新能源系列--晶体硅光伏组件(第二版）

第二版前言
本书第一版于2019年初出版，近5年来光伏行业技术进步日新月异，光伏组件技术也发生了重大的变化和迭代，为了更好地反映晶体硅光伏组件的最新技术现状，特修订本书。
2018年，电池尺寸还是156mm×156mm，现在已经升级到182mm×182mm和210mm×210mm，因此组件的尺寸、版型设计和功率也发生了巨大的变化，单个组件功率从不到300W，逐步提高到400W、500W、600W，甚至达到700W，组件尺寸和电路排版也随之发生了变化。原来的很多组件技术，如双玻组件、半片电池组件、MBB多主栅组件，也从2018年的起步或者萌芽状态，逐步实现规模量产，并且在全行业广泛应用；还有一些新的材料和技术都在不断进步，行业的发展也越来越迅速。根据以上变化，我们对绪论、第1章、第2章、第3章、第4章、第7章和第8章内容进行了全面修订、完善。值得一提的是，2018年以来，国内光伏组件回收和处理技术取得了很大进展，因此我们对第7章中的光伏组件回收部分做了全面的修改和补充。
标准是一个行业健康有序发展的保证，也是行业技术迭代更新的重要产物，它凝聚了行业在发展过程中技术创新成果产业化的大量知识和技术结晶，也沉淀了技术应用过程中解决各种技术问题所积累的经验和教训；一个行业标准体系的完备性直接反映了行业成熟度水平，故行业从业人员，特别是技术人员，一定要充分重视标准，持续跟踪标准的动态，学习标准的内容。光伏行业的标准在最近5年进行了多次修订和更新，越来越全面和成熟。因此，本次修订中对第6章的光伏组件认证标准与测试做了较大的修改和补充。
这次修订除了更新相关内容，还对IEC的相关重要标准做了介绍；同时对IEC61215中每个实验项目的测试目的、测试条件和判断标准都做了基础的介绍；另外增加了IEC61730的内容，代替原来UL1703的内容，并对每个安全测试项目的测试目的、测试过程、测试条件和判断标准也做了基础的介绍。基于这2个标准，加上IEC/TS62915的重测导则，读者就可以相对全面地了解晶体硅光伏组件设计鉴定和定型的性能要求和测试要求、安全鉴定的结构要求和测试要求，从而对光伏组件有全面的认识。
另外本次修订在每章后面增加了10个习题，可以兼作高校教材。
本次修订由徐建美主要负责，长三角太阳能光伏技术创新中心的高兵做了最后的审核。在修订过程中，得到了茅静、韩会丽、周伟、徐业、谈家彬、范喜燕、谢一帆、张磊、崔艳青、吕芳、冯志强、朱晓刚、周罡、邵亚辉、郭爱娟、施江峰等人的大力支持，在此表示真诚的感谢！
由于作者水平所限，本书修订之后还会存在一些不足之处，欢迎广大读者提出宝贵意见和建议，以便进一步完善。

