電加熱層壓機(jī)雙玻組件氣泡研究

馬亞超 劉長飛 陳 碩 李清偉 吳振芳 聶慧超 邵瑞婧

（晶澳（邢臺）太陽能有限公司，河北邢臺 054001）

0.引言

隨著環(huán)境的日益惡化，國家環(huán)保意識的逐漸提高，2022 年10 月16 日，黨的二十大報告中指出積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和是一場廣泛而深刻的社會經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)性變革。光伏建筑一體化BIPV 的逐漸落實(shí)，雙玻組件的需求量日益增加；油加熱系統(tǒng)層壓機(jī)由于會對環(huán)境造成一定程度的污染，相對環(huán)保的電加熱系統(tǒng)層壓機(jī)將會成為市場主流，但是電加熱系統(tǒng)對加熱板進(jìn)行加熱的穩(wěn)定性比較差，尤其是再進(jìn)行大面積加熱工作時，很難控制溫度的均勻性，在一定程度上會對層壓機(jī)的工作效率以及電池組件封裝質(zhì)量造成影響，所以對雙玻組件使用電加熱系統(tǒng)層壓機(jī)的層壓效果的研究迫在眉睫。

1.分析

根據(jù)對太陽能電池組件性能指標(biāo)的研究發(fā)現(xiàn)，組件氣泡，EVA 的交聯(lián)度和撕拉強(qiáng)度是太陽能電池組件的重要性能指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)這些指標(biāo)與層壓過程中的溫度控制精度密切相關(guān)[1]。由此可見，溫度均勻性相對較差的電加熱層壓機(jī)在生產(chǎn)使用過程中將會有很多問題值得我們?nèi)パ芯?，本文將從層壓機(jī)加熱原理、氣泡產(chǎn)生原理、雙玻組件層疊結(jié)構(gòu)3 個方面進(jìn)行分析。

1.1 層壓機(jī)加熱系統(tǒng)原理

太陽能電池組件層壓機(jī)加熱系統(tǒng)工作的基本過程：按下加熱按鈕，通過觸摸屏設(shè)定好封裝平臺工作穩(wěn)定及加熱占空比[2]，不同加熱系統(tǒng)加熱方式有所不同，油加熱方式主要通過加熱器將導(dǎo)熱油集中供熱，油通過蛇形管路將熱量傳遞到封裝平臺，而電加熱系統(tǒng)則是通過在封裝平臺下方安裝加熱棒直接進(jìn)行加熱。

1.1.1 常規(guī)油加熱系統(tǒng)

常規(guī)油加熱系統(tǒng)指先在加熱器中將導(dǎo)熱油加熱，使其達(dá)到設(shè)定要求的溫度，再將加熱后的導(dǎo)熱油引入加熱板內(nèi)部的循環(huán)管道中，通過熱傳導(dǎo)作用使加熱板的溫度不斷上升，最終達(dá)到設(shè)定溫度的要求[3]。

1.1.2 電加熱系統(tǒng)

電加熱系統(tǒng)指的是在層壓機(jī)的電加熱板內(nèi)防置加熱棒，然后對加熱棒進(jìn)行通電加熱提升加熱板溫度的方法[3]，使封裝平臺的溫度達(dá)到設(shè)定要求。

1.1.3 加熱系統(tǒng)差異性分析

溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置65 個溫度傳感器，其工作原理主要通過金屬