高壓釜在光伏組件封裝中的應(yīng)用

中國(guó)遼寧北方玻璃機(jī)械有限公司 ■ 劉慶國(guó) 陳志強(qiáng)

中國(guó)沈陽北方太陽能有限公司 ■ 張寶成

一 引言

隨著光伏行業(yè)的不斷發(fā)展，光伏組件的功能不僅僅限于發(fā)電，被賦予的新功能越來越多。特別是在光伏建筑一體化上，光伏組件往往被設(shè)計(jì)成墻體材料、屋面材料、透光天窗、遮陽頂?shù)?。采用鋼化玻璃結(jié)合EVA、TPT等材料封裝的光伏組件將不能滿足這方面的要求。采用大面積鋼化玻璃結(jié)合PVB、晶體硅電池片、薄膜電池片等材料封裝成雙玻夾膠光伏組件將成為趨勢(shì)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步衍生出各種類型的建材型光伏組件，成為眾多光伏組件制造廠商競(jìng)相研發(fā)的對(duì)象。

高壓釜作為生產(chǎn)夾膠安全玻璃的終壓成型設(shè)備，具有產(chǎn)量大、成品率高、產(chǎn)品品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)，已成為該領(lǐng)域光伏組件封裝重要的、必不可少的在生產(chǎn)設(shè)備。本文就該設(shè)備在這一領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行分析、探討。

二 層壓機(jī)封裝的局限性

層壓機(jī)(見圖1)是光伏組件生產(chǎn)商廣泛使用的封裝設(shè)備。其工作原理是通過油加熱機(jī)和熱油泵的循環(huán)，使下腔室的加熱板溫度升到設(shè)定的溫度；將組件放到加熱板上，上下腔室合攏形成密閉腔，一方面通過熱傳導(dǎo)給組件升溫，另一方面開啟真空泵，使密閉腔處于真空狀態(tài)，達(dá)到抽出組件空氣的目的；一段時(shí)間后，上腔室開始充氣，通過上腔室的橡膠板壓住組件，達(dá)到給組件加壓的目的，經(jīng)過一段時(shí)間保溫保壓階段后，光伏組件即可成型取出。

目前，對(duì)于平面玻璃+PVB+晶體硅電池片+PVB+平面玻璃和薄膜電池片+PVB+平面玻璃兩種結(jié)構(gòu)的光伏組件，有生產(chǎn)商嘗試采用層壓機(jī)作為組件成型設(shè)備。存在的問題是：在層壓機(jī)內(nèi)，上述兩種結(jié)構(gòu)從開始就被置于高溫環(huán)境，很容易造成PVB過早封邊，導(dǎo)致殘留氣體不能被抽出，同時(shí)玻璃在此環(huán)境下周邊翹曲變形，氣囊加壓的不均勻性也易導(dǎo)致組件出現(xiàn)局部未融和組件破損；成型后的組件直接在高溫狀態(tài)被取出，在室溫環(huán)境下，組件四角容易脫膠形成邊緣氣泡，影響產(chǎn)品質(zhì)量和轉(zhuǎn)換率。同時(shí)該設(shè)備的壓力、溫度控制參數(shù)不符合PVB特性，用該工藝制作出來的夾膠光伏組件其層間粘結(jié)力、透光光學(xué)性能等達(dá)不到要求。

此外，對(duì)于弧形雙玻晶體硅光伏組件和多層夾膠光伏組件，該設(shè)備更是無能為力。

三 高壓釜設(shè)備在光伏組件封裝中的應(yīng)用

高壓釜(見圖2)由釜體、釜門、循環(huán)風(fēng)機(jī)、加熱器、冷卻、電控柜等部分組成，是生產(chǎn)PVB夾膠玻璃必備設(shè)備。該設(shè)備通過對(duì)溫度、壓力兩個(gè)參數(shù)的控制系統(tǒng)，可以形成升溫加壓、保溫保壓、降溫降壓3個(gè)階段。該過程非常符合PVB的特性，用該設(shè)備生產(chǎn)適用于光伏建筑一體化的組件，不僅能解決上述問題，提高組件的產(chǎn)品品質(zhì)和成品率，而且還能實(shí)現(xiàn)該類型光伏組件大批量、多規(guī)格生產(chǎn)，從而降低光伏組件的制造成本。

1 高壓釜生產(chǎn)晶體硅或薄膜雙玻光伏組件參數(shù)控制曲線(圖3)

圖3 光伏組件參數(shù)控制曲線

圖3中紅色曲線代表溫度控制曲線，藍(lán)色曲線代表壓力控制曲線。經(jīng)過預(yù)壓后的光伏組件，放入高壓釜內(nèi)，關(guān)閉釜門，高壓釜就可進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行階段。首先進(jìn)行升溫，在溫度升到T1時(shí)，釜內(nèi)開始充氣加壓；當(dāng)加壓到P1時(shí)，保壓一段時(shí)間，然后進(jìn)一步充氣加壓直到設(shè)置的Pmax。此時(shí)，溫度也已提前升到設(shè)置的Tmax，然后進(jìn)入保溫保壓階段。當(dāng)該階段運(yùn)行結(jié)束后，高壓釜開啟熱交換器進(jìn)行降溫，而此時(shí)排氣壓力閥關(guān)閉，釜內(nèi)壓力隨著釜內(nèi)溫度的降低而緩慢降低。當(dāng)溫度降到T2時(shí)，開啟排氣壓力閥，釜內(nèi)的溫度和壓力均較快地降到初始值。以上過程就完成了高壓釜的一個(gè)循環(huán)。

