太阳电池电池组件加工.pptx
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1、会计学1太阳电池电池组件加工太阳电池电池组件加工第1页/共77页太阳电池组件类型太阳电池组件类型太阳电池组件类型太阳电池组件类型n n太阳电池组件种类繁多,根据太阳电池片的类型可分为:单太阳电池组件种类繁多,根据太阳电池片的类型可分为:单晶硅组件、多晶硅组件、砷化镓组件、非晶硅薄膜电池组件晶硅组件、多晶硅组件、砷化镓组件、非晶硅薄膜电池组件等等,其中晶体硅(包括单晶硅与多晶硅)电池组件约占市等等,其中晶体硅(包括单晶硅与多晶硅)电池组件约占市场的场的9090以上。以上。n n封装材料与工艺也不尽相同,主要分为:环氧树脂胶封、层封装材料与工艺也不尽相同,主要分为:环氧树脂胶封、层压封装、硅胶封装
2、等。压封装、硅胶封装等。n n目前用得最多的是真空层压封装方式,因为这种封装方式适目前用得最多的是真空层压封装方式,因为这种封装方式适宜于大面积电池片的工业化封装。宜于大面积电池片的工业化封装。n n同类太阳电池组件根据峰值功率、额定电压又可以分为不同同类太阳电池组件根据峰值功率、额定电压又可以分为不同型号。型号。n n单个组件的功率从几分之一瓦到几百瓦,电压从零点几伏到单个组件的功率从几分之一瓦到几百瓦,电压从零点几伏到几十伏甚至几百伏不等。使用较多的是几十伏甚至几百伏不等。使用较多的是9 9串串4 4列或列或1212串串3 3列共列共3636片串连,额定电压为片串连,额定电压为12V12V
3、的组件。随着并网发电所需要的的组件。随着并网发电所需要的大功率、大面积太阳电池发展,大功率、大面积太阳电池发展,24V24V太阳电池组件的用量也太阳电池组件的用量也在逐步增加。在逐步增加。第2页/共77页n n下几个图是用不同的封装材料和工艺制备的太阳电池组件。下几个图是用不同的封装材料和工艺制备的太阳电池组件。图图3 31 1所示的单晶硅太阳电池组件是采用美国所示的单晶硅太阳电池组件是采用美国APAP公司的单晶公司的单晶硅电池硅电池3636片串连,经层压封装而成的。其峰值功率片串连,经层压封装而成的。其峰值功率75Wp75Wp,组,组件上盖板材料为低铁钢化玻璃,周边采用铝合金边框固定,件上盖
4、板材料为低铁钢化玻璃,周边采用铝合金边框固定,这种组件的寿命长(约这种组件的寿命长(约2525年),一般用于各类光伏电站。与年),一般用于各类光伏电站。与单晶硅组件相比,多晶硅组件在外观上有点差别,表现为电单晶硅组件相比,多晶硅组件在外观上有点差别,表现为电池表面颜色不一致。池表面颜色不一致。n n图图3 32 2环氧树脂胶封的多晶硅太阳电池组件所示。该组件由环氧树脂胶封的多晶硅太阳电池组件所示。该组件由8 8小片多晶硅电池串连而成,峰值功率约小片多晶硅电池串连而成,峰值功率约0.35Wp0.35Wp,主要用于,主要用于太阳能草坪灯、礼品玩具等小型太阳电池组件。非晶硅沉积太阳能草坪灯、礼品玩具
5、等小型太阳电池组件。非晶硅沉积温度较低,可以沉积在柔性衬底上制成可弯曲的电池组件,温度较低,可以沉积在柔性衬底上制成可弯曲的电池组件,如图如图3 33 3所示。这种组件的弱光效应性能好,但效率相对较所示。这种组件的弱光效应性能好,但效率相对较低,且衰减快,适合于室内或便携式光伏系统。低,且衰减快,适合于室内或便携式光伏系统。第3页/共77页第4页/共77页第5页/共77页n n随着国内外光伏建筑一体化的推广,各组件封装厂商纷纷推出双面玻璃太阳电池组件。与普随着国内外光伏建筑一体化的推广,各组件封装厂商纷纷推出双面玻璃太阳电池组件。与普通组件结构相比,双面玻璃组件利用玻璃代替通组件结构相比,双面
