4晶硅电池组件设计解析
第4章 硅太阳能电池的设计
重减小扩散长度，但是由于电极区域并不参与载流子的生成，因此它对载流子的
收集的影响并不大。
此外，当高复合率的电池表面非常接近于p-n结时，要使复合的影响达到最 小，就必须尽可能的增加掺杂的浓度。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
&4.3.4
减少复合效应-表面复合
类似的方法也使用在减少背表面复合率对电压和电流的影响上，如果背
表面与pn结的距离小于扩散长度。
速消失，以使得更多的载流子通过电池，提高前置电流。因此，必须有长的 扩散长度才能尽量减少复合并获得高电压。而扩散长度怎取决于电池材料的 类型、制造电池片的过程和掺杂的情况。
• 高掺杂导致低扩散长度，因此需要找到长扩散长度(它同时影响着电流和电
压)与高电压之间的平衡。
&4.3.3减少复合效应
复合引起的电压损失
&4.2.1
光学特性-光的损耗
下面将介绍几种能减少光损失的方法：
尽量使电池顶端电极覆盖的面积达到最小（尽管可能导致串联电阻增加）。
减反射膜的厚度为入射光的波长的四分之一。对于折射率为n1薄膜材料，入
射光波长为λ0，则使反射最小化的薄膜厚度为d1： d1=λ0/4n1 如果减反射膜的折射率为膜两边的材料的折射率的几何平均数，反射将被进 一步降低
以都能起到减小反射的效果。
绒面结构对入射光的影响
&4.2.3
光学特性-表面制绒
一块单晶硅衬底可以沿着晶体表面刻蚀便能达到制绒效果。 如果表面能恰当符合内部原子结构的话，硅表面的晶体结构将变成由金字塔构 成表面。
单晶硅制绒表面的电子显微镜扫描照片。
&4.2.3
光学特性-表面制绒
刻蚀多晶硅表面时，单晶硅的制绒方法都不能使用，因为只有在由<111> 晶体表面构成的表面才能完成有效的形态。 而多晶硅表面上，只有一小部分面积才有<111>方向。但是多晶硅制绒可 以使用光刻技术和机械雕刻技术，即使用切割锯或激光把表面切割成相应的 形状。
光伏培训之光伏组件详解 ppt课件
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组件生产工艺流程-拼接
汇流条
电池串 电池串
电池串
电池组
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组件生产工艺流程-拼接
连接说明（串联）
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组件生产工艺流程-拼接
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组件生产工艺流程-拼接
连接说明
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组件生产工艺流程-拼接
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组件生产工艺流程-组框+硅胶固化
哪些材料？
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组件生产工艺流程-组框+硅胶固化
哪些材料？
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太阳电池组件质量控制管理
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质量控制流程
严格执行质量控制流程和质量保证，确保产品品质。
来料检验
过程检验
产品检验
产品服务可追踪性
仪器监控和校准
QSM
供应商审核 原材料检验
针对国家
证书号
有效期
功率范围
TUV-NORD TUV-NORD
光伏组件及阵列设计
光伏组件及阵列设计光伏组件及阵列设计是指将光伏电池板（也称太阳能电池板）通过一定的电路连接方式组装成阵列并且进行布局设计的过程。
光伏组件及阵列设计的主要目标是最大限度地提高太阳能电池板的发电效率、减少成本以及将光伏系统整体效益最大化。
