CN110660873A - 光伏组件冷压工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是针对采用现有冷压工艺对上盖板和下盖板的材料不一致的光伏组件进行冷却时光伏组件的边沿易产生翘曲的不足，提供一种光伏组件冷压工艺，完成热压固化后的光伏组件被置入上冷却板和下冷却板组成的冷却腔内，通过上冷却板和下冷却板挤压对光伏组件施压和冷却，冷却温度为光伏组件的所处环境的露点温度以上15℃以下，压力为大于0.01 MPa小于组件的破损压力，冷却施压时间为6‑15分钟，采用本发明冷压工艺，组件的表面和底面同时受冷受压被快速冷却，冷却板与组件直接接触使冷却板受冷却的效率提高，对于光伏组件的冷却强度大，因此可以减少由于光伏组件各层或表层与底层间材料不一致而造成的冷却速度不一致使光伏组件翘曲变形的情况。
Description
技术领域
本发明涉及光伏组件封装中所用的光伏组件冷压工艺。
背景技术
在制作太阳能光伏电池时，需将其最小的单元-----光伏组件进行封装，目前比较常规的封装方法是首先对光伏组件在粘胶层融化温度以上进行真空热压，而后在粘胶层固化温度下进行真空热压固化，而后通过冷压进一步使光伏组件冷却压平。现有的冷压工艺采用自然冷却或常温冷却，一般采用在常温环境下进行冷却，也就是热压固化后电池组件由层压腔体内移送置冷却位置，在室温温度下进行自然冷却或吹风冷却，采用此种方法，当被层压的光伏组件的上盖板和下盖板的材料冷却速度不一致时，比如封装屋顶瓦组件时，由于上下盖板的热传导速度不一致，材料特性不一致，光伏组件的上盖板和下盖板的冷却速度不均衡，在光伏组件的边沿易发生翘曲，使组件的翘曲指标超出目前标准要求的1mm，不能生产出符合标准要求的组件；另外，当组件上盖板和下盖板的材料一致但厚度不一致时，比如封装玻璃幕墙用的光伏组件时，采用现有工艺需要采用更长的真空层压时间来进行真空层压，来防止光伏组件翘曲，使得工作效率低。
发明内容
本发明的目的是针对采用现有冷压工艺对上盖板和下盖板的材料不一致的光伏组件进行冷却时光伏组件的边沿易产生翘曲的不足，提供一种光伏组件冷压工艺。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
光伏组件冷压工艺，完成热压固化后的光伏组件被置入上冷却板和下冷却板组成的冷却腔内，通过上冷却板和下冷却板挤压对光伏组件施压和冷却，冷却温度为光伏组件的所处环境的露点温度以上15℃以下，压力为大于0.01MPa小于组件的破损压力，冷却施压时间为6-15分钟；
通过真空状态下冷却板挤压施压，冷却腔的真空压力为0.01-0.08Mpa；
冷却温度为13±2℃，真空压力为0.06±0.02Mpa；
在施压的过程中，在1min内压力从0逐渐增加到施压压力；
所述的光伏组件为上盖板为玻璃板，下盖板为FRB的屋顶瓦组件，改性PTU或者POE作为粘结剂或上盖板和下盖板均为玻璃的玻璃幕墙光伏组件，玻璃幕墙光伏组件的所述上盖板的厚度大于所述下盖板的厚度；
在对光伏组件施压前后由缓冲装置对上冷却板进行辅助支撑，由弹性充气密封圈对冷却腔进行密封，当弹性充气密封圈内充有定量气体时，弹性充气密封圈的顶部位于密封圈槽外，当上冷却板和下冷却板闭合时，在冷却腔内外压差的作用下弹性充气密封圈顶接触下冷却板对冷却腔进行密封后缩回到密封圈槽内，在弹性充气密封圈内充入的气体压力为0.2-0.3Mpa；
