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(yè)技術(shù)進(jìn)步日新月異，光伏組件技術(shù)也發(fā)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(shù)現(xiàn)狀，特修訂本書。
2018年，電池尺寸還是156mm×156mm，現(xiàn)在已經(jīng)升級到182mm×182mm和210mm×210mm，因此組件的尺寸、版型設(shè)計(jì)和功率也發(fā)生了巨大的變化，單個(gè)組件功率從不到300W，逐步提高到400W、500W、600W，甚至達(dá)到700W，組件尺寸和電路排版也隨之發(fā)生了變化。原來的很多組件技術(shù)，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(tài)，逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)，并且在全行業(yè)廣泛應(yīng)用；還有一些新的材料和技術(shù)都在不斷進(jìn)步，行業(yè)的發(fā)展也越來越迅速。根據(jù)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(nèi)容進(jìn)行了全面修訂、完善。值得一提的是，2018年以來，國內(nèi)光伏組件回收和處理技術(shù)取得了很大進(jìn)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(bǔ)充。
標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)行業(yè)健康有序發(fā)展的保證，也是行業(yè)技術(shù)迭代更新的重要產(chǎn)物，它凝聚了行業(yè)在發(fā)展過程中技術(shù)創(chuàng)新成果產(chǎn)業(yè)化的大量知識和技術(shù)結(jié)晶，也沉淀了技術(shù)應(yīng)用過程中解決各種技術(shù)問題所積累的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)；一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系的完備性直接反映了行業(yè)成熟度水平，故行業(yè)從業(yè)人員，特別是技術(shù)人員，一定要充分重視標(biāo)準(zhǔn)，持續(xù)跟蹤標(biāo)準(zhǔn)的動態(tài)，學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容。光伏行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)在最近5年進(jìn)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(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)與測試做了較大的修改和補(bǔ)充。
這次修訂除了更新相關(guān)內(nèi)容，還對IEC的相關(guān)重要標(biāo)準(zhǔn)做了介紹；同時(shí)對IEC61215中每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的測試目的、測試條件和判斷標(biāo)準(zhǔn)都做了基礎(chǔ)的介紹；另外增加了IEC61730的內(nèi)容，代替原來UL1703的內(nèi)容，并對每個(gè)安全測試項(xiàng)目的測試目的、測試過程、測試條件和判斷標(biāo)準(zhǔn)也做了基礎(chǔ)的介紹?；谶@2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，加上IEC/TS62915的重測導(dǎo)則，讀者就可以相對全面地了解晶體硅光伏組件設(shè)計(jì)鑒定和定型的性能要求和測試要求、安全鑒定的結(jié)構(gòu)要求和測試要求，從而對光伏組件有全面的認(rèn)識。
另外本次修訂在每章后面增加了10個(gè)習(xí)題，可以兼作高校教材。
本次修訂由徐建美主要負(fù)責(zé)，長三角太陽能光伏技術(shù)創(chuàng)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(yè)、談家彬、范喜燕、謝一帆、張磊、崔艷青、呂芳、馮志強(qiáng)、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(jìn)一步完善。

沈輝
2023年8月28日
于長三角太陽能光伏技術(shù)創(chuàng)新中心
江陰天安數(shù)碼城



第一版前言
經(jīng)過多年的發(fā)展，我國光伏組件的產(chǎn)量已經(jīng)牢牢占據(jù)世界第一的位置，而且國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了一個(gè)完整的體系，包括生產(chǎn)裝備、封裝材料、生產(chǎn)技術(shù)與工藝、檢測與認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)體系等，并且具備了很強(qiáng)的創(chuàng)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(huán)保的“直流發(fā)電機(jī)”，不管是技術(shù)還是成本，都對光伏電站的先進(jìn)性起到?jīng)Q定性的作用。一直以來行業(yè)對光伏組件的要求主要是基于三點(diǎn)：
（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(yōu)化也有助于提升發(fā)電功率；
（2）穩(wěn)定性　組件是在室外條件下應(yīng)用的，因此組件的結(jié)構(gòu)、封裝材料與工藝對于組件穩(wěn)定性的影響至關(guān)重要，組件能正常使用30年甚至更長，是行業(yè)一直以來追求的目標(biāo)；
（3）低成本　電能是生活與生產(chǎn)的必需品，光伏發(fā)電要全面推廣，一定要不斷降低度電成本，實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)。所以不斷降低光伏組件成本，才能有利于光伏發(fā)電的推廣和應(yīng)用。
各種光伏組件中，晶體硅光伏組件的發(fā)展歷史最久，是最早得到應(yīng)用的光伏產(chǎn)品。國內(nèi)外的大量實(shí)踐案例表明，晶體硅組件正常使用可以達(dá)到25年甚至更久的時(shí)間?？梢灶A(yù)見，在未來很長一段時(shí)間內(nèi)，晶體硅組件仍將占據(jù)市場的主導(dǎo)地位。晶體硅電池生產(chǎn)技術(shù)還在不斷發(fā)展與進(jìn)步，光伏組件技術(shù)也將繼續(xù)提升與不斷完善。
本書主要包括組件結(jié)構(gòu)與原理、封裝材料與配件、組件生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)裝備與檢測儀器、環(huán)境試驗(yàn)與檢測認(rèn)證、組件可靠性與回收利用及新技術(shù)發(fā)展等內(nèi)容。全書由沈輝博士組織策劃與統(tǒng)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(fù)責(zé)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(qiáng)、張萬輝、宋昊、劉超、梁學(xué)勤、陳奕峰、陳達(dá)明、韓會麗、張舒、沈慧、季志超、孫權(quán)、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(xué)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中山大學(xué)太陽能系統(tǒng)研究所、順德中山大學(xué)太陽能研究院給予了大力支持，提供了很多非常有價(jià)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(guān)專業(yè)的教材和教學(xué)參考書，也可作為廣大光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)人員參考用書，還可供光伏技術(shù)愛好者自學(xué)選用。光伏組件技術(shù)還在不斷發(fā)展之中，由于作者學(xué)術(shù)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(shí)進(jìn)一步完善。

