CN114883436B - 光伏组件层压方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光伏组件层压方法，包括以下步骤：将敷设完成的光伏组件放入层压机内加热加压；在下层EVA和上层EVA受热熔融时，在光伏组件上施加高压电场，通过高压电场促使熔融的EVA材料内的极性共聚分子重新排列；在层压机加热光伏组件的同时抽真空排出光伏组件各层间夹杂的空气；层压光伏组件，并使熔融的下层EVA和上层EVA在固化温度下恒温固化；冷却光伏组件后取出。本发明提供的光伏组件层压方法，高压电场能够引导EVA材料中的乙烯和醋酸乙烯共聚物分子进行重新排列，从而提高EVA材料的透光率和粘合均匀性，减少气泡，有利于提高光伏组件的光电转化效率，增加光伏组件使用寿命。

Description

光伏组件层压方法

技术领域

本发明属于光伏组件生产工艺技术领域，具体涉及一种光伏组件层压方法。

背景技术

光伏组件是太阳能发电系统的核心，其作用是将太阳能转化为电能，电能可送往蓄电池中存储起来，也可用于推动负载工作，光伏组件通常为背板、下层EVA、电池片、上层EVA及钢化玻璃层层敷设后层压为一体，其成品质量直接决定了整个太阳能发电系统的质量。

光伏组件完成的加工工艺步骤依次为：电池分选与焊接、叠层敷设、层压、修边装框、接线检测。其中，组件层压过程是工艺过程的关键步骤，目前，层压工艺大体上是将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件各层间夹杂的空气抽出，然后加热使EVA材料熔化后将电池的两面分别与玻璃和背板粘接在一起，冷却后取出光伏组件。

EVA材料是指乙烯和醋酸乙烯的共聚物，分子式为(C2H4)x.(C4H6O2)y，EVA材料在层压机内高温熔融后发生交联反应而形成三维网状结构，在实现本发明的过程中发现，由于这种三维网状的交联结构杂乱无章，会对光伏组件的成品质量产生以下影响：个别交联结构的透光率差异会影响光伏组件的透光率，导致电池片表面光强分布不均，影响电池片光电转换效率；熔融的EVA材料固化过程中容易形成气泡，从而影响组件的透光性，制约光电转换效率；由于交联结构杂乱无章，因此其与玻璃和电池片的粘连程度不均匀，个别位置粘连度较差，从而导致光伏组件在使用过程中因电池片的应力释放不均而发生破碎，直接影响光伏组件的使用寿命。

发明内容

本发明实施例提供一种光伏组件层压方法，旨在提高光伏组件的光电转换效率，增加光伏组件的使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种光伏组件层压方法，光伏组件包括依次层叠的背板、下层EVA、电池片、上层EVA，及钢化玻璃，层压方法包括以下步骤：

将敷设完成的光伏组件放入层压机内加热加压；

在下层EVA和上层EVA受热熔融时，在光伏组件上施加高压电场，通过高压电场促使熔融的EVA材料内的极性共聚分子重新排列；

在层压机加热光伏组件的同时抽真空排出光伏组件各层间夹杂的空气；

层压光伏组件，并使熔融的下层EVA和上层EVA在固化温度下恒温固化；

冷却光伏组件后取出。

在一种可能的实现方式中，高压电场垂直穿过光伏组件。

一些实施例中，层压机的上室设有正电极板或负电极板，层压机的下室设有负电极板或正电极板，正电极板和负电极板之间用于形成高压电场；具体的，正电极板和负电极板之间为8000～20000V的直流电压。

在一种可能的实现方式中，在层压机加热光伏组件的同时抽真空排出光伏组件各层间夹杂的空气包括：保持层压机的上室和下室之间的压力，并将层压机的上室和下室同时抽真空，使光伏组件各层间夹杂的空气在真空负压作用下排出。

