零,不需要考虑水汽进入组件诱发eva胶膜水解的问题。
传统晶体硅太阳能组件的背板有一定的透水率,导致组件内部发生电化学腐蚀,增加了出现pid衰减和蜗牛纹等问题发生的概念。
双玻这一优势尤其适用于海边、水边和较高湿度地区的光伏电站。
6.玻璃就是无机物二氧化硅,与沙子属于同种物质,耐候性、耐腐蚀性少于任何一种未知塑料。
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I N S I G H T
表 1 超薄双玻 B I P V电池组件与一般组件 和双玻组件材 料质量 比较
光 率也 就越 高 , 从 而组 件 的光 电转换 率 和 发 电效率 也会 随之 提升 。 超 薄双 玻BI PV电池 组件盖 板玻 璃 的厚 度 由 3 . 2 mm缩 减 为 2 am, r 其 透光率 、 组件
分子 背板材料 。 超薄双 玻B I P V电池组 件 单位 面积 质量 均 减少 , 总厚 度 也缩
环境 。 减轻 , 减薄 和效率提升 是 电池组
件 发展 的 必 然趋 势。 其 中, 超 薄双 玻 B I P V电池组件 是应用BI PV技术所使 用 的重要 部件 之 一 , 该组 件 的技 术参 数决 定 了应 用B I P V技术建 设方 案建 筑 的安全 、 转换 效率等参数 。 随着 科 技的不 断 发展 , 2 mm大尺 寸 平板钢化 玻璃在光 伏发 电行 业也逐 渐 得 以应 用 , 目前 主要 是 用于 超薄 双 玻BI P V电池组件 。 与 传统的一般 电池 组件 和双 玻 电池组件 相 比 , 2 a m超 薄 r 双玻 BI PV电池组件 质量 轻 、 成本 低 、
3 . 降低成本
薄玻 璃 的厚 度较 小 , 由于 自身 的 热传 导和玻璃表 面与周 围环境 的热交 换, 从 加 热结 束到 急冷 开始 的极短 时
间 内流失 的热量 导致 温 降较 大 , 冷 却 时不易沿厚度 方向建立足够 的温度梯 度。 玻璃 的表 面应 力也 就难 于达 到全 钢化 或半钢化状 态。 超 薄双玻B I P V电 池组 件盖 板 和背 板 所用 的 2 mm平 板
双 玻B I P V电池组件具有 以下优势 :
1 . 质量轻 .薄片化
与双玻组 件相 比, 超薄双玻BI P V 电池 组件 的 盖板 和 背板 玻璃 用 2 a m r 超 白压 花 玻 璃 代 替 3 . 2 mm超 白压 花玻璃 ; 与一 般 组件 项 目, 超 薄双 玻 BI PV电池组件 的盖 板用 2 mm超 白压 花玻 璃代替 3 . 2 mm超 白压 花玻璃 , 背 板 玻 璃用 2 mm浮法 钢 化 玻璃 代替 高
定 的碎片状态 。 由于 物 理 钢化 用 的 连 续 式 或往
钢化 玻璃、 背 板为 2 mm浮 法 钢 化 玻
璃, 所用 的钢 化方法是物 理钢 化法 。
1 . 技术难点
超薄双玻BI PV电池组件用 2 am r 平板 玻璃物理钢化 目前存在 的技术难
点 主要表现在玻璃 表面应力和 玻璃 表 面质量 2 个 方面 。
光 电转 换率 及 发 电效率 也会提 升 , 镀 上 减反 射膜 后 会提 升更 多。 检 测数据
强度和 热 稳定性 , 一般 是应 用离 子 交 换法进 行钢 化 。 钢 化后 的玻 璃呈 现 内 部受拉 , 外部受压状 态 , 在 机械强度 和 抗 冲击 性 能方 面大 大增 加 , 并具 有特
( 1 )玻 璃 表 面应 力 达 不 到钢 化 要 求
表明, 盖 板玻璃 镀 有减 反射 膜 的超薄 双 玻BI P V组件在 效率方面 能提高 1 %
左 右。
复 式钢 化设 备 能大 批量 、 高 效率地 进
行 加工 生产 , 且力 学 性能 稳定 , 物 理 钢化方法在 多个领域得 到了广泛 应
比较具 体见表 1 所示 。
2 . 提升发 电效率
众所 周知 , 在同等条件 下 , 玻璃 越 薄, 玻璃对太 阳光 线 的吸收就越少 , 透
发 电效 率 高 、 易于安装, 具 有 的诸 多
优势 顺应 了社会 和行 业 发展趋 势 , 具
新彻心产业 N O . 5 2 0 1 4口
l N S i G H T j 匦薹
超薄双玻B I P V电池组件用 玻璃物理钢化技术浅析
■ 文 /惠 瑞松 刘卫 庆 陈林 璞
光 伏 建 筑 一 体 化( B u i l d i n g
I n t e g r a t e d P V, B I P V) 是我 国住建 部
有很 强 的竞 争 优 势 。 目前 , 由于 2 mm 大尺 寸平 板 玻璃 物理钢 化 技术 所 限 , 国 内外 还均 未 有成 熟 的 2 mm玻璃 物 理钢化设 备。 国 内仅 有 一 家 大 型 光 伏企 业 引进 国外 成套设 备 , 建 设年 产 4 5 0 M W超 薄双 玻BI PV组件 项 目, 并 已在 调 试 、 投产, 生产出的2 a m平 板 r 半 钢化玻璃 主要用于 家 电装饰 面板和 超 薄双玻BI PV电池组件 的盖 板玻璃 。 可以预计 , 随着 大尺 寸 2 mm平板玻 璃 物理 钢化 技术 和设备 的突破 , 2 mm平 板 物 理 钢 化 玻璃 应 用 范 围会 更 加 广
泛, 市场需 求也会逐 步加大 。
件就 是顺 应这 一趋 势 发展起 来 的。 相 比较传统 的一般 电池组件 和双玻 电池
组件 , 采用 2 mm平板钢 化玻璃 的超 薄
推 广 新 能 源 应 用所 采 用 的一 种 主 要 形式, 它将 新 能源 技术 与传 统建 筑 结 构、 安全 、 采光 、 美学 等进行结合 , 旨在 为 人 类 提供 更 为 适 宜 和 环 保 的 生 活
一
减到5 mm左 右 。 超 薄 双玻B I PV电池 超薄双玻 B I P V 电池 组 件 、 组件 与一般组件 和双玻组件材 料质量
的优势
我 国科 技部 太 阳能 发 电科 技 发 展“ 十二五” 专项规 划》 提出, 晶体硅 电 池正朝着 高效率 、 薄 片化和低成本 3 个 方向进行改进 。 超薄双玻B I P V电池组