本文将重点介绍光伏组件及阵列设计的关键要素以及一些常见的设计方法。
首先，光伏组件及阵列设计的关键要素包括以下几个方面：1.太阳能电池板的选择：太阳能电池板是光伏系统的核心部件，其种类繁多，包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、染料敏化等。
在选择太阳能电池板时需要考虑其效率、稳定性、成本以及适应性等因素。
2.太阳能电池板的布局：太阳能电池板的布局方式通常有平面布置和倾斜布置两种。
平面布置适用于屋顶等较大面积的场地，而倾斜布置适用于较小面积的场地。
布局的角度和朝向也需要根据实际情况进行调整，以最大限度地接收太阳辐射能量。
3.光伏组件的串联和并联：根据实际电压和电流要求，可以将多个太阳能电池板进行串联和并联连接。
串联可以增加输出电压，而并联可以增加输出电流。
串联和并联的方式需要根据实际情况进行调整，以最大限度地提高整个光伏系统的发电效率。
4.光伏组件的防尘和防水：太阳能电池板的正常运行需要保持表面的清洁和防水。
防尘和防水措施可以采用覆盖玻璃、安装防水罩等方式来实现。
其次，光伏组件及阵列设计的常见方法包括以下几个方面：1.阵列的布局设计：根据场地条件和电力需求，选择合适的布局方式。
平坦的屋顶可以选择平面布置，而斜坡或倾斜屋面可以选择倾斜布置。
2.阵列的朝向和倾角设计：根据当地的纬度和气候条件，选择合适的朝向和倾角，以最大限度地接收太阳辐射能量。
通过光照辐射测量和辐照度模拟软件来确定最佳的朝向和倾角。
3.光伏组件的串联和并联设计：根据实际电压和电流需求，选择合适的串联和并联方式。
通过光伏电池电气特性的匹配，实现最佳的组件串并联配置。
4.光伏组件的防尘和防水设计：选择适当的防尘和防水措施，确保太阳能电池板的正常运行。
[并网太阳能光伏发电系统教案]第10讲晶体硅太阳电池组件的封装工艺流程
![[并网太阳能光伏发电系统教案]第10讲晶体硅太阳电池组件的封装工艺流程](https://img.taocdn.com/s3/m/4ce08e22647d27284b735173.png)
四、测量：不容易在标准条件下进行，而通常是在自然阳光下用便携式光伏方阵测试仪进行检测后再转换到IEC标准条件的。
五、热斑效应：一个方阵在阳光下出现局部发热点的现象称为热板效应，这种热斑效应往往在单个电池上发生。
造成热斑效应的根源；个别电池的混入、电极焊片虚焊、电池由裂纹演变为破碎、个别电池特性变坏、电池局部受到阴影遮挡等。
授课日期/班级
教学目的
1掌握太阳方阵的电气连接、太阳电池组件及方阵的基本特性有那些、热斑效应的概念、阻塞二极管的作用；
2掌握逆变器的结构及工作原理
3了解晶体硅太阳电池组件的封装工艺流程
教学重点
逆变器的结构及工作原理
教学难点
逆变器的结构及工作原理
教学准备
教课书、教参
教学方法
讲授法
教
学
过
程
Ⅰ、课堂组织：分钟
点名，确认人数。填写教学日志（一）、（二）
Ⅱ、复习旧课，导入新课：分钟
1 PN结制作方法、刻边的方法、去除背结的方法、半导体器件表面钝化的作用？
2太阳电池组件按太阳电池材料怎么分、按封装类型怎么分、按透光度怎么分、按与建筑物结合的方式怎么分？
3组件单体电池的连接方式是？太阳电池组件的封装材料是什么，各有什么作用？
Ⅲ、讲授新课：分钟
4.3晶体硅太阳电池组件的封装工艺流程
（1）电池片分选
（2）单片焊接
（3）片间互连
（4）排版叠层
（5）层压
（6）组件装框
（7）高压测试
（8）组件测试
（9）安装接线盒
（10）贴标牌
4.4光伏方阵的结构及工作原理
一、结构：平板式光伏方阵的结构依用户的需要而定
光伏组件结构
光伏组件结构光伏组件是指具有封装及内部连接的、能单独提供直流电、不可分割的最小光伏电池装组合装置。
它是光伏发电系统的核心部件，由八大核心材料组成。
电池片电池片是组件最核心的元件，主要用于将光能转化为电能。
电池片经过串联、并联，达到一定的额定输出功率和电压后，即形成光伏组件。
光伏组件经过组合形成光伏方阵，与控制器、蓄电池组、逆变器等部件连接组成光伏发电系统。
