CN117080312B - 一种光伏器件及其封装系统和封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏器件及其封装系统和封装方法,所述光伏器件包括背板、背面胶膜、电池片、正面胶膜和前板;其中正面胶膜和背面胶膜采用光感密封胶;所述系统包括紫外光源发射模块、光伏器件层压机构、光源强度控制模块、温度监控模块和压力监控模块;紫外光源发射模块用于照射光伏器件使其内部的光感密封胶固化;光伏器件层压机构用于将光伏器件进行层压;光源强度控制模块用于对紫外光源发射模块的光照强度进行控制,实现不同阶段光照强度的调节;温度监控系统用于检测和控制光伏器件所处环境的温度;压力监控模块用于控制光伏层压机构的压力。本发明能够使用光感密封胶在常温下实现封装,降低封装成本,提高封装效率和封装质量。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能及光伏设备制造技术领域,尤其是一种光伏器件及其封装系统及封装方法。
背景技术
光伏发电在我国的应用范围逐渐扩大,从家庭用户太阳能电源到通讯/通信以及石油、海洋、气象等众多领域都可以见到太阳能光伏发电的应用,光伏发电行业越来越成熟。
目前对于光伏器件的封装大都采用胶膜进行封装,性能优异的胶膜需要高价海外采购,通过多次铺设胶膜,高温下进行层压封装,对电池片进行机械方面的保护,隔绝空气和有害辐射等的保护。
由于目前的封装技术所用的胶膜需要高价海外采购,需要多次胶膜铺设工艺和高温工艺,步骤较多且需要高温环境,对工艺环境要求较高。因此整个封装过程的成本较高。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明的目的在于提供一种光伏器件封装系统及封装方法,采用新方法来降低成本,提高生产效率,降低生产过程中高温条件带来的能耗增加和其他潜在风险,提高封装质量。
为实现上述目的,本发明提供一种光伏器件封装系统,所述光伏器件包括背板、背面胶膜、电池片、正面胶膜和前板;其中正面胶膜和背面胶膜采用光感密封胶;所述系统包括紫外光源发射模块、光伏器件层压机构、光源强度控制模块、温度监控模块和压力监控模块;紫外光源发射模块用于照射光伏器件使其内部的光感密封胶固化;光伏器件层压机构用于对光伏器件施加压力,使得背板、背面胶膜、电池片、正面胶膜和前板在照射紫外光源时保持设定的状态;光源强度控制模块用于对紫外光源发射模块的光照强度进行控制,实现不同阶段光照强度的调节;温度监控系统用于检测和控制光伏器件所处环境的温度;压力监控模块用于控制光伏层压机构的压力。
进一步,紫外光源发射模块包括上方紫外光源和下方紫外光源,上方紫外光源发射紫外线,透过光伏器件的前板,为光伏器件正面胶膜提供紫外线辐照;下方紫外光源发射紫外线,透过光伏器件的背板,为光伏器件背面胶膜提供紫外线辐照。
进一步,光伏器件层压机构用于将依次层叠的背板、背面胶膜、电池片、正面胶膜和前板加压并置于上方紫外光源和下方紫外光源之间。
进一步,所述系统在室温下使得光伏器件背面胶膜均匀的发生光交联固化反应形成高聚物,从而使得本来处于流动状态的背面胶膜和正面胶膜变为固态,实现对电池片的封装。
进一步,所述光伏器件的背面胶膜通过在液态光感密封胶内添加颜料来实现所添加区域的颜色改变,以提高反射提高发电效率。
进一步,所述光伏器件正面胶膜通过添加抗紫外老化材料,实现防止过多紫外线对光伏器件造成损伤。
另一方面,本发明提供一种光伏器件封装方法,所述方法包括以下步骤:
S1.将背板置于下方紫外光源的上方,在背板上喷涂式铺设下层光感密封胶;