沈輝
2018.12
于廣州南國奧園

本書共分8章，主要內(nèi)容包括光伏組件結(jié)構(gòu)與原理、光伏組件封裝材料及配件、生產(chǎn)設(shè)備與檢測儀器、光伏組件生產(chǎn)工藝、光伏組件認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)與測試、光伏組件可靠性及回收利用、光伏組件技術(shù)發(fā)展等。
本書可以作為光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)人員的參考書，也可作為高等院校的教材和教學(xué)參考書，還可供光伏技術(shù)愛好者自學(xué)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(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程4
1.2.2技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀4
1.3能量回收期8
1.4碳排放計(jì)算9
復(fù)習(xí)思考題10

第2章光伏組件結(jié)構(gòu)與原理11
2.1光伏組件的發(fā)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(shù)參數(shù)13
2.3.1工作原理13
2.3.2技術(shù)參數(shù)說明14
2.4光伏組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)16
2.4.1設(shè)計(jì)原理16
2.4.2設(shè)計(jì)實(shí)例19
2.4.3CTM模型22
復(fù)習(xí)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(xué)鋼化玻璃30
3.3.5有機(jī)玻璃30
3.3.6聚氟乙烯類30
3.4黏結(jié)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(huán)氧樹脂38
3.4.6液態(tài)有機(jī)硅膠39
3.5背板材料39
3.5.1結(jié)構(gòu)和功能40
3.5.2技術(shù)要求41
3.5.3各類背板材料介紹41
3.5.4新型背板及應(yīng)用42
3.6接線盒43
3.6.1功能和分類43
3.6.2技術(shù)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(fù)合材料邊框55
復(fù)習(xí)思考題56

第4章生產(chǎn)設(shè)備與檢測儀器57
4.1生產(chǎn)設(shè)備57
4.1.1切割設(shè)備57
4.1.2玻璃清洗機(jī)59
4.1.3焊接設(shè)備60
4.1.4真空層壓設(shè)備65
4.1.5自動生產(chǎn)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(fù)習(xí)思考題84

第5章光伏組件生產(chǎn)工藝85
5.1常規(guī)生產(chǎn)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(fù)習(xí)思考題103

第6章光伏組件認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)與測試104
6.1光伏組件的認(rèn)證要求104
6.1.1測試認(rèn)證105
6.1.2注冊認(rèn)證105
6.1.3體系認(rèn)證106
6.2光伏測試認(rèn)證機(jī)構(gòu)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)109
6.3.1光伏組件標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷史109
6.3.2標(biāo)準(zhǔn)研制和管理機(jī)構(gòu)112
6.3.3IEC標(biāo)準(zhǔn)介紹114
6.4IEC61215115
6.4.1測試流程117
6.4.2測試項(xiàng)目119
6.5IEC61730127
6.5.1測試流程127
6.5.2測試項(xiàng)目129
6.5.3不同組件等級對應(yīng)的試驗(yàn)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(jié)構(gòu)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(shù)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(fù)習(xí)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(yīng)144
7.1.2電勢誘導(dǎo)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(dǎo)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(diǎn)149
7.2.2相關(guān)研究機(jī)構(gòu)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(chǎn)多晶硅組件(Solarex)151
7.3.2樣例2——1987年產(chǎn)單晶硅組件(BPSolar)155
7.3.3樣例3——1996年產(chǎn)單晶硅組件(SiemensSolar)158
7.4光伏組件的回收161
7.4.1現(xiàn)狀161
7.4.2當(dāng)前技術(shù)發(fā)展162
7.4.3國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)164
7.4.4難點(diǎn)和建議165
復(fù)習(xí)思考題166

第8章光伏組件技術(shù)發(fā)展概述167
8.1光伏組件功率和成本發(fā)展167
8.1.1功率發(fā)展和提效技術(shù)167
8.1.2成本發(fā)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(jié)構(gòu)的發(fā)展176
8.3.11500V組件176
8.3.2雙玻組件177
8.3.3輕質(zhì)柔性組件177
8.3.4易安裝組件178
8.3.5建筑構(gòu)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(yīng)用型組件189
8.5.1光伏/光熱一體化組件系統(tǒng)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(yīng)用193
復(fù)習(xí)思考題195

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

參考文獻(xiàn)208