太阳能电池按原材料分为单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池。
晶硅电池技术是以硅片为衬底的，依据PN结进行光生载流子分离发电的。
根据原材料和电池制备技术的差异，晶硅电池分为P型电池和N型电池。
P型硅片是在硅料中掺杂硼元素制成，P型电池制备技术有传统的AL-BSF（铝背场）和PERC技术；而N型硅片是在硅材料中掺杂磷元素制成，N型电池制备技术较多，包括PERC、TOPCon、IBC和HJT等。
其中，异质结电池是N型电池的一种，具备高转换效率、高发电量、低温度系数、无光致衰减和电位衰减、制备工艺简单、双面发电效率高等诸多优势。
随着电池技术的不断突破和行业进程的持续加速，异质结技术有望成为下一代主流电池技术。
玻璃光伏玻璃是一种钠钙硅盐酸玻璃，主要用于光伏组件的封装。
光伏玻璃会直接影响光伏组件的发电效率和使用年限。
光伏玻璃一般为低铁钢化玻璃或者半钢化玻璃，具有以下特性。
一是通透性好。
透光率是影响光伏电池转换效率的关键因素。
光伏玻璃需具有高透光性和对1200nm红外光的较高反射率。
二是机械强度高。
耐冲击，可承受2400Pa风压和5400Pa雪压，起到支撑和保护作用。
三是耐久性好。
受气候和地理位置影响，组件需在露天、昼夜温差大的环境中作业，需具备耐腐蚀、耐候性特质。
胶膜光伏封装胶膜是光伏组件的重要组成部分，位于电池片上下两侧。
胶膜的首要作用是黏合电池与玻璃、背板。
其次，胶膜可以起到封装防护作用，保护电池电路不受外界环境干扰，延长组件使用寿命。
此外，封装胶膜可增强光伏组件的透光性，进而提升组件的发电效率。
晶体硅太阳能电池资料
晶体硅太阳能电池专业班级：机械设计制造及其自动化13秋*名：***学号： *************报告时间： 2015年12月晶体硅太阳能电池摘要：人类面临着有限常规能源和环境破坏严重的双重压力，能源己经成为越来越值得关注的社会与环境问题。
人们开始急切地寻找其他的能源物质，而光能、风能、海洋能以及生物质能这些可再生能源无疑越来越受到人们的关注。
光伏技术也便随之形成并快速地发展了起来，因此近年来，光伏市场也得到了快速发展并取得可喜的成就。
本文主要就晶体硅太阳能电池发电原理及关键材料进行介绍，并对晶体硅太阳能电池及其关键材料的市场发展方向进行了展望。
关键词：太阳能电池；工作原理；晶体硅；特点；发展趋势前言“开发太阳能，造福全人类”人类这一美好的愿景随着硅材料技术、半导体工业装备制造技术以及光伏电池关键制造工艺技术的不断获得突破而离我们的现实生活越来越近！近20年来，光伏科学家与光伏电池制造工艺技术人员的研究成果已经使太阳能光伏发电成本从最初的几美元/KWh减少到低于20美分/KWh。
而这一趋势通过研发更新的工艺技术、开发更先进的配套装备、更廉价的光伏电子材料以及新型高效太阳能电池结构，太阳能光伏（PV）发电成本将会进一步降低，到本世纪中叶将降至4美分/KWh，优于传统的发电费用。
大面积、薄片化、高效率以及高自动化集约生产将是光伏硅电池工业的发展趋势。
通过降低峰瓦电池的硅材料成本，通过提升光电转换效率与延长其使用寿命来降低单位电池的发电成本，通过集约化生产节约人力资源降低单位电池制造成本，通过合理的机制建立优秀的技术团队、避免人才的不合理流动、充分保证技术上的持续创新是未来光伏企业发展的核心竞争力所在！一、晶体硅太阳能电池工作原理太阳能电池是一种把光能转换成电能的能量转换器，太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。
在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目相等。
如果在硅晶体中掺入能够俘获电子的硼、铝、镓或铟等杂质元素，就构成了P型半导体，如果在硅晶体中掺入能够释放电子的磷、砷或锑等杂质元素，就构成了N型半导体。
晶体硅组件的选型及排布分析
