聚光光伏组件效率降低在生产侧的原因分析及解决方法

2020-03-23张磊尹航张玉霞杜彪黄勇焕

科技风 2020年8期

张磊尹航张玉霞杜彪黄勇焕

摘要：聚光光伏[1]组件在示范项目运行过程中出现发电效率降低问题，经过观察、分析、对比、实验验证，发现引起组件效率降低的出现的原因是组件自身电池出现隐裂造成。通过对生产工艺的分析，找到解决电池隐裂的方法。

关键词：光伏;聚光;发电效率;生产

面对化石燃料逐渐枯竭和人类生态环境的日益恶化，在能源供应方面必须走可持续发展道路，逐渐改变能源消费结构，大力开发利用以太阳能为代表的可再生能源，已逐步成为人们的共识[2]。光伏发电是重要的清洁能源产业，也是我国具有较强国际竞争力的重要战略性新兴产业，在国家能源战略中具有重要地位。聚光光伏是光伏发电的重要组成部分，有着良好的发展前景。聚光光伏组件是[聚光光伏电池]+[聚光镜面菲涅尔透镜]+[太阳光追踪器]的组合，其电池主要材料是砷化镓（GaAs），属于三五族（III-V）材料。目前主要应用的是InGaP/GaAs/Ge三结砷化镓电池，可吸收300～1900nm波长能量。

聚光光伏具有光电转化效率高、同等发电量情况下占地面积小、对环境影响小等特点，也有经高倍聚光后散热困难、跟踪器要求精度高等问题。其核心部件聚光光伏组件电池的光电转化率正在逐年提高，已有实验室声称砷化镓电池的光电转化率已接近50%。由此可见随着相关机构不断地深入研究，如能有效解决聚光光伏的主要问题，聚光光伏在某些特定场景下的竞争力将越来越强，甚至可以带动整个聚光光伏产业的兴起。

论文的结构如下：第一部分本文介绍了聚光光伏发电的原理。第二部分介绍了聚光光伏组件核心工艺。第三部分阐明了效率降低生产侧原因分析及解决方法。第四部分是本文的结论。

1 聚光光伏发电的原理

聚光光伏是通过采用聚光技术，以相对便宜的聚光器来代替昂贵的太阳电池，将太阳光汇聚到太阳电池表面进行发电的一种技术。

聚光光伏所使用的太阳电池是聚光光伏技术的核心和基础。由于GaInP/GaAs/Ge多结电池光电转换效率高，且具有很好的高温特性可实现高倍聚光，目前国际上普遍使用GaInP/GaAs/Ge多结太阳电池。典型的GaInP/GaAs/Ge三结电池由约30层结构构成，市场上主要采用MOCVD技术或MBE技术制作。

聚光系统包括聚光透镜及二次聚光镜。现聚光透镜主要使用平面化的菲涅尔透镜，其具有质量轻、成本低、应用结构简单的优点。二次聚光镜的主要作用是使聚光透镜聚拢的光全部投射到光伏电池上。

聚光光伏系统大都采用双轴跟踪系统，以保证跟踪精度。

2 聚光光伏组件核心工艺

聚光光伏組件的主要部件包括电池、散热块、上框、下框、中柱、菲涅耳透镜、二次聚光镜等，经过组装、测试合格后，即可用于聚光发电。其中电池模块的生产组装为组件的核心过程，它的完成情况直接影响组件的质量，其主要工艺如下：

（1）将电池正负极分别与长度为110mm的2条高温导线进行焊线。

（2）将电池贴合到散热块中心，和散热块上的定位角对准，确保电池和散热座接触良好。将贴合好电池的散热块放在Hot plate上加热焊接，也可以在回焊炉里完成。

（3）完成焊接后如电池出现位移未对准定位角要重新调整;将焊接时电池四周溢出的锡珠去除，看其是否和散热块的镀镍层完全接触浸润。

（4）电池焊接孔洞率直接关系到电池效率甚至电池寿命，因此焊接后需使用X-ray来检查，也可采用破坏性检查。

（5）在生产过程中发现锡膏涂层的厚度、均匀性以及回焊温度曲线控制对焊接质量有很大的影响，必须加强管控。

3 效率降低生产侧原因分析及解决方法

在示范项目运行过程中发现有聚光组件出现发电效率降低的现象，经过示范项目现场及生产现场的观察、分析、对比、验证，发现引起组件效率降低的出现的原因是组件电池出现隐裂。聚光光伏组件电池外框材质为强度较强的金属材料，受外力导致电池隐裂的几率很低，大多数都是在生产过程中因工艺控制不良导致的隐裂。

生产工艺改进方法为：