由弹性充气密封圈对冷却腔进行密封，弹性充气密封圈内充入气体后产生的支撑力稍大于或等于上冷却板的自重，当上冷却板和下冷却板闭合时，由弹性充气密封圈支撑上冷却板，当对冷却腔抽真空时，弹性密封圈部分或全部回缩到其密封圈槽内。
采用本发明冷压工艺，冷却板与组件直接接触使冷却板受冷却的效率提高，当光伏组件进入到冷却腔内后由于冷却板温度低，温度控制在环境露点温度以上，15℃以下，一般为13℃±2℃，且组件的表面和底面同时受冷受压被快速冷却，对于光伏组件的冷却强度大，因此可以减少由于光伏组件各层或表层与底层间材料不一致而造成的冷却速度不一致使光伏组件翘曲变形的情况，因为光伏组件是在受压状态下被冷却，因此减少了边缘胶层向组件内部的收缩，使光伏组件边缘质量情况更好，光伏组件的寿命长。本冷压工艺特别适用于封装屋顶瓦组件，可以有效避免由于屋顶瓦组件的上盖板和下板材料材质和硬度相差大封装后产生的翘曲和开裂。
进一步地，采用弹性充气密封圈对上冷却板和下冷却板进行密封时，充气密封圈可以支撑上冷却板，使上冷却板与下冷却板保持平行，通过对冷却腔逐渐施加真空负压力，克服密封圈支撑力使光伏组件受压力逐渐增加到工艺压力使，因此，光伏组件受压更平稳均匀，可辅助减少翘曲发生。
当密封圈充气后，产生的支撑力略大于或等于上冷却板的自重时，上冷却板和下冷却板闭合，由弹性密封件对上冷却板进行支撑，光伏组件不受力，当抽真空时，真空压力作用下弹性充气密封圈变形，由光伏组件和密封圈共同承受真空压力，由于密封圈为充气式并且可向密封圈槽内缩回在真空层压过程中主要由光伏组件承受强大的真空压力，因此不会由于真空产生的强大压力而损坏，同时当上冷却板和下冷却板间出现缝隙时充气密封圈的缩入到密封圈槽内的部分可在自身内部压力的作用下伸出到密封圈槽外保持上冷却板和下冷却板间的密封状态，保证冷却腔的密封性能。
附图说明
图1是本发明光伏组件封装系统冷压机实施例立体结构示意图；
图2是本发明光伏组件封装系统冷压机实施例剖视图结构示意图；
图3是本发明光伏组件封装系统冷压机实施例弹性密封件剖视图结构示意图；其中点划线部分为在非充气状态时的外形，实线部分为其在充气状态下未受压状态时的外形；
图4为弹性充气密封圈一实施例横截面示意图；
图5为弹性充气密封圈另一实施例横截面示意图；
图6为采用本发明第一种实施例弹性充气密封圈密封状态示意图；
图7为本发明缓冲装置另一实施例结构示意图；
图8为使用图7实施例缓冲装置后上冷却板和下冷却板闭合状态示意图。
附图标记说明
700-冷压机 701-上冷却板 702-下冷却板 703-容腔三 704-密封腔三 705-冷却通道 706-输出管道 710-驱动装置三 720-缓冲装置 721-弹性体 722-座体三 723-伸出臂 724-弹性回槽 725-弹簧 726-支撑座 730-密封件三 731-条形突起 732-密封圈本体733-密封圈内腔 734-弧形弯折 731-条形突起 732-密封圈本体 733-密封圈内腔 734-弧形弯折 735-压框二 736-内凹部
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述：
如图1所示，当光伏组件完成热压固化后采用如下冷压工艺对电池组件进行冷却：冷却温度为在光伏组件所处的环境露点温度以上15℃以下，采用冷却板挤压施压，所施加的压力为大于0.01MPa小于组件的破损压力，最好采用真空状态下对冷却板挤压施压，优选的温度范围为13±2℃，真空压力为0.01-0.1MPa，更优选的压力0.06±0.02Mpa，冷却时间为6-15分钟。在施压的过程中，最好对光伏组件缓慢增压，压力在1min内从0逐渐增加到所需施加的压力，采用抽速为15-30L/S的真空泵抽真空，可通过调整抽真空速度来控制增压速度。
