聚光光伏組件效率降低在生產(chǎn)側(cè)的原因分析及解決方法

張磊 尹航 張玉霞 杜彪 黃勇煥

摘?要：聚光光伏[1]組件在示范項目運行過程中出現(xiàn)發(fā)電效率降低問題，經(jīng)過觀察、分析、對比、實驗驗證，發(fā)現(xiàn)引起組件效率降低的出現(xiàn)的原因是組件自身電池出現(xiàn)隱裂造成。通過對生產(chǎn)工藝的分析，找到解決電池隱裂的方法。

關(guān)鍵詞：光伏;聚光;發(fā)電效率;生產(chǎn)

面對化石燃料逐漸枯竭和人類生態(tài)環(huán)境的日益惡化，在能源供應(yīng)方面必須走可持續(xù)發(fā)展道路，逐漸改變能源消費結(jié)構(gòu)，大力開發(fā)利用以太陽能為代表的可再生能源，已逐步成為人們的共識[2]。光伏發(fā)電是重要的清潔能源產(chǎn)業(yè)，也是我國具有較強國際競爭力的重要戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，在國家能源戰(zhàn)略中具有重要地位。聚光光伏是光伏發(fā)電的重要組成部分，有著良好的發(fā)展前景。聚光光伏組件是[聚光光伏電池]+[聚光鏡面菲涅爾透鏡]+[太陽光追蹤器]的組合，其電池主要材料是砷化鎵（GaAs），屬于三五族（III-V）材料。目前主要應(yīng)用的是InGaP/GaAs/Ge三結(jié)砷化鎵電池，可吸收300～1900nm波長能量。

聚光光伏具有光電轉(zhuǎn)化效率高、同等發(fā)電量情況下占地面積小、對環(huán)境影響小等特點，也有經(jīng)高倍聚光后散熱困難、跟蹤器要求精度高等問題。其核心部件聚光光伏組件電池的光電轉(zhuǎn)化率正在逐年提高，已有實驗室聲稱砷化鎵電池的光電轉(zhuǎn)化率已接近50%。由此可見隨著相關(guān)機構(gòu)不斷地深入研究，如能有效解決聚光光伏的主要問題，聚光光伏在某些特定場景下的競爭力將越來越強，甚至可以帶動整個聚光光伏產(chǎn)業(yè)的興起。

論文的結(jié)構(gòu)如下：第一部分本文介紹了聚光光伏發(fā)電的原理。第二部分介紹了聚光光伏組件核心工藝。第三部分闡明了效率降低生產(chǎn)側(cè)原因分析及解決方法。第四部分是本文的結(jié)論。

1 聚光光伏發(fā)電的原理

聚光光伏是通過采用聚光技術(shù)，以相對便宜的聚光器來代替昂貴的太陽電池，將太陽光匯聚到太陽電池表面進行發(fā)電的一種技術(shù)。

聚光光伏所使用的太陽電池是聚光光伏技術(shù)的核心和基礎(chǔ)。由于GaInP/GaAs/Ge多結(jié)電池光電轉(zhuǎn)換效率高，且具有很好的高溫特性可實現(xiàn)高倍聚光，目前國際上普遍使用GaInP/GaAs/Ge多結(jié)太陽電池。典型的GaInP/GaAs/Ge三結(jié)電池由約30層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，市場上主要采用MOCVD技術(shù)或MBE技術(shù)制作。

聚光系統(tǒng)包括聚光透鏡及二次聚光鏡?，F(xiàn)聚光透鏡主要使用平面化的菲涅爾透鏡，其具有質(zhì)量輕、成本低、應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點。二次聚光鏡的主要作用是使聚光透鏡聚攏的光全部投射到光伏電池上。

聚光光伏系統(tǒng)大都采用雙軸跟蹤系統(tǒng)，以保證跟蹤精度。

2 聚光光伏組件核心工藝

聚光光伏組件的主要部件包括電池、散熱塊、上框、下框、中柱、菲涅耳透鏡、二次聚光鏡等，經(jīng)過組裝、測試合格后，即可用于聚光發(fā)電。其中電池模塊的生產(chǎn)組裝為組件的核心過程，它的完成情況直接影響組件的質(zhì)量，其主要工藝如下：

（1）將電池正負極分別與長度為110mm的2條高溫導(dǎo)線進行焊線。

（2）將電池貼合到散熱塊中心，和散熱塊上的定位角對準(zhǔn)，確保電池和散熱座接觸良好。將貼合好電池的散熱塊放在Hot plate上加熱焊接，也可以在回焊爐里完成。

（3）完成焊接后如電池出現(xiàn)位移未對準(zhǔn)定位角要重新調(diào)整;將焊接時電池四周溢出的錫珠去除，看其是否和散熱塊的鍍鎳層完全接觸浸潤。

（4）電池焊接孔洞率直接關(guān)系到電池效率甚至電池壽命，因此焊接后需使用X-ray來檢查，也可采用破壞性檢查。

（5）在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)錫膏涂層的厚度、均勻性以及回焊溫度曲線控制對焊接質(zhì)量有很大的影響，必須加強管控。

3 效率降低生產(chǎn)側(cè)原因分析及解決方法

在示范項目運行過程中發(fā)現(xiàn)有聚光組件出現(xiàn)發(fā)電效率降低的現(xiàn)象，經(jīng)過示范項目現(xiàn)場及生產(chǎn)現(xiàn)場的觀察、分析、對比、驗證，發(fā)現(xiàn)引起組件效率降低的出現(xiàn)的原因是組件電池出現(xiàn)隱裂。聚光光伏組件電池外框材質(zhì)為強度較強的金屬材料，受外力導(dǎo)致電池隱裂的幾率很低，大多數(shù)都是在生產(chǎn)過程中因工藝控制不良導(dǎo)致的隱裂。

生產(chǎn)工藝改進方法為：

（1）電池與高溫導(dǎo)線進行正負極焊線時盡量避免因固定需要的按壓電池動作，避免電池陶瓷基片出現(xiàn)隱裂。

（2）增加散熱塊鍍鎳區(qū)域錫膏的涂布面積及厚度，保證芯片的金屬部分全部通過錫膏與散熱塊相連。

（3）電池焊接后有溢出的錫珠要清理干凈避免出現(xiàn)短路、漏電現(xiàn)象。

（4）散熱塊與底板結(jié)合部位的密封膠用量增加一倍，以此增大密封膠的密封緩沖作用，減少或避免出現(xiàn)因外力致使散熱塊形變導(dǎo)致電池陶瓷基片出現(xiàn)隱裂得情況。

4 結(jié)論

光伏組件作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，其質(zhì)量直接決定了整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率及整個發(fā)電系統(tǒng)的生命周期。組件在生產(chǎn)過程中工藝的管控則成為重中之重，流程優(yōu)化、細節(jié)把控、執(zhí)行到位應(yīng)提高到生產(chǎn)企業(yè)的戰(zhàn)略層面，以此推動聚光光伏乃至整個光伏行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]郭豐.聚光光伏的發(fā)展[J].電源技術(shù)，2009，33（10）：936-941.

[2]趙春江，楊金煥.太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].節(jié)能技術(shù)，2007，25（5）：461-465.