CN114769846A - 太阳能光伏电池片无损裂片加热装置及方法 - Google Patents

太阳能光伏电池片无损裂片加热装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能光伏电池片无损裂片加热装置，包括从上往下设置的加热激光模块、可调焦距准直模块、分束模块和柱面聚焦模块，可调焦距准直模块能对激光器QBH接头端输出的入射光进行准直形成入射准直光，分束模块能将入射准直光依次分成一列等距的若干分束光，柱面聚焦模块对全部分束光进行一维聚焦形成出射光，本发明还公开一种太阳能光伏电池片无损裂片加热方法，包括以下步骤：步骤A、对裂片路径起始位置和终结位置分别开一个应力引导槽；步骤B、使加热激光模块的激光器QBH接头端出光，出射光在电池片表面投射成聚焦光斑；步骤C、聚焦光斑产生的热应力完成裂片，具有裂片过程稳定性高、效率高、节省空间成本、裂片效果好等优点。

Description

太阳能光伏电池片无损裂片加热装置及方法
技术领域
本发明属于太阳能光伏电池片加工技术领域，具体涉及一种太阳能光伏电池片无损裂片加热装置及方法。
背景技术
为了提高太阳能光伏组件的电压，降低内阻，组件厂家需要对电池片进行多片串焊，串焊前需要对大尺寸电池片进行切割，切割成若干小尺寸电池片；太阳能光伏电池片的无损切割方案可以做到断面光滑无微裂纹，裂片位置无热影响区，抗宆强度提升，抗隐裂抗碎片能力提升；从而保持电池片的光电转换效率，提高产品切割制程中和后段组件制程的良品率，成为目前电池片切割的主流方案。
太阳能光伏电池片的无损切割技术的核心原理是激光热应力控制断裂技术，目前均采用固定方式加热激光器，借助直线电机，实现加热激光器和电池片的相对直线运动，当加热激光器位于电池片裂片路径上方时，加热激光器出光，实现对电池片裂片路径加热，从而实现裂片的效果。
但现有技术存有以下弊端：1)市场上加热激光器功率波动范围均在±2％左右，提高功率波动的稳定性需要付出较高的代价，短期内很难实现；2)直线电机运动，必然会导致电池片的振动，随着裂片节拍指标的提高，需要对直线电机提速，其稳定性和效率的矛盾突出；3)为解决直线电机运动速度的均匀性，通常是拉长电机运动的行程，电池片裂片路径在空间上避开电机加速和减速的行程，只在中间匀速行程中进行加热，这样就会增大裂片设备的空间，提高成本，降低裂片的节拍。4)加热激光器、电池片的相对直线运动和需要通过移动光束来覆盖裂片路径均会导致裂片的不稳定，影响电池片裂片效果。
发明内容
本发明旨在提供一种太阳能光伏电池片无损裂片加热装置及方法，电池片裂片稳定、加热效果好，解决因加热激光器与电池片相对直线运动导致稳定性低、效率低、空间成本高的问题。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种太阳能光伏电池片无损裂片加热装置，包括从上往下设置的加热激光模块、可调焦距准直模块、分束模块和柱面聚焦模块，所述加热激光模块的激光器QBH接头端竖直朝下连接在可调焦距准直模块顶部，可调焦距准直模块能对激光器QBH接头端输出的入射光进行准直形成入射准直光，所述分束模块能将入射准直光依次分成一列等距的若干分束光，可调焦距准直模块能通过调节入射准直光直径调整相邻分束光的间隙为零，所述柱面聚焦模块对全部分束光进行一维聚焦形成出射光。
作为上述方案的优选，所述可调焦距准直模块对入射光的准直焦距可调节范围为100mm～200mm，设计范围合理，可调节范围广，灵活性高、适用范围广。
进一步优选为，所述分束模块包括若干分光平片和若干反射镜，入射准直光经过至少两个分光平片和最多一个反射镜形成一束分束光，分束效率高，分束模块通过上下端部的法兰固定连接可调焦距准直模块、柱面聚焦模块，法兰连接稳固。
进一步优选为，所述分束光为八束，光束直径一致且为20mm～25mm，分束光排成一列后长度为160mm～200mm，尺寸与电池片裂片路径尺寸适配，分光平片入射面镀有半透半反增透膜，具备透射式和反射式特点，所述反射镜镀有高反射膜，能有效增强反射功能。
进一步优选为，所述柱面聚焦模块的工作面镀有增透膜，有效减少反射光的强度，从而增加透射光的强度，带宽1030nm～1090nm，焦距为140mm～160mm，尺寸合理。
一种太阳能光伏电池片无损裂片加热方法，包括以下步骤：