示例性的，层压机的上室设有用于层压光伏组件的气囊。

一些实施例中，层压光伏组件，并使熔融的下层EVA和上层EVA在固化温度下恒温固化包括：

加压过程：保持层压机的上室和下室之间的压力，并保持层压机的下室真空状态，向层压机的上室内连续充气使气囊向下膨胀，直至气囊与光伏组件之间达到层压压力；

层压过程：保持下室真空状态，并保持层压压力，直至下层EVA和上层EVA恒温固化；

其中，在加压过程之前，将层压机的热源温度调节至EVA材料固化温度。

一些实施例中，冷却固化的下层EVA和上层EVA后取出光伏组件包括：

切断层压机的热源对光伏组件进行冷却；

将层压机的上室抽真空；

将层压机的下室充气使气囊向上收缩并与光伏组件分离；

在光伏组件冷却后撤销层压机的上室和下室之间的压力，开盖取出光伏组件。

一些实施例中，在层压光伏组件之前关闭高压电场。

本发明提供的光伏组件层压方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明光伏组件层压方法，通过对熔融状态的上层EVA和下层EVA同时施加高压电场，利用高压电场对极性分子的引力作用，能够引导乙烯和醋酸乙烯共聚物分子进行重新排列，增加沿电场方向上排列的大分子结构，从而减少伸甚至消除EVA材料中乙烯和醋酸乙烯共聚物分子的网状不规则交联结构，增加EVA材料的透光率，减少EVA材料固化气泡，从而提高光伏组件的光电转换效率，同时还能够提高固化后的上层EVA对钢化玻璃和电池片、下层EVA对背板和电池片的粘连均匀度，降低光伏组件使用过程中因应力释放不均而造成电池片破碎的几率，增加光伏组件的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例提供的光伏组件层压方法的流程框图；

图2为本发明实施例中向光伏组件施加高压电场的状态示意图；

图3为本发明实施例提供的光伏组件层压方法在层压阶段时层压机内部的状态示意图；

图4为本发明实施例提供的光伏组件层压方法在冷却阶段时层压机内部的状态示意图；

图5为本发明实施例所采用的层压机的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的光伏组件层压方法在层压阶段的过程框图；

图7为本发明实施例提供的光伏组件层压方法在冷却阶段的过程框图。

图中：10、层压机；11、下室；12、上室；13、真空泵；14、加热器；20、正电极板；30、负电极板；40、气囊；50、光伏组件。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图5，现对本发明提供的光伏组件层压方法进行说明。所述光伏组件50包括依次层叠的背板、下层EVA、电池片、上层EVA，及钢化玻璃，所述光伏组件层压方法包括以下步骤：

步骤S100，将敷设完成的光伏组件50放入层压机10内加热加压；

步骤S200，在下层EVA和上层EVA受热熔融时，在光伏组件50上施加高压电场，通过高压电场促使熔融的EVA材料内的极性共聚分子重新排列；

步骤S300，在层压机10加热光伏组件50的同时抽真空排出光伏组件50各层间夹杂的空气；

步骤S400，层压光伏组件50，并使熔融的下层EVA和上层EVA在固化温度下恒温固化；

步骤S500，冷却光伏组件50后取出。

应当说明的是，本实施例中所采用的层压机10为双层层压机10(包括上室12和下室11)，是光伏组件50层压工艺常用设备，基本结构如图5所示，具有为上室12和下室11提供热源的加热器14和用于对上室12和下室11抽真空的真空泵13，其具体工作原理在此不做详述，但是应当理解的是，由于需要对光伏组件50施加高压电场，因此本实施例中需要在层压机10内部设置电极板，通过在电机板通电产生高压电场，另外，层压机10的加压途径包括利用上室12和下室11之间的扣合力而施加在光伏组件50上的压力，以及通过设置在上室12的气囊40充气对光伏组件50产生层压力，在本实施例中，上室12和下室11相互扣合而产生的对于光伏组件50的压力伴随整个层压工艺过程，而气囊40对于光伏组件50的层压力仅限于步骤S400的层压过程。

本实施例提供的光伏组件层压方法的原理为：EVA材料在高温熔融状态下会发生交联反应，形成杂乱无章的三维网状结构，在此通过施加高压电场，使乙烯和醋酸乙烯的共聚物极性分子在高压电场的引力作用下进行规则运动，形成大量沿高压电场方向排列的大分子结构，从而改善乙烯和醋酸乙烯的共聚物分子杂乱无章的交联结构，使乙烯和醋酸乙烯共聚物分子排列均匀化，从而克服杂乱无章的三维网状交联分子结构对于光伏组件的影响。

本实施例提供的光伏组件层压方法，与现有技术相比，通过对熔融状态的上层EVA和下层EVA同时施加高压电场，利用高压电场对极性分子的引力作用，能够引导乙烯和醋酸乙烯共聚物分子进行重新排列，增加沿电场方向上排列的大分子结构，从而减少伸甚至消除EVA材料中乙烯和醋酸乙烯共聚物分子的网状不规则交联结构，增加EVA材料的透光率，减少EVA材料固化气泡，从而提高光伏组件的光电转换效率，同时还能够提高固化后的上层EVA对钢化玻璃和电池片、下层EVA对背板和电池片的粘连均匀度，降低光伏组件使用过程中因应力释放不均而造成电池片破碎的几率，增加光伏组件的使用寿命。

