高性能耐候性複合材料封裝光伏組件及其製備方法與流程

2023-11-11 16:28:42 7

本發明涉及一種高性能耐候性複合材料封裝光伏組件及其製備方法。屬於太陽能光伏領域。

背景技術：

隨著太陽能光伏行業的快速發展，國內外企業、專家都強烈意識到太陽能光伏電池封裝材料和工藝技術是提高光伏組件壽命降低使用成本達到更高經濟效益的關鍵技術。太陽能封裝膠膜作為太陽能光伏組件的重要組成部分，它起到密封並保護太陽能電池片，粘結上下底板，防止水汽入侵的作用，性能上要求具有良好的透光率和防水汽功能，優異的抗老化性能以及粘結性能。目前世界各國企業生產的太陽能光伏組件普遍採用EVA作為封裝材料，EVA是乙烯—醋酸乙烯共聚物，其客觀存在一些缺陷，如抗紫外線老化性能及抗溼熱老化能力及防水汽性能較差，容易降解黃變和斷裂。這些都會使得光伏組件使用壽命降低以及發電效率大幅度降低。由於EVA是乙烯—醋酸乙烯共聚物，其在光、熱、寒、氧和水汽的作用下會產生不飽和雙鍵、醋酸、少量的乙醛、酮基和內酯結構等，導致光伏組件透光率及光電轉換率下降，內部黃變，老化開裂，還由於EVA在老化過程中，釋放的酸性物質會在組件中使電極加速腐蝕致使光伏組件發電效率變低甚至報廢、龜裂。近幾年，一些太陽能光伏組件的企業和太陽能電站均有報導太陽能電池的光伏組件在自然氣候條件下因封裝材料受熱溼等影響變黃、龜裂、脫膠而導致太陽能電池的光電轉換效率大大降低以及使用壽命縮短及終至的例子，這些例子涉及到封裝材料的耐老化、長期性，光伏組件獲得較長使用壽命和達到更高目標經濟效益問題，而且國內外對太陽能電池組件封裝用膠膜提出了長達30年以上的使用壽命目標。因此尋求一種能替代EVA ，且具有高水汽阻隔，可與任意電池片搭配達到PID效果更佳，有很好的耐候性，達到組件長效使用和更高的經濟目標。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術提供一種低成本，高性能，耐候性複合材料封裝光伏電池組件及其製備方法。

本發明解決上述問題所採用的技術方案為：一種高性能耐候性複合材料封裝光伏組件，主要包括自上而下依次設置的鋼化玻璃、電池片和背板，在鋼化玻璃與背板之間分別用一層複合材料膠膜與電池片複合，所述電池片之間用塗錫銅帶串並聯匯集引出線，所述複合材料膜與背板之間用TPT聚氟乙烯複合膜保護膠封，在背板背面安裝接線盒並引出線連接，利用背板固定後裝入鋁合金邊框，所述複合材料膠膜包括聚丙烯層和聚烯烴層，在所述聚丙烯層上均勻開設有針孔網眼，在所述聚丙烯層的正反面均噴塗一層聚氨酯層將聚丙烯層和聚烯烴層複合。

本發明還提供一種上述高性能耐候性複合材料封裝光伏組件的方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一、電池片分選：將外觀合格的電池片分為一塊組件所需的數量；