6、玻璃组件利用玻璃代替TPETPE(或(或TPTTPT)作为组件背板材料,其结构如图)作为组件背板材料,其结构如图3 34 4所示。所示。n n由于这种组件有美观、透光的优点,在光伏建筑上应用非常广泛,如:太阳能智能窗,太阳由于这种组件有美观、透光的优点,在光伏建筑上应用非常广泛,如:太阳能智能窗,太阳能凉亭和光伏建筑顶棚、光伏玻璃幕墙等。与建筑结合是太阳能光电发展的一大趋势。因此,能凉亭和光伏建筑顶棚、光伏玻璃幕墙等。与建筑结合是太阳能光电发展的一大趋势。因此,预计双面玻璃组件商业市场会进一步扩大。预计双面玻璃组件商业市场会进一步扩大。第6页/共77页n n通过环氧树脂胶封与层压封装的组件,太
7、阳电池被牢牢粘合住,不易拆卸与通过环氧树脂胶封与层压封装的组件,太阳电池被牢牢粘合住,不易拆卸与更换。这样,组件常常会因为单片电池的碎裂或电极脱落等致使整个组件失更换。这样,组件常常会因为单片电池的碎裂或电极脱落等致使整个组件失效,无法修补。效,无法修补。n n目前欧洲、日本开始尝试封装可回收的太阳电池组件。其中中空玻璃封装方目前欧洲、日本开始尝试封装可回收的太阳电池组件。其中中空玻璃封装方式被很多厂商看好。中空玻璃是由两片玻璃组成,玻璃间用内部灌有干燥剂式被很多厂商看好。中空玻璃是由两片玻璃组成,玻璃间用内部灌有干燥剂的空心铝管隔离,同时中空部分充入惰性气体,并用丁基胶,聚硫胶或结构的空心铝
8、管隔离,同时中空部分充入惰性气体,并用丁基胶,聚硫胶或结构胶进行密封处理。将连接好的太阳电池置于中空玻璃之间,电池背面紧贴玻胶进行密封处理。将连接好的太阳电池置于中空玻璃之间,电池背面紧贴玻璃表面,用可拆卸的硅胶固定。这种封装方式没有使用璃表面,用可拆卸的硅胶固定。这种封装方式没有使用EVAEVA,电池上表面与盖,电池上表面与盖板玻璃之间存在空气层,由于气体与玻璃折射率差别大,阳光入射到电池表板玻璃之间存在空气层,由于气体与玻璃折射率差别大,阳光入射到电池表面经这一界面反射较多,上表面盖板玻璃内侧应作减反射处理。面经这一界面反射较多,上表面盖板玻璃内侧应作减反射处理。第7页/共77页封装材料封
9、装材料封装材料封装材料 n n真空层压封装太阳电池,主要使用的材料有环氧树脂、有机硅树脂、玻璃、真空层压封装太阳电池,主要使用的材料有环氧树脂、有机硅树脂、玻璃、EVAEVA、TedlarTedlar或或TedlarTedlar复合薄膜如复合薄膜如TPTTPT(TPETPE)、连接条、铝框等。)、连接条、铝框等。n n封装材料的特性对太阳电池组件的性能、使用寿命有重要影响。合理地选用封装材料的特性对太阳电池组件的性能、使用寿命有重要影响。合理地选用封装材料和采取正确的封装工艺能保证太阳电池的高效利用。封装材料和采取正确的封装工艺能保证太阳电池的高效利用。n n优良的太阳电池组件,除了要求太阳电
10、池本身效率要高外,优良的封装材料优良的太阳电池组件,除了要求太阳电池本身效率要高外,优良的封装材料和合理的封装工艺也是不可缺少的。和合理的封装工艺也是不可缺少的。第8页/共77页环氧树脂环氧树脂环氧树脂环氧树脂n n环氧树脂是比较常见的粘合剂,产品形式也是多种多样,既可做成单组分或双组分,也可以环氧树脂是比较常见的粘合剂,产品形式也是多种多样,既可做成单组分或双组分,也可以做成粉末状树脂。太阳电池用的环氧树脂粘合剂是双组分液体,使用时现配现用。通过改变做成粉末状树脂。太阳电池用的环氧树脂粘合剂是双组分液体,使用时现配现用。通过改变固化剂、促进剂等,环氧树脂的配方可以千变万化,从而具备各种不同的
