高世代光伏組件用封裝玻璃極限尺寸探討

摘要：隨著光伏組件發(fā)電功率的增加，光伏組件的尺寸增大，相應(yīng)的組件用封裝玻璃尺寸也逐漸增大。本文從光伏玻璃產(chǎn)能、組件重量及運(yùn)輸方式三個(gè)方面對(duì)光伏組件用封裝玻璃尺寸的影響進(jìn)行分析，并對(duì)光伏組件用封裝玻璃尺寸的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，根據(jù)市場(chǎng)的發(fā)展情況，對(duì)光伏組件用封裝玻璃未來的發(fā)展方向進(jìn)行了探討。

 

關(guān)鍵詞：高世代，光伏組件，光伏玻璃，封裝玻璃尺寸

 

在液晶面板顯示行業(yè)，根據(jù)屏幕規(guī)格對(duì)應(yīng)的玻璃尺寸大小，劃分不同“世代”線，以玻璃基板的尺寸表示世代數(shù)，世代數(shù)越大，玻璃面板的面積越大。玻璃基板的尺寸從最初4世代發(fā)展到10.5世代，尺寸已達(dá)2940 *3370mm，其中，高世代線是指六代線或六代線以上產(chǎn)品，世代數(shù)的不斷增大，意味著科學(xué)技術(shù)的不斷突破與成熟[1]。

 

借鑒于液晶顯示器行業(yè)的分類辦法，光伏行業(yè)可根據(jù)光伏組件發(fā)電功率的大小，劃分不同“世代”的光伏組件產(chǎn)品，世代數(shù)越大，代表組件發(fā)電功率越高，電池片數(shù)越多，光伏組件及所用封裝玻璃的尺寸越大，不同世代光伏組件產(chǎn)品參數(shù)如表一所示。相應(yīng)地，將發(fā)電功率450W以上的光伏組件，即4.5世代以上的組件產(chǎn)品，定義為——“高世代光伏組件”。

 

 

1.1光伏玻璃產(chǎn)能現(xiàn)狀

 

近十年來，光伏組件所用的玻璃寬度比較固定，不管組件電池片數(shù)是60片還是72片，所使用的封裝玻璃寬度基本為1000±50mm。為了提高玻璃原片的切裁率，降低生產(chǎn)成本，與之對(duì)應(yīng)的光伏玻璃窯爐的原板寬度也基本按此模數(shù)被設(shè)計(jì)為窄板和寬板，窄板的玻璃原板寬為2200mm，寬板的玻璃原板寬為3200mm，兩者皆可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)光伏玻璃板寬達(dá)到1000mm左右。

 

玻璃原片生產(chǎn)面對(duì)光伏組件高世代升級(jí)的需要，已建成的窄版玻璃爐窯通過簡單的改進(jìn)，可將玻璃原板寬度擴(kuò)大至合格板寬度為2.4m，此時(shí)兩分片方案最佳，即縱向生產(chǎn)時(shí)，將2.4m的原片一分為二，可為組件提供最大寬度為1.2m玻璃；如果要求玻璃寬度大于1.2m（通常長度≤2.4m）時(shí)，只能采取單片橫切的方式滿足超寬光伏組件要求。

 

1.2光伏組件重量

 

光伏組件目前分為單玻組件與雙玻組件。普通單玻組件質(zhì)保是25年，非首年衰減大約在0.7%左右，背板耐磨性低，成本較高，適用于工業(yè)方面，對(duì)環(huán)境要求高，目前多采用3.2mm厚度的玻璃，光伏組件重量輕，在32kg之內(nèi)，隨著高世代光伏組件的發(fā)展，單玻組件重量增加，推薦采用3.0mm替代3.2mm厚度的玻璃，可減輕組件重量7-14%。

 

自2010年我國各組件廠家開發(fā)雙玻組件，雙玻組件以抗風(fēng)暴、抗紫外線、抗風(fēng)沙、抗水透等優(yōu)越性能引領(lǐng)了未來的發(fā)展方向，但雙玻組件重量比單玻組件重量大，是其發(fā)展的短板，為此，近年來雙玻組件用玻璃完成了從2.5mm到2.0mm厚度的轉(zhuǎn)化，組件重量減輕了15%，隨著高世代雙玻組件的發(fā)展，玻璃尺寸仍將增大，雙玻組件重量隨著其世代數(shù)的升級(jí)而加重，未來可能將超過40kg，如圖一所示（注：玻璃厚度按2.0mm計(jì)算），對(duì)此可考慮將玻璃的厚度變薄，如1.8mm，實(shí)現(xiàn)雙玻組件的輕量化。

 

 

1.3運(yùn)輸方式

 

光伏組件屬于易碎品，需安裝在戶外進(jìn)行發(fā)電，而其實(shí)際安裝地點(diǎn)與制造工廠存在較遠(yuǎn)距離，需要對(duì)其牢固包裝進(jìn)行運(yùn)輸，根據(jù)光伏市場(chǎng)的不同，運(yùn)輸方式分為國外運(yùn)輸和國內(nèi)運(yùn)輸[2,3]。

 

1.3.1國外運(yùn)輸

 

光伏市場(chǎng)中有2/3為國外市場(chǎng)，出口組件采用集裝箱運(yùn)輸，運(yùn)輸中，組件尺寸與集裝箱尺寸契合，充分利用空間，現(xiàn)通常采用40尺高柜，相應(yīng)的裝柜情況如表二所示，可以看出，出口海外的光伏組件尺寸受集裝箱高度限制，對(duì)于常規(guī)雙層裝柜，兩層疊放裝柜時(shí)對(duì)應(yīng)組件所用封裝玻璃最大寬度應(yīng)≤1.15m，此時(shí)運(yùn)輸成本最低。