步驟二、焊接：將電池片通過焊帶焊接；

步驟三、層疊：按照順序鋪設鋼化玻璃、複合材料膠膜、電池片、複合材料膠膜、TPT和背板，逐一整齊疊合；

步驟四、電池片之間用塗錫銅帶串並聯匯集引出線；

步驟五、層壓：將疊合好的整體進行熱壓合成組件整體；

層壓速度比EVA封裝膠膜減少7秒/次；

層壓溫度比EVA封裝膠膜提高6°；

層壓壓力比EVA 封裝膠膜降0.05kg；

步驟六、用矽膠按照工藝要求固定接線盒並接好引出線；

步驟七、裝框：將層壓好的組件用鋁合金邊框組裝起來形成組件整體。

本發明還提供一種所述複合材料膠膜的製備方法如下：

步驟一、選用聚丙烯、聚烯烴和聚氨酯作為複合材料；

步驟二、採用中間層針孔樁連結合工藝：將中間層聚丙烯薄膜通過輥針壓製成小孔網眼；

步驟三、採用熔噴法：將聚氨酯加入密封桶，每桶100kg，加熱至170℃，用高壓泵噴頭進行均勻噴霧，噴頭壓力2.8kg，噴霧固化層10微米；

步驟四、將聚丙烯和聚烯烴通過加熱輥加熱至塑化臨界溫度155℃，壓力1.2kg，兩邊漲力0.2kg，進行熱合；

步驟五、將步驟四熱合後的複合材料經冷卻再收卷備用，冷輥溫度控制在25℃以下，線速度每分鐘250米。

與現有技術相比，本發明的優點在於：

1、本發明中採用新型複合材料封狀材料作為封裝膠膜替代EVA。新型複合封裝材料具有高透光性高水汽阻隔高粘結性，可與任意電池片搭配達到抗PID效果。採用複合封裝材料替代了EVA的方案，抗PID效果更佳，透光性能更好，且具有很好的耐候性，使組件光利用率更高以及能長效使用而降低成本，高性能複合封裝材料光伏組件使電池獲得更高效率以及較長使用壽命和達到更高的目標經濟效益。

2、光伏組件抗PID方面：常規光伏組件雖然通過電池片的改進、EVA的改進使得解決光伏組件PID問題非常成熟，但是因為經處理改性後共聚合成的新型複合封裝材料在吸水性方面的優越性（EVA吸水性在0.1%，複合封裝材料小於0.01%，相差10倍）使用複合材料抗PID效果更佳。

3、耐候性方面：選用新型複合封裝材料代替EVA作為組件封裝材料。因為新型複合封裝材料是飽和結構，無雙鍵，在耐候性、耐黃變、絕緣性和透光性方面有明顯的優勢，不容易老化，更高的透光率，而且透水率更低。所以複合封裝材料光伏組件耐候性耐老化方面強於常規組件許多，同時這也是PID方面複合封裝材料光伏組件佔優的原因之一。

4、長效性方面：常規太陽能光伏組件中，使用的封裝膠膜EVA因為是乙烯—醋酸乙烯共聚物，在老化分解過程中，釋放的酸性物質會在組件中使電極加速腐蝕，致使組件發電效率快速變低甚至報廢，而新型複合封裝材料膠膜封裝組件無此問題，所以有效使用壽命能延長許多。

附圖說明

圖1為本發明中的高性能耐候性複合材料封裝光伏組件的結構示意圖。

圖2為本發明中的複合材料膠膜的結構示意圖。

具體實施方式

以下結合實施例對本發明作進一步詳細描述。

參見圖1，本發明涉及一種高性能耐候性複合材料封裝光伏組件，主要包括自上而下依次設置的鋼化玻璃1、電池片3和背板7，在鋼化玻璃1與背板7之間分別用一層複合材料膠膜2替代常規的EVA封裝膠膜複合晶矽電池片3組成複合層整體，並在電池片之3間用塗錫銅帶串並聯匯集引出線，再用TPT聚氟乙烯複合膜5保護膠封，用矽膠安裝接線盒6並接好引出線，利用背板7固定後裝入鋁合金邊框8形成複合材料封裝光伏電池組件，所述鋼化玻璃為1634×986×3.2mm，複合材料膜為1634×986×0.45mm，電池片及背板均為1634×986mm。

上述光伏組件的製備方法如下：

1、電池片分選：分選外觀合格的電池片，將顏色一致、效率相同的電池片分為一塊組件所需的數量。

2、焊接：按照現有的設備將電池片通過焊帶焊接。

3、層疊：按照順序鋪設鋼化玻璃、複合材料膠膜、電池片、複合材料膠膜、TPT、背板，逐一整齊疊合。

4、電池片之間用塗錫銅帶串並聯匯集引出線。

5、層壓，將疊合好的整體按照新的層壓設備及工藝參數進行熱壓合成組件整體。

層壓速度比EVA封裝膠膜減少7秒/次。

層壓溫度比EVA封裝膠膜提高6度。

層壓壓力比EVA 封裝膠膜降0.05kg.

