科普晶体硅电池组件的构成与工作原理
一、普通型电池组件
常见的普通型电池组件有环氧树脂胶封板组件、透明PET层压板组件和钢化玻璃层压组件，其中，环氧树脂胶封板组件、透明PET层压板组件一般都是功率小于2W的小组件，主要用于太阳能草皮灯、道钉灯、各种太阳能玩具等小功率产品上；而钢化玻璃层压组件的功率则可以做到3～W，是目前光伏发电系统应用的主流产品。下面就对这几种电池组件的构成和工作原理分别进行介绍。
环氧树脂胶封板组件
环氧树脂胶封板也叫滴胶板，外形如图2-1所示。它主要由电池片、印制电路板及环氧树脂胶等组成，具体尺寸和形状根据产品的需要确定，结构如图2-2所示。由于环氧树脂胶封板的功率很小，因此其使用的电池片是将完整的电池片切割成条状后制成的。条状电池片的长度和宽度即电池片的面积决定了组件的输出电流的大小，而串联的条数决定了组件的输出电压的大小。一般为1.2V蓄电池充电的组件串联4条，为2.4V蓄电池充电的组件串联7～8条，为3.6V蓄电池充电的组件串联11条。环氧树脂胶封板组件的胶封面朝外接受阳光照射，阳光透过胶封面照射到电池片上，发出的电通过正负极引线引到电路板背面后，再通过引线接入相应电路或蓄电池中。
图2-1 环氧树脂胶封板外形
图2-2 环氧树脂胶封板结构图
环氧树脂胶封板组件的制作过程基本都是手工操作。电池片是根据需要尺寸用激光划片机预先切割好的，制作步骤如下。
（1）将切割好的条状电池片用互连条一正一负串联焊接起来，并用黑色双面胶固定在印制电路板上。
（2）将正负极引线穿过印制电路板上的引线孔与电路板背面的电路铜箔焊接，然后一一排列放在水平支架上等待灌胶。
（3）将双组分环氧树脂胶按2比1的比例混合调均匀（注意一次不要混合太多，否则一次用不完，十几分钟就会变稠而无法使用），给每一片组件表面倒上适量的胶水（平均0.15g/cm2），使其自然摊开。组件表面胶水要均匀饱满，胶水太薄的地方还要补一点。
（4）将灌好胶水的组件放入真空干燥箱内抽气1min，然后在70℃温度下烘干30min或在室内无尘环境下自然晾干24h。
（5）铲除组件周围多余的胶粒，用薄膜缠绕，防止互相摩擦破坏表面光洁和透明度，再打包装箱就是产成品了。
作为黏合剂环氧树脂应用较为广泛，产品形式有单组分、双组分或粉末状树脂。太阳电池组件使用的环氧树脂黏合剂通常是双组分液体，使用时现配现用。环氧树脂的黏结度较高，工艺简单，材料成本低廉，但耐老化性能较差，容易老化而变黄。因此，对于使用环氧树脂封装的电池组件，改善其耐老化性能是十分重要的。此外，作为太阳电池封装材料，要求具有较高的耐湿性和气密性。环氧树脂是高分子材料，其分子间距为50～nm，大大超过水分子的体积，而水的渗透可降低太阳电池的使用寿命。其次，用环氧树脂封装太阳电池组件时，由于不同材料的膨胀系数不同，在生产过程中如材料配置及工艺不当将产生内应力，可能造成组件强度降低、龟裂、封装开裂、空洞、剥离等各种缺陷而严重影响组件质量。由于环氧树脂胶封板组件使用寿命只有2～3年，目前只有一些1W以下的小型组件仍使用环氧树脂封装，较大组件已经不再使用这种工艺了。
2.透明PET层压板组件
透明PET层压板组件的外形如图2-3所示。它主要由电池片、透明PET胶膜、印制电路板或塑料基板等组成，具体尺寸和形状也是根据产品的需要确定。透明PET层压板一般也是在小功率电路上应用，功率一般不足2W，图2-3所示的组件就是在太阳能风扇帽上的应用。
图2-3 透明PET层压板组件外形
