聚烯烴熱收縮材料在光伏組件封裝中的應用研究

英利集團有限公司 ■ 陳敬欣 孫嘯 房煜杰 陳輝元

一 引言

光伏組件在生產(chǎn)過程中必須將電池片夾在保護背板和表面透明材料之間，并保持牢固密封的狀態(tài)，以達到隔離空氣、保護電池片、增加透光率、延長壽命的目的。其生產(chǎn)加工過程必須依靠龐大的加工設備進行，對小功率封裝組件成本較高。熱縮是高分子材料在受熱條件下發(fā)生收縮的行為。利用這種收縮可在小功率的光伏組件封裝過程中，由高透明材料制成的袋狀體套封光伏電池片和代替背板及覆蓋透明保護材料使用，簡化了工藝流程，降低了成本，同時減輕了組件重量。

二 傳統(tǒng)光伏組件封裝方式

將太陽電池片封裝起來制成組件稱之為封裝過程。光伏組件封裝的主要工藝流程為：測試分選→單片焊接→串聯(lián)焊接→疊層→中間測試→層壓→裝框注膠→清洗→最終測試。

組件材料按照背板、EVA/PVB、電池串、EVA/PVB、玻璃順序敷設后，需用層壓機完成對敷設疊層完的組件封裝工作。在層壓過程中，組件中的EVA/PVB發(fā)生固化膠聯(lián)變性，使得層壓后的組件具有一定的密封性和抗?jié)B水性。層壓工藝是組件生產(chǎn)過程中最為關鍵的步驟，其過程不可逆，層壓工藝一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，將可能導致整個組件報廢，造成巨大的經(jīng)濟損失。為了最大可能地提高組件的層壓質(zhì)量，對層壓參數(shù)的選擇一定要合適。層壓時EVA/PVB熔化后由于壓力而向外延伸固化形成毛邊，所以層壓完畢應將其切除。

目前，小功率的光伏組件基本是采用滴膠封裝工藝完成，常用的封裝材料有環(huán)氧樹脂、改性聚氨酯膠等。在滴膠封裝工藝中使用的設備有注膠機、震動流平機、真空負壓機、烘干機等。現(xiàn)有封裝工藝生產(chǎn)加工過程依靠龐大的加工設備進行，工藝復雜，對于小功率封裝組件來說成本較高。滴膠封裝時還會有溶劑揮發(fā)出，造成環(huán)境污染。由于滴膠封裝是靠樹脂膠液的流平成型，產(chǎn)品的生產(chǎn)基本上依靠手工操作，其厚度不易掌握，同時只限于制作平面光伏組件，適用范圍較窄。樹脂滴膠封裝的光伏組件工作環(huán)境僅在?5～40℃之間，耐候性差，易發(fā)生變黃、脫落等現(xiàn)象，且其壽命僅有5年左右，和太陽電池的長壽命不相匹配，造成一定程度的浪費，不符合節(jié)能環(huán)保的理念。

三 多層共擠聚烯烴熱收縮材料封裝

1 多層共擠聚烯烴熱收縮材料介紹

多層共擠聚烯烴熱收縮材料系采用高聚物分子鏈拉伸定向原理設計，以急冷定型的方法成型。其物理原理是：當高聚物處于高彈態(tài)時，對其拉伸取向，然后將高聚物驟冷至玻璃化溫度以下，分子取向被凍結(jié)，當對物品進行包裝過程中對其加熱時，由于分子熱運動產(chǎn)生應力松馳，分子恢復原來的狀態(tài)，產(chǎn)生收縮。

多層共擠聚烯烴熱收縮材料是在專用設備中將線性低密度聚乙烯(LLDPE)作為中間層，共聚丙烯(PP)作為內(nèi)、外層，經(jīng)特殊工藝將內(nèi)、中、外三層共同擠壓而制成的薄膜，其具有高透明度、高收縮率及熱封性能良好的特點。它同時具備了聚乙烯(PE)和聚炳烯(PP)的所有優(yōu)點，其卓越性能又遠優(yōu)于單純的聚乙烯(PE)膜和聚丙烯(PP)膜，是目前國際上廣泛推廣使用并經(jīng)歐洲和美國市場認可的環(huán)保型熱收縮包裝材料。它符合美國FDA及USDA標準，全部采用環(huán)保型材料制造，是一種環(huán)保包裝材料，可被回收再利用。

2 封裝工藝

利用多層共擠聚烯烴熱收縮材料進行小功率光伏組件封裝，敷設順序為多層共擠聚烯烴熱收縮材料、電池片、雙面膠、基板、多層共擠聚烯烴熱收縮材料，如圖1所示。其封裝工藝是：先將電池片根據(jù)其性能參數(shù)進行分類測試，然后進行正面焊接、背面焊接，將串并焊接好的電池片組背面用雙面膠固定在清理好的基板上，將預先生產(chǎn)的比基板尺寸略大的多層共擠聚烯烴熱收縮材料套于基板外面，利用真空熱收縮一體機抽真空?6～?15Pa保持30～60min后，加熱至110～130℃保持20～30min，降溫冷卻至環(huán)境溫度，使多層共擠聚烯烴熱收縮材料收縮，牢固地和電池片、基板成為一體，完成小功率組件的封裝。電池板封裝完畢后進行去毛邊、組件測試、外觀檢驗、包裝入庫，如圖2所示。

四 多層共擠聚烯烴熱收縮材料封裝優(yōu)勢

多層共擠聚烯烴熱收縮材料進行小功率光伏組件的封裝具有的優(yōu)勢有：

(1)方法簡單，使用設備少，耗能少，生產(chǎn)成本低。

(2)透明度高，不會因為透明度影響光伏組件的發(fā)電效率，表面封裝的厚度易掌握，改變不同的多層共擠聚烯烴熱收縮材料的厚度就會有不同的封裝效果，同時可減輕組件重量。

圖2 工藝流程圖

(3)柔韌性好，使用方便，提高了組件生產(chǎn)速度，降低了生產(chǎn)周期和生產(chǎn)技術人員的培訓成本。

(4)耐候性好，封裝后的光伏組件可在?50℃保持柔韌性而不發(fā)生脆裂，最高使用溫度可達95℃，可滿足太陽電池在不同條件下的溫度使用范圍。

(5)加工過程環(huán)保無毒，無有害氣體排放。

(6)密封性好，防潮防塵，可牢固地將太陽電池片和基板固定在一起，封裝好的光伏組件使用壽命可達20年。

(7)通過改變多層共擠聚烯烴熱收縮材料在生產(chǎn)過程中的顏色，就可任意改變封裝的光伏組件表面的顏色，滿足不同客戶的需要。

(8)封裝最大的優(yōu)勢就是利于回收。傳統(tǒng)的組件壽命到期或者在制作中有殘次報廢品后，直接將其丟棄，到目前為止，國內(nèi)外還沒有一個較好的回收方法及回收企業(yè)。多層共擠聚烯烴熱收縮材料進行小功率光伏組件的封裝是采用抽真空的方式進行，如要回收，直接破壞其真空層即可，方法簡單易行，組件的材料進行后續(xù)加工后可繼續(xù)使用。

五 結(jié)束語

光伏發(fā)電作為一種綠色能源發(fā)展迅猛，采用采用多層共擠聚烯烴熱收縮材料進行小功率光伏組件的封裝具有環(huán)保、易回收、成本低、操作簡單等特點，更易實現(xiàn)資源持續(xù)利用，以達到促進經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護的雙贏模式，具有較大的推廣價值和發(fā)展前景。