CN106057976A - 一种利用冷封装制造光伏组件的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提出了一种利用冷封装制造光伏组件的方法，即在常温下用轴辊压制由聚合物—光电池—聚合物组成的三明治式光伏组件以完全清除光电池表面及背面的气泡。三明治式组件可直接成为超薄光伏组件，应用于飞机、无人机、飞艇、水上电站等物体上；三明治式光伏组件也可以成为制造一般光伏组件的预成型组件，使用普通的连接方法将其粘合或嵌合或连接在刚性的支撑板上以制造出一般光伏组件。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏电池组件的制造方法，尤其是可以替代传统的真空、高温、高压的层压工艺的制造方法，其应用包括在单晶、多晶及薄膜等光伏组件的层压工艺方面。
背景技术
用于地面的光伏组件，由于受各种恶劣气候条件和地面电站环境的工作条件影响，要达到20年以上工作寿命的要求，必须进行严格的封装，其中包括光电池外表层的超白钢化玻璃、包裹光电池及涂锡带的封装材料，如EVA、TPU、PVB等，具有抗辐射能力和抗渗透能力的光伏背板等。将这些材料同光电池牢固地粘接在一起，需要一种专用层压装置，在这种装置中，光电池、背板及封装材料被加热到130℃-150℃，致使封装材料达到熔融状态，并进行高压粘合，同时启动真空装置，将封装材料内由于各种原因所产生的气泡抽掉。层压过程大约需要20-30分钟，然后将组件冷却。这样的层压工艺十分耗能，按照目前的工业水平，光伏组件的封装材料耗费为0.6元/瓦，层压过程所消耗的能源约为0.2元/瓦。
层压过程中必须消除掉所有气泡，因为任何在包裹太阳能电池的弹性体内的气泡，都会由于气体膨胀而引起太阳能电池片的损坏，气泡内所可能包含的水汽和其他溶剂成分都是侵蚀太阳能电池片的主要原因，从而缩短了太阳能电池的工作寿命。另外，在不改变封装材料的条件下，上述的高功耗封装工艺很难有所改变，因为诸如EVA、TPU、PVB等都是热熔性材料，使用它们粘合电池片及封装材料并包裹太阳能电池必须在高温下进行。
所述的光伏组件结构和封装工艺在近些年来已经有所变化。已有人发明使用耐候性强的聚合物代替光电池前表面的钢化玻璃，发明使用平整的、有刚性的钢、铝、玻纤、塑料、碳纤维、纸蜂窝等作为背板材料。这样的改变可以在减轻光伏组件的重量上有所贡献，然而其层压工艺的方法并没有改变，也就是说沿用了真空、高温、高压的层压工艺，层压机械仍然使太阳能组件工业的高耗能现状无法得到改善。
使用室温固化的封装材料是减少光伏电池层压工艺耗能并制造超薄光伏组件的一个途径。为此，美国及世界各地许多高分子材料公司都进行了大量的研发工作，制造出各种不同室温固化的太阳能光伏组件的封装材料；近些年来本发明人也研制出一种利用国产材料配制的液态封装材料，并应用到了光伏组件的层压过程中。
由于硅光电池的脆弱性，任何形式设计组件都必须有刚性的支撑材料，在传统的光伏组件中使用钢化玻璃，在外表面为聚合物的轻便太阳能组件中支撑材料为钢板、铝板、玻纤、玻璃等等。世界各地对使用室温固化的封装材料的实验中，都发现一个共同的难点：在粘合光电池同刚性的背板或前表面时如果没有真空系统，光电池同这些刚性的背板或前表面之间的气泡是无法避免的，这就使所制造出来的光伏组件的质量得不到保障。而由于真空去泡的要求，热熔胶体必须保持一定的流动性，而这种流动性又需要由液状胶体的一定的厚度（一般0.3-0.5mm）来维持。在这厚度范围内的弹性胶体如果上面贴合了刚性的材料，如钢化玻璃，可以给予脆弱的光电池良好的机械保护；相反地，如果弹性胶体表面贴合的是柔性薄膜，对于所包裹的光电池的保护则很难达到要求。