11、性能,以满足各种固化剂、促进剂等,环氧树脂的配方可以千变万化,从而具备各种不同的性能,以满足各种不同的要求。这是环氧树脂类封装材料的优势。不同的要求。这是环氧树脂类封装材料的优势。n n环氧树脂通过适宜的添加改性可以获得较高的导热绝缘性,从而可以在电子器件中使用。但环氧树脂通过适宜的添加改性可以获得较高的导热绝缘性,从而可以在电子器件中使用。但是,这样的改性环氧树脂对太阳电池不适合。环氧树脂的粘结力比较强,耐老化性能相对差,是,这样的改性环氧树脂对太阳电池不适合。环氧树脂的粘结力比较强,耐老化性能相对差,容易老化而变黄,因而会严重影响太阳电池的使用效果。此外,使用过程中还会由于老化导容易老化而
12、变黄,因而会严重影响太阳电池的使用效果。此外,使用过程中还会由于老化导致材料脆化,这与环氧树脂的低韧性以及在老化过程中的结构变化有关。通过对环氧树脂进致材料脆化,这与环氧树脂的低韧性以及在老化过程中的结构变化有关。通过对环氧树脂进行各种改性可在一定程度上改善其耐老化性能。行各种改性可在一定程度上改善其耐老化性能。n n封装材料要求具有较高的耐湿性和气密性。环氧树脂是高分子材料,一般高分子材料分子间封装材料要求具有较高的耐湿性和气密性。环氧树脂是高分子材料,一般高分子材料分子间距离为距离为50-200nm50-200nm,大大超过水分子的体积。水的渗透降低电池的使用寿命。提高环氧树脂的,大大超过
13、水分子的体积。水的渗透降低电池的使用寿命。提高环氧树脂的疏水性是有效地提高其耐湿性的一项措施。通过高温蒸煮试验可检测封装器件的耐湿可靠性。疏水性是有效地提高其耐湿性的一项措施。通过高温蒸煮试验可检测封装器件的耐湿可靠性。n n用环氧树脂封装太阳电池时,由于膨胀系数不同,会由于成型固化过程中的收缩和热收缩而用环氧树脂封装太阳电池时,由于膨胀系数不同,会由于成型固化过程中的收缩和热收缩而产生内应力,造成强度下降、老化龟裂、封装开裂、空洞、剥离等各种缺陷。产生内应力,造成强度下降、老化龟裂、封装开裂、空洞、剥离等各种缺陷。第9页/共77页环氧树脂环氧树脂环氧树脂环氧树脂n n环氧树脂封装太阳电池组件
14、工艺简单、材料成本低廉,在小型组件封装上使环氧树脂封装太阳电池组件工艺简单、材料成本低廉,在小型组件封装上使用较多,早期太阳能草坪灯大都采用这种组件。用较多,早期太阳能草坪灯大都采用这种组件。n n但由于环氧树脂抗热氧老化、紫外老化的性能相对较差,有被但由于环氧树脂抗热氧老化、紫外老化的性能相对较差,有被EVAEVA层压封装取层压封装取代的趋势。代的趋势。第10页/共77页有机硅材料有机硅材料有机硅材料有机硅材料n n有机硅产品是一类具有特殊结构的封装材料,兼具有无机材料和有机材料的许多特性,如耐有机硅产品是一类具有特殊结构的封装材料,兼具有无机材料和有机材料的许多特性,如耐高温、耐低温、耐老
15、化、抗氧化、电绝缘、疏水性等。有机硅(硅胶)是弹性体,在外力作高温、耐低温、耐老化、抗氧化、电绝缘、疏水性等。有机硅(硅胶)是弹性体,在外力作用下能具有变形的能力,外力去除后又恢复原来的形状。硅胶分为中性、酸性等,酸性硅胶用下能具有变形的能力,外力去除后又恢复原来的形状。硅胶分为中性、酸性等,酸性硅胶因为会腐蚀硅片,所以一般使用中性硅胶。硅胶对玻璃陶瓷等无机非金属材料的粘结牢固,因为会腐蚀硅片,所以一般使用中性硅胶。硅胶对玻璃陶瓷等无机非金属材料的粘结牢固,对金属粘结力也很强,所以在安装行业中大量使用。如用于安装铝合金玻璃门窗,还防雨。对金属粘结力也很强,所以在安装行业中大量使用。如用于安装铝
