太陽能電池片科普系列——組件封裝篇

www.bbpbkwe.cn 2017年11月30日 來源:北極星太陽能光伏網 發表評論

核心提示:組件工序又可以叫做封裝工序,其最大的特點是看似技術含量低,其實不然,封裝工序是整條太陽能電池組件生產工序最為嚴格的工序,封裝工藝的好壞直接決定了組件質量的好壞,包括他的壽命,抗暴擊的能力,尤其對于衰減率影響比較大,而這些關鍵的質量指標也恰恰是客戶最為關心的,因為他直接關系到客戶的收益率,所以封裝工序對于企業的意義就不言而喻了。

組件工序又可以叫做封裝工序,其最大的特點是看似技術含量低,其實不然,封裝工序是整條太陽能電池組件生產工序最為嚴格的工序,封裝工藝的好壞直接決定了組件質量的好壞,包括他的壽命,抗暴擊的能力,尤其對于衰減率影響比較大,而這些關鍵的質量指標也恰恰是客戶最為關心的,因為他直接關系到客戶的收益率,所以封裝工序對于企業的意義就不言而喻了。

太陽能電池片科普系列——組件封裝篇

通常我們見到的組件都需要達到一定的三防能力,即防塵防水防摔能力,一般市場上的組件防塵防水能力能夠達到IP65級別,IP是Ingress Protection的縮寫,IP等級是針對電氣設備外殼對異物侵入的防護等級,IP68當中的6代表防塵級別的最高級別,代表其能夠完全阻止粉塵的進入,IP65中的5是防水級別的5,值得注意的是,等級為5并不是防水能力的最高級別,它僅能抵擋低壓任意角度的噴射,防水最高級別為8,多數企業綜合考慮工藝成本和用處等因素沒有選擇最高級別的防水。

一、封裝工藝流程太陽能電池片科普系列——組件封裝篇  

電池分選:太陽能電池片生產線有很強的隨機性,生產出來的電池性能不盡相同,所以為了有效的將性能一致或相近的電池組合在一起,所以應根據其性能參數進行分類;電池測試即通過測試電池的輸出參數(電流和電壓)的大小對其進行分類。以提高電池的利用率,做出質量合格的電池組件。

單焊:是將匯流帶焊接到電池正面(負極)的主柵線上,匯流帶為鍍錫的銅帶,焊帶的長度約為電池邊長的2倍。多出的焊帶在背面焊接時與后面的電池片的背面電極相連。

串焊:背面焊接是將N張片電池串接在一起形成一個組件串,電池的定位主要靠一個膜具板,操作者使用電烙鐵和焊錫絲將單片焊接好的電池的正面電極(負極)焊接到“后面電池”的背面電極(正極)上,這樣依次將N張片串接在一起并在組件串的正負極焊接出引線。

疊層:背面串接好且經過檢驗合格后,將組件串、玻璃和切割好的EVA 、背板按照一定的層次敷設好,準備層壓。敷設時保證電池串與玻璃等材料的相對位置,調整好電池間的距離,為層壓打好基礎。(敷設層次:由下向上:玻璃、EVA、電池、EVA、玻璃纖維、背板)。

組件層壓:將敷設好的電池放入層壓機內,通過抽真空將組件內的空氣抽出,然后加熱使EVA熔化將電池、玻璃和背板粘接在一起;最后冷卻取出組件。層壓工藝是組件生產的關鍵一步,層壓溫度層壓時間根據EVA的性質決定。我們使用福斯特EVA時,層壓循環時間約為17分鐘。層壓溫度為142℃。

修邊:層壓時EVA熔化后由于壓力而向外延伸固化形成毛邊,所以層壓完畢應將其切除。裝框:類似與給玻璃裝一個鏡框;給玻璃組件裝鋁框,增加組件的強度,進一步的密封電池組件,延長電池的使用壽命。邊框和玻璃組件的縫隙用硅酮樹脂填充。各邊框間用角鍵連接。粘接接線盒:在組件背面引線處粘接一個盒子,以利于電池與其他設備或電池間的連接。

組件測試:測試的目的是對電池的輸出功率進行標定,測試其輸出特性,確定組件的質量等級。高壓測試:高壓測試是指在組件邊框和電極引線間施加一定的電壓,測試組件的耐壓性和絕緣強度,以保證組件在惡劣的自然條件(雷擊等)下不被損壞。

二、組件封裝的主要原材料

太陽能電池片科普系列——組件封裝篇

低鐵鋼化絨面玻璃(又稱為白玻璃):厚度3.2mm±0.2mm,鋼化性能或者封裝后的組件抗沖擊性能達到國標地面用硅太陽電池組件環境實驗方法中規定的性能指標,在太陽電池光譜響應的波長范圍內(320-1100nm)透光率達91%以上,對于大于1200 nm的紅外光有較高的反射率。此玻璃同時能耐太陽紫外光線的輻射,透光率不下降。玻璃要清潔無水汽、不得裸手接觸玻璃兩表面。用作光伏組件封裝材料的鋼化玻璃,對抗機械沖擊強度、表面透光性、彎曲度和外觀等。

EVA:晶體硅太陽電池封粘材料是EVA,它是乙烯與醋酸乙烯脂的共聚物。EVA是一種熱融膠粘劑,常溫下無粘性而具抗粘性,以便操作,經過一定條件熱壓便發生熔融粘接與交聯固化,并變的完全透明,長期的實踐證明:它在太陽電池封裝與戶外使用均獲得相當滿意的效果。固化后的EVA能承受大氣變化且具有彈性,它將晶體硅片組“上蓋下墊”,將硅晶片組包封,并和上層保護材料玻璃,下層保護材料TPT(聚氟乙烯復合膜),利用真空層壓技術粘合為一體。另一方面,它和玻璃粘合后能提高玻璃的透光率,起著增透的作用,并對太陽電池組件的輸出有增益作用。EVA厚度在0.4mm~0.6mm之間,EVA具有優良的柔韌性,耐沖擊性,彈性,光學透明性,低溫繞曲性,黏著性,耐環境應力開裂性,耐侯性,耐化學藥品性,熱密封性。不同的溫度對EVA的膠聯度有比較大的影響,EVA的膠聯度直接影響到組件的性能以及使用壽命。在熔融狀態下,EVA與晶體硅太陽電池片,玻璃,TPT產生粘合,在這過程中既有物理也有化學的鍵合。