晶体硅组件的选型及排布分析陈昕;王海华【摘要】选择合适的光伏组件是光伏电站建设的重要环节,也是当前设计单位分析光伏电站项目造价的重点.通过对不同类型光伏组件组成相同排布形式的光伏方阵和相同类型光伏组件组成不同排布形式的光伏方阵进行经济性分析,提出光伏组件选型和排布的优化设计方法,目的是更好地指导光伏电站的设计和建设.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2018(042)011【总页数】3页(P1666-1667,1709)【关键词】光伏电站;晶体硅组件;选型;排布;造价【作者】陈昕;王海华【作者单位】中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司,江苏南京210000;中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司,江苏南京210000【正文语种】中文【中图分类】TM9141 晶体硅组件的类型及现状晶体硅组件包括单晶硅组件、多晶硅组件、带状硅组件、球状多晶硅组件等，其中单晶硅组件和多晶硅组件以其转换效率高、产能大、技术成熟等优势占据80%以上的市场[1-2]。
单晶硅组件以高纯的单晶硅棒为原料，是当前开发很快的一种光伏组件，它的结构和生产工艺已定型，产品广泛用于空间和地面。
为了降低生产成本，现在地面应用的单晶硅组件大多采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽，也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成光伏组件专用的单晶硅棒。
单晶硅组件的光电转换效率可达16%～18%。
多晶硅组件使用的多晶硅材料，多半是含有大量单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅材料和冶金级硅材料熔化浇铸而成，然后注入石墨铸模中，待慢慢凝固冷却后，即得多晶硅锭。
这种硅锭可铸成立方体，以便切片加工成方形光伏组件片，可提高材料的利用率，组装较为方便。
多晶硅组件的制作工艺与单晶硅组件差不多，多晶硅组件片的光电转换效率可达15%～17%[3-4]。
根据2015年1月8日发改委等八部门发布的《能效领跑者制度实施方案》，所谓“能效领跑者”是指同类可比范围内能源利用效率最高的产品、企业或单位。
晶硅光伏电池的生产工艺流程
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封装密度设计
在光伏组件中，太阳能电池的封装密度指的是被电池覆盖的区域面 积与空白区域面积的比。 封装密度影响着电池的输出功率以及电池温度。 而封装密度的大小则取决于所使用电池的形状。 比如，单晶硅电池一般为圆形或半方形，而多晶硅电池则通常为正 方形。因此，如果单晶硅电池不是切割成方形的话，单晶硅组件 的封装密度将比多晶硅的低。
针。
对于大功率的太阳能电池组件，为防止太阳能电池在强光下 由于遮挡造成其中一些因为得不到光照而成为负载产生严重发 热受损,最好在太阳能电池组件输出端的两极并联一个旁路二极 管，旁路二极管的电流值不能低于该块太阳能组件的电流值。 什么是热岛效应？
组件局部被阴影遮住是引起光伏组件错配的主要原因
当组件中的一个太阳能电池的参数与其它的明显不同时，错配现象 就会发生
因为大多数光伏组件都是串联形式的，所以串联错配是人们最常遇 到的错配类型。在两种最简单的错配类型中（短路电流的错配和开 路电压错配），短路电流的错配比较常见，它很容易被组件的阴影 部分所引起。同时，这种错配类型也是最严重的。 对于两个互相串联的电池来说，流过两者的电流大小是一样的。 产生的总电压等于每个电池的电压的总和。因为电流大小需要一 致，所以在电流中出现错配就意味着总的电流必须大小等于那个 最小的值。
好电池产生的额外电流并不是被每一个电池所抵消，而是被问 题电池所抵消了。严重的功率损失一般发生在问题电池
如果串联电路的工作电流大小接近于“问题”电池的短路电流, 好 电池产生的额外电流（比问题电池高出的那部分电流）将变成好电 池的前置偏压。如果串联电池被短路，则所有好电池的前置偏压都 将变成问题电池的反向电压。
“热点加热”现象发生在几个串联电池中出现了一个问题电池时