S2.在喷涂式铺设完下层光感密封胶后,启动下方紫外光源进行第一功率短波紫外进行辐照,持续6~10s,形成背面胶膜;所述第一功率为35~45W;所述短波为365~380nm波长;
S3.将电池片铺设在背面胶膜上方,待电池片和背面胶膜的光感密封胶充分接触后,进行上层光感密封胶铺设;同样以喷涂式铺设光感密封胶;
S4.在喷涂式铺设完上层光感密封胶后,启动上方紫外光源,进行第二功率长波紫外辐照,保证光线穿透较深,从下往上同步进行预固化,预固化时间为60-120s,然后铺设前板;所述第二功率大于第一功率;所述第二功率为50~80W;长波为381nm~400nm;
S5.开启上方和下方紫外光源,采用第三功率长波紫外线对正面光感密封胶和背面光感密封胶同时进行光固化,同时层压机构对光伏器件缓慢施加压力,并对前板和背板之间的压力进行监控,在达到所需厚度之后,光伏器件前板和背板之间的厚度达到限定值时,不再额外施加压力;此步骤中光固化与层压工艺同时进行,每次照射30s后进行一次层压操作,可多次反复操作,同时根据实时温度调整紫外线功率。
进一步,所述第二功率大于第一功率,第三功率大于第二功率;所述第三功率设置为70~110W。
通过增加喷枪在边缘处停留时间来实现前板和背板的边缘处铺设密度大于中心处。
此外,本发明还提供一种光伏器件,所述光伏器件通过本发明的封装方法制成。
有益效果:
本发明通过常温下单次铺设就可以完成封装,并能满足光伏器件所需的实用性和可靠性的技术,所使用的原材料改为成本更低的光感密封胶材料。
通过添加助剂,最终实现良好的粘结性能,抗老化性能,隔绝水汽和耐高压性能,增加色素以实现其他所需功能等;
3.在光伏产品进行层压前,将溶剂含量高,流动性好的光感密封胶铺设在电池片与前板背板之间;
4.层压步骤在常温下进行,将溶剂在紫外线下进行曝光,使得光感密封胶逐渐变性,从流动状态转变为固态,实现封装效果。
附图说明
图1示出了根据本发明的光伏器件封装方法及封装系统构造示意图;
图2示出了根据本发明的光伏器件封装方法中喷枪喷涂光感密封胶路径示意图。
其中,附图标记为:1.紫外光源,2.光伏器件的前板,3.光伏器件正面胶膜,4.电池片,5.光伏器件背面胶膜,6.光伏器件的背板,7.喷枪,8.喷涂路径。
具体实施方式
下面将结合附图,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合图1-图2对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
如图1所示,根据本发明的光伏器件封装系统及方法,采用特殊组分的胶膜封装工艺,属于常温下光伏器件胶膜封装领域。所述光伏器件包括背板6、背面胶膜5、电池片4、正面胶膜3和前板2,所述背面胶膜5和正面胶膜3为光感密封胶,包括树脂、光引发剂、聚合物单体、溶剂、颜料、助剂等。其中,所述光感密封胶可以通过选用不同材料和助剂来实现好的透光性、隔绝水汽性能和抗PID性能,所述聚合物单体为生成聚合物材料的原料之一,所述光引发剂用于在UV辐照下促进聚合物单体之间反应,所述溶剂用于将树脂和原材料变为可流动物质,方便其在组件中进行填充,所述颜料可用于背面胶膜5,通过调整其颜色来实现更好的功能,所述紫外光源1可以产生均匀紫外线使得胶膜固化实现封装,紫外光源1包括上方紫外光源和下方紫外光源。