沈辉
2023年8月28日
于长三角太阳能光伏技术创新中心
江阴天安数码城



第一版前言
经过多年的发展，我国光伏组件的产量已经牢牢占据世界第一的位置，而且国内光伏产业已经形成了一个完整的体系，包括生产装备、封装材料、生产技术与工艺、检测与认证标准体系等，并且具备了很强的创新能力和核心竞争力。
光伏组件是光伏电站中最核心的部件，是绿色环保的“直流发电机”，不管是技术还是成本，都对光伏电站的先进性起到决定性的作用。一直以来行业对光伏组件的要求主要是基于三点：
（1）高效率　这主要取决于太阳电池的效率，但是组件封装工艺的优化也有助于提升发电功率；
（2）稳定性　组件是在室外条件下应用的，因此组件的结构、封装材料与工艺对于组件稳定性的影响至关重要，组件能正常使用30年甚至更长，是行业一直以来追求的目标；
（3）低成本　电能是生活与生产的必需品，光伏发电要全面推广，一定要不断降低度电成本，实现平价上网。所以不断降低光伏组件成本，才能有利于光伏发电的推广和应用。
各种光伏组件中，晶体硅光伏组件的发展历史最久，是最早得到应用的光伏产品。国内外的大量实践案例表明，晶体硅组件正常使用可以达到25年甚至更久的时间。可以预见，在未来很长一段时间内，晶体硅组件仍将占据市场的主导地位。晶体硅电池生产技术还在不断发展与进步，光伏组件技术也将继续提升与不断完善。
本书主要包括组件结构与原理、封装材料与配件、组件生产工艺、生产装备与检测仪器、环境试验与检测认证、组件可靠性与回收利用及新技术发展等内容。全书由沈辉博士组织策划与统稿，并编写第1、2章；徐建美女士编写了第3、4、5章；董娴女士主要负责第6、7、8章的编写。全书部分插图的加工处理由黄嘉培完成。本书在编写过程得到了冯志强、张万辉、宋昊、刘超、梁学勤、陈奕峰、陈达明、韩会丽、张舒、沈慧、季志超、孙权、杨泽民、黄宏伟、茅静、闫萍、杨小武、邹驰骋等人的大力支持，在此表示真诚的感谢！
本书编写过程中，天合光能有限公司、国家光伏科学技术重点实验室、中山大学太阳能系统研究所、顺德中山大学太阳能研究院给予了大力支持，提供了很多非常有价值的资料，在此表示真诚的感谢！
本书可以作为高等院校相关专业的教材和教学参考书，也可作为广大光伏产业技术人员参考用书，还可供光伏技术爱好者自学选用。光伏组件技术还在不断发展之中，由于作者学术水平所限，本书会存在一些不足之处，欢迎广大读者提出宝贵意见和建议，以便再版时进一步完善。

沈辉
2018.12
于广州南国奥园

本书共分8章，主要内容包括光伏组件结构与原理、光伏组件封装材料及配件、生产设备与检测仪器、光伏组件生产工艺、光伏组件认证标准与测试、光伏组件可靠性及回收利用、光伏组件技术发展等。
本书可以作为光伏产业技术人员的参考书，也可作为高等院校的教材和教学参考书，还可供光伏技术爱好者自学选用。

第1章绪论1
1.1太阳能概述1
1.2光伏组件概述4
1.2.1光伏产业发展历程4
1.2.2技术发展现状4
1.3能量回收期8
1.4碳排放计算9
复习思考题10

第2章光伏组件结构与原理11
2.1光伏组件的发展历史11
2.2封装目的与要求12
2.3光伏组件工作原理与技术参数13
2.3.1工作原理13
2.3.2技术参数说明14
2.4光伏组件的结构设计16
2.4.1设计原理16
2.4.2设计实例19
2.4.3CTM模型22
复习思考题23

第3章光伏组件封装材料及配件24
3.1涂锡焊带24
3.2助焊剂26
3.3盖板材料27
3.3.1超白压花钢化玻璃27
3.3.2镀膜玻璃28
3.3.3彩色玻璃29
3.3.4化学钢化玻璃30
3.3.5有机玻璃30
3.3.6聚氟乙烯类30
3.4黏结材料31
3.4.1EVA胶膜31
3.4.2POE胶膜36
3.4.3共挤胶膜36
3.4.4PVB胶膜38
3.4.5环氧树脂38
3.4.6液态有机硅胶39
3.5背板材料39
3.5.1结构和功能40
3.5.2技术要求41
3.5.3各类背板材料介绍41
3.5.4新型背板及应用42
3.6接线盒43
3.6.1功能和分类43
3.6.2技术要求47
3.6.3新型接线盒49
3.7密封材料49
3.7.1密封硅橡胶50
3.7.2灌封硅橡胶51
3.7.3硅酮胶51
3.7.4丁基胶52
3.7.5硅橡胶密封剂的性能要求52
3.8组件边框54
3.8.1铝边框54
3.8.2钢边框55
3.8.3非金属复合材料边框55
复习思考题56