EVA主要性能指標:熔融指數——影響EVA的融化速度;軟化點——影響EVA開始軟化的溫度點;透光率——對于不同的光譜分布有不同的透過率,這里主要指的是在AM1.5的光譜分布條件下的透過率:密度——膠聯后的密度;比熱——膠聯后的比熱,反映膠聯后的EVA吸收相同熱量的情況下溫度升高數值的大小;熱導率——膠聯后的熱導率,反映膠聯后的EVA的熱導性能;玻璃化溫度:反映EVA的抗低溫性能;斷裂張力強度——膠聯后的EVA斷裂張力強度,反映了EVA膠聯后的抗斷裂機械強度;斷裂延長率——膠聯后的EVA斷裂延長率,反映了EVA膠聯后的延伸性能;張力系數——膠聯后的EVA張力系數,反映了EVA膠聯后的張力大小;吸水性——直接影響其對電池片的密封性能;膠連率——EVA的膠聯度直接影響到它的抗滲水性;剝離強度——反映了EVA與玻璃的粘接強度;耐紫外光老化——影響到組件的戶外使用壽命;耐熱老化——影響到組件的戶外使用壽命;耐低溫環境老化——影響到組件的戶外使用壽命等。

TPT(聚氟乙烯復合膜),用在組件背面,作為背面保護封裝材料。厚度0.17mm—0.35mm,縱向收縮率不大于1.5%,用于封裝的TPT至少應該有三層結構:外層保護層PVF具有良好的抗環境侵蝕能力,中間層為聚脂薄膜具有良好的絕緣性能,內層PVF需經表面處理和EVA具有良好的粘接性能。封裝用Tedlar必須保持清潔,不得沾污或受潮,特別是內層不得用手指直接接觸,以免影響EVA的粘接強度。太陽電池的背面覆蓋物—氟塑料膜為白色,對陽光起反射作用,因此對組件的效率略有提高,并因其具有較高的紅外發射率,還可降低組件的工作溫度,也有利于提高組件的效率。當然,此氟塑料膜首先具有太陽電池封裝材料所要求的耐老化、耐腐蝕、不透氣等基本要求。增強組件的抗滲水性。對于白色背板TPT,還有一種效果就是對入射到組件內部的光進行散射,提高組件吸收光的效率。

互連條與匯流條:互連條與匯流條即涂錫銅合金帶,簡稱涂錫銅帶或涂錫帶。分含鉛和無鉛兩種,其中無鉛涂錫帶因其良好的焊接性能和無毒性,是涂錫帶發展的方向。無鉛涂錫帶是由導電優良、加工延展性優良的專用銅及錫合金涂層復合而成。具有可焊性好、抗腐蝕性能好及長期工作不會脫落等特點。

助焊劑:作用是幫助焊接,除去互連條上的氧化層,減小焊錫表面張力。良好的助焊劑PH值接近中性,不會對電池片產生較嚴重腐蝕。助焊劑的選用原則是,不影響電池性能,不影響EVA性能。晶體硅太陽電池電極性能退化是造成組件性能退化或失效的根本原因之一。助焊劑的助焊效果及可靠性又是影響電極焊接效果的重要因素。因此,太陽電池電極的焊接不能選用一般電子工業用助焊劑,普通有機酸助焊劑會腐蝕未封裝的太陽電池片。

鋁合金邊框:保護玻璃邊緣、鋁合金結合硅膠打邊加強了組件的密封性能、大大提高了組件整體的機械強度。鋁型材的表面處理(先噴沙后氧化)太陽組件要保證長達25年的使用壽命,鋁合金表面必須經過鈍化處理——陽極氧化,表面氧化層厚度大于12μm。用于封裝的邊框應無變型,表面無劃傷。目前組件廠家鋁邊框的平均氧化層處理厚度在15μm±2μm陽極氧化:?    接線盒:組件電池的正,負極從TPT引出后需要一個專門的電氣盒來實現與負載的連接運行。接線盒的作用是電極引出后一般為四條鍍錫條,不方便與負載之間的電氣連接,需要將電極焊接在成型的便于使用的電接口上。引出電極時密封性能被破壞,這時需涂硅膠彌補,接線盒同時起到了增加連接強度,美觀的作用。通過接線盒內的電導線引出了電源正負極,避免了電極與外界直接接觸老化。接線盒的IP等級組件用接線盒IP等級最低要求為IP65。電纜固定頭、接線盒外接導線

二極管:防止“熱斑效應”,旁路二極管3個,每24個電池片并聯一個旁路二極管。

硅膠:主要用來粘接、密封。粘接鋁合金和層壓好的玻璃組件并起到密封作用,粘接接線盒與TPT,起固定接線盒的作用。

組件封裝工序更多的是要求對于材料學上的熟知,對于各類組成部件材料的性能指標的判斷和材料的選擇上有更多的要求,在工藝管控上,組件封裝工序要更加嚴格,因為任意一點的組件封裝質量問題都會引起整塊光伏組件的使用和壽命,因此組件封裝工序是各大廠商重點關注的工序,因為組件質量將直接關系到企業的前途和未來。


關鍵詞: 光伏 太陽能 
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