本发明中的光感密封胶,采用非极性树脂,非极性树脂占比10%~35%,添加极性添加剂,极性添加剂为占比0.5%~8%的丙烯酸类单体,固化形成丙烯酸酯聚合物后在保证高强度,耐水性,易粘结外,还可保证高的透明度;此外还能够保证胶膜的抗PID性能,和隔绝水汽的性能的同时,利用胶膜的极性增加与前板和背板材料的粘接强度;本发明在正面胶膜3中增加光转添加剂制作光转膜,通过电子的激发与跃迁,将紫外线转成可见光进而被光伏器件吸收,产生更多光电子增加发电能力;对于背面胶膜5,在光感密封胶固化期间,在背板6放置前,在光伏产品电池片4的间隙添加反光材料,通过将背面本应透过的光线反射至电池片4背面,进而增加发电效果,也可以在背面胶膜5的光感密封胶中添加色素,形成图案或者纯色,增加美观性,以满足更多场合的使用。
本发明的封装工艺条件为,在常温条件下,将光伏器件暴露在紫外光条件下,上述原材料中的光引发剂能够引发光聚合单体发生光交联固化反应形成高聚物,从而使得本来处于流动状态的封装胶膜变为固态,来实现封装效果。这样的设计,可以通过选用低成本的原料进行封装,同时满足光伏器件的封装在保持良好性能的同时不再需要高温条件,可以较少工艺步骤提高效率,不需要对温度和均匀性进行精确控制,可以实现更好的良率。
根据本发明提供的光伏器件封装系统,用于为光伏器件提供胶膜封装功能。所述光伏器件包括背板6、背面胶膜5、电池片4、正面胶膜3和前板2;所述背面胶膜5为下层光感密封胶,所述正面胶膜3为上层光感密封胶。通过背面胶膜5和正面胶膜3将电池片4封装在背板6和前板2之间。所述系统包括紫外光源发射模块、光伏设备层压机构、光源强度控制模块、温度监控模块和压力监控模块。其中紫外光源发射模块包括上方紫外光源和下方紫外光源,下方紫外光源可以发射均匀的紫外线,透过光伏器件的背板6,为光伏器件背面胶膜5提供紫外线辐照;上方紫外光源可以发射均匀的紫外线,透过光伏器件的前板2,为光伏器件正面胶膜3提供紫外线辐照。光伏设备层压机构用于将依次层叠的背板6、背面胶膜5、电池片4、正面胶膜3和前板2施压并置于上方紫外光源和下方紫外光源之间;光源强度控制模块分别对上方紫外光源和下方紫外光源的光照强度进行控制,实现不同阶段光照强度的调节;温度监控系统用于检测和控制光伏器件所处环境的温度;压力监控模块用于控制光伏层压机构的压力。
具体封装流程如下:
S1.将背板6置于下方紫外光源的上方,在背板6上喷涂式铺设下层光感密封胶;通过喷涂式铺设光感密封胶,优选在前板和背板的边缘处铺设密度大于中心处铺设密度,从而保证光感密封胶在保证流动性的同时可以均匀的铺设,并且可以减少挤压过程的挤出量,节省原材料的同时也方便后续工序的清理;图2为喷枪喷涂光感密封胶示意图,其中在光伏器件的背板6上使用喷枪7进行光感密封胶的铺设,沿着路径8变速的在背板表面进行涂覆,在铺设速度控制方面,在背板6的边缘处铺设速度比中心处铺设速度慢,使得边缘部分涂覆更多,以防止挤出后过薄,进一步提高光伏器件的封装质量。
S2.在喷涂式铺设完下层光感密封胶后,启动下方紫外光源进行第一功率短波紫外进行辐照,持续6~10s,形成背面胶膜5,此步骤可以保证光线穿透的较浅,光感密封胶从下层往上逐渐降低流动性,防止接下来放置的电池片直接接触到前板,提高密封质量,排除可能产生的气泡,在密封胶初步固化过程中,通过减少部分流动性,保证电池片铺设之后不会将密封胶挤出前板;所述第一功率为35~45W;所述短波为365~380nm波长。本实施例中,优选设置第一功率为40W,短波为370nm,持续时间为8s。
S3.将电池片4铺设在背面胶膜5上方,待电池片和背面胶膜5的光感密封胶充分接触后,进行上层光感密封胶铺设;同样以喷涂式铺设光感密封胶;
