CN106088419A - 高寿命高透光多晶pvb夹层玻璃幕墙组件 - Google Patents

高寿命高透光多晶pvb夹层玻璃幕墙组件 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑节能技术领域，具体涉及一种高寿命高透光多晶PVB夹层玻璃幕墙组件。本发明由外层到内层依次由镀膜钢化玻璃1、外层PVB封装膜2、晶硅电池片3、内层PVB封装膜4、钢化玻璃5采用斧式双泵高温高压方式层压而成，镀膜钢化玻璃、钢化玻璃均为矩形，晶硅电池片通过外层PVB封装膜、内层PVB封装膜封装均匀布阵在镀膜钢化玻璃、钢化玻璃之间，每行晶硅电池片由导线串联在一起后形成的晶硅电池片组并联汇集在引线端。本发明在受到外来撞击时，由于弹性中间层有吸收冲击的作用，可阻止冲击物穿透。使用PVB材料代替EVA材料，使得多晶硅组件在封装过程中封装损耗更小，大大提高了晶体硅的利用率。

Description

高寿命高透光多晶PVB夹层玻璃幕墙组件
技术领域
本发明属于建筑节能技术领域，具体涉及一种高寿命高透光多晶PVB夹层玻璃幕墙组件。
背景技术
随着人口的增加，经济的发展，传统的石化能源逐渐减少，并造成环境污染和生态恶化现象，于是人们开始寻找新能源。与风电、水电、核电相比，太阳能具有源源不断、范围广泛、洁净的特点，成为绿色建筑能源的最佳选择。其中，太阳能光伏玻璃幕墙技术将太阳能光伏产品集成在建筑上，形成光伏建筑一体化，广泛应用于绿色建筑中。光伏幕墙主要应用于建筑领域，可实现光伏技术与建筑楼宇的合理集成，具有建筑光伏幕墙、光伏采光顶、光伏门窗等多种应用形式。
夹层玻璃组件是透明光伏幕墙组件的一种，是利用太阳能光电转换原理把光伏技术与建筑领域中的幕墙玻璃材料相互结合制造而成的。早期应用的主要是采用EVA膜作为电池片夹层的组件或者是采用湿式灌胶固化方式制作的透明组件。由于采用这两种材料制作光伏组件已经是较为传统的生产工艺，所以目前生产商等倾向于用其作为封装材料。但是用EVA材料做成的组件受紫外线照射容易老化、发黄、抗张强度及交联性不好、脱膜，而灌封胶固化工艺制作组件时如果处理不好则容易出现气泡。
随着人们对建筑一体化的要求越来越高，除了利用建筑体发电之外还要考虑建筑安全和建筑美观，在欧洲一些国家已经制定了新的建筑规章，不允许采用EVA和湿法灌胶固化方式制作的层压玻璃用于幕墙建筑上。
目前市场上采用的PVB夹层玻璃，不仅能够有效避免伤害事故，还因为PVB夹层玻璃有极好的抗震入侵能力。中间膜能抵御锤子、劈柴刀等凶器的连续攻击，特种PVB夹层玻璃还能在相当长时间内抵御子弹穿透，其安全防范程度可谓极高。PVB玻璃夹层膜是由聚乙烯醇缩丁醛树脂，经增塑剂DHA塑化挤压而成型的一种高分子材料。PVB玻璃夹层膜厚度一般为0.38mm和0.76mm两种，对无机玻璃具有良好的粘结性，具有透明、耐热、耐寒、耐湿，机械强度高等特性。PVB薄膜主要用于夹层玻璃，是在两块玻璃之间夹进一层以聚乙烯醇缩丁醛为主要成分的PVB薄膜。
此外，现代居室，隔声效果是否良好,已成为人们衡量住房质量的重要因素之一。使用了PVB薄膜的夹层玻璃能阻隔声波，维持安静、舒适的办公环境。其特有的过滤紫外线功能，既保护了人们的皮肤健康，又可使家中的贵重家具、陈列品等摆脱褪色的厄运。它还可减弱太阳光的透射，降低制冷能耗。
由于PVB夹层玻璃组件目前成本较高，如何降低成本生产处更高效率、更高效益的PVB夹层玻璃幕墙组件也成为该领域技术攻关的重中之重。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提升组件功率、降低成本的高寿命高透光多晶PVB夹层玻璃幕墙组件。
本发明的目的是这样实现的：