6、用矽膠按照工藝要求固定接線盒並接好引出線。

7、裝框：將層壓好的組件用鋁合金邊框組裝起來形成組件整體。

8、包裝：測試與現有方法一樣，檢驗組件的電性能，安全性能，耐候性能。

要解決EVA封裝膜在生產製備過程中原材料價格昂貴，使得封裝膜成本較高，而且生產過程產生的廢氣對環境造成汙染，對操作員工造成身體損害，還有氣水阻隔性能較差，易造成老化及變黃而使組件使用壽命縮短。選用透明度極高，各項理化指標極好以及性價比均好且易結合易生產的PTU熱塑性聚氨酯、PP聚丙烯和POE聚烯烴為原材料製成複合材料膠膜。

如圖2所示，所述複合材料膠膜2包括聚丙烯層2.1和聚烯烴層2.2，在所述聚丙烯層2.1上均勻開設有針孔網眼2.3，在所述聚丙烯層2.1的正反面均噴塗一層TPU熱塑性聚氨酯層2.4將聚丙烯層2.1和聚烯烴層2.2複合，由於聚丙烯針孔網眼2.3中的聚氨酯像串連複合層的樁腳一樣使得層與層之間的剝離強度更強，複合材料膠膜總厚度70微米±5微米。

上述複合材料膠膜的製備方法如下：

1、選用可以與聚丙烯和聚烯烴能良好熔合且各相關理化指標均較優的聚氨酯替代膠水起粘合作用；選用透明度極高，強度及韌性極好，耐老化、耐腐蝕、耐熱、耐寒、防溼性能好，性價比高的聚丙烯和聚烯烴作為複合材料。

2、採用中間層針孔樁連結合工藝：將中間層聚丙烯薄膜通過輥針壓製成直徑5mm小孔網眼，使其噴塗聚氨酯時，其網眼中塗布上聚氨酯，然後在與聚烯烴熱壓複合時層與層之間好似打入聚氨酯樁一樣牢固地連結成牢固的整體。

3、採用熔噴法：將聚氨酯加入密封桶，每桶100kg，加熱至170℃，用高壓泵噴頭進行均勻噴霧，噴頭壓力2.8kg，噴霧固化層10微米。

4、利用熱合機將聚丙烯和聚烯烴二層通過加熱輥加熱至塑化臨界溫度155℃，壓力1.2kg，兩邊漲力0.2kg，進行熱合，替代了傳統的膠水貼合，既解決了廢氣汙染環境衛生，又能使複合層剝離強度得到提高而且還降低成本。

5、經上述工藝法複合，其由於聚丙烯網狀眼中聚氨酯象串連複合層的樁腳一樣使得層與層之間的剝離強度更強。

6、將複合材料經五輥冷卻再收卷備用，冷輥溫度控制在25℃以下，線速度每分鐘250米。

新型複合封裝材料特性方面：複合封裝材料是一種新型的改性共聚合成塑膠材料，是丙烯乙烯—辛烯共聚合成物，以茂金屬作催化劑開發的具有窄相對分子質量分布和窄共聚單體分布，結構可控的新型聚烯熱塑性彈體。相對於EVA膠膜，新型複合封裝材料最大的優勢就是低水汽透過率高光照透過率和高體積電阻率，以及良好的耐候性能，選用新型複合材料作為封裝材料，能保證光伏組件在高溫、低寒、高溼及日曬雨淋惡劣環境下運行的安全性及長久的耐老化性，使組件能夠長效使用30年以上，從而達到當前各國提出的使用壽命新目標，極大地降低了單位投入成本，極大地提高了經濟效益。

技經指標方面：新型複合封裝材料比EVA材料價格低20%，而且今後隨著推廣應用，價格仍處較大下降通道；經雙八五溼熱老化測試10000h後，新型複合材料作為封裝材料的光伏組件的功率衰減仍低於5%，而使用傳統EVA膠膜封裝的光伏組件在同樣老化測試進行到2000h後，發電效率就開始快速下降，另外新型複合材料膠膜封裝光伏組件對比常規EVA膠膜封裝光伏組件抗PID性能更佳，在85℃，85%溼度，-1000V的測試條件下，可測試500h後，複合材料膠膜封裝光伏組件功率衰減仍然低於5%，可EVA膠膜封裝光伏組件功率衰減達10%。新型複合材料作為封裝膠膜的光伏電池組件比常規EVA材料膠膜封裝組件提高光利用率2%以上，延長使用壽命5年以上。

除上述實施例外，本發明還包括有其他實施方式，凡採用等同變換或者等效替換方式形成的技術方案，均應落入本發明權利要求的保護範圍之內。