CN105826416B - 一种抗pid的晶体硅太阳电池组件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种抗PID的晶体硅太阳电池组件及制备方法，包括从下向上依次设置的低铁压花钢玻璃、第一封装胶膜、整个电池片、第二封装胶膜和背板，所述的电池片周围设置一圈导电保护环，其中，所述整个电池片为若干电池片互相串联而成。当有太阳光时，各子串会输出直流高压，该直流高压的正极和导电保护环相连接，这样该导电保护环相对于各组件的铝边框是正电压，形成的电场由保护环指向玻璃外面，这样从根本上预防了玻璃中的金属离子向电池片表面迁移，从而从根本上解决了晶体硅光伏组件存在的PID衰减，该方法简单易行，成本低、效果好。本发明从根本上消除了晶体硅太阳电池组件的PID衰减，克服了现有方法的局限性和危险性。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种抗PID的晶体硅太阳电池组件，具体涉及一种抗PID的晶体硅太阳电池组件及其制备方法。
背景技术
晶体硅太阳电池组件是光伏电站的基本发电构件，是光伏电站成本的主要组成部分，其可靠性直接影响到光伏电站运行的可靠性及投资收益。由于单块光伏组件的输出电压不足50伏，在一个电站里，通常是将组件先串联构成一个子串，以达到提升系统工作电压的目的，再将多个子串通过汇流箱并联，达到提升输出电流的目的。再将汇流箱输出的高压直流电通过逆变器转换成交流电。近年来，人们在大规模光伏电站上发现光伏组件存在高压引起的电势诱导衰减(PID)效应，严重时导致电站输出功率衰减达30％以上，这极大地影响到了光伏电站运行的可靠性和投资收益。
目前在大型光伏电站上，人们通常将20个左右的晶体硅光伏组件进行串联，为了安全，通常将组件的铝边框接地，汇流箱及逆变器的外壳也接地。这样的接法导致了在一个子串中，组件的铝边框相对于该子串中间部位及以下的组件为正电压，也即在铝边框和电池片之间存在一个正电压。
由于晶体硅太阳电池组件封装中使用的硅酸盐玻璃中存在大量的金属离子，如钠离子，钙离子，钾离子，锂离子等，这些金属离子在该电场力的作用下会通过封装材料EVA向电池片内部运动，进而破坏电池的P-N结，造成局部分流，导致组件的输出功率大幅下降，直至组件报废。
现在预防光伏电站PID的方法是改进组件的封装材料及在电池表面增加阻挡层，也即在工艺上进行改进，但实践证明：这些工艺改进方法效果有限。另一种方法是在光伏电站上安装抗PID设备，也即在晚上时给光伏组件加一个反向高压，把迁移进去的金属离子驱赶出来，但该方法要安装高压设备，易发生危险。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种抗PID的晶体硅太阳电池组件及其制备方法，该方法简单易行，成本低、效果好。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种抗PID的晶体硅太阳电池组件，包括从下向上依次设置的低铁压花钢玻璃、第一封装胶膜、全部电池片、第二封装胶膜和背板，所述的电池片周围设置一圈导电保护环，其中，所述全部电池片为若干电池片互相串联而成。
所述电池片是单晶硅电池片或多晶硅电池片。
所述全部电池片中的电池片的数目为54、60或72。
所述导电保护环采用导电金属条制备。
所述导电金属条的材质为镀锡的扁平铜带、铝、合金铝或不锈钢。
所述导电保护环采用导电胶条制备。