在一些实施例中，参见图2，上述步骤S200中的高压电场垂直穿过光伏组件50。采用垂直穿过光伏组件50的高压电场能够使乙烯和醋酸乙烯的共聚物分子沿垂直于电池片的竖直方向进行重新排列，从而增加EVA材料的垂向透光率，同时还有利于EVA材料内的气泡在上室12和下室11的负压真空作用下排出，减少上层EVA和下层EVA内的气泡，从而利于光线穿过上层EVA而到达电池片的受光面上，提高光电转换效率，而且竖向排列的共聚物分子能够增加上层EVA和下层EVA在竖直方向上的弹性，从而降低电池片破损几率，提高光伏组件的使用寿命。

一些实施例中，请参阅图2，层压机10的上室12设有正电极板20或负电极板30，层压机10的下室11设有负电极板30或正电极板20，正电极板20和负电极板30之间用于形成高压电场；具体的，正电极板20和负电极板30之间为8000～20000V的直流电压。正电极板20和负电极板30分别在层压机10的上室12和下室11间隔设置，在通高压直流电后两者之间形成垂直穿过光伏组件50的电场，从而能够引导熔融状态下EVA材料内的乙烯和醋酸乙烯共聚物分子进行竖向排列，当然，应当理解，电压越高产生的电场强度也会越大，相应的对于共聚物分子排列的重塑效率也会越高，但是过高的电压也伴随着实施难度和加工成本的增加，在本实施例中基于高压电场重塑EVA分子排列的理论而进行大量试验获得，在8000～20000V的电压范围内均能够满足工艺要求，且容易实现，性价比较高。

作为上述步骤S300的一种具体实施方式，在层压机10加热光伏组件50的同时抽真空排出光伏组件50各层间夹杂的空气包括：保持层压机10的上室12和下室11之间的压力，并将层压机10的上室12和下室11同时抽真空，使光伏组件50各层间夹杂的空气在真空负压作用下排出。

需要说明的是，加热器14能够将层压机10的底部平台加热至120～130℃，在将光伏组件50放入层压机10内部的同时，光伏组件50由常温开始被加热，伴随着光伏组件50加热熔融的过程开始同步抽真空，在EVA材料熔融之前各层间夹杂的空气被抽出，EVA材料熔融后(通常在70℃左右开始融化)在高压电场的作用下开始重塑共聚物分子排列的同时，EVA材料内部的气泡在负压真空抽离作用下排出，这个过程将EVA材料的加热熔融过程和抽真空过程进行同步，不仅能够提高效率，而且能够配合高压电场对极性共聚物分子的引力作用而使EVA材料内的气泡排出，从而提高光伏组件50的层压质量。

可见，在各层之间夹杂的气体在真空压力排出的基础上，上室12抽真空还针对于上层EVA内部气泡的排出，下室11抽真空还针对于下层EVA内部气泡的排出，提高气泡消除效果，同时通过抽真空还能够在层压机10内部形成一定的压力差，从而为后续的层压过程提供充分的压力。

一些可能的实现方式中，参见图2至图4，层压机10的上室设有用于层压光伏组件50的气囊40。在此可以将层压机10的上室抵压面看作是一个弹性膜即气囊40，在上室12压力大于下室11时，气囊40向下膨胀，在下室11压力大于上室12时，气囊40向上收缩，利用气囊40对光伏组件50的抵压(针对于向下膨胀的情况)产生对光伏组件50的层压力，能够保证光伏组件50的各个位置受力均衡，提高层压质量。

作为上述步骤S400的一种具体实施方式，参见图3及图6，层压光伏组件50并使熔融的下层EVA和上层EVA在固化温度下恒温固化包括：

步骤S401，加压过程：保持层压机10的上室和下室之间的压力，并保持层压机10的下室真空状态，向层压机10的上室内连续充气使气囊40向下膨胀，直至气囊40与光伏组件50之间达到层压压力；

步骤S402，层压过程：保持下室11真空状态，并保持层压压力，直至下层EVA和上层EVA恒温固化；

其中，在加压过程之前，将层压机10的热源温度调节至EVA材料固化温度。

加压过程和层压过程的总时间与EVA材料的恒温固化时间相对应，其中，加压过程实际上是一个对上室12进行充气过程，充气时间越长，气囊40的膨胀压力越大，因此对光伏组件50的层压力越大，在此针对EVA交联后形成的高分子比较疏松的情况，通过对光伏组件50施加充足的层压力能够提高EVA材料固化后的致密度，从而提升其力学性能，同时还能够提升固化后的EVA材料与其它材料的粘合力，也就是说，能够提高电池片与背板和钢化玻璃的连接强度和稳定性；而层压过程实际上就是对光伏组件50一个保压的过程，这其实是整个层压工艺中所需时间最长的一个阶段，需要保持对光伏组件50持续的层压力直至EVA材料完全固化，保证光伏组件50的层压质量。