可采用如下实施例结构的冷压机完成光伏组件的冷压。
如图1-8所示，本发明的冷压机700包括上冷却板701和下冷却板702以及驱动上冷却板和下冷却板开启和闭合的驱动装置三710，在上冷却板和下冷却板上均设置有冷却通道或冷却液腔，在冷却液腔或冷却通道内分布有冷却液。如图2所示的实施例中，在上冷却板和下冷却板上均设置有冷却通道705，冷却液设置在冷却通道内，冷却通道与冷却液供给装置的输出管道706连通，冷却液循环装置与冷却通道和冷却供给装置连通，冷却液供给装置包括冷却液温度控制装置和冷却液循环装置，由冷却液温度控制装置控制冷却液温度，由冷却液循环装置循环冷却液。在上冷却板和/或下冷却板上设置有容纳光伏组件的容腔三704，容腔三的深度略小于光伏组件的厚度，上冷却板和下冷却板闭合时通过密封件三730密封连接成密封冷却腔，上冷却板和下冷却板闭合后形成的冷却腔的深度大于或等于电池组件的厚度。这样，当上冷却板和下冷却板闭合时，冷却腔可容纳光伏组件。密封件三730采用弹性充气密封圈，弹性充气密封圈可设置在上冷却板的下端面周边上，也可设置在下冷却板的上端面周边上，如图3和6所示，弹性充气密封圈的本体部分设置在上冷却板的端面上设置的密封圈槽内，在不做充气处理时充气密封圈本体完全位于密封圈槽内，当充气时，密封圈的小部分露在上冷却板的端面外。采用此种密封结构，当上冷却板和下冷却板闭合抽真空时，充气密封圈受到压力时，充气密封圈外露的部分可向密封圈槽内缩回，由光伏组件承受真空压力当上冷却板和下冷却板间出现缝隙时，密封圈的小部分露出对缝隙仍可对冷却腔进行密封。采用上述密封结构，当上冷却板和下冷却板闭合抽真空时，可避免弹性弹性密封圈因承受强大的真空压力而易坏。此时密封圈可采用O型圈、椭圆圈，当采用椭圆圈时长轴竖向设置，这样更有利于实现密封圈缩入和伸出到密封圈槽外，当冷却腔内无组件而上冷却板和下冷却板闭合时，充气密封圈无论此时是放气或充气均可缩回到密封圈槽内，避免承受过大压力。
优选采用如下结构的弹性充气密封圈进行密封：如图4所示，包括密封圈本体732，密封圈本体732下端设置有向密封圈内腔中内凹的内凹部736，在内凹部与密封圈本体间形成弯折部734，在内凹部的外表面设置条形突起731，条形突起731位于内凹部736内，密封圈本体的横截面可以是矩形也可以是圆形；还可以是在矩形截面的密封圈本体外沿密封圈本体的长度方向设置条形突起731。如图5所示，当向密封圈内充入定量气体时，密封圈本体膨胀，内凹部带动条形突起向外移动，露出在密封圈槽外，当上冷却板和下冷却板闭合时，受到压力作用密封圈本体变形，由于突起部分位于最外侧，突起部分向密封圈槽内回缩，直到回缩到密封圈槽内，但由于密封圈依旧和下冷却板接触，因此，突起部和弯折部一直起密封作用。还可采用如下结构的弹性充气密封圈，在密封圈本体的下端面沿密封圈本体的长度方向设置条形凸起731，密封圈本体设置在密封圈槽内，条形凸起的一部分或全部位于密封圈槽外，在密封圈内充入定量气体，当上冷却板和下冷却板闭合时，由于条形凸起位于最外侧，首先受到压力向密封圈本体内移动带动两侧向密封圈槽内弯折，形成向内弯折的内凹部736和向外凸的弯折部734，直到条形凸起缩回到密封圈槽内，此时，密封圈通过其弯折部734和条形凸起731与下冷却板密封连接。采用上述两类结构的密封圈，当密封圈承受压力时，密封圈的条形突起部分可以向内密封圈内腔内回缩，通过计算充入的气体和密封圈本体的尺寸可以使上冷却板和下冷却板闭合时，密封圈的突起部分均回缩到密封圈内，且仍保持二者间密封，这样，既可以保持上冷却板和下冷却板间可靠的密封同时减少真空强大的压力对于密封圈的压力，避免密封圈因承受过大压力而受损，减少密封圈更换的次数。
