一次成型壓克力太陽能板制備方法的研究與探討

肖建霞(泰興湯臣壓克力有限公司，江蘇 泰州 225400)

0 引言

近年來，全球變暖問題愈發(fā)不可忽視，新型能源、可再生能源被更廣泛運用到我們的生活中來。太陽能資源清潔無污染，而且取之不竭用之不盡。太陽能具有普遍性、永久性、清潔性、經(jīng)濟性等獨特優(yōu)勢，因而正在興起的“太陽經(jīng)濟”勢必會成為未來全球能源的主流[1]。在我國經(jīng)濟建設(shè)中，太陽能起到的作用越來越重要。本文研究開發(fā)的壓克力太陽能板，主要由太陽能電池片澆筑在壓克力板(聚甲基丙烯酸甲酯，又簡稱PMMA 或有機玻璃)，兩者形成一體的結(jié)構(gòu)。在壓克力板材生產(chǎn)過程中一次澆鑄成型或一次連續(xù)澆鑄成型或一次擠出成型等三種方法完成，一次成型的制備方法可獲得確定厚度的壓克力太陽能板。其板材具有質(zhì)量輕，光轉(zhuǎn)換效率高，安全性好，使用壽命長的優(yōu)點。

1 一次性成型的壓克力太陽能板研究的目的和意義

傳統(tǒng)太陽能電池板大都采用玻璃夾裝太陽能電池片組成，其制作工藝是：電池檢測—正面焊接—檢驗—背面串接—檢驗—敷設(shè)玻璃清洗、材料切割、玻璃預(yù)處理、敷設(shè)—層壓—去毛邊、清洗—裝邊框涂膠、裝角鍵、沖孔、裝框、擦洗余膠—焊接接線盒—高壓測試—組件測試—外觀檢驗—包裝入庫，此做法工藝流程繁瑣，且制成的太陽能電池板重量重，易碎，安裝困難，使用范圍局限。鋼化玻璃重量是壓克力的一倍，鋼化玻璃的密度為2.4g/cm3，而壓克力只有1.2g/cm3。

隨著新能源發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機規(guī)模的進一步擴大，對新能源發(fā)電模型準(zhǔn)確度的要求也越來越高。因為壓克力太陽能板的光-電轉(zhuǎn)換性能超過目前傳統(tǒng)的以鋼化玻璃作為主要組件的太陽能電池板，可替代鋼化玻璃加EVA膠組合制造的太陽能電池板，正廣泛應(yīng)用于各發(fā)電領(lǐng)域。相較于通過膠粘合做成的太陽能電池片存在滲水性強導(dǎo)致使用壽命降低的特點，本文研究的一次成型的太陽能電池片滲水性僅僅是壓克力本身飽和吸水小于0.2%的滲水量。對太陽能片的影響極小，使得一次成型的壓克力太陽能板使用壽命長于傳統(tǒng)的太陽能片。一次成型可獲得確定厚度的壓克力太陽能板具有質(zhì)量輕，光轉(zhuǎn)換效率高，安全性好，使用壽命長的優(yōu)點[2]。

本文研究的太陽能板的制造是在壓克力板材生產(chǎn)過程中一次澆鑄成型、一次連續(xù)澆鑄成型和一次擠壓成型三種方法完成，一次成型可獲得確定厚度的壓克力太陽能板。壓克力的透光率大于92%，而鋼化玻璃只有88%[3]。一次成型的壓克力太陽能板可以做成太陽能瓦片、太陽能隔音墻等戶外不同形狀的產(chǎn)品，適合各種場合。由于壓克力易加工成型，使得一次成型的壓克力太陽能板適用范圍更廣。目前對太陽能的應(yīng)用由于成本和技術(shù)的原因，大多數(shù)還局限于專業(yè)要求及精度高標(biāo)準(zhǔn)的場合，想要達到大眾化民用的普及還有一定距離。許多技術(shù)人員也正在著力研究解決太陽能電池板跟蹤系統(tǒng)的高效、廉價、穩(wěn)定、大容量。

