Структура и принцип работы обычных фотоэлектрических модулей из кристаллического кремния

Являясь основным блоком преобразования энергии фотоэлектрических систем производства электроэнергии, фотоэлектрические модули играют решающую роль в прямом преобразовании солнечной энергии в электрическую. Обычные фотоэлектрические модули из кристаллического кремния имеют ламинированную упаковочную структуру, в основном состоящую из шести основных компонентов: солнечных элементов, закаленного стекла с высоким коэффициентом пропускания, герметизирующей пленки из ЭВА, изолирующего заднего листа, рамы из алюминиевого сплава и распределительной коробки. Каждый компонент выполняет свои собственные функции фотоэлектрического преобразования, механической защиты, электрического соединения и устойчивости к окружающей среде, в совокупности определяя эффективность преобразования, механическую прочность, изоляционные характеристики и долгосрочную эксплуатационную надежность модулей. В этом документе систематически рассматривается структура основного состава обычных фотоэлектрических модулей, а также подробно анализируются характеристики материалов, рабочий механизм и основные функции каждого компонента, предоставляя теоретическую справку по проектированию, производству и изготовлению фотоэлектрических модулей, контролю качества и инженерному применению.

1. Введение​

На фоне перехода мировой энергетической структуры к чистоте и низкой карбонизации фотоэлектрическая энергетика стала одной из наиболее широко используемых и быстро развивающихся технологий в области возобновляемых источников энергии. Фотоэлектрические модули являются основным оборудованием для производства электроэнергии на фотоэлектрических электростанциях, а их производительность и срок службы напрямую влияют на мощность выработки электроэнергии и окупаемость инвестиций всей системы. Обычные фотоэлектрические модули используют кристаллические кремниевые элементы в качестве ядра и образуют модульное целое за счет ламинирования и герметизации многослойных функциональных материалов, отличающихся высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям, стабильной структурой и простотой крупномасштабной установки.​

Во время длительной эксплуатации на открытом воздухе модули должны выдерживать сложные экологические испытания, такие как чередование высоких и низких температур, ультрафиолетовое излучение, влажное тепло, замерзание-оттаивание, ветер и песок, а также град. Следовательно, их структурный дизайн должен сочетать высокий коэффициент пропускания света, высокую изоляцию, высокую прочность соединения и высокую устойчивость к окружающей среде. Углубленный анализ состава и функций традиционных фотоэлектрических модулей является важной основой для оптимизации производительности модуля, повышения надежности и снижения коэффициента затухания.

2. Основной состав и функциональный анализ обычных фотоэлектрических модулей

Обычные фотоэлектрические модули имеют типичную многослойную структуру «сэндвич», которая сверху вниз состоит из закаленного стекла, верхнего слоя EVA, цепочки ячеек, нижнего слоя EVA, заднего листа, с рамкой из алюминиевого сплава и распределительной коробкой, прикрепленной снаружи для достижения механической фиксации и электрической мощности. Функции каждой части высоко скоординированы и незаменимы.​

(1) Солнечные элементы: основные устройства для фотоэлектрического преобразования​

Солнечные элементы являются основными компонентами фотоэлектрических модулей для преобразования энергии. Основной продукцией являются кристаллические кремниевые элементы, в том числе элементы PERC P-типа и высокоэффективные технологии элементов N-типа, такие как TOPCon и HJT.​

Их основная функция — прямое преобразование падающего солнечного излучения в электрическую энергию постоянного тока на основе фотоэлектрического эффекта. В результате процесса диффузии в клетке образуется PN-переход. При фотонном возбуждении генерируются электронно-дырочные пары, которые разделяются и движутся направленно, образуя ток под действием встроенного электрического поля. Такие параметры, как эффективность преобразования, последовательное сопротивление, ток утечки и реакция ячеек при слабом освещении, напрямую определяют номинальную мощность и фактическую производительность модулей по выработке электроэнергии.​

Внутри модуля ячейки соединяются последовательно через межсоединители, образуя цепочки ячеек, которые затем соединяются параллельно через шины для достижения разумной конфигурации напряжения и тока, что в конечном итоге соответствует требованиям электрического проектирования системы.