步骤A、先借助振镜、场镜对电池片上的裂片路径起始位置和裂片路径终结位置分别开一个应力引导槽，然后采用上述的太阳能光伏电池片无损裂片加热装置，使柱面聚焦模块正对电池片；
步骤B、使加热激光模块的激光器QBH接头端出光，入射光依次经过可调焦距准直模块、分束模块和柱面聚焦模块后形成出射光，出射光在电池片表面投射成聚焦光斑；
步骤C、聚焦光斑长轴平行并完全覆盖裂片路径，短轴通过装置整体上下平移调节，其产生的热应力使电池片沿裂片路径断裂，完成裂片。
作为上述方案的优选，所述步骤B中，激光器QBH接头端的光纤纤芯为14um～25um，发出NA0.035～0.05的发散光(NA表示光纤的集光能力强弱)，尺寸选择合理，有效提升裂片效果。
本发明的有益效果：
(1)通过对加热激光模块的激光器QBH接头端输出的入射光进行整形，使其依次经过可调焦距准直模块、分束模块和柱面聚焦模块后形成出射光，最终投射在电池片上的光束为一条长轴完全覆盖裂片路径的聚焦光斑，设计巧妙，聚焦光斑长轴平行并完全覆盖裂片路径，一束光斑就可以完成对电池片裂片路径的加热，不需要通过移动光束来覆盖裂片路径，极大提高电池片裂片过程的稳定性。
(2)加热激光模块、可调焦距准直模块、分束模块和柱面聚焦模块从上往下依次设置，相比于现有技术通过加热激光器借助直线电机实现与电池片的相对运动，没有直线电机，电池片不需要避开电机路程，有效节省空间，增加电池片节拍，加热激光设备、电池片均处于固定状态，有效增加加热电池片裂片过程的稳定性，提高裂片效率，保证裂片完成效果。
(3)分束模块能将入射准直光依次分成一列等距的若干分束光，可调焦距准直模块能通过调节入射准直光直径调整相邻分束光的间隙为零，柱面聚焦模块对全部分束光进行一维聚焦形成出射光，整体布局构思巧妙，实现对QBH接头端输出的入射光的快速整形。
综上所述，具有裂片过程稳定性高、效率高、节省空间成本、裂片效果好等优点。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
图2为聚焦光斑长轴与电池片裂片路径重合的示意图。
图3为分束模块将入射准直光依次分成一列等距的若干分束光过程示意图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
结合图1—图3所示，一种太阳能光伏电池片无损裂片加热装置，由从上往下设置的加热激光模块、可调焦距准直模块2、分束模块3和柱面聚焦模块4组成。
加热激光模块的激光器QBH接头端1竖直朝下连接在可调焦距准直模块2顶部。
分束模块3通过上下端部的法兰固定连接可调焦距准直模块2、柱面聚焦模块4。
可调焦距准直模块2能对激光器QBH接头端1输出的入射光进行准直形成入射准直光5。
可调焦距准直模块2对入射光的准直焦距可调节范围优选为100mm～200mm。
分束模块3能将入射准直光5依次分成一列等距的若干分束光6。
分束模块3由若干分光平片31和若干反射镜32组成，分光平片31入射面镀有半透半反增透膜，反射镜32镀有高反射膜。
分束光6为八束，光束直径一致且优选为20mm～25mm，分光光功率值一致，为250W±20％，分束光6排成一列后长度优选为160mm～200mm，可调焦距准直模块2能通过调节入射准直光5直径调整相邻分束光6的间隙为零。
入射准直光5经过至少两个分光平片31和最多一个反射镜32形成一束分束光6。
柱面聚焦模块4对全部分束光6进行一维聚焦形成出射光7，柱面聚焦模块4的工作面镀有增透膜，带宽优选为1030nm～1090nm，焦距优选为140mm～160mm。。
一种太阳能光伏电池片无损裂片加热方法，具体实施步骤如下：
步骤A、先借助振镜、场镜对电池片10上的裂片路径9起始位置和裂片路径9终结位置分别开一个应力引导槽，然后采用上述的太阳能光伏电池片无损裂片加热装置，使柱面聚焦模块4正对电池片10。
步骤B、使加热激光模块的激光器QBH接头端1出光，入射光依次经过可调焦距准直模块2、分束模块3和柱面聚焦模块4后形成出射光7，出射光7在电池片10表面投射成聚焦光斑8。
步骤B中，激光器QBH接头端1的光纤纤芯优选为14um～25um，发出NA0.035～0.05的发散光(NA表示光纤的集光能力强弱)。
步骤C、聚焦光斑8长轴平行并完全覆盖裂片路径9，短轴通过装置整体上下平移调节，其产生的热应力使电池片10沿裂片路径9断裂，完成裂片。

