毕业设计(论文)光伏组件单串焊工艺.doc
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1、 毕业论文 ( 2012 届 ) 题 目 光伏组件单串焊工艺 二级学院 新能源科学与工程学院 专 业 光伏材料加工与应用技术 班 级 09级光伏(6)班 学 号 学生姓名 指导教师 光伏组件单串焊工艺 摘 要随着人类对能源的需求越来越大,传统能源日益枯竭,人们开始寻找新能源来替代传统能源,这其中包括太阳能。太阳能光伏发电是太阳能利用领域之一,很好地解决了能源与环境的问题。太阳能发电实际应用的主要是硅系材料电池,晶体硅太阳电池组件是现在技术最成熟、应用最广泛的太阳电池组件。组件的的产业化技术不断改进、规模不断扩大。光伏组件的制造工艺包含多道工序,其加工质量直接影响电池的使用寿命、整体转换效率。本
2、文介绍晶体硅太阳电池组件的生产流程及各环节注意事项,详细的介绍了组件生产工艺的单焊工艺和串焊工艺及注意事项。从而让大家对此工序有所了解,指导作业减少一些不必要的问题。关键词:晶体硅太阳电池组件;单焊工艺;串焊工艺;注意事项Welding technology for solar cells discussedAbstract As human demand for energy is increasing, traditional energy sources are depleted, people began looking for new energy sources to replac
3、e traditional energy sources, including solar energy.Solar photovoltaic power generation is one of the field of solar energy utilization, a good solution to the energy and environmental issues. The practical application of solar power generation is mainly silicon material cells, crystal silicon sola
4、r cells is now the most mature technology, the most widely used solar modules. Component of the industrialization of the technology continues to improve, have been expanding. PV module manufacturing process consists of multiple processes, the processing quality directly affects the battery life, the
5、 overall conversion efficiency. This article describes the production process of crystalline silicon solar modules and links to notes, details of the single components of the production process welding process and string welding process and precautions. So that you understand this process to guide o
6、perations reduce the number of unnecessary problems.Key words: crystalline silicon solar cell components; single welding process; string welding process; note目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1 光伏产业发展现状11.2 太阳电池组件的分类21.2.1 单晶硅太阳电池组件21.2.2 多晶硅太阳电池组件31.2.3 非晶硅太阳电池组件(薄膜太阳电池)41.3 太阳电池组件生产设备5第2章 组件的生产工艺流程7
7、2.1 电池片分选72.2 单片焊接82.3 串联焊接82.4 层叠92.5 中道检验112.6 层压工艺112.7 装框122.8 粘接接线盒122.9 组件电性能测试132.10 成品检验132.11 包装入库14第3章 焊接工艺153.1 单焊工艺作业内容与注意事项153.1.1 单焊工艺的作业内容153.1.2 注意事项或异常处理163.2 串焊工艺作业内容与注意事项173.2.1 串焊工艺的作业内容173.2.2 注意事项或异常处理19第4章 光伏产业发展前景21结 论22参考文献23致 谢24第1章 绪 论传统的化石燃料能源正在一天天的减少,对环境造成的危害日益突出,同时全球还有2