S4.在喷涂式铺设完上层光感密封胶后,启动上方紫外光源,进行第二功率长波紫外辐照,保证光线穿透较深,从下往上同步进行预固化,预固化时间为60-120s,然后铺设前板;其中,所述第二功率大于第一功率;所述第二功率为50~80W;本发明中所述长波为381nm~400nm;本实施例中,优选第二功率为65W,长波为390nm,预固化90s。
S5.开启上方和下方紫外光源,采用第三功率长波紫外线对正面光感密封胶和背面光感密封胶同时进行光固化,同时层压机构对光伏器件缓慢施加压力,并对前板和背板之间的压力进行监控来决定光感密封胶的厚度和透过效果,在达到所需厚度之后,光伏器件前板和背板之间的厚度达到限定值时,不再额外施加压力;此步骤中光固化与层压工艺同时进行,每次照射30s后进行一次层压操作,可多次反复操作,同时根据实时温度调整紫外线功率,完成高质量的封装过程。其中,所述第三功率大于第二功率,优选所述第三功率为70~110W;所述长波为381nm~400nm波长;本实施例中,优选设置第三功率为90W,长波为390nm。
通过光源强度控制模块对紫外光源发射模块的光照强度进行控制,实现不同阶段光照强度的调节,由此根据光感密封胶的固化过程中形态的变化进行对应的工艺处理,从而获得最优固化效果,提升光伏器件的整体封装质量。
本系统在室温下即可使得光伏器件背面胶膜均匀的发生光交联固化反应形成高聚物,从而使得本来处于流动状态的封装胶膜变为固态,来实现对电池片4的封装效果。所述光伏器件背面胶膜5可以通过添加助剂,如颜料等,来实现所添加区域的颜色改变,以提高反射提高发电效率,或者提高光伏器件观赏性,所述光伏器件正面胶膜3在实现封装功能的同时,还通过添加助剂,如抗紫外老化材料等,来实现防止过多紫外线对光伏器件造成损伤的功能,所述光伏器件背面胶膜5和光伏器件正面胶膜3选用成本较低的光感密封胶为原料,并且可以通过共同添加助剂,来实现更好的粘结性能,抗水汽和耐高压性能,所述光伏器件前板2可以透过上方紫外光源发射的均匀的紫外线,为光伏器件正面光感密封胶3提供紫外线辐照,使得胶膜变为固态。
通过光源强度控制模块对紫外光源发射模块的光照强度进行控制,实现不同阶段光照强度的调节;通过温度监控系统用于检测和控制光伏器件所处环境的温度;通过压力监控模块用于控制光伏层压机构的压力。
层压机构设置为多个滚筒式部件进行挤压操作,沿着光伏器件长边摆放,沿着短边方向移动,先从光伏器件中间部分开始,往一侧短边滚动层压,然后重合10cm往另一侧进行滚动层压,根据时间、压力和紫外辐照情况进行层压力度和速度的实时调整,紫外辐照度随着固化进行缓慢降低,同时每次滚动的压力逐渐增大,速度逐渐增快,每次滚动的间隙进行紫外照射。这样设计的优势在于,在光感密封胶处于不同流动性的时刻,通过不同的层压速度和力度,保证光感密封胶的均匀性,同时沿着最短距离往光伏器件外部挤出可能产生的气泡的缺陷,在不同的时间和紫外辐照后,光感密封胶硬度和粘度发生变化,在不同的压力和速度下也可以更精确的调整光感密封胶固化后的速度。
在喷涂式铺设密封胶后,初步进行紫外处理,这个过程往往只需要数秒钟,铺设电池片和上层光感密封胶后,正面选用低功率长波长紫外线预处理几秒钟,之后选用高功率长波长紫外线,保证光线穿透的较深,光感密封胶整体同步固化,提高密封胶质量,同时进行滚轴测层压,进一步增强固化效果,通过缓慢施加并监控前板和背板之间压力来决定光感密封胶的厚度和透过效果,直至达到所需要的固化效果。
此外,本发明还提供一种光伏器件,所述光伏器件在上述封装系统内使用本发明的封装方法制成。
本发明的技术优势如下:
1.采用成本较低的光感密封胶作为原材料进行封装;
2.通过添加助剂,最终实现良好的粘结性能,抗老化性能,紫外截止性能,光转化性能,隔绝水汽和耐高压性能,增加色素以实现其他所需功能等;