一种抗PID的晶体硅太阳电池组件的制备方法，先将封装晶体硅太阳电池组件用的低铁压花玻璃放在叠层台上；在低铁压花玻璃上放第一张封装胶膜；将串接好的电池串放置在第一封装胶膜上，并进行汇流；接着在电池串的四周设置导电保护环，导电保护环设置在第一张封装胶膜上面，并且导电保护环与电池串的四周及低铁压花玻璃的四周保持距离，再于电池串上放置第二张封装胶膜，在第二张封装胶膜上放置背板，然后将导电保护环和组件的正负极引出，最后进行层压密封。
导电保护环的边缘到低铁压花玻璃的边缘的距离为1～1.5厘米。
层压密封具体为：将铺设好的组件放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，同时加热使封装胶膜熔化并将电池片、低铁压花玻璃和背板粘接在一起，完成层压密封。
层压密封完成后，装框，安装接线盒，构成抗PID的晶体硅太阳电池组件。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明在晶体硅太阳电池组件中引入导电保护环，在光伏电站中，一个子串由多个组件正负极串联而成，将各组件的导电保护环互相连接，再和子串中输出正极相连。这样，每一个组件保护环的电压相对于各自的铝边框为正电压，产生的电场由导电保护环指向铝边框，从而阻止了玻璃中钠离子及其它金属离子向电池片的迁移，达到了抗PID的目的。
进一步的，将导电保护环通过镀锡铜带接入光伏接线盒。该新型晶体硅太阳电池组件在接线盒引出结构上不同于现有的光伏接线盒，该接线盒除了正负极，还增加了一个导电保护环输出极。
本发明通过在晶体硅光伏组件中引入导电保护环，将一个子串中的导电保护环相连，并与该子串的输出正极相连。当有太阳光时，各子串会输出直流高压，该直流高压的正极和导电保护环相连接，这样该导电保护环相对于各组件的铝边框是正电压，形成的电场由保护环指向玻璃外面，这样从根本上预防了玻璃中的金属离子向电池片表面迁移，从而从根本上解决了晶体硅光伏组件存在的PID衰减，该方法简单易行，成本低、效果好。本发明从根本上消除了晶体硅太阳电池组件的PID衰减，克服了现有方法的局限性和危险性。
附图说明
图1是组件中的电池片连接关系图。
图2是该抗PID晶体硅太阳电池组件的生产工艺流程。
图3是一种抗PID晶体硅光伏组件叠层顺序图。
图4是带有导电保护环的组件在光伏电站中的接法示意图。
其中，1是导电保护环，2是电池片，3是正极输出，4是负极输出，5是旁路二极管，6是低铁压花钢化玻璃，7是第一封装胶膜，8是第二封装胶膜，9是背板，10是子串输出正极，11是子串输出负极，12是接地线，13是导电保护环连接线，14是晶体硅太阳电池组件。
具体实施方式
下面通过具体实施例进行说明。
参见图3，一种抗PID的晶体硅太阳电池组件，包括从下向上依次设置的低铁压花钢玻璃6、第一封装胶膜7、全部电池片2、第二封装胶膜8和背板9，所述的电池片2周围设置一圈导电保护环1，其中，所述全部电池片为若干电池片互相串联而成，具体的，电池片的数目为54、60或72，电池片2是单晶硅电池片或多晶硅电池片。
所述导电保护环1采用导电金属条制备，导电金属条的材质为镀锡的扁平铜带、铝、合金铝或不锈钢。或所述导电保护环1采用导电胶条制备。
一种抗PID的晶体硅太阳电池组件的制备方法，先将封装晶体硅太阳电池组件用的低铁压花玻璃6放在叠层台上；在低铁压花玻璃6上放第一张封装胶膜7；将串接好的电池串放置在第一封装胶膜7上，并进行汇流；接着在电池串的四周设置导电保护环1，导电保护环1设置在第一张封装胶膜7上面，并且导电保护环1与电池串的四周及低铁压花玻璃6的四周保持距离，导电保护环1的边缘到低铁压花玻璃6的边缘的距离为1～1.5厘米，再于电池串上放置第二张封装胶膜8，在第二张封装胶膜8上放置背板9，然后将导电保护环1和组件的正负极引出，最后进行层压密封，具体是将铺设好的组件放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，同时加热使封装胶膜熔化并将电池片、低铁压花玻璃和背板粘接在一起，完成层压密封。层压密封完成后，装框，安装接线盒，构成抗PID的晶体硅太阳电池组件。