16、合金玻璃门窗,还防雨。利用有机硅的粘结性、附着力、透明,还可以用做表面封装、密封胶等。利用有机硅的粘结性、附着力、透明,还可以用做表面封装、密封胶等。n n有机硅材料是一种透明材料,文献报道透光率可以达到有机硅材料是一种透明材料,文献报道透光率可以达到9090以上,是一种应用广泛的膜材料。以上,是一种应用广泛的膜材料。有机硅具有低温固化的特点,可方便表面镀膜等。有机硅具有低温固化的特点,可方便表面镀膜等。n n有机硅膜在热、空气、潮气等老化条件下,聚硅氧烷的侧基极易被氧化,从而发生大分子的有机硅膜在热、空气、潮气等老化条件下,聚硅氧烷的侧基极易被氧化,从而发生大分子的侧链或有机自由基的耦合等副
17、反应,使物理性能发生明显的变化,如侧链或有机自由基的耦合等副反应,使物理性能发生明显的变化,如Si-OSi-O键与空气中水反应键与空气中水反应使链断裂而老化。也可解释为由于氧气和水的作用下,水解形成硅醇结构使链断裂而老化。也可解释为由于氧气和水的作用下,水解形成硅醇结构Si(OH)2Si(OH)2,导致硅,导致硅原子周围的化学环境发生变化。因此,封装太阳电池组件用的硅胶需要加入适宜的添加剂来原子周围的化学环境发生变化。因此,封装太阳电池组件用的硅胶需要加入适宜的添加剂来提高其老化性能。提高其老化性能。第11页/共77页n n标准的太阳电池组件中一般要加入两层标准的太阳电池组件中一般要加入两层E
18、VAEVA胶膜,胶膜,EVAEVA胶膜在电池胶膜在电池与玻璃、电池与与玻璃、电池与TPTTPT之间起粘接作用。之间起粘接作用。第12页/共77页EVAEVAn nEVAEVA是乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物,是乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物,EVAEVA树脂与聚乙烯(树脂与聚乙烯(PEPE)相比,由于分子)相比,由于分子链上引入了乙酸乙烯单体(链上引入了乙酸乙烯单体(VAVA),从而降低了结晶度,提高了透明性、柔韧),从而降低了结晶度,提高了透明性、柔韧性、耐冲击性,并改善了其热密封性。性、耐冲击性,并改善了其热密封性。n n未经改性的未经改性的EVAEVA透明、柔软,有热熔粘接性、熔融温度低(小于透明、
19、柔软,有热熔粘接性、熔融温度低(小于8080)、熔融)、熔融流动性好。这些特征符合太阳电池封装的要求,但其耐热性差,易延伸而弹流动性好。这些特征符合太阳电池封装的要求,但其耐热性差,易延伸而弹性低,内聚强度低,易产生热收缩而致使太阳电池碎裂,使粘接脱层。此外,性低,内聚强度低,易产生热收缩而致使太阳电池碎裂,使粘接脱层。此外,太阳电池组件作为一种长期在户外使用的产品,太阳电池组件作为一种长期在户外使用的产品,EVAEVA胶膜是否能经受户外的紫胶膜是否能经受户外的紫外光老化和热老化也是厂家和用户非常关心的问题。未改性的外光老化和热老化也是厂家和用户非常关心的问题。未改性的EVAEVA如长时间受如
20、长时间受紫外光和热的影响,易龟裂、变色、易从玻璃、紫外光和热的影响,易龟裂、变色、易从玻璃、TPTTPT上脱落,从而大大地降低上脱落,从而大大地降低太阳电池的效率,缩短其使用寿命,最终增加了太阳电池的使用成本,不利太阳电池的效率,缩短其使用寿命,最终增加了太阳电池的使用成本,不利于太阳电池的推广和应用。因此,需要对于太阳电池的推广和应用。因此,需要对EVAEVA进行改性。进行改性。第13页/共77页EVAEVAn n对对EVAEVA胶膜的改性主要从两方面进行。一方面,在胶膜的改性主要从两方面进行。一方面,在EVAEVA胶膜的制备过程中,通过实验设计和选胶膜的制备过程中,通过实验设计和选择,添加