可采用缓冲装置实现对光伏组件缓慢施压。
如图2所示，本发明中可选采用如下实施例结构的缓冲装置720，包括弹性体721，弹性体的下端通过座体三722与支撑下冷却板的下箱三固定连接，其上端面超出上冷却板701上表面，在与其位置相应处，在固定上冷却板的上箱三上设置有伸出臂723，伸出臂位于弹性体的上方，该伸出臂通常兼做驱动装置三710的连接臂，由该伸出臂的一端连接上箱三另一端连接驱动装置三的输出端，这样设置可简化结构。优选地，弹性体721为圆柱体，为了增加变形量，提高缓冲效果，在圆柱体的外表面设置弹性回槽724。在每个驱动装置的连接臂下方分别设置一缓冲装置。如图7-8所示，还可以采用如下结构的缓冲装置，包括弹簧725和支撑座726，支撑座设置在下冷却板的周边外侧，其上端高出下冷却板上表面，弹簧为弧形片簧或角形片簧，其弧形或角部向外设置，在支撑座上与弹簧相对设置有斜支撑面727或弧形支撑面，弧形支撑面的弧形向外凸，采用斜支撑面或弧形支撑面，当上冷却板和下从冷却板闭合时，可对上冷却板进行支撑和缓冲，采用弧形支撑面由于外凸弧形的存在，片簧的突出部分可以被容纳在弧形部，因此可以对上冷却板提供一个最初的稳定的支撑，需要更大的驱动力才可以使上冷却板继续下落，因此，支撑更稳定和可靠，且下落得更平缓；可以将弹性垫设置成充气垫作为缓冲装置缓冲上冷却板和下冷却板间的冲击力，充气垫与充放气装置相连通，设置在下冷却板的外侧周边，在上冷却板的周边外侧与充气垫相对应的位置设置有缓冲压板，缓冲压板可以是分段设置，也可以连续设置在上冷却板的周边，最好采用驱动装置三的连接臂做为压板，在上冷却板与下冷却板闭合前在充气垫中充入气体，上冷却板和下冷却板闭合时，当充气垫内充入足量气体时，充气垫的上表面高于下冷却板的上表面且其与下冷却板上表面的高度差略大于或等于组件的高度，缓冲压板与充气垫先接触，避免上冷却板和下冷却板冲击，当需要密封上冷却板和下冷却板形成的空间时，对充气垫抽气或自然放气，使密封圈与下冷却板或上冷却板接触直到形成密封，将充气垫对于光伏组件的支撑转变成密封圈和充气垫共同支撑，使形成密封腔，再对密封腔抽气，同时对充气垫放气到其失去对上冷却板的支撑，使光伏组件受到的挤压力等于上冷却板自重及真空压力之和。另外一种简单且有效的缓冲件的结构为，密封圈采用充气密封圈，充气密封圈与充气装置和抽气装置均连接，在与充气装置和抽气装置连接的管道上均设置有充气阀或放气阀，充气密封圈的大部分镶嵌在上冷却板下表面上，当充气密封圈内充入足量气体时，其外露的高度与上冷却板上设置的容腔的深度之和大于等于光伏组件的高度，当上冷却板和下冷却板闭合时，由充气密封圈与下冷却板接触，而上冷却板与光伏组件刚刚接触或不产生接触，此时，上冷却板的压力全部由充气密封圈支撑，上冷却板对光伏组件不产生压力，当需要对光伏组件施加压力时，对充气密封圈放气使其对光伏组件的支撑力逐渐减少，光伏组件对上冷却板的支撑力逐渐增大，对密封腔抽真空，使上冷却板和下冷却板靠真空压力对光伏组件形成挤压。采用本结构的密封件，可减少整个装置的结构，不需采用专门的缓冲装置进行缓冲，还可缓冲密封件在真空过程中的受到的强大的压力，延长密封件的寿命。