高寿命高透光多晶PVB夹层玻璃幕墙组件，由外层到内层依次由镀膜钢化玻璃1、外层PVB封装膜2、晶硅电池片3、内层PVB封装膜4、钢化玻璃5采用斧式双泵高温高压方式层压而成，镀膜钢化玻璃、钢化玻璃均为矩形，晶硅电池片通过外层PVB封装膜、内层PVB封装膜封装均匀布阵在镀膜钢化玻璃、钢化玻璃之间，每行晶硅电池片由导线串联在一起后形成的晶硅电池片组并联汇集在引线端。
所述的钢化玻璃5宽度小于镀膜钢化玻璃1，镀膜钢化玻璃未封装钢化玻璃的空间安装引线端及高寿命高透光多晶PVB夹层玻璃幕墙组件之间的连接件。
所述的钢化玻璃为彩色钢化玻璃，晶硅电池片为太阳能多晶硅电池片。
所述的镀膜钢化玻璃规格为2200*1082*6mm；所述的钢化玻璃规格为2200*997*6mm；所述的晶硅电池片沿钢化玻璃横向均匀分布为7行，每行12片；所述的外层PVB封装膜2、内层PVB封装膜4厚度为0.76mm。
所述的引线端位于钢化玻璃宽边的中点处。
所述的镀膜钢化玻璃表面为圆球面。
所述的引线端还连接有接线盒，所述的导线为三栅汇流条。
还包括将高寿命高透光多晶PVB夹层玻璃幕墙组件固定的铝框。
本发明的有益效果在于：
安全性：在受到外来撞击时，由于弹性中间层有吸收冲击的作用，可阻止冲击物穿透，即使玻璃破损，也只产生类似蜘蛛网状的细碎裂纹，其碎片牢固地粘附在中间层上，不会脱落四散伤人，并可继续使用直到更换。
高透光率：使用PVB材料代替EVA材料，使得多晶硅组件在封装过程中封装损耗更小，大大提高了晶体硅的利用率。
高效率：此产品由84片晶硅电池组成，最大功率可以达到350W,远远高于常规组件功率。
高寿命：PVB薄膜能吸收掉99％以上的紫外线，从而大大延长了产品的使用年限，且此产品通过50年耐候性试验，而普通EVA制成产品使用寿命一般在20-25年，远远不及PVB夹层玻璃组件。
附图说明
图1为本发明的整体结构图。
图2为本发明的剖视图。
图3为本发明PVB膜面积与形变关系图。
图4为电池片个数与功率关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
PVB玻璃夹层膜是由聚乙烯醇缩丁醛树脂，经增塑剂DHA塑化挤压而成型的一种高分子材料。PVB玻璃夹层膜厚度一般为0.38mm和0.76mm两种，对无机玻璃具有良好的粘结性，具有透明、耐热、耐寒、耐湿，机械强度高等特性。PVB薄膜主要用于夹层玻璃，是在两块玻璃之间夹进一层以聚乙烯醇缩丁醛为主要成分的PVB薄膜。
专利权人采用新的工艺技术与设备研制“PVB夹层玻璃幕墙组件”。同时确保该工艺生产出的晶硅光伏组件能通过国内的3C认证。该晶体硅双玻光伏组件为两片钢化玻璃或半钢化中间用PVB胶片复合光伏电池片组成复合层，电池片之间由导线串、并联汇集引线端的整体构件。
其经典组件结构为：镀膜钢化玻璃(2200*1082*6mm )+0.76 mm PVB+晶硅电池+0.76mm PVB+彩色钢化玻璃（2200*997*6mm）。新工艺封装的多晶硅电池组件用在建筑幕墙上安全性比EVA更高，使用寿命更长，封装损耗更低、产品外观更美观，完全符合国内建筑幕墙的强制认证（3C认证）。
实施例1
如图1-2所示，高寿命高透光多晶PVB夹层玻璃幕墙组件，由外层到内层依次由镀膜钢化玻璃1、外层PVB封装膜2、晶硅电池片3、内层PVB封装膜4、钢化玻璃5采用斧式双泵高温高压方式层压而成，镀膜钢化玻璃、钢化玻璃均为矩形，晶硅电池片通过外层PVB封装膜、内层PVB封装膜封装均匀布阵在镀膜钢化玻璃、钢化玻璃之间，每行晶硅电池片由导线串联在一起后形成的晶硅电池片组并联汇集在引线端。
在此结构中PVB封装膜表现出优于EVA膜的优点包括：
a、库存有效期更长（3年 VS 6个月）；
b、层压过程中较高的抗下垂和无边部流出；
c、无层压机部件或者组件部件自身的污染；
d、重复层压无交联发生；
