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高世代光伏组件用封装玻璃极限尺寸探讨

北极星光伏会展网 来源:北极星太阳能光伏网(独家) 2020-05-25 11:28:15

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  • 北极星太阳能光伏网讯:摘要:随着光伏组件发电功率的增加,光伏组件的尺寸增大,相应的组件用封装玻璃尺寸也逐渐增大。本文从光伏玻璃产能、组件重量及运输方式三个方面对光伏组件用封装玻璃尺寸的影响进行分析,并对光伏组件用封装玻璃尺寸的发展现状进行了概述,根据市场的发展情况,对光伏组件用封装玻璃未来的发展方向进行了探讨。

    关键词:高世代,光伏组件,光伏玻璃,封装玻璃尺寸

    0前言

    在液晶面板显示行业,根据屏幕规格对应的玻璃尺寸大小,划分不同"世代"线,以玻璃基板的尺寸表示世代数,世代数越大,玻璃面板的面积越大。玻璃基板的尺寸从最初4世代发展到10.5世代,尺寸已达2940 *3370mm,其中,高世代线是指六代线或六代线以上产品,世代数的不断增大,意味着科学技术的不断突破与成熟[1]。

    借鉴于液晶显示器行业的分类办法,光伏行业可根据光伏组件发电功率的大小,划分不同"世代"的光伏组件产品,世代数越大,代表组件发电功率越高,电池片数越多,光伏组件及所用封装玻璃的尺寸越大,不同世代光伏组件产品参数如表一所示。相应地,将发电功率450W以上的光伏组件,即4.5世代以上的组件产品,定义为——“高世代光伏组件”。

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    1 组件用封装玻璃尺寸的影响因素

    1.1光伏玻璃产能现状

    近十年来,光伏组件所用的玻璃宽度比较固定,不管组件电池片数是60片还是72片,所使用的封装玻璃宽度基本为1000±50mm。为了提高玻璃原片的切裁率,降低生产成本,与之对应的光伏玻璃窑炉的原板宽度也基本按此模数被设计为窄板和宽板,窄板的玻璃原板宽为2200mm,宽板的玻璃原板宽为3200mm,两者皆可实现量产光伏玻璃板宽达到1000mm左右。

    玻璃原片生产面对光伏组件高世代升级的需要,已建成的窄版玻璃炉窑通过简单的改进,可将玻璃原板宽度扩大至合格板宽度为2.4m,此时两分片方案最佳,即纵向生产时,将2.4m的原片一分为二,可为组件提供最大宽度为1.2m玻璃;如果要求玻璃宽度大于1.2m(通常长度≤2.4m)时,只能采取单片横切的方式满足超宽光伏组件要求。

    1.2光伏组件重量

    光伏组件目前分为单玻组件与双玻组件。普通单玻组件质保是25年,非首年衰减大约在0.7%左右,背板耐磨性低,成本较高,适用于工业方面,对环境要求高,目前多采用3.2mm厚度的玻璃,光伏组件重量轻,在32kg之内,随着高世代光伏组件的发展,单玻组件重量增加,推荐采用3.0mm替代3.2mm厚度的玻璃,可减轻组件重量7-14%。

    自2010年我国各组件厂家开发双玻组件,双玻组件以抗风暴、抗紫外线、抗风沙、抗水透等优越性能引领了未来的发展方向,但双玻组件重量比单玻组件重量大,是其发展的短板,为此,近年来双玻组件用玻璃完成了从2.5mm到2.0mm厚度的转化,组件重量减轻了15%,随着高世代双玻组件的发展,玻璃尺寸仍将增大,双玻组件重量随着其世代数的升级而加重,未来可能将超过40kg,如图一所示(注:玻璃厚度按2.0mm计算),对此可考虑将玻璃的厚度变薄,如1.8mm,实现双玻组件的轻量化。

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    1.3运输方式

    光伏组件属于易碎品,需安装在户外进行发电,而其实际安装地点与制造工厂存在较远距离,需要对其牢固包装进行运输,根据光伏市场的不同,运输方式分为国外运输和国内运输[2,3]。

    1.3.1国外运输

    光伏市场中有2/3为国外市场,出口组件采用集装箱运输,运输中,组件尺寸与集装箱尺寸契合,充分利用空间,现通常采用40尺高柜,相应的装柜情况如表二所示,可以看出,出口海外的光伏组件尺寸受集装箱高度限制,对于常规双层装柜,两层叠放装柜时对应组件所用封装玻璃最大宽度应≤1.15m,此时运输成本最低。