3.在光伏产品进行层压前,将溶剂含量高,流动性好的光感密封胶铺设在电池片与前板背板之间;
4.层压步骤在常温下进行,将溶剂在紫外线下进行曝光,使得光感密封胶逐渐变性,从流动状态转变为固态,实现封装效果。
本发明流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为表示包括一个或多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分,可以实现在任何计算机刻度介质中,以供指令执行系统、装置或设备,所述计算机可读介质可以是任何包含存储、通信、传播或传输程序以供执行系统、装置或设备使用。包括只读存储器、磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中,参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。此外,本领域的技术人员可以在不产生矛盾的情况下,将本说明书中描述的不同实施例或示例以及其中的特征进行结合或组合。
上述内容虽然已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型等更新操作。
Claims (6)
1.一种光伏器件的封装方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
S1.将背板置于下方紫外光源的上方,在背板上喷涂式铺设下层光感密封胶;
S2.在喷涂式铺设完下层光感密封胶后,启动下方紫外光源进行第一功率短波紫外进行辐照,持续6~10s,形成背面胶膜;所述第一功率为35~45W;所述短波为365~380nm波长;
S3.将电池片铺设在背面胶膜上方,待电池片和背面胶膜的光感密封胶充分接触后,进行上层光感密封胶铺设;同样以喷涂式铺设光感密封胶;
S4.在喷涂式铺设完上层光感密封胶后,启动上方紫外光源,进行第二功率长波紫外辐照,保证光线穿透较深,从下往上同步进行预固化,预固化时间为60-120s,然后铺设前板;所述第二功率大于第一功率;所述第二功率为50~80W;长波为381nm~400nm;
S5.开启上方和下方紫外光源,采用第三功率长波紫外线对正面光感密封胶和背面光感密封胶同时进行光固化,同时层压机构对光伏器件缓慢施加压力,并对前板和背板之间的压力进行监控,在达到所需厚度之后,光伏器件前板和背板之间的厚度达到限定值时,不再额外施加压力;此步骤中光固化与层压工艺同时进行,每次照射30s后进行一次层压操作,多次反复操作,同时根据实时温度调整紫外线功率。
2.根据权利要求1所述的光伏器件的封装方法,其特征在于,所述第三功率大于第二功率;所述第三功率设置为70~110W。
3.根据权利要求1所述的光伏器件的封装方法,其特征在于,通过增加喷枪在边缘处停留时间,来实现前板和背板的边缘处的光感密封胶铺设密度大于中心处的光感密封胶铺设密度。
4.根据权利要求1所述的光伏器件的封装方法,其特征在于,所述光伏器件的背面胶膜通过在液态光感密封胶内添加颜料来实现所添加区域的颜色改变,以提高反射,提高发电效率。
5.根据权利要求1所述的光伏器件的封装方法,其特征在于,在室温下使得光伏器件背面胶膜、正面胶膜均匀的发生光交联固化反应形成高聚物,从而使得本来处于流动状态的背面胶膜和正面胶膜变为固态,实现对电池片的封装。
6.一种光伏器件,其特征在于,所述光伏器件通过权利要求1-5任一项所述的光伏器件的封装方法制成。
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