最好采用缓冲装置与充气密封圈相结合的方式对光伏组件施压。充气密封圈内冲有一定量的压缩空气，压力通常为0.15-0.3Mpa，产生的压力为上冷却板重量的40-60％，上冷却板和下却板闭合时先由缓冲装置对上冷却板进行支撑，而后使上冷却板和下冷却板进一步闭合通过密封圈密封形成冷却腔，将光伏组件密封在冷却腔中，使上冷却板与光伏组件处于刚刚接触的状态或有一定的间隙，此时由缓冲装置与密封圈共同支撑上冷却板，然后，对冷却腔抽真空，上冷却板平行下压，因冷却腔腔体内外压差产生压力对光伏组件进行压紧冷却，冷却时组件所受压力的大小通过控制冷却腔腔体内的真空压力大小来调整，将交伏组件冷却到室温或低于室温后最好冷却到13±2℃，为冷却腔破真空。采用上述方式对光伏组件施压，当上冷却腔与下冷却腔闭合时，充气密封圈对上冷却板产生一定的支撑力，使上冷却板与下冷却板处于接近平行状态，同时光伏组件处于非受压状态，避免上冷却板冲击造成光伏组件破损，更重要的是随着腔体内真空压力的增加密封圈的支撑能力逐渐失去作用，冷却腔内逐渐增大真空度，因此上冷却板可对光伏组件进行缓慢的增压、平行的施压，光伏组件受压更均匀，减少翘曲的可能性。采用冷却板对光伏组件进行加压冷却的好处在于可以更好的提高组件的平整度。采用本发明冷压工艺封装的光伏组件其翘曲度小于1mm。符合标准要求。最好，在上冷却板平行下压时，弹性充气密封圈内的压缩空气向外缓慢放气，使密封圈逐渐失去对光伏组件的支撑，冷却腔内逐渐增大真空度，这样上冷却板可对光伏组件进行缓慢的增压、平行的施压，光伏组件受压更均匀，翘曲的可能性更低。
本发明的方法和设备以屋顶瓦组件为例进行说明，但并不是仅限于在屋顶瓦组件上使用，同样适用于上盖板和下盖板材料一致或材料物理性质区别不大的普通的光伏组件，其可达到一样的效果。
实施例1：
光伏组件为屋顶100瓦组件，改性PTU或者poe作为粘结剂，上盖板为3.2mm厚玻璃板，下板为2mm厚FRB(也称作纤维背板)。
第一步，真空层压，层压机加热工作台一的温度为130-150℃，上箱一和下箱一闭合对上腔下和下腔一同时抽真空，真空度为80-120Pa，抽真空时间为350-500秒，柔性施压件覆盖在光伏组件表面，对光伏组件进行加压，再向上腔一充入气体加热同时加压，压力为0-0.05MPa，下腔一保持抽真空，加热加压时间为5-7分钟，而后进入热压机内进行固化加热加压。
第二步，热压固化胶联
热压机中加热工作台二的温度为155-175℃，边部被胶带封住的光伏组件进入到加热工作台二上后，闭合上箱二和下箱二，向上腔二内充入压缩空气，压力为0.03-0.1Mpa，充气加压加热时间是6-14分钟，而后进入到冷却机；
第三步，加压冷却
光伏组件进入到下冷却板一上，经缓冲装置缓冲后上冷却板一和下冷却板一闭合，给冷却腔抽真空，上冷却板一和下冷却板一在内外压差作用下对光伏组件进行施压，真空度为0-0.08Mpa，上冷却板和下冷却板的温度为14-15℃，真空冷却加压时间为9-12分钟。将光伏组件冷却到14±1℃，完成固化封装。
实施例2、
光伏组件为屋下玻璃幕墙组件，采用PVB作为粘结剂，上板为2.5mm厚玻璃，下板为8mm厚玻璃。
第一步中，层压机加热工作台温度为150±10℃，真空度为80-120Pa，抽真空时间为3-5分钟，向上腔一充入气体，压力为0-0.05MPa，加热加压时间为5-7分钟。
第二步，加热工作台二的温度为160-170℃，向上腔二内充入压缩空气，压力为0.02-0.1Mpa，充气加压加热时间是8-10分钟，
第三步，真空度为0-0.08Mpa上冷却板和下冷却板的温度为13℃，真空冷却加压时间为7-10分钟。
其余同实施例1