抗PID的晶体硅太阳电池组件的具体制备方法如下：
图1是组件中的电池片连接关系，参见图1，在晶体硅太阳电池组件中，各电池片正负极相互连接以提高输出电压。
图2是该抗PID晶体硅太阳电池组件的生产工艺流程。参见图2，抗PID晶体硅太阳电池组件的具体制备方法包括如下步骤：
电池片分选：为了将性能一致或相近的电池串联在一起，应根据其性能参数进行分类，以提高组件的输出功率。
单片焊接：是将镀锡铜带先焊接到电池正面(负极)的主栅线上，做好和另一片电池正极串联的准备。
串焊：依次将电池串接在一起。
叠层和汇流：背面串接好且经过检验合格后，将低铁压花钢化玻璃、电池串、切割好的EVA(封装胶膜)、背板按照图2的层次铺设好，同时要完成电池串的汇流和放置导电保护环，引出各电极，准备层压。铺设时保证电池串、导电保护环、玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离。具体的，在晶体硅太阳电池组件叠层时，先将3.2mm的低铁压花钢化玻璃放置在叠层台上，在其上平铺EVA，放置电池串并汇流，将该导电金属条距组件中的电池四周边缘0.5cm左右放置形成回路。导电金属条与组件中的电池片、互连带、汇流带等绝缘，再依次放置封装胶膜EVA、背板，将导电保护环、电池的正负极同时引出，导电保护环引出线引出时要穿过组件中导电部件时，采用背板隔离达到绝缘的目的，然后进行层压密封。
层压封装：将铺设好的组件放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，同时加热使EVA熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起，层压工艺完成后，取出组件并冷却。
装框：装铝型材边框前先用刀将层压时EVA熔化在玻璃边缘的多余部分去除，在装铝框的槽内打上硅胶，再将铝边框安装在玻璃组件上，以增加组件的强度，方便组件安装。
绝缘测试：用绝缘测试仪测试导电保护环和铝边框之间，电池正负极和导电保护环之间是否绝缘。
电性能测试：采用太阳电池组件模拟器测试组件的电性能参数，对组件的输出功率进行标定。
图4是带有导电保护环的组件在光伏电站中的接法，参见图4，所述导电保护环引出线13既可以接到组件接线盒的插接件上，也可以单独为导电保护环在组件背面粘接一个小接线盒。在光伏电站中将这些晶体硅太阳电池组件14的正负极串联起来以提升电压时，同时将各组件的导电保护环依次通过导电保护环连接线13连接，最后和该子串输出正极10相连，晶体硅太阳电池组件14的负极与子串输出负极11相连。每个晶体硅太阳电池组件还连接有接地线12。
实施例1
一种抗PID的晶体硅太阳电池组件，该组件由60片156mm×156mm多晶硅太阳电池组成。玻璃采用1640mm×990mm的低铁压花钢化玻璃，玻璃厚度为3.2mm，将该玻璃放置在叠层台上。将10个电池片正负极依次连接形成一个电池串，共6串。在玻璃上放置一张EVA，厚度为0.45mm，将上述6串电池串并排放置在第一张EVA上面，将这6串正负极串联，除首尾的正负极分别引出，为了防止热斑，每两串之间也采用镀锡铜带引出。然后距最外层电池片的周围放置导电保护环，导电保护环距电池片边缘约0.5mm，将导电保护环的引出线和电池串的引出线并排引出，这五根引出线引出时，需用背板隔离，以达到他们之间绝缘的目的。
再放置第二张EVA，背板，并将五根引出线从背板引到最外面，层压封装，装边框及接线盒，性能测试，该组件的典型电性能参数如下：