Claims (7)

1.一种太阳能光伏电池片无损裂片加热装置，其特征在于：包括从上往下设置的加热激光模块、可调焦距准直模块(2)、分束模块(3)和柱面聚焦模块(4)，所述加热激光模块的激光器QBH接头端(1)竖直朝下连接在可调焦距准直模块(2)顶部，可调焦距准直模块(2)能对激光器QBH接头端(1)输出的入射光进行准直形成入射准直光(5)，所述分束模块(3)能将入射准直光(5)依次分成一列等距的若干分束光(6)，可调焦距准直模块(2)能通过调节入射准直光(5)直径调整相邻分束光(6)的间隙为零，所述柱面聚焦模块(4)对全部分束光(6)进行一维聚焦形成出射光(7)。
2.根据权利要求1所述的太阳能光伏电池片无损裂片加热装置，其特征在于：所述可调焦距准直模块(2)对入射光的准直焦距可调节范围为100mm～200mm。
3.根据权利要求1所述的太阳能光伏电池片无损裂片加热装置，其特征在于：所述分束模块(3)包括若干分光平片(31)和若干反射镜(32)，入射准直光(5)经过至少两个分光平片(31)和最多一个反射镜(32)形成一束分束光(6)，且分束模块(3)通过上下端部的法兰固定连接可调焦距准直模块(2)、柱面聚焦模块(4)。
4.根据权利要求3所述的太阳能光伏电池片无损裂片加热装置，其特征在于：所述分束光(6)为八束，光束直径一致且为20mm～25mm，分束光(6)排成一列后长度为160mm～200mm，分光平片(31)入射面镀有半透半反增透膜，所述反射镜(32)镀有高反射膜。
5.根据权利要求1所述的太阳能光伏电池片无损裂片加热装置，其特征在于：所述柱面聚焦模块(4)的工作面镀有增透膜，带宽1030nm～1090nm，焦距为140mm～160mm。
6.一种太阳能光伏电池片无损裂片加热方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、先借助振镜、场镜对电池片(10)上的裂片路径(9)起始位置和裂片路径(9)终结位置分别开一个应力引导槽，然后采用权利要求1—5任一所述的太阳能光伏电池片无损裂片加热装置，使柱面聚焦模块(4)正对电池片(10)；
步骤B、使加热激光模块的激光器QBH接头端(1)出光，入射光依次经过可调焦距准直模块(2)、分束模块(3)和柱面聚焦模块(4)后形成出射光(7)，出射光(7)在电池片(10)表面投射成聚焦光斑(8)；
步骤C、聚焦光斑(8)长轴平行并完全覆盖裂片路径(9)，短轴通过装置整体上下平移调节，其产生的热应力使电池片(10)沿裂片路径(9)断裂，完成裂片。
7.根据权利要求6所述的一种太阳能光伏电池片无损裂片加热方法，其特征在于：所述步骤B中，激光器QBH接头端(1)的光纤纤芯为14um～25um，发出NA0.035～0.05的发散光。
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