(2) Закаленное стекло с высоким коэффициентом пропускания и низким содержанием железа: внешняя защита и коллекция света с высоким коэффициентом пропускания​

Поверхностный слой фотоэлектрических модулей изготовлен из ультрабелого закаленного стекла с высоким коэффициентом пропускания железа и низким содержанием железа, которое является первой защитной и светособирающей структурой модуля.​

К его основным функциям относятся:

1. Высокий коэффициент пропускания света: формула с низким содержанием железа может значительно снизить содержание железа, уменьшить поглощение и отражение света, улучшить коэффициент пропускания солнечного света, обеспечить получение клетками достаточного количества излучения и повысить эффективность фотоэлектрического преобразования.​

2. Механическая защита: закалка придает стеклу высокую прочность и ударопрочность, что позволяет ему противостоять внешним воздействиям, таким как град, гравий и давление ветра, избегая повреждения внутренних ячеек.​

3. Устойчивость к атмосферным воздействиям окружающей среды: он обладает превосходной устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, влаго- и термостойкостью и устойчивостью к старению, а также не подвержен пожелтению, растрескиванию или коррозии при длительном использовании на открытом воздухе.​

4. Изоляция и поддержка: Будучи жесткой опорой на поверхности модуля, он обеспечивает плоскую опору внутренней конструкции и выполняет базовую функцию электроизоляции.

(3) Пленка EVA: ламинированная герметизация, склеивание и изоляция.

Пленка EVA (сополимер этилена и винилацетата) является основным герметизирующим материалом для фотоэлектрических модулей, который укладывается как на верхнюю, так и на нижнюю сторону ячеек и отверждается путем высокотемпературного ламинирования.​

Его основные функции отражены в:

1. Склеивание и фиксация: Надежно склейте закаленное стекло, ячейки и задний лист в единое целое, устраните межслоевые зазоры и улучшите структурную целостность модуля.​

2. Оптическая связь: высокий коэффициент пропускания света может уменьшить отражение света от интерфейса, улучшить коэффициент использования света и помочь повысить эффективность выработки электроэнергии.​

3. Защита изоляции: он обладает отличными электроизоляционными характеристиками, предотвращает утечку элементов и короткое замыкание, а также обеспечивает безопасность системы.​

4. Буферизация и герметизация: буферизует внешнее напряжение, блокирует проникновение водяного пара, кислорода и пыли, а также предотвращает окисление клеток, коррозию и ослабление ФИД.​

5. Устойчивость к старению в окружающей среде: добавлены поглотители ультрафиолетового излучения и сшивающие агенты, чтобы гарантировать отсутствие пожелтения, расслоения или разрушения при длительном использовании на открытом воздухе.

(4) Задний лист: задняя изоляция и экологический барьер

Задний лист расположен в нижнем слое фотоэлектрического модуля и представляет собой композитный полимерный материал. К распространенным типам относятся ТПТ, КПЕ, КПК и другие конструкции.

Его основные функции:

1. Задняя изоляция: высокое объемное сопротивление и поверхностное сопротивление предотвращают утечку тока, что соответствует правилам безопасности и требованиям к изоляции системы.

2. Водо- и кислородный барьер: превосходные характеристики барьера для водяного пара, образующие полностью закрытую структуру с EVA для замедления внутреннего старения модуля.

3. Устойчивость к ультрафиолетовому излучению и погодным условиям: эффективно блокирует проникновение ультрафиолета, защищает внутренний материал из этиленвинилацетата и элементы, а также адаптируется к высоким температурам, высокой влажности и низким температурам.

4. Механическая защита: повышает устойчивость задней части модуля к царапинам и проколам, а также защищает внутреннюю структуру во время транспортировки и установки.

(5) Рама из алюминиевого сплава: механическое усиление и адаптация к установке.

В каркасе фотоэлектрических модулей обычно используются профили из анодированного алюминиевого сплава, которые образуют жесткую внешнюю раму посредством углового соединения.