2 一次成型制備壓克力太陽能板材的三種制備方法

2.1 一次澆鑄成型的制備方法

這種制備方法是將壓克力板材一次性澆鑄成型，具體包括以下步驟：將太陽能電池片的正反電極進行串聯(lián)焊接，確保太陽能電池片的完整與焊接的部分無脫焊和無損，之后將電池片串聯(lián)焊接的焊接處包裹處理，以防脫落和損壞；壓克力板是用兩塊研磨拋光的鋼化玻璃平板組合裝置澆鑄，壓克力板材表面的平整度和質(zhì)量，是由鋼化玻璃模板平面的光潔度決定的，而所澆鑄的壓克力板材厚度則是由兩塊鋼化玻璃模板間形成的間隔所決定的，若要控制這個厚度，可以通過控制雙層PVC 密封圈的方式來調(diào)整，將需要的厚度距離設(shè)置為兩塊鋼化玻璃板之間的距離，再進行模具澆鑄。將經(jīng)過真空過濾脫泡的預(yù)聚合漿液材料注入澆鑄模具后，分別經(jīng)過45℃～65℃溫度下2～30h 聚合、100℃～130℃溫度下2～8h的聚合反應(yīng)過程，最后再經(jīng)自然冷卻到室溫度后脫模，形成壓克力太陽能板。

2.2 一次連續(xù)澆鑄成型的制備方法

這種制備方法是將壓克力板材連續(xù)澆鑄，首先也是將太陽能電池片的正反電極進行串聯(lián)焊接，確保太陽能電池片的完整與焊接的部分無脫焊和無損，之后將電池片串聯(lián)焊接的焊接處包裹處理，以防脫落和損壞。不同的是，采用一組表面經(jīng)過拋光的不銹鋼鋼帶組成澆鑄模具，壓克力板的表面質(zhì)量，取決于不銹鋼鋼帶的表面光潔度；壓克力板的厚度，取決于兩塊鋼帶之間調(diào)整的間隙；太陽能電池片在壓克力里面的位置取決于太陽能電池片與兩塊鋼帶之間的間隙；再對澆鑄模具澆鑄預(yù)聚漿液，預(yù)聚漿液使用69%～84%的MMA、15%～30%PMMA、0.4%～1%的抗收縮劑乙烯類樹脂，預(yù)聚料自進料口進入鋼帶，經(jīng)過80℃-90℃-100℃-120℃-110℃-100℃-90℃-80℃的不同溫度下、2～30h 聚合和冷卻成型過程，形成壓克力太陽能板。

2.3 一次擠出成型的制備方法

這種方法是一次性就將壓克力太陽能板擠出。首先也是將太陽能電池片的正反電極進行串聯(lián)焊接，確保太陽能電池片的完整與焊接的部分無脫焊和無損，之后將電池片串聯(lián)焊接的焊接處包裹處理，以防脫落和損壞。不同的是，采用上下兩個螺桿擠出機，中間摻入組合好的電池片，壓克力板的表面質(zhì)量取決于擠出機壓輥的表面光潔度；壓克力板的厚度，取決于擠出機口模的型號、兩壓輥之間調(diào)整的間隙及牽引速度；太陽能電池片在壓克力里面的位置取決于上下兩個擠出機擠出的壓克力板材的厚度；將造好粒的料自料斗進入擠出機料筒，進行塑化，在螺桿45～50m/min 的旋轉(zhuǎn)速度作用下，從口模擠出板材，壓光機壓光并逐漸冷卻，再經(jīng)過冷卻輸送輥進行冷卻、切邊機進行切邊，形成壓克力太陽能板。

設(shè)計的壓克力太陽能電池片見圖1。

圖1 太陽能電池片1，壓克力板2

3 結(jié)語

綜上所述，目前在太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域，僅有部分太陽能實現(xiàn)了商業(yè)發(fā)電，但是仍舊需要實時進行太陽跟蹤。隨著以風(fēng)能和太陽能為代表的大規(guī)模新能源發(fā)電裝機容量在電力系統(tǒng)中所占比例越來越大，需要提煉新能源發(fā)電統(tǒng)一模型的共性特征和適用范圍，探討其進一步完善和發(fā)展的方向。壓克力板太陽能電池化學(xué)穩(wěn)定性的研究已經(jīng)取得了一定的進展，但目前有關(guān)壓克力板太陽能電池化學(xué)穩(wěn)定性的研究不是很多。期待不久的將來壓克力板太陽能電池在穩(wěn)定性方面取得新的突破，為太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。我們?nèi)裟茉诂F(xiàn)有技術(shù)上有所改進并加以創(chuàng)新，引用機械設(shè)計等技術(shù)，制備出高效率、高性能、結(jié)構(gòu)美觀、體積大小能滿足不同地區(qū)和環(huán)境需求的壓克力板太陽能電池，其應(yīng)用前景將會更加廣闊，并有望為以后實現(xiàn)大型化、商業(yè)化生產(chǎn)做出貢獻。