１０个串联电池
９个电池没被遮挡
一个电池被遮挡
如果组件的首尾都连接起来了，来自那些没被阴影遮挡的电池 的电能将被问题电池所抵消。
问题电池的热耗散导致组件的破碎。
在没有引起破坏的情况下，一个二极管能连接电池的数量最多 为15（对于硅电池）。因此，对于通常的36电池的光伏组件， 需要2个二极管来保证组件不会轻易被“热点”破坏。
40片，大功率组件为72片。
设计太阳能组件时，其电压和功率主要由什么决定？
电池组件的串联和并联电路
1.电池组件串联 根据绝大部分太阳能电池芯片最大输出功率 点的电压在0.48V 左右的原理，选用在 0.48V 输出电压下一定输出电流的电池芯片，
按输出电压要求，以一定数量（n）的芯片
（或根据需要切割成相应大小）用互连条相 互串联起来，以满足用户所需求的最大输出 功率及输出电压，
损失
分析：
单体电池面积：s=d2/4=42/4=12.57cm2
单体电池封装后功率：Pm=100mv/cm2 12.578.5%95%=100mw=0.1w 需太阳电池总的片数：N=1.2/0.1=12片 串联电池数：Ns=1.5/0.41=3.66片 ，取Ns=4片 并联电池数：NP=N/Ns=12/4=3组
圆形电池和方形电池的封装密度。
2018/10/13
热岛效应
太阳能电池组件在使用过程中，如果有一片太阳能电池单独被
遮挡，例如树叶鸟粪等，单独被遮挡的太阳能电池在强烈阳光 照射下就会发热损坏，于是整个太阳能电池组件损坏。这就是 所谓热岛效应。为了防止热岛效应，一般是将太阳能电池倾斜 放置，使树叶等不能附着，同时在太阳能电池组件上安装防鸟
虽然光伏组件的电压大小决定于电池的数量，但是组件的 输出电流却决定于单个太阳能电池的尺寸大小和它们的转 换效率。在AM1.5和最优倾斜角度下，商用电池的电流密 度大约在30mA/cm2到36mA/cm2之间。单晶硅电池的面积 通常为100cm2，则总的输出电流大约为3.5A。
设计举列：入射光能为100mw/cm2，用40mm的单晶硅太阳电池 （效率为8.5%）设计一工作电压为1.5伏，峰值功率为1.2瓦的 组件。所用单晶硅电池的工作电压为：V=0.41v， 95%是的失配
当数量很多的串联电池一起把前置偏压变成问题电池的反向电压时， 在问题电池处将会有大的能量耗散，这就是热点加热现象。
基本上所有好电池的总的发电能力都被问题电池给抵消了。巨大的 能量消耗在一片小小的区域，局部过热就会发生，或者叫“热点”， 它反过来也会导致破坏性影响，例如电池或玻璃破碎、焊线熔化或 电池的退化。
2.电池组件并联
然后按输出功率要求，以一定数量（m）的芯片，用汇流条
并联起来，并通过层压封装而成为太阳能电池组件。
对于通常使用的12V 电池组件，一般采用一串36片太阳能电池芯 片，即n＝36，m＝1。图为太阳能电池组件工作原理图
在典型的组件中，36块电池串联起来以使输出的电压足 以为12V的电池充电
连接电池组的旁路二极管。穿过好电池的电压大小决定于问题电 池的问题严重程度。右图中，0.5V只是任意取的数值。
在小的电池组件中，电池都是以串联形式相接，所以不用考虑并 联错配问题。通常在大的光伏阵列中组件才以并联形式连接，所以 错配通常发生在组件与组件之间，而不是电池与电池之间。
电池之间并联。穿过每个电池的电压总是相等的，电路的总电 流等于每个电池之和。
2018/10/13 20
•功率需求 •不匹配的电池之间的互联引起的损耗 •电池板的温度 •电池板的故障模式
太阳能电池组件的组成数量通常是由系统电压（蓄电池电压） 来决定，通常组件电压是蓄电池电压的1.4-1.5倍。 例如：蓄电池电压为12v，组件工作电压一般为16.8-18v之间， 那么电池片数量为18v/0.5v，也就是36片。所池四串三并，即可满足要求。
＋
－
电池板的连接方式是根据负载的电压决定串联个数，根据负载功
率决定并联个数。
电池连接3个 电池连接9个 电池完整
设计：
入射光能为100mw/cm2，用直径为40mm的
单晶硅太阳电池（效率为8.5%）设计一工作
电压为3伏，峰值功率为2.4瓦的组件。所用