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    1.3.2国内运输

    国内运输一般常用平板车或高低板车,其宽度为2.35m-3m,底盘高度为1.1m-1.5m,故货物高度为2.5m-2.9m,平板车的尺寸及载货情况如表三所示,考虑到运输成本,组件用封装玻璃宽度在1.1m左右时,成本最低,光伏组件用封装玻璃最高宽度不能超过1.3m,否则只能放置一层组件,运输成本过高。

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    2 高世代光伏组件用封装玻璃尺寸的发展

    2.1 高世代光伏组件用封装玻璃的现状

    目前已量产的高世代组件有166mm电池片半片组件,210mm电池片组件也有几家公司设计完成,可实现量产,其主要参数见表四。可以看出,这四家公司生产的高世代光伏组件所用封装玻璃玻璃尺寸都在1.1m*2.2m左右,组件发电功率高,在450W以上,组件重量轻,皆不超过35kg,当下高世代组件用封装璃的合适尺寸在1150*2300mm范围内。

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    2.2 高世代光伏组件用封装玻璃尺寸的探讨

    2.2.1国外运输

    对于国外运输,由于光伏组件竖放包装的运输要求,及集装箱内部空间高度的限制,两层叠放装柜时对应组件所用封装玻璃最大宽度为1.15m。扩大组件面积可在长度方向加长,有效利用玻璃尺寸面积,电池片尺寸为166mm的半片组件可考虑78片(6*26片排列),电池片尺寸为210mm的三分片组件可考虑53.33片(5*32片排列),不同电池片尺寸双玻组件的主要指标如下表五,此类产品适合40尺集装箱纵向放置5排,满足满载要求。

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    2.2.2国内运输

    平板车运输面对的是国内市场,预计2020年国内光伏组件需求量为40GW左右,占市场的28.5%。由于平板车底盘高1.1m-1.5m,其有效最大载货高度为2.9m,对应升级后的高世代组件所用封装玻璃尺寸在1300*2400mm范围内,电池片尺寸为166mm的半片组件可考虑91片(7*26片排列),电池片尺寸为210mm的三分片组件可考虑58.67片(11*16片排列),不同电池片尺寸光伏玻组件的主要指标如下表六,此设计既可满足运输要求,也可有效地利用玻璃尺寸面积。

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    3 小结

    1、在新一轮高世代光伏组件升级过程中,与之匹配的玻璃有以下规律:

    (1)当未来高世代光伏组件用封装玻璃的最大尺寸为1200mm *2400mm,在新建及改进的玻璃生产线方案中设计为2分片原板生产,效率最高,当玻璃尺寸宽度超过1200mm时,可采用单片横切方式继续生产。

    (2)由于光伏组件高发电功率的要求,光伏组件及玻璃尺寸增大,重量随之增加,对于双玻组件,推荐采用1.8mm替代2.0mm厚度的玻璃;对于单玻组件,推荐采用3.0mm替代3.2mm厚度的玻璃,可减轻组件重量7-14%,在未来更薄厚度的玻璃都可能成为光伏组件用封装玻璃的选择。

    2、在高世代光伏组件的发展中,光伏组件用封装玻璃还受以下因素影响:

    (1)对于国外运输,集装箱的尺寸限制了5.0以上的高世代双玻组件用封装玻璃极限尺寸为1150*2350mm;对于国内运输,由于公路限高条件制约及人机工程学的规定考虑,高世代组件用封装玻璃极限尺寸为1300*2400mm。

    (2)晶硅电池片电池尺寸对高世代光伏组件尺寸有很大影响,目前大规格电池片尺寸为166mm及210mm,但其可能不是最佳的选择,能最有效地利用玻璃极限尺寸面积的电池片,才是未来高世代光伏组件的最优选择,如180mm、188mm或190mm等其它更为合适的电池片尺寸,与之相对应的组件用封装玻璃尺寸在1200*2400mm左右。

    作者:李茂刚 周欣 梅金丽 陈玉国(第一作者单位中建材(宜兴)新能源有限公司)

    参考文献

    [1]王平,项志伟等.我国平板显示行业发展现状及发展趋势分析[J].改革与开放,2016(21):16-18.

    [2]李璐.光伏产品的运输包装设计及其数值模拟[C].陕西科技大学机械设计及理论硕士学位论文, 2012: 2-3.

    [3]傅重光.我国运输包装任重道远[J].中国包装工业,2005,6:21.


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