本发明人提供了一种利用液态封装材料在常温下进行冷封装的方法，克服上述的缺点，制造出合格的超薄光伏组件或可用于一般光伏组件的预成型件。
发明内容
本发明提出了一种在常温下用轴辊压制的方法制造由聚合物—光电池—聚合物组成的三明治式光伏组件以完全清除光电池表面及背面的气泡。三明治式组件可直接成为超薄光伏组件，应用于飞机、无人机、飞艇等物体上；三明治式光伏组件也可以成为制造一般光伏组件的预成型组件，使用普通的连接方法将其粘合或嵌合或连接在刚性的支撑板上以制造出一般光伏组件，其制造方法的特征包括以下步骤：
1.将液态封装材料8调节到所需粘度；
2.在焊接好的光伏电池阵列1表面及背面均匀地涂上液态封装材料8；
3.使用涂胶轮2将聚合物膜9单面均匀地涂上液态封装材料8；
4.使用涂胶轮3将聚合物膜10单面均匀地涂上液态封装材料8；
5.将聚合物膜9、光电池1、聚合物膜10覆合并使用对轴辊4和5进行常温辊压，对轴辊的夹紧力和速度可以通过装置6和7进行调节，以使得压制后的预成型组件或超薄光伏组件的胶膜8达到一定厚度而且气泡完全消除；
6.将覆合压制成的三明治预成型组件进入冷压机或热压机进行固化；
7.将固化后的预成型组件通过普通的粘合或嵌合或连接方法固定在刚性的支撑板上完成光伏组件的制造，也可成为独立的超薄光伏组件。
上面所述的液态封装材料8的粘度，其特征是在范围500-10000CPS内；步骤5中所述的常温，其特征是在范围-10-80°C内；步骤5中所述的轴辊的夹紧力范围在10-1000N内；步骤5所述的轴辊的滚动速度范围在1-200cm/min内；步骤5所述的胶膜厚度范围在0.01-5mm内。
附图说明
图1是本发明所公开的方法辊压光伏电池组件的预成型件或超薄光伏组件的示意图：图中，1为光电池，2和3为涂胶轮，4和5为轴辊轮，6为夹紧力调节机构，7为速度调节机构，8为液态封装材料，9和10分别为前表面膜和背板膜。
具体实施方式
为了更具体地说明本发明所提出的方法，下面给出两个叙述详细的实施方案。
方案一：
在操作温度为25°C的环境中，选用高透明的0.1毫米厚度的ETFE薄膜作为聚合物膜9，选用高品质的0.25毫米厚度的PET膜作为聚合物膜10，选用美国SUNPOWER生产的光电池作为光伏组件的光电池1。将9片光电池焊接成列，并留出两端的正负极端片；使用发明人所研发的液态封装材料8，将粘度调节到2500CPS；使用图1所示的涂胶轮2和3将液态封装材料8均匀地涂在聚合物膜9和聚合物膜10的单面；随着轴辊4和5的同步运动，聚合物膜9和聚合物膜10覆合在光电池1上，调节轴辊4和5之间的夹紧力及其滚动速度，使得被挤出的三明治式光伏预成型组件在正面和反面都没有气泡；如果存在气泡，可以通过调节液态封装材料8的粘度及轴辊4和5间的夹紧力和压制速度而消除。
在本方案中液态封装材料8的粘度为2500CPS，夹紧力为40N，挤出速度为50cm/min。
经过压制的超薄光伏组件使用传送带送至热压机经过15分钟100℃-120℃的热压，其夹紧力可为100N，冷却后使用裁边机将超薄光伏组件裁剪成所需的大小，即成为可用于飞机、无人机、飞艇等物体上的超薄光伏组件。
方案二：
在操作温度为28°C的环境中，选用高透明的0.25毫米厚度的PET薄膜作为聚合物膜9，选用高品质的0.25毫米厚度的PET膜作为聚合物膜10，选用美国SUNPOWER生产的光电池作为光伏组件的光电池1。将9片光电池焊接成列，并留出两端的正负极端片；使用发明人所研发的液态封装材料8，将粘度调节到3000CPS；使用图1所示的涂胶轮2和3将液态封装材料8均匀地涂在聚合物膜9和聚合物膜10的单面；随着轴辊4和5的同步运动，聚合物膜9和聚合物膜10覆合在光电池1上，调节辊轮4和5之间的夹紧力及其滚动速度，使得被挤出的三明治式光伏预成型组件在正面和反面都没有气泡；如果存在气泡，可以通过调节液态封装材料8的粘度及轴辊4和5间的夹紧力和压制速度而消除。