开路电压：37.7V；
短路电流：8.78A
最佳工作电压：31.5V；
最佳工作电流：7.94A；
组件最大输出功率：260W
最大熔丝电流：15A
短路电流(Isc)温度系数：(0.065±0.015)％/℃
开路电压(Voc)温度系数：-0.33％/℃
功率的温度系数：-(0.43±0.05)％/℃。
实施例2
一种抗PID的晶体硅太阳电池组件，该组件由72片156mm×156mm多晶硅太阳电池组成。玻璃采用1954mm×990mm的低铁压花钢化玻璃，玻璃厚度为3.2mm，将该玻璃放置在叠层台上。将10个电池片正负极依次连接形成一个电池串，共6串。在玻璃上放置一张EVA，厚度为0.45mm，将上述6串电池串并排放置在第一张EVA上面，将这6串正负极串联，除首尾的正负极分别引出，为了防止热斑，每两串之间也采用镀锡铜带引出。然后距最外层电池片的周围放置导电保护环，导电保护环距电池片边缘约0.5mm，将导电保护环的引出线和电池串的引出线并排引出，这五根引出线引出时，需用背板隔离，以达到他们之间绝缘的目的。
再放置第二张EVA，背板，并将五根引出线从背板引到最外面，层压密封，装框及接线盒，性能测试，该组件的典型电性能参数如下：
开路电压：45.1.7V；
短路电流：9.02A
最佳工作电压：36.8V；
最佳工作电流：8.56A；
组件最大输出功率：315W
最大熔丝电流：15A
短路电流(Isc)温度系数：(0.065±0.015)％/℃
开路电压(Voc)温度系数：-0.33％/℃
功率的温度系数：-(0.43±0.05)％/℃。
实施例3
一种抗PID的晶体硅太阳电池组件，该组件由60片156mm×156mm单晶硅太阳电池组成。玻璃采用1640mm×990mm的低铁压花钢化玻璃，玻璃厚度为3.2mm，将该玻璃放置在叠层台上。将10个电池片正负极依次连接形成一个电池串，共6串。在玻璃上放置一张EVA，厚度为0.45mm，将上述6串电池串并排放置在第一张EVA上面，将这6串正负极串联，除首尾的正负极分别引出，为了防止热斑，每两串之间也采用镀锡铜带引出。然后距最外层电池片的周围放置导电保护环，导电保护环距电池片边缘约0.5mm，将导电保护环的引出线和电池串的引出线并排引出，这五根引出线引出时，需用背板隔离，以达到他们之间绝缘的目的。
再放置第二张EVA，背板，并将五根引出线从背板引到最外面，层压密封，装框及接线盒，性能测试，该组件的典型电性能参数如下：
开路电压：38.86V；
短路电流：9.22A
最佳工作电压：31.66V；
最佳工作电流：8.69A；
组件最大输出功率：275W
最大熔丝电流：15A
短路电流(Isc)温度系数：(0.065±0.015)％/℃
开路电压(Voc)温度系数：-0.33％/℃
功率的温度系数：-(0.43±0.05)％/℃。
实施例4
一种抗PID的晶体硅太阳电池组件，该组件由72片156mm×156mm多晶硅太阳电池组成。玻璃采用1954mm×990mm的低铁压花钢化玻璃，玻璃厚度为3.2mm，将该玻璃放置在叠层台上。将10个电池片正负极依次连接形成一个电池串，共6串。在玻璃上放置一张EVA，厚度为0.45mm，将上述6串电池串并排放置在第一张EVA上面，将这6串正负极串联，除首尾的正负极分别引出，为了防止热斑，每两串之间也采用镀锡铜带引出。然后距最外层电池片的周围放置导电保护环，导电保护环距电池片边缘约0.5mm，将导电保护环的引出线和电池串的引出线并排引出，这五根引出线引出时，需用背板隔离，以达到他们之间绝缘的目的。
再放置第二张EVA，背板，并将五根引出线从背板引到最外面，层压密封，装框及接线盒，性能测试，该组件的典型电性能参数如下：
开路电压：44.56V；
短路电流：9.34A