21、适宜的、能使聚合物稳定化的添加剂如紫外光吸收剂、紫外光稳定剂、热稳定剂等,择,添加适宜的、能使聚合物稳定化的添加剂如紫外光吸收剂、紫外光稳定剂、热稳定剂等,从而显著地效地改善从而显著地效地改善EVAEVA胶膜的耐天候老化性能;另一方面,采用化学交联提高胶膜的耐天候老化性能;另一方面,采用化学交联提高EVAEVA胶膜的耐胶膜的耐热性,并减小其热收缩性。即在热性,并减小其热收缩性。即在EVAEVA胶膜的配方中添加有机过氧化物交联剂,当胶膜的配方中添加有机过氧化物交联剂,当EVAEVA胶膜加热胶膜加热到一定温度时,交联剂分解产生自由基,引发大分子间的反应,形成三维网状结构,致到一定温度时,交联剂分解
22、产生自由基,引发大分子间的反应,形成三维网状结构,致EVAEVA胶层交联固化。一般说来,当交联度(指胶层交联固化。一般说来,当交联度(指EVAEVA大分子经交联反应后达到不溶的凝胶固化的程大分子经交联反应后达到不溶的凝胶固化的程度)大于度)大于6060时,时,EVAEVA胶膜就能承受大气的变化,不再出现太大的热收缩,从而满足太阳电胶膜就能承受大气的变化,不再出现太大的热收缩,从而满足太阳电池封装的需要。池封装的需要。n n以以EVAEVA为原料,添加适宜的改性助剂等,经加热挤出成型而制得的为原料,添加适宜的改性助剂等,经加热挤出成型而制得的EVAEVA太阳能电池胶膜在常温太阳能电池胶膜在常温时
23、无粘性,便于裁切操作;使用时,要按加热固化条件进行对太阳电池组件进行层压封装,时无粘性,便于裁切操作;使用时,要按加热固化条件进行对太阳电池组件进行层压封装,冷却后即产生永久的粘合密封。冷却后即产生永久的粘合密封。n nEVAEVA太阳能胶膜目前已在太阳电池封装、电子电器元件封合、汽车装饰等方面获得了广泛的太阳能胶膜目前已在太阳电池封装、电子电器元件封合、汽车装饰等方面获得了广泛的应用。它具有环保、耐紫外光老化等优点,可取代环氧树脂封装。应用。它具有环保、耐紫外光老化等优点,可取代环氧树脂封装。第14页/共77页EVAEVAn nEVAEVA太阳电池胶膜主要性能指标太阳电池胶膜主要性能指标n
24、n一般说来,用于太阳电池封装的一般说来,用于太阳电池封装的EVAEVA胶膜必须满足以下的主要性能指标:胶膜必须满足以下的主要性能指标:a a 固化条件:快速型,加热至固化条件:快速型,加热至135135恒温恒温15152020分钟;慢速型,加热至分钟;慢速型,加热至145145恒温恒温30304040分。分。b b 厚度厚度0.30.30.8mm0.8mm;宽度:;宽度:1100mm1100mm,800mm800mm,600mm600mm等多种规格。等多种规格。c c 太阳电池封装用的太阳电池封装用的EVAEVA胶膜固化后的性能要求:胶膜固化后的性能要求:透光率大于透光率大于90%90%;交联
25、度大于;交联度大于65%65%;剥离强度(;剥离强度(N/cmN/cm),玻璃),玻璃/胶膜大于胶膜大于3030;TPT/TPT/胶膜大于胶膜大于1515;耐温性:高温;耐温性:高温8080、低温、低温4040,尺寸稳定性较好;具有,尺寸稳定性较好;具有较好的耐紫外光老化性能。较好的耐紫外光老化性能。第15页/共77页EVAEVAn n国内目前的大多数太阳电池封装用国内目前的大多数太阳电池封装用EVAEVA胶膜虽然能达到上述的主要性能指标,但对其耐老化胶膜虽然能达到上述的主要性能指标,但对其耐老化性能,特别是耐紫外光老化性能未做过系统、深入的研究。与国外同类产品的主要差距就体性能,特别是耐紫外
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