8、0亿人得不到正常的能源供应。这个时候,全世界都把目光投向了可再生能源,希望可再生能源能够改变人类的能源结构,维持长远的可持续发展。这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源,是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。利用太阳能的最佳方式是光伏转换,就是利用光伏效应,使太阳光射到硅材料上产生电流直接发电。以硅材料的应用开发形成的产业链条称之为光伏产业,包括高纯多晶硅原材料生产、太阳能电池生产、太阳能电池组件生产、相关生产设备的制造等。本文全面介绍目前晶体硅太阳电池组件制备工艺,着重介绍其中的单焊和串焊工艺。对太阳能光伏产业的发展及趋势作了较为
9、全面、系统的介绍。另外,本文也可给大家阅读参考之用。1.1 光伏产业发展现状自1839年Becqueral首先发现光伏效应,到1954年贝尔实验室Chnpin等人开发出效率为4.5%单晶硅太阳电池组件,直至现在全球光伏产业的复合增长率高达30%以上。作为清洁能源,太阳电池组件迅速发展,现在占据太阳电池组件绝大部分市场的多晶硅太阳电池组件,其制备技术一直代表着整个太阳电池组件工业的制备技术水平。尤其是近几年,无论是在降低成本方面还是提升电池转换效率方面,多晶硅太阳电池组件制备工艺都取得飞速的进步。未来五年的全球太阳能光伏市场规模将持续扩大,至2013年的市场分布,仍以欧洲市场为主流,占整体比例5
10、8.8%,其次为亚洲的24.3%和美国的12.4%。就区域市场方面,2010年德国、西班牙的太阳能光伏市场规模较大,但增长性低,而美国、日本、意大利及法国市场规模,虽低于德国、西班牙,但增长性较高,而中国大陆的规模最小,但却是最具发展潜力的市场。近年来全球光伏产业增长迅猛,产业规模不断扩大,产品成本持续下降。2009年全球太阳能电池产量为10.66吉瓦(GW),多晶硅产量为11万吨,2010年分别达到20.5GW、16万吨,组件价格则从2000年的4.5美元/瓦下降到2010年的1.7美元/瓦。受欧洲市场萎靡及国内市场启动乏力的影响,去年以来,国内光伏市场全产业链产品价格均呈一路下滑态势,严重
11、依赖国外市场的国内绝大多数电池组件企业,目前均处于限产或停产状态,部分企业甚至面临破产,上游多晶硅行业也受到严重冲击。然而,2011年欧债危机、“双反”调查的“外忧”与产能过剩、行业混乱的“内患”交织纠缠,曾经如火如荼的光伏产业进入“极寒严冬”。利用太阳能光伏发电技术、为人类创造洁净的可再生能源是未来的大趋势,并且随着全球经济的复苏,太阳能产业必将迎来新一轮的发展高潮,这也将使光伏设备发展在未来一段时期内被看好。此外,中国不断出台扶持太阳能产业发展政策,将刺激对太阳能光伏产业的需求。1.2 太阳电池组件的分类随着材料工业的发展、太阳电池的品种越来越多。目前已进行研究和试制的太阳电池,除硅系列外
12、,还有硫化镉、砷化镓、铜铟硒等许多类型。目前地面光伏系统大量使用的是以硅为基底的硅太阳能电池,可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池。在能量转换效率和使用寿命等综合性能方面,单晶硅和多晶硅电池优于非晶硅电池。多晶硅比单晶硅转换效率略低,但价格更便宜。光伏组件由太阳能电池片(整片的两种规格125*125mm、156*156mm)或由激光机切割开的不同规格的太阳能电池组合在一起构成。单个太阳能电池往往因为输出电压太低,输出电流不合适,晶体硅太阳能电池本身又比较脆,不能独立抵御外界恶劣条件,因而在实际使用中需要把单体太阳能电池进行串、并联,并加以封装,接出外连电线,成为可以独立作为光伏电源使用的太阳
13、能电池组件(Solar Module或PV Module,也称光伏组件)。太阳能电池组件通过吸收阳光,将太阳的光能直接变成用户所需的电能输出。根据光伏电站大小和规模,由光伏组件可组成各种大小不同的阵列。1.2.1 单晶硅太阳电池组件单晶硅太阳电池是当前开发最快的一种太阳电池,它的结构和生产工艺已定型,产品已广泛用于空间和地面。这种太阳电池以高纯的单晶硅棒为原料,纯度要求99.999%。单体片经过抽查检验, 即可按所需要的规格组装成太阳电池组件( 太阳电池组件板) , 用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用框架和装材料进行封装。用户根据系统设计, 可将太阳电池组件组成各种大小不同的太
14、阳电池组件方阵, 亦称太阳电池组件阵列。目前单晶硅太阳电池组件的光电转换效率为18%以上, 实验室效率达到25%。图1-1 单晶硅太阳电池 1.2.2 多晶硅太阳电池组件目前太阳电池使用最多的多晶硅电池组件。将多晶硅锭铸成立方体,以便切片加工成方形太阳电池片,可提高材料利用率和方便组装。多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多,其光电转换效率约17%左右,稍低于单晶硅太阳电池,但其材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低,因此得到大量发展。单体片经过抽查检验, 即可按所需要的规格组装成太阳电池组件(太阳电池组件板) , 用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用框架和装材料进行封