2 高壓釜如何實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體硅和薄膜電池片的保護(hù)

由于晶體硅電池片厚度不到250μm，薄膜電池片是沒有經(jīng)過鋼化的普通玻璃，很容易破裂。由于高壓釜設(shè)備本身特性，其升溫梯度、升壓梯度、降溫梯度、降壓梯度都可調(diào)節(jié)；保溫階段的溫度、壓力、時(shí)間等參數(shù)也可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，可根據(jù)電池片能承受的強(qiáng)度選擇最合理的參數(shù)控制曲線。

3 高壓釜如何解決光伏組件出現(xiàn)氣泡的問題

由于內(nèi)部存在涂錫帶、絕緣材料、錫焊點(diǎn)等，雙玻光伏組件在封裝中易出現(xiàn)氣泡。在高壓釜運(yùn)行升溫階段，通過對(duì)溫度T1進(jìn)行設(shè)置，延遲釜內(nèi)的充氣加壓，可有效防止氣體進(jìn)入組件內(nèi)部。在高壓釜降溫階段，通過設(shè)置溫度T2，讓釜內(nèi)的壓力緩慢降低，到達(dá)溫度T2后讓釜內(nèi)氣體迅速泄壓排放。通過這些控制手段，都可避免組件內(nèi)部出現(xiàn)氣泡。

四 利用高壓釜可實(shí)現(xiàn)基于EVA膠膜的雙玻光伏組件封裝

對(duì)于平面玻璃+EVA+晶體硅電池片+EVA+平面玻璃和薄膜電池片+EVA+平面玻璃兩種結(jié)構(gòu)的光伏組件，用高壓釜也可實(shí)現(xiàn)一次成型封裝。相比PVB而言，EVA融化后具有較高的流動(dòng)性能，而且價(jià)格低廉，該類型的組件在一些地面電站得到廣泛的使用。目前很多企業(yè)采用層壓機(jī)進(jìn)行封裝，在光伏組件制造過程中同樣存在易出現(xiàn)氣泡、破損、產(chǎn)量低等問題。在高壓釜設(shè)備內(nèi)增加抽真空系統(tǒng)，將每塊組件套上真空環(huán)水平放置在蒸壓小車上，選擇合理的參數(shù)控制曲線，在釜內(nèi)實(shí)現(xiàn)抽真空、升溫、加壓、降溫、降壓等過程，可實(shí)現(xiàn)上述結(jié)構(gòu)光伏組件的一次固化成型。相比層壓機(jī)而言，高壓釜設(shè)備明顯有一個(gè)常溫下抽空氣和緩慢降溫的過程，實(shí)現(xiàn)了組件常溫出爐，避免了溫度應(yīng)力產(chǎn)生的組件破損和氣泡的發(fā)生。根據(jù)每釜裝載量、循環(huán)周期來看，其產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單臺(tái)層壓機(jī)的產(chǎn)量。另外，如果將特殊的層壓機(jī)配在組件后流水線上，然后再進(jìn)高壓釜終端高溫、高壓，可達(dá)到更滿意的質(zhì)量和產(chǎn)量。

五 結(jié)語

光伏建筑一體化(BIPV)將成為21世紀(jì)建筑節(jié)能的市場(chǎng)熱點(diǎn)，太陽能建筑業(yè)將是21世紀(jì)最重要的新興產(chǎn)業(yè)之一。預(yù)計(jì)到2013年，世界光伏工程中的BIPV組件需求將會(huì)上升到1600萬m2，如果以2000元/m2的市場(chǎng)價(jià)格來計(jì)算，就可達(dá)40億美元的產(chǎn)值。如此龐大的市場(chǎng)需求，必然會(huì)刺激各種類型建材型光伏組件的大批量生產(chǎn)，由此高壓釜在這一領(lǐng)域的應(yīng)用將顯得日益重要，高壓釜必然會(huì)成為光伏組件封裝設(shè)備的重要設(shè)備之一。

相比夾膠安全玻璃而言，光伏組件有更高的附加值。因此，提高高壓釜設(shè)備運(yùn)行的可靠性和參數(shù)控制精度，是相關(guān)設(shè)備制造廠商面臨的課題。

高壓釜在生產(chǎn)大面積雙玻夾膠光伏組件上具備明顯的優(yōu)勢(shì)，這也符合光伏組件作為建筑材料的要求，但是，將高壓釜作為光伏組件的封裝成型設(shè)備，還沒有足夠的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，為了得到更高品質(zhì)、更安全的光伏建筑一體化組件，需要各個(gè)組件制造廠摸索出更適宜的參數(shù)控制曲線。

［1］ 陳志強(qiáng). 光伏建筑一體化系統(tǒng)中光伏組件封裝工藝的探討[J].玻璃, 2008, (12)：16－19.

［2］ Chenga C L, Chanb C Y, Chen C L. Empirical approach to BIPV evaluation of solar irradiation for building applications[J]. Renewable Energy, 2005, 30(7): 1055－1074.