第4章生产设备与检测仪器57
4.1生产设备57
4.1.1切割设备57
4.1.2玻璃清洗机59
4.1.3焊接设备60
4.1.4真空层压设备65
4.1.5自动生产线68
4.2检测仪器70
4.2.1太阳能模拟测试仪70
4.2.2隐裂测试仪80
复习思考题84

第5章光伏组件生产工艺85
5.1常规生产工艺85
5.1.1电池分选85
5.1.2单焊87
5.1.3串焊89
5.1.4叠层90
5.1.5EL检查和外观检查93
5.1.6层压工艺94
5.1.7装铝边框与接线盒96
5.1.8固化与清洗98
5.1.9耐压绝缘测试98
5.1.10组件功率测试99
5.1.11EL隐裂测试100
5.1.12外观检查100
5.1.13包装入库101
5.2其他封装工艺102
5.2.1滴胶封装102
5.2.2高压釜封装102
5.2.3硅酮胶灌封103
复习思考题103

第6章光伏组件认证标准与测试104
6.1光伏组件的认证要求104
6.1.1测试认证105
6.1.2注册认证105
6.1.3体系认证106
6.2光伏测试认证机构106
6.2.1德国107
6.2.2美国107
6.2.3中国108
6.3光伏组件技术标准109
6.3.1光伏组件标准发展历史109
6.3.2标准研制和管理机构112
6.3.3IEC标准介绍114
6.4IEC61215115
6.4.1测试流程117
6.4.2测试项目119
6.5IEC61730127
6.5.1测试流程127
6.5.2测试项目129
6.5.3不同组件等级对应的试验要求135
6.6IEC/TS62915137
6.6.1电池的变更137
6.6.2封装材料的变更137
6.6.3上盖板的变更138
6.6.4背板的改变139
6.6.5组件尺寸的变更140
6.6.6边框或安装结构的改变140
6.6.7电气连接端改变141
6.6.8电池和电池串互连材料或技术改变141
6.6.9电气线路的改变142
6.6.10功率输出变化142
6.6.11旁路二极管改变142
复习思考题143

第7章光伏组件可靠性及回收利用144
7.1光伏组件的常见问题144
7.1.1热斑效应144
7.1.2电势诱导衰减(PID)145
7.1.3蜗牛纹146
7.1.4接线盒失效147
7.1.5EVA黄变147
7.1.6背板老化147
7.1.7光热诱导衰减(LeTID)149
7.2光伏组件可靠性评估概述149
7.2.1可靠性评估工作难点149
7.2.2相关研究机构的工作150
7.3组件可靠性案例分析151
7.3.1样例1——1982年产多晶硅组件(Solarex)151
7.3.2样例2——1987年产单晶硅组件(BPSolar)155
7.3.3样例3——1996年产单晶硅组件(SiemensSolar)158
7.4光伏组件的回收161
7.4.1现状161
7.4.2当前技术发展162
7.4.3国内相关标准164
7.4.4难点和建议165
复习思考题166

第8章光伏组件技术发展概述167
8.1光伏组件功率和成本发展167
8.1.1功率发展和提效技术167
8.1.2成本发展和降本方向168
8.2高功率光伏组件169
8.2.1半片电池组件169
8.2.2叠片电池组件171
8.2.3双面电池组件171
8.2.4多主栅组件173
8.2.5背接触光伏组件(BC组件)176
8.3组件结构的发展176
8.3.11500V组件176
8.3.2双玻组件177
8.3.3轻质柔性组件177
8.3.4易安装组件178
8.3.5建筑构件型组件180
8.4智能型光伏组件185
8.4.1Switch-off型185
8.4.2DC-DC型186
8.4.3DC-AC型187
8.5特殊应用型组件189
8.5.1光伏/光热一体化组件系统189
8.5.2集成二极管光伏组件189
8.5.3彩色光伏组件192
8.6高端组件和特殊应用193
复习思考题195

附录196
附录1光伏组件外观检验标准(参考)196
附录2EL判定标准(参考)199
附录3晶体硅光伏组件部分IEC国际标准201

参考文献208