透明PET层压板的结构如图2-4所示。从图中可以看出，它的结构与环氧树脂胶封装组件大同小异，只是将环氧树脂胶改成了透明的PET胶膜。PET是一种复合材料，具有很强的耐腐蚀、抗老化能力以及良好的透光率和电绝缘性能。该胶膜一面是光面，另一面复合着EVA胶膜，常温下EVA看起来像一层很薄的透明塑料纸，实际上EVA是一种特殊的胶膜，具有很高的透光性，在高温下熔化，起粘接作用，把PET胶膜、电池片与印制电路板或其他背板材料粘接在一起，形成一个类似于三明治的结构，既透光又具有良好的密封性，保护电池片不受各种腐蚀。这种封装形式与钢化玻璃封装形式一样，需要在生产电池组件专用的层压机里进行层压固化。其步骤为抽真空、加热、层压、固化等，层压机的详细工作过程在下一节中介绍。由于封装工艺的不同，采用透明PET封装的电池组件要比环氧树脂胶封装的组件制作过程简单一些，工作寿命也稍长一些。采用PET胶膜封装工艺具有环保、耐紫外线和不发黄的优点，可取代环氧树脂封装工艺。
图2-4 透明PET层压板结构图
3.钢化玻璃层压组件
钢化玻璃层压组件也叫平板式电池组件，如图2-5所示，是目前见得最多、应用最普遍的电池组件。钢化玻璃层压组件主要由面板玻璃、硅电池片、两层EVA胶膜、TPT背板膜及铝合金边框和接线盒等组成，如图2-6所示。面板玻璃覆盖在电池组件的正面，构成组件的最外层，它既要透光率高，又要坚固耐用，起到长期保护电池片的作用。两层EVA胶膜夹在面板玻璃、电池片和TPT背板膜之间，通过熔融和凝固的工艺过程，将玻璃与电池片及背板膜凝接成一体。TPT背板膜具有良好的耐气候性能，并能与EVA胶膜牢固结合。镶嵌在电池组件四周的铝合金边框既对组件起保护作用，又方便组件的安装固定及电池组件方阵间的组合连接。接线盒用粘结硅胶固定在背板上，作为电池组件引出线与外引线之间的连接部件。
图2-5 钢化玻璃层压组件的外形
图2-6 钢化玻璃层压组件的结构
二、建材型（BIPV）电池组件
建材型（BIPV）电池组件就是将电池组件融入建筑材料中，或者与建筑材料紧密结合，将电池组件作为建筑材料的一部分进行使用，可以在新建建筑物或改造建筑物的过程中一次安装完成，即可以同时完成建筑施工与电池组件的安装施工。建材型电池组件具有良好的耐久性和透光性，符合建筑要求，可以与建筑完美结合，可广泛用于建筑物透光屋顶，建筑物光伏幕墙、建筑护栏、遮雨棚、农业光伏大棚、公交站台、阳光房等设施中。来源出版社人民邮电出版社有限公司作者李钟实。
常见的建材型电池组件有双玻电池组件和中空玻璃电池组件两种。它们的共同特点是可作为建筑材料直接使用，如窗户、玻璃幕墙、玻璃屋顶材料等，既可以采光，又可以发电。设计时通过调整组件上电池片与电池片之间的间隙，就可以确定组件的透光率，实现室内需要的采光量。
双玻电池组件
双玻电池组件就是把电池片夹在两层玻璃之间，通过EVA或PVB胶膜层压固化而成，组件的受光面采用低铁超白钢化玻璃，背面一般采用普通钢化玻璃，外形如图2-7所示。其用作窗户玻璃时玻璃厚度可选择3.2mm×3.2mm；用作玻璃幕墙时根据单块玻璃尺寸大小，选择玻璃组合厚度为3.2mm×4mm、4mm×6mm、6mm×6mm等；用作玻璃屋顶时也要根据单块玻璃尺寸大小，选择玻璃组合厚度为4mm×6mm、6mm×6mm、6mm×8mm等；尺寸越大，组合厚度要越厚，以保证组件的机械强度。双玻电池组件的结构如图2-8所示。
图2-7 双玻电池组件的外形
图2-8 双玻电池组件的结构
双玻电池组件在光伏屋顶的应用如图2-9所示。图2-10是一种应用于光伏屋顶的双玻电池组件的结构示意图。
图2-9 双玻电池组件在屋顶的应用
图2-10 一种双玻电池组件的结构
2.中空玻璃电池组件