15、装。图1-2 多晶硅组件和电池片1.2.3 非晶硅太阳电池组件(薄膜太阳电池)非晶硅太阳电池是1976年出现的新型薄膜式太阳电池,它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同,硅材料消耗很少,电耗更低,非常吸引人。由于非晶硅太阳电池的制造温度很低(200)、易于实现大面积等优点,使其在薄膜太阳电池中占据首要地位,非晶硅(a-Si)太阳电池是在玻璃(glass)衬底上沉积透明导电膜(TCO),然后依次用等离子体反应沉积p型、i型、n型三层a-Si,接着再蒸镀金属电极铝(Al)。光从玻璃面入射,电池电流从透明导电膜和铝引出,其结构可表示为glass/TCO/pin/Al,还可以用不锈钢片、塑料等作
16、衬底。 图1-3 非晶硅组件1.3 太阳电池组件生产设备太阳电池组件的生产设备主要包括全自动单串焊设备(图1-4),层叠设备,层压设备(图1-5),自动装框机(图1-6),太阳能组件测试仪(图1-7)等。 图1-4 全自动单串焊机图1-5 层压机图1-6 自动装框机 图1-7 终测机国产太阳电池组件装备已具备整线装备能力,现在主流建线方案一般都是:国产和进口设备混搭,以国产为主。数量上国产居多,价值上进口比例大。生产组件都为156多晶电池,125单晶电池,少数为薄膜电池。国内太阳电池组件制造设备朝着这方面发展提高组件转换效率,降低生产成本,节能环保。目前国内厂家基本已经具备完全自主生产晶体硅电
17、池组件半自动化生产线,而薄膜太阳电池国产与进口并存,国产份额不断扩大的:半自动化有铂阳太阳能制造的半自动化生产线,全自动主要有瑞士进口的欧瑞康生产线。第2章 组件的生产工艺流程组件线又叫封装线,封装是太阳能电池生产中的关键步骤,没有良好的封装工艺,多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证,而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得客户满意的关键,所以组件板的封装质量非常重要。图2-1 组件生产工艺流程2.1 电池片分选电池片制作条件的随机性,生产出来的电池性能不尽相同,所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起,所以应根据其性能参数进行分类;电池测
18、试即通过测试电池的输出参数(电流和电压)的大小对其进行分类。以提高电池的利用率,做出质量合格的电池组件。通过初选将缺角,隐裂,栅线印刷不良,裂片,色差等电池片筛选出来,保证组件的质量和生产顺利高效率的运行。使用标准片校准测试仪.然后对电池片进行测试分选将低功率的电池片筛选出来,并将电池片按照功率进行详细的分类,保证组件的功率得最优化的实现。2.2 单片焊接单片焊接(正面焊接)是将焊带焊接到电池正面(负极)的主栅线上,焊带为镀锡的铜带,过高的焊接温度和过长的时间会导致低的撕拉强度或碎裂电池。手工焊接时一般用恒温电烙铁,大规模生产时使用自动焊接机。 焊接时 , 左手捏住焊带一端约1/3-2/3的长
19、度,平放在单片的主栅线上,焊带的一端应放在离电池片的上边缘空一个栅格大约2mm的地方。右手拿烙铁,从上至下均匀地沿焊带轻轻压焊。焊接时烙铁头的起始点应在超出焊带边缘0.5mm。焊接中烙铁头的平面应始终紧贴焊带。我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一红外灯(利用红外线的热效应)。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连。需注意不得有虚焊,焊带表面光滑、无毛刺、无露白,串焊接牢固,用手轻提焊带沿45方向不脱落。图2-2 单片焊接2.3 串联焊接串联焊接(背面焊接)是将规定片数的电池片串接在一起形成一个电池串,然后用焊带再将若干
20、个电池串进行串联或并联焊接,最后汇合成电池组件并引出正负极引线。手工焊接时电池片的定位主要靠模具板,上面有12个放置电池片的凹槽,槽的大小和电池的大小相对应,槽的位置已经设计好,不同规格的组件使用不同的模板,操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极(负极)焊接到“后面电池”的背面电极(正极)上。做到片与片之间间距一致,均匀相等。在焊接过程中,由左至右,顶端有3mm可以不焊,要求一次焊接完成,无移位,无倾斜。焊接完成后,由焊接模板轻轻倒在转接模板上。填写完流程单后进入下一个工序。焊接时要注意几点:每片串联的太阳电池要求尺寸相同, 颜色一致,这样一方面为保证电池光电转换资效率一致,另外使组
21、件外表更美观;焊接时不得有虚焊,焊带表面光滑,无突起、无毛刺、单片无碎裂;手工焊接时把握好烙铁与焊点接触时间,尽量一次焊成,如一个焊点反复焊接, 电池片上电极很容易脱落;焊点要均匀,若某些焊点焊锡太多,表面不平整会影响电池层压,增加碎片率。 图2-3 串联焊接2.4 层叠叠层的工艺流程:将无损伤的钢化玻璃平放到工作台,将玻璃绒面朝上,用手套将钢化玻璃擦干净,经EVA绒面朝上均匀平铺在玻璃上,EVA边缘与玻璃边缘相差10mm左右。背面串接好且经过检验合格的电池串,根据图纸的要求,依次排列到EVA上,电池片正极朝上,并根据图纸规定,用150mm的钢尺进行定位。将已经定位好的电池串根据图纸规定的连接
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