最佳工作电压：37.11V；
最佳工作电流：8.89A；
组件最大输出功率：330W
最大熔丝电流：15A
短路电流(Isc)温度系数：(0.065±0.015)％/℃
开路电压(Voc)温度系数：-0.33％/℃
功率的温度系数：-(0.43±0.05)％/℃。
从实施例1-4可以看出，本发明制备的抗PID的晶体硅太阳电池组件的电性能较好。
该发明首次创造性地提出在晶体硅太阳电池组件中引入导电保护环，将导电保护环通过镀锡铜带接入光伏接线盒。该新型晶体硅太阳电池组件在接线盒引出结构上不同于现有的光伏接线盒，该接线盒除了正负极，还增加了一个导电保护环输出极。在光伏电站中，一个子串由多个组件正负极串联而成，将各组件的导电保护环互相连接，再和子串的输出正极相连。这样，每一个组件保护环的电压相对于各自的铝边框为正电压，产生的电场由导电保护环指向铝边框，从而阻止了玻璃中钠离子及其它金属离子向电池片的迁移，达到了抗PID的目的。
Claims (10)
1.一种抗PID的晶体硅太阳电池组件，其特征在于，包括从下向上依次设置的低铁压花钢化玻璃(6)、第一封装胶膜(7)、全部电池片(2)、第二封装胶膜(8)和背板(9)，所述的电池片(2)周围设置一圈导电保护环(1)，其中，所述全部电池片为若干电池片互相串联而成；在光伏电站中，一个子串由多个组件正负极串联而成，将各组件的导电保护环互相连接，再和子串的输出正极相连。
2.根据权利要求1所述的一种抗PID的晶体硅太阳电池组件，其特征在于，所述电池片是单晶硅电池片或多晶硅电池片。
3.根据权利要求1所述的一种抗PID的晶体硅太阳电池组件，其特征在于，所述全部电池片(2)中的电池片的数目为54、60或72。
4.根据权利要求1所述的一种抗PID的晶体硅太阳电池组件，其特征在于，所述导电保护环(1)采用导电金属条制备。
5.根据权利要求4所述的一种抗PID的晶体硅太阳电池组件，其特征在于，所述导电金属条的材质为镀锡的扁平铜带、铝、合金铝或不锈钢。
6.根据权利要求1所述的一种抗PID的晶体硅太阳电池组件，其特征在于，所述导电保护环(1)采用导电胶条制备。
7.一种抗PID的晶体硅太阳电池组件的制备方法，其特征在于，先将封装晶体硅太阳电池组件用的低铁压花钢化玻璃(6)放在叠层台上；在低铁压花钢化玻璃(6)上放第一张封装胶膜(7)；将串接好的电池串放置在第一封装胶膜(7)上，并进行汇流；接着在电池串的四周设置导电保护环(1)，导电保护环(1)设置在第一张封装胶膜(7)上面，并且导电保护环(1)与电池串的四周及低铁压花钢化玻璃(6)的四周保持距离，再于电池串上放置第二张封装胶膜(8)，在第二张封装胶膜(8)上放置背板(9)，然后将导电保护环(1)和组件的正负极引出，最后进行层压密封；在光伏电站中，一个子串由多个组件正负极串联而成，将各组件的导电保护环互相连接，再和子串的输出正极相连。
8.根据权利要求7所述的一种抗PID的晶体硅太阳电池组件的制备方法，其特征在于，导电保护环(1)的边缘到低铁压花钢化玻璃(6)的边缘的距离为1～1.5厘米。
9.根据权利要求7所述的一种抗PID的晶体硅太阳电池组件的制备方法，其特征在于，层压密封具体为：将铺设好的组件放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，同时加热使封装胶膜熔化并将电池片、低铁压花钢化玻璃和背板粘接在一起，完成层压密封。
10.根据权利要求7所述的一种抗PID的晶体硅太阳电池组件的制备方法，其特征在于，层压密封完成后，装框，安装接线盒，构成抗PID的晶体硅太阳电池组件。
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