浅述双玻光伏组件的设计及应用

刘瑞军，陈 明

（河南安彩高科股份有限公司，河南 安阳 455000）

浅述双玻光伏组件的设计及应用

刘瑞军，陈 明

（河南安彩高科股份有限公司，河南 安阳 455000）

双玻组件在光伏产业的不断整合中应运而生，并且越来越多的在建筑设计中得到应用。本文对以发电为主和以BIPV建筑应用为主的两种双玻璃光伏组件进行了论述，并阐述了双玻组件在设计、生产、安装中的一些影响环节。

双波光伏；PVB；热斑效应；BIPV建筑

1 引言

随着光伏产业的不断整合，各企业的注意力集中到提高光伏组件性能、降低光伏组件生产成本上来，因为具有成本优势的企业其竞争力强显而易见。由此，双玻组件（Double-glazed solar PV module）应运而生，双玻组件在非晶硅组件、BIPV（Building-Integrated Photovoltaic光伏建筑一体化）建筑的设计中都有应用。

2 双玻电池组件结构

双玻组件则是由High-T玻璃（上面）-EVA/PVB胶膜-太阳电池-EVA/PVB胶膜-钢化玻璃（背板）共5层组成（如图1）。

对于双玻组件的上层玻璃和下层玻璃，厚度可以一样，也可以不一样，偏差一般不超过2mm。一般来讲8mm厚玻璃以下可以用普通层压机封装，但工艺与细节处理需要格外注意。由于8mm以上玻璃较重，须用专业安全玻璃生产设备--高压釜。

3 组件设计（以玻璃尺寸1574mm*802mm*2.5mm为例阐述）

3.1 以发电为主（如电站）的组件设计

该类型组件主要为用电设施提供电源，通常整体裸露在室外，电池组件的设计使用年限大约是20～30年，通常需要满足相关规范：IEC61215，IEC61646，UL1703，IEC62108，IEEE1513，IEC61730。通过可靠度试验如Thermalcycle test（温度循环测试）、Hum idity-freeze test（湿冷冻测试）、Damp Heat（湿热测试），模拟实验能够在一般气候下长期操作20年以上。

电站用双玻组件主要是从降低成本角度考虑的，电池片的结构排列尽量紧密，电池片间距缩小到2-5mm。封装材料一般使用EVA胶膜。

目前封装材料主要使用EVA胶膜和PVB（聚乙烯醇缩丁醛树脂膜），EVA胶膜是一种可进行化学交联的弹性体，PVB膜则是非交联的热塑性塑料。EVA和PVB膜之间的主要区别是在使用安全方面PVB具有更高的抗穿透性和更好的后断裂性能。但是PVB的价格是EVA的5倍，如果是做电站，可以使用EVA，毕竟成本便宜。

3.2 以BIPV建筑为对象设计

首先，BIPV建筑用双玻组件主要考虑到对光线的调节作用，既要求有一定的发电功能，又要采光要求需要保证一定光通量。根据安装对透光程度的要求，适当控制双面玻璃之间的电池间隙和边缘空隙，来制成5%～80%透光率的光电玻璃。目前尺寸大多在1.8×2.4m以下。

其次，在建筑用光伏组件的应用设计中，首要考虑的应该是玻璃的基本物理与电性能，包括：光电玻璃边框材料类型、电池材料、可承受的荷载、绝缘性能、温度系数、额定工作温度及性能、低辐照度下的性能以、热斑耐久性能以及湿热-湿冷性能。

第三，从安装及接线方面考虑，BIPV建筑用组件背板玻璃可以不开孔，接线从侧面引出接入汇流箱。

通常在BIPV建筑上的双玻组件使用PVB作为封装材料，PVB在夹层安全玻璃上具有高光学透明度、可调整的玻璃粘合力、抗强撞击、抗紫外线和温度的稳定性、玻璃损坏的后断裂特性等性能优异。

PVB比EVA厚两倍，但是承载能力强。EVA是热融的，PVB是热缩的，因此在温度高的情况下，使用PVB更加安全.由于EVA的剥离强度远小于PVB，所以在双玻透光组件上，一般用PVB膜。国家已经规定，EVA夹层玻璃禁止使用在玻璃幕墙。

3.3 电池片连接及防热斑效应设计

热斑效应的含义：当组件中的一个电池单元或一组电池被遮光或损坏时，工作电流超过了该电池或电池组降低了的短路电流，在组件中会发生热斑加热。此时受影响的电池或电池组被置于反向偏置状态，消耗功率，从而引起过热。

可见，组件发热或局部发热就是热斑，热斑处电池片很容易受到损伤，降低组件功率输出甚至导致组件报废，严重降低组件的使用寿命，对电站发电等安全造成隐患。电池组件热斑的形成，外部因素主要是组件局部受到遮挡，常见的遮挡物有：树叶、尘土、云层、动物及动物粪便、积雪等；内在因素有太阳电池内阻和太阳电池自身逆电流大小有关。

3.4 组件安装结构设计

双玻组件通常设计为无框组件，无框式结构安装主要有两种形式的构件——点式驳接爪和点式螺栓固定，都需要对双玻光伏电池板预先钻孔，因此在组件制作之前作必要的准备：

（1）由于玻璃打孔是在钢化之前完成的，在采购玻璃时需详细规划好电池板需要钻孔的位置，并向玻璃提供方定制。

（2）组件电池片阵列设计要使电池片和互连焊条应尽量远离这些开孔区域。

（3）电池板的线路引出需经过仔细设计，尽量不显露在内外面可视范围内，影响美观。

（4）电池板边缘空白区域应稍微留多一点，一般以50mm以上为宜，以保护电池板内部不容易受腐蚀。

（5）在支撑孔周围应用硅酮建筑密封胶进行可靠的密封。

图2

如图2为点式驳接安装支架，实际安装时先将组件预开的孔与驳接头连接，然后驳接头再与驳接爪连接，驳接爪与连接件进行固定。

4 结束语

双玻光伏组件与普通太阳电池组件结构相比，有很大区别，它是利用背板玻璃代替背板。TPT为柔性材料，玻璃是硬度高的刚性材料，双面玻璃层压封装过程中由于两层刚性玻璃的挤压，很容易出现气泡、移位、太阳电池裂片、玻璃碎裂现象。因此双玻组件在生产工艺控制上与普通组件相比难度稍大，需格外注意。

从成本角度考虑，在双玻璃电池组件的设计和生产中，以及在安装应用方面，还有很大的改进空间。除此之外，可能还有一些要素如劳动力、原材料、消耗品、光伏设备等等。

［1]黄浩，吴志学.光伏组件变形对组件性能的影响研究［J].机械工程与自动化.2011（04）

［2]邓晓敏等.光伏玻璃（双玻光伏组件）的设计与应用［Z].

［3]GB9962-1999.夹层玻璃［S].北京，中国标准出版社1999.

［4]JGJ102-2003.玻璃幕墙工程技术规范［S].北京，中国建筑工业出版社2003。

［5]张增明，唐景，吕瑞瑞，林杰，彭丽霞，傅冬华.光伏组件封装EVA的湿热老化研究［J].合成材料老化与应用.2011（03）

［6]刘煜，王浩江，汤胜山，杨育农，王全.功率型LED有机硅封装材料的耐老化性能研究［J].合成材料老化与应用.2012（01）

刘瑞军（1977—），男，内蒙古呼和浩特人，本科，工程师，企业策划部部长。