 

 

1.3.2國內(nèi)運(yùn)輸

 

國內(nèi)運(yùn)輸一般常用平板車或高低板車，其寬度為2.35m-3m，底盤高度為1.1m-1.5m，故貨物高度為2.5m-2.9m，平板車的尺寸及載貨情況如表三所示，考慮到運(yùn)輸成本，組件用封裝玻璃寬度在1.1m左右時(shí)，成本最低，光伏組件用封裝玻璃最高寬度不能超過1.3m，否則只能放置一層組件，運(yùn)輸成本過高。

 

 

2.1 高世代光伏組件用封裝玻璃的現(xiàn)狀

 

目前已量產(chǎn)的高世代組件有166mm電池片半片組件，210mm電池片組件也有幾家公司設(shè)計(jì)完成，可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，其主要參數(shù)見表四。可以看出，這四家公司生產(chǎn)的高世代光伏組件所用封裝玻璃玻璃尺寸都在1.1m*2.2m左右，組件發(fā)電功率高，在450W以上，組件重量輕，皆不超過35kg，當(dāng)下高世代組件用封裝璃的合適尺寸在1150*2300mm范圍內(nèi)。

 

 

2.2 高世代光伏組件用封裝玻璃尺寸的探討

 

2.2.1國外運(yùn)輸

 

對(duì)于國外運(yùn)輸，由于光伏組件豎放包裝的運(yùn)輸要求，及集裝箱內(nèi)部空間高度的限制，兩層疊放裝柜時(shí)對(duì)應(yīng)組件所用封裝玻璃最大寬度為1.15m。擴(kuò)大組件面積可在長度方向加長，有效利用玻璃尺寸面積，電池片尺寸為166mm的半片組件可考慮78片（6*26片排列），電池片尺寸為210mm的三分片組件可考慮53.33片（5*32片排列），不同電池片尺寸雙玻組件的主要指標(biāo)如下表五，此類產(chǎn)品適合40尺集裝箱縱向放置5排，滿足滿載要求。

 

 

2.2.2國內(nèi)運(yùn)輸

 

平板車運(yùn)輸面對(duì)的是國內(nèi)市場(chǎng)，預(yù)計(jì)2020年國內(nèi)光伏組件需求量為40GW左右，占市場(chǎng)的28.5%。由于平板車底盤高1.1m-1.5m，其有效最大載貨高度為2.9m，對(duì)應(yīng)升級(jí)后的高世代組件所用封裝玻璃尺寸在1300*2400mm范圍內(nèi)，電池片尺寸為166mm的半片組件可考慮91片（7*26片排列），電池片尺寸為210mm的三分片組件可考慮58.67片（11*16片排列），不同電池片尺寸光伏玻組件的主要指標(biāo)如下表六，此設(shè)計(jì)既可滿足運(yùn)輸要求，也可有效地利用玻璃尺寸面積。

 

 

1、在新一輪高世代光伏組件升級(jí)過程中，與之匹配的玻璃有以下規(guī)律：

 

（1）當(dāng)未來高世代光伏組件用封裝玻璃的最大尺寸為1200mm *2400mm，在新建及改進(jìn)的玻璃生產(chǎn)線方案中設(shè)計(jì)為2分片原板生產(chǎn)，效率最高，當(dāng)玻璃尺寸寬度超過1200mm時(shí)，可采用單片橫切方式繼續(xù)生產(chǎn)。

 

（2）由于光伏組件高發(fā)電功率的要求，光伏組件及玻璃尺寸增大，重量隨之增加，對(duì)于雙玻組件，推薦采用1.8mm替代2.0mm厚度的玻璃；對(duì)于單玻組件，推薦采用3.0mm替代3.2mm厚度的玻璃，可減輕組件重量7-14%，在未來更薄厚度的玻璃都可能成為光伏組件用封裝玻璃的選擇。

 

2、在高世代光伏組件的發(fā)展中，光伏組件用封裝玻璃還受以下因素影響：

 

（1）對(duì)于國外運(yùn)輸，集裝箱的尺寸限制了5.0以上的高世代雙玻組件用封裝玻璃極限尺寸為1150*2350mm；對(duì)于國內(nèi)運(yùn)輸，由于公路限高條件制約及人機(jī)工程學(xué)的規(guī)定考慮，高世代組件用封裝玻璃極限尺寸為1300*2400mm。

 

（2）晶硅電池片電池尺寸對(duì)高世代光伏組件尺寸有很大影響，目前大規(guī)格電池片尺寸為166mm及210mm，但其可能不是最佳的選擇，能最有效地利用玻璃極限尺寸面積的電池片，才是未來高世代光伏組件的最優(yōu)選擇，如180mm、188mm或190mm等其它更為合適的電池片尺寸，與之相對(duì)應(yīng)的組件用封裝玻璃尺寸在1200*2400mm左右。

 

作者：李茂剛 周欣 梅金麗 陳玉國（第一作者單位中建材（宜興）新能源有限公司）

 

參考文獻(xiàn)

 

[1]王平，項(xiàng)志偉等。我國平板顯示行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)分析[J].改革與開放，2016（21）：16-18.

 

[2]李璐。光伏產(chǎn)品的運(yùn)輸包裝設(shè)計(jì)及其數(shù)值模擬[C].陜西科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及理論碩士學(xué)位論文， 2012: 2-3.

 

[3]傅重光。我國運(yùn)輸包裝任重道遠(yuǎn)[J].中國包裝工業(yè)，2005，6：21.