e、可以用比真空层压工艺更经济的其他层压方式生产（每周期的产量更高）；
f、基于层压安全玻璃经验的组件系统的长久光线和温度稳定性；
g、在光伏组件玻璃中可以与PVB的其他功能结合使用，如根据设计特征加入隔音PVB、彩色PVB；
h、符合层压安全玻璃的所有安全、保险和质量标准。
所述的钢化玻璃5宽度小于镀膜钢化玻璃1，镀膜钢化玻璃未封装钢化玻璃的空间安装引线端及高寿命高透光多晶PVB夹层玻璃幕墙组件之间的连接件。
所述的钢化玻璃为彩色钢化玻璃，晶硅电池片为太阳能多晶硅电池片。
所述的引线端位于钢化玻璃宽边的中点处。
实施例2
PVB夹层玻璃组件满足玻璃幕墙的三性实验要求和建筑物安全性能要求，使用比普通组件更高的力学性能和采用不同的结构方式。彩晶PVB夹层玻璃组件使用的双玻璃光伏组件是由两片钢化玻璃，中间用PVB胶膜复合太阳能电池片组成复合层。钢化玻璃的厚度是按照国家建筑规范和幕墙规范，通过严格的力学计算得出的结果。彩晶PVB夹层玻璃组件PVB胶膜有良好的粘结性、韧性和弹性，具有吸收冲击的作用，即使玻璃破损，碎片也会牢牢粘附在PVB胶片上，不会脱落四散伤人。
采用钢化玻璃和PVB封装材料，封装损耗比常规EVA封装降低0.5个点，以300W组件为例，相同工艺制程，提升组件功率1.5-2W，降低成本3-5元。
PVB夹层玻璃组件使用寿命达到50-70年比普通组件25年使用寿命更长，单位年内使用的产品成本低于普通组件，而且彩晶PVB夹层玻璃组件可以和建筑有利的结合，不需另占土地，还能省去光伏系统的支撑结构；太阳能硅电池是固态半导体器件，发电时无转动部件，无噪声，对环境无污染；BIPV建筑可自发自用，减少了电力输送过程的费用和能耗，降低了输电和分电的投资和维修成本。具有极大的社会效益；还能减少一般能源对环境的污染，这对于环保要求更高的今天和未来极为重要。
与实施例1结构相同，发明人经过反复的冲击测试，如果PVB层面积过大，其黏着的玻璃碎片虽然不会脱落，但由于变形量较大，仍然容易对他人产生伤害，通过LS-DYNA数据分析仿真与拟合，发现当PVB薄膜面积增大到一个阈值时，其黏着的玻璃形变量将呈指数增大，PVB薄膜的面积与形变量的关系为：
X=2.3725（s-3.21）,S≥0，S的单位为m2。其中横坐标为S纵坐标为X
其中X为单位面积形变量，该值得定义为形变的最高位置到钢化玻璃平面的高度与最高位置在钢化玻璃平面投影到形变最低位置的距离的比值。S为PVB膜的面积。如图4所示。通过实际测试，我们认为该形变量的值应当小于等于1，即在该范围内当玻璃发生撞击时，其形变产生的危害是最小的，即S≤3.21，综合考虑建筑因素以及行业规格，给出S=2.1934的最优方案。因此本发明给出产品的参数应当满足以下规格：所述的镀膜钢化玻璃规格为2200*1082*6mm；所述的钢化玻璃规格为2200*997*6mm；所述的外层PVB封装膜2、内层PVB封装膜4厚度为0.76mm。
经装封装的产品经过高温高湿可靠性验证的测试：
（1）产品放置于温度=-40℃-85（±5℃）。相对湿度PH=85±10%，1000小时，衰减在5%以内；
（2）产品在波长在280nm到385nm范围的紫外辐射为15kWh·m-2,其中波长为280nm到320nm的紫外辐射为5kWh·m-2；
（3）5400Pa的均匀载荷依次加到前和后表面1h，循环三次等。50年耐候设计的高可靠性结构。
实施例3
相似于实施例2，通过BPA电力仿真，我们还发现，在布阵的晶硅电池片中，每行晶硅电池片随着个数的增加，其功率会逐渐增大，但是当晶硅电池片的数量进一步增加时，受到线路及接线盒的影响，其功率增加的幅度会变小，如图4所示，因此当晶硅电池片的个数增加过多时，就会提高产品成本但获得的效率却不高，即性价比降低。