Его основные функции включают в себя:

1. Структурное улучшение: Улучшите общую прочность на изгиб и устойчивость модуля к давлению ветра, предотвращая деформацию и поломку ламинированной детали.

2. Защита кромок: защитите стеклянный край модуля, уменьшите риск столкновений и сколов, а также повысьте безопасность транспортировки и строительства.

3. Простая установка: стандартизированная конструкция рамы может адаптироваться к таким методам установки, как прессование блоков и креплений, обеспечивая быструю фиксацию модуля на системе кронштейнов.

4. Заземление и проводимость тока: оно обеспечивает заземление модуля, уменьшает повреждение модуля, вызванное ударами молнии и статическим электричеством, а также повышает безопасность системы.

(6) Распределительная коробка: электрический вывод и защита байпаса

Распределительная коробка установлена ​​снаружи задней панели модуля, которая представляет собой электрический выходной интерфейс и защитное устройство фотоэлектрического модуля со встроенными байпасными диодами.

Его основные функции:

1. Вывод электрической энергии: собирает электрическую энергию постоянного тока, генерируемую цепочкой ячеек, и передает ее в инвертор через кабели для реализации электрического соединения.

2. Защита от байпаса: когда модуль частично затенен, поврежден или несовместим, байпасный диод проводит ток, избегая локального перегрева и возгорания, вызванных «эффектом горячей точки», и обеспечивая безопасность модуля.

3. Герметизация и изоляция: он имеет высокий уровень защиты (обычно IP67 и выше), является водонепроницаемым, пыленепроницаемым и защищенным от протечек, адаптируясь к суровым внешним условиям.

4. Расширение электрических соединений: поддержка последовательного соединения нескольких модулей, облегчающая формирование фотоэлектрических цепочек и отвечающая требованиям к напряжению системы электростанции.

3. Влияние синергии компонентов на производительность модуля.

Общая производительность фотоэлектрических модулей определяется не одним компонентом, а синергией всех компонентов:

• Закаленное стекло и этиленвинилацетат вместе определяют коэффициент использования оптики, напрямую влияя на производительность выработки электроэнергии при слабом и сильном освещении;

• Эффективность ячейки и потери при инкапсуляции определяют номинальную мощность модуля;

• Герметизация EVA, заднего листа и рамы определяет долговременную устойчивость к атмосферным воздействиям и способность к затуханию;

• Конструкция распределительной коробки и изоляции определяют электробезопасность и надежность;

• Общая конструкция конструкции определяет механическую прочность, адаптируемость к установке и адаптируемость к окружающей среде.

Дефекты материалов или выход из-под контроля процесса в любом отдельном звене могут привести к таким проблемам, как расслоение, пожелтение, скрытые трещины, горячие точки и затухание PID модуля, что значительно сокращает срок его службы.

4. Заключение​

Обычные фотоэлектрические модули используют кристаллические кремниевые элементы в качестве ядра и образуют полную функциональную систему, состоящую из закаленного стекла, пленки EVA, задней панели, рамы из алюминиевого сплава и распределительной коробки. Каждый компонент имеет четкое разделение труда: солнечные элементы осуществляют фотоэлектрическое преобразование, закаленное стекло и задняя панель обеспечивают защиту окружающей среды, EVA обеспечивает герметизацию, склеивание и изоляцию, рама обеспечивает механическое усиление, а распределительная коробка обеспечивает электрическую мощность и безопасность.​

Эта структурная конструкция не только обеспечивает эффективное производство электроэнергии, но также обеспечивает превосходную механическую прочность, изоляционные характеристики и долгосрочную надежность вне помещений, что делает ее основным техническим решением для современных приложений по производству фотоэлектрической энергии. Благодаря непрерывному обновлению высокоэффективной технологии ячеек и герметизирующих материалов структура модуля будет постоянно оптимизироваться, но состав ядра и базовая функциональная логика останутся стабильными в течение длительного времени, что играет важную вспомогательную роль в содействии крупномасштабному и стандартизированному развитию фотоэлектрической промышленности.