中空玻璃电池组件除了具有采光和发电的功能外，还具有隔音、隔热、保温的功能，常用于各种光伏建筑一体化发电系统的玻璃幕墙电池组件，其外形如图2-11所示。中空玻璃电池组件是在双玻电池组件的基础上，再与一片玻璃组合而构成的。在组件与玻璃间用内部装有干燥剂的空心铝隔条隔离，并用丁基胶、结构胶等进行密封处理，接线盒、正负极引线等也都用密封胶密封在前后玻璃的边缘夹层中，与组件形成一体，使组件安装和组件间线路连接都非常方便。中空玻璃电池组件同目前广泛使用的普通中空玻璃一样，能够达到建筑安全玻璃要求，中空玻璃电池组件的结构如图2-12所示。中空玻璃电池组件在光伏幕墙的应用如图2-13所示。
图2-11 中空玻璃电池组件的外形
图2-12 中空玻璃电池组件的结构
图2-13 中空玻璃电池组件的幕墙应用
建材型电池组件除了要满足电池组件本身的电气性能要求外，还必须符合建筑材料所要求的各种性能：①符合机械强度和耐久性的要求；②符合防水性的要求；③符合防火、耐火的要求；④符合建筑色彩和建筑美观的要求。
表2-1是几款建材型电池组件规格尺寸与技术参数，供设计选型参考。
表2-1 几款建材型电池组件规格尺寸与技术参数双玻组件
三、新型电池组件
新型电池组件主要有带逆变器的交流输出电池组件、双面发电电池组件、带融雪功能的电池组件、有蓄电功能的电池组件等。
交流输出电池组件
交流输出电池组件是在每个组件的背面都安装了一个小型交流逆变器，也称组件式逆变器，如图2-14所示。由于每块电池组件都直接输出交流电，因此通过并联组合就可以很方便地得到需要的交流电功率。它可以比较简单、快速地构成太阳能光伏发电系统。交流输出电池组件具有下列特点。
图2-14 交流输出组件的逆变器外形
（1）可以以组件的块数为单位增设系统容量，系统扩容方便。
（2）MPPT控制到每一块组件，能减少组件因阳光部分遮挡以及多方位设置等造成的损耗，提高系统效率。
（3）由于省去了直流配线，可减少因电气连接及锈蚀等出现的故障。
（4）由于单块组件就能构成一个交流光伏发电系统，增加了系统设置的灵活性。
目前交流输出电池组件的输出功率在～W，线路连接方法如图2-15所示，其他参数可参考第3章中有关内容。
图2-15 交流输出电池组件的连接方法
2.双面发电电池组件
双面发电电池组件的结构与建材型双玻电池组件类似，只是双面发电电池组件采用了新型的双面发电电池片进行封装制作，这种太阳电池两面可以同时发电，从而可有效提高发电效率。在传统的太阳电池当中，单晶硅电池光转换效率最高可达19％左右，而这种新型的双面太阳电池可以将光转换效率进一步提高到20％～30％。同时，单片（mm×mm）单晶硅电池的发电功率也从传统电池的4～4.5W提高到4.5～6W。双面发电电池组件可以利用组件表面的直射光和组件背面的直射光或散射光进行发电，使同样面积组件的发电量显著增加。图2-16所示为双面发电电池组件在太阳能庭院灯的应用，灯具上面的扇形组件及灯杆中间的组件全部都是双面发电电池组件。
图2-16 双面发电电池组件的应用
3.带融雪功能的电池组件
冬天的积雪覆盖电池组件后，会阻止或影响电池组件的发电，带融雪功能的电池组件在遇到积雪时可利用系统深夜的电力，通过逆变器给电池组件通电，用太阳电池所产生的热量使电池组件表面的积雪融化，使电池组件恢复正常发电。
4.带蓄电功能的电池组件
带蓄电功能的电池组件使用体积小、重量轻、循环寿命长的锂电池作为储能电池，将锂电池分组安装在电池组件四周的铝合金边框中，还将组件接线盒与控制器电路合二为一，形成一个便携式的发电储能装置，只需要直接连接用电器就可实现太阳能供电。使用这种组件克服了普通光伏发电系统储能铅酸蓄电池寿命短的问题，方便了系统的安装、施工和维修，减小了线路连接的损耗。