对仿真的数据进行模拟，发现其功率W与晶硅电池片个数B的关系为：
W=201.15*B0.125，B∈N。其中横坐标为B，纵坐标为W。
进一步确定当B=84时，W=350W为该组件性价比最高的功率值，因此经过建筑设计所述的晶硅电池片沿钢化玻璃横向均匀分布为7行，每行12片。
此外，为了进一步优化本发明结构，使本发明的效率更高，设计所述的镀膜钢化玻璃表面为圆球面。这样就会有更多的阳光聚集在电池片上，有利于功率的增加。
本发明通过反复试验，不断改进技术方案、工艺流程和更换原材料，使用斧式双泵高温高压、PVB作为封装材料。层压机采用斧式双泵高温高压方式进行层压。因为此研发项目中产品面积较大，采用常规层压工艺参数无法完成层压，为了提高产品合格率和生产效率，采用斧式双泵高温高压，增加层压压力，使用双真空泵加快抽真空效率，缩短层压时间，特别是对层压参数和测试的优化，从开始的1h层压时间减低到40min层压时间大大提高产能，调高工作效率。
层压后对试制双波组件分别进行2400Pa、5400Pa的均匀载荷依次加到前和后表面1h，循环三次等。可以达到50年耐候设计的高可靠性结构。
本发明经过八个月的中试，总计使用电池片8万余、PVB胶膜5200余平米，玻璃1800余片，接线盒900余套，实验结果如下：
本发明的技术改进之处的体现
1.采用超大、超厚钢化玻璃（2200*1082*6mm），使之单块组件效率更高、机械载荷强度更强。
2.采用PVB封装胶膜，大大提高组件老化性能。
3.采用多晶电池片，彩色钢化玻璃，使组件与建筑幕墙的更完美结合。
技术改进后的优势
通过以上技术点的改进，试验下来组件整体性能有以下优点：
1、采用PVB作为封装胶膜，延长组件使用寿命。
2、高温高压层压工艺，减少组件不良率。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.高寿命高透光多晶PVB夹层玻璃幕墙组件，由外层到内层依次由镀膜钢化玻璃1、外层PVB封装膜2、晶硅电池片3、内层PVB封装膜4、钢化玻璃5采用斧式双泵高温高压方式层压而成，其特征在于：镀膜钢化玻璃、钢化玻璃均为矩形，晶硅电池片通过外层PVB封装膜、内层PVB封装膜封装均匀布阵在镀膜钢化玻璃、钢化玻璃之间，每行晶硅电池片由导线串联在一起后形成的晶硅电池片组并联汇集在引线端。
2.根据权利要求1所述的高寿命高透光多晶PVB夹层玻璃幕墙组件，其特征在于：所述的钢化玻璃5宽度小于镀膜钢化玻璃1，镀膜钢化玻璃未封装钢化玻璃的空间安装引线端及高寿命高透光多晶PVB夹层玻璃幕墙组件之间的连接件。
3.根据权利要求1所述的高寿命高透光多晶PVB夹层玻璃幕墙组件，其特征在于：所述的钢化玻璃为彩色钢化玻璃，晶硅电池片为太阳能多晶硅电池片。
4.根据权利要求1所述的高寿命高透光多晶PVB夹层玻璃幕墙组件，其特征在于：所述的镀膜钢化玻璃规格为2200*1082*6mm；所述的钢化玻璃规格为2200*997*6mm；所述的晶硅电池片沿钢化玻璃横向均匀分布为7行，每行12片；所述的外层PVB封装膜2、内层PVB封装膜4厚度为0.76mm。
5.根据权利要求2所述的高寿命高透光多晶PVB夹层玻璃幕墙组件，其特征在于：所述的引线端位于钢化玻璃宽边的中点处。
6.根据权利要求5所述的高寿命高透光多晶PVB夹层玻璃幕墙组件，其特征在于：所述的引线端还连接有接线盒，所述的导线为三栅汇流条。
7.根据权利要求1所述的高寿命高透光多晶PVB夹层玻璃幕墙组件，其特征在于：所述的镀膜钢化玻璃表面为圆球面。
8.根据权利要求1所述的高寿命高透光多晶PVB夹层玻璃幕墙组件，其特征在于：还包括将高寿命高透光多晶PVB夹层玻璃幕墙组件固定的铝框。
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