一些实施例中，参见图4及图7，上述步骤S500的具体实施过程为：冷却固化的下层EVA和上层EVA后取出光伏组件50包括：

步骤S501，切断层压机的热源对光伏组件50进行冷却；

步骤S502，将层压机的上室12抽真空；

步骤S503，将层压机的下室11充气使气囊40向上收缩并与光伏组件50分离；

步骤S504，在光伏组件50冷却后撤销层压机的上室12和下室11之间的压力，开盖取出光伏组件50。

应当理解，循环冷却系统为现有层压机的常规配置，能够使层压机10内部温度快速下降至目标温度，冷却过程与撤销气囊40对光伏组件50的层压力同步进行，可提高效率，利用上室12的真空负压和下室11的充气正压使气囊40两侧快速差生压差，从而使气囊40快速向上收缩以解除对光伏组件50的层压状态，在此层压机10的开盖是指层压机10的上室12向上抬起而与下室11分离，从而方便取出层压完成的光伏组件50。

需要说明的是，在本实施例中，在层压光伏组件50之前关闭高压电场。层压光伏组件50的过程也是上层EVA和下层EVA在固化温度下进行恒温固化的过程，此时熔融的EVA材料开始固化，此时高压电场已经改善共聚物分子的排列方式，再继续施加高压电场已经没有实际意义，因此将高压电场及时关闭，从而节约加工成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.光伏组件层压方法，光伏组件包括依次层叠的背板、下层EVA、电池片、上层EVA，及钢化玻璃，其特征在于，包括以下层压步骤：

将敷设完成的光伏组件放入层压机内加热加压；

在所述下层EVA和所述上层EVA受热熔融时，在所述光伏组件上施加高压电场，通过所述高压电场促使熔融的EVA材料内的极性共聚分子重新排列；

在所述层压机加热所述光伏组件的同时，抽真空排出所述光伏组件各层间夹杂的空气；

层压所述光伏组件，并使熔融的所述下层EVA和所述上层EVA在固化温度下恒温固化；

冷却所述光伏组件后取出。

2.如权利要求1所述的光伏组件层压方法，其特征在于，所述高压电场垂直穿过所述光伏组件。

3.如权利要求2所述的光伏组件层压方法，其特征在于，所述层压机的上室设有正电极板或负电极板，所述层压机的下室设有负电极板或正电极板，所述正电极板和所述负电极板之间用于形成所述高压电场。

4.如权利要求3所述的光伏组件层压方法，其特征在于，所述正电极板和所述负电极板之间为8000～20000V的直流电压。

5.如权利要求1所述的光伏组件层压方法，其特征在于，所述在所述层压机加热所述光伏组件的同时，抽真空排出所述光伏组件各层间夹杂的空气；

保持所述层压机的上室和下室之间的压力，并将所述层压机的上室和下室同时抽真空，使所述光伏组件各层间夹杂的空气在真空负压作用下排出。

6.如权利要求5所述的光伏组件层压方法，其特征在于，所述层压机的上室设有用于层压所述光伏组件的气囊。

7.如权利要求6所述的光伏组件层压方法，其特征在于，所述层压所述光伏组件，并使熔融的所述下层EVA和所述上层EVA在固化温度下恒温固化包括：

加压过程：保持所述层压机的上室和下室之间的压力，并保持所述层压机的下室真空状态，向所述层压机的上室内连续充气使所述气囊向下膨胀，直至所述气囊与所述光伏组件之间达到层压压力；

层压过程：保持下室真空状态，并保持所述层压压力，直至所述下层EVA和所述上层EVA恒温固化；

其中，在所述加压过程之前，将所述层压机的热源温度调节至EVA材料固化温度。

8.如权利要求7所述的光伏组件层压方法，其特征在于，冷却固化的所述下层EVA和所述上层EVA后取出所述光伏组件包括：

切断所述层压机的热源对所述光伏组件进行冷却；

将所述层压机的上室抽真空；

将所述层压机的下室充气使所述气囊向上收缩并与所述光伏组件分离；

在所述光伏组件冷却后撤销所述层压机的上室和下室之间的压力，开盖取出所述光伏组件。

9.如权利要求1-8任一项所述的光伏组件层压方法，其特征在于，在层压所述光伏组件之前关闭所述高压电场。