如下对比例为采用现有层压工艺，先真空热压，再真空热压固化、再冷却。真空热压、真空固化和冷却时均采用胶板压工艺，采用柔性施压件施压。
对比例1，光伏组件为屋顶瓦组件，采用改性PTU或者POE作为粘结剂。上盖板为3.2mm玻璃，下板为2mmFRB(纤维背板)。
其中真空热压工艺中，层压机加热工作台温度为140℃真空度为80-120Pa，抽真空时间为4-5分钟，充入气体压力为0.8-一个大气压，抽真加热加压时间为5-7分钟。真空固化工艺中，加热工作台温度为160-170℃，真空度为0.03-0.1Mpa，抽真空时间为4-5分钟，固化时间为6-12分钟，冷却工艺中，冷却工作台温度为20℃，冷却时间为10-18分钟。
对比例2
光伏组件为玻璃幕墙组件，采用PVB作为粘结剂。，抽真空时间为350-500秒。
其中真空热压工艺中，层压机加热工作台温度为130-150℃，真空度为80-120Pa，抽真空时间为4-5分钟，充入气体压力为一个大气压，加热加压时间为11-16分钟。真空固化工艺中，加热工作台温度为160-170℃，真空度为0.03-0.1Mpa，抽真空时间为4-5分钟，固化时间为6-12分钟，冷却工艺中，冷却工作台温度为20-25℃，冷却时间为10-18分钟。
光伏组件质量对照表
| 平整度 | 翘曲 | 寿命 | |
| 实施例1 | 良好 | 1mm以内 | 25年 |
| 实施例2 | 良好 | 1mm以内 | 25年 |
| 对比例1 | 4-15mm | ||
| 对比例2 | 良好 | 1mm以内 | 25年 |
Claims (7)
1.光伏组件冷压工艺，其特征在于，完成热压固化后的光伏组件被置入上冷却板和下冷却板组成的冷却腔内，通过上冷却板和下冷却板挤压对光伏组件施压和冷却，冷却温度为光伏组件的所处环境的露点温度以上15℃以下，压力为大于0.01 MPa小于组件的破损压力，冷却施压时间为6-15分钟。
2.如权利要求1所述的光伏组件冷压工艺，其特征在于，通过真空状态下冷却板挤压施压，冷却腔的真空压力为0.01-0.08Mpa。
3.如权利要求1或2所述的光伏组件冷压工艺，其特征在于，冷却温度为 13±2°C，真空压力为0.06±0.02Mpa。
4.如权利要求1或2所述的光伏组件冷压工艺，其特征在于，在施压的过程中，在1min内压力从0逐渐增加到施压压力。
5.如权利要求1所述的光伏组件冷压工艺，其特征在于，所述的光伏组件为上盖板为玻璃板，下盖板为FRB的屋顶瓦组件，改性PTU或者POE作为粘结剂或上盖板和下盖板均为玻璃的玻璃幕墙光伏组件，玻璃幕墙光伏组件的所述上盖板的厚度大于所述下盖板的厚度。
6.如权利要求2所述的光伏组件冷压工艺，其特征在于，在对光伏组件施压前后由缓冲装置对上冷却板进行辅助支撑，由弹性充气密封圈对冷却腔进行密封，当弹性充气密封圈内充有定量气体时，弹性充气密封圈的顶部位于密封圈槽外，当上冷却板和下冷却板闭合时，在冷却腔内外压差的作用下弹性充气密封圈顶接触下冷却板对冷却腔进行密封后缩回到密封圈槽内，在弹性充气密封圈内充入的气体压力为0.2-0.3Mpa。
7.如权利要求1或2所述的光伏组件冷压工艺，其特征在于，由弹性充气密封圈对冷却腔进行密封，弹性充气密封圈内充入气体后产生的支撑力稍大于或等于上冷却板的自重，当上冷却板和下冷却板闭合时，由弹性充气密封圈支撑上冷却板，当对冷却腔抽真空时，弹性密封圈部分或全部回缩到其密封圈槽内。
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