在本方案中液态封装材料8的粘度为3000CPS，夹紧力为60N，挤出速度为50cm/min。
经过压制的三明治式预成型光伏组件使用传送带送至冷压机经过24小时的冷压，其夹紧力可为100N，冷压后使用裁边机将预成型组件裁剪成所需的大小，其背面可用普通胶水粘合在用于建筑外墙的铝塑板上，制造出完整的光伏组件。
方案三：
在操作温度为20°C的环境中，选用高透明的0.075毫米厚度的PET薄膜作为聚合物膜9，选用高品质的0.25毫米厚度的PET膜作为聚合物膜10，选用美国SUNPOWER生产的光电池作为光伏组件的光电池1。将9片光电池焊接成列，并留出两端的正负极端片；使用发明人所研发的液态封装材料8，将粘度调节到2000CPS；使用图1所示的涂胶轮2和3将液态封装材料8均匀地涂在聚合物膜9和聚合物膜10的单面；随着轴辊4和5的同步运动，聚合物膜9和聚合物膜10覆合在光电池1上，调节辊轮4和5之间的夹紧力及其滚动速度，使得被挤出的三明治式光伏预成型组件在正面和反面都没有气泡；如果存在气泡，可以通过调节液态封装材料8的粘度及轴辊4和5间的夹紧力和压制速度而消除。
在本方案中液态封装材料8的粘度为2000CPS，夹紧力为60N，挤出速度为200cm/min。
经过压制的三明治式预成型光伏组件使用传送带送至冷压机经过24小时的冷压，其夹紧力可为100N，冷压后使用裁边机将预成型组件裁剪成所需的大小，其前表面可用诸如高透明、耐候性强的胶粘合在3.2mm钢化玻璃上，制造出完整的光伏组件，所述的胶可用3M的汽车、建筑双面胶，也可以是热熔胶等等，视施工和加工方便而定。
Claims (7)
1.本发明提出了一种在常温下用轴辊压制的方法制造由聚合物—光电池—聚合物组成的三明治式光伏组件以完全清除光电池表面及背面的气泡。
2.三明治式光伏组件可直接成为超薄光伏组件，也可以成为制造一般光伏组件的预成型组件，其制造方法的特征包括以下步骤：
（1）将液态封装材料8调节到所需粘度；
（2）在焊接好的光伏电池阵列1表面及背面均匀地涂上液态封装材料8；
（3）使用涂胶轮2将聚合物膜9单面均匀地涂上液态封装材料8；
（4）使用涂胶轮3将聚合物膜10单面均匀地涂上液态封装材料8；
（5）将聚合物膜9、光电池1、聚合物膜10覆合并使用对轴辊4和5进行常温辊压，对轴辊的夹紧力和速度可以通过装置6和7进行调节，以使得压制后的预成型组件或超薄光伏组件的胶膜8达到一定厚度而且气泡完全消除；
（6）将覆合压制成的三明治预成型组件进入冷压机或热压机进行固化；
（7）将固化后的预成型组件通过普通的粘合或嵌合或连接方法固定在刚性的支撑板上完成光伏组件的制造，也可成为独立的超薄光伏组件。
3.根据权利要求1所述的一种制造三明治式光伏组件的方法，其特征是，所述的常温，在范围-10-80°C内。
4.根据权利要求1所述的一种制造三明治式光伏组件的方法，其特征是，步骤1中所述的液态封装材料8的粘度，在范围500-10000CPS内。
5.根据权利要求1所述的一种制造三明治式光伏组件的方法，其特征是，步骤5中所述的轴辊的夹紧力范围在10-1000N内。
6.根据权利要求1所述的一种制造三明治式光伏组件的方法，其特征是，步骤5所述的轴辊的滚动速度范围在1-200cm/min内。
7.根据权利要求1所述的一种制造三明治式光伏组件的方法，其特征是，步骤5所述的胶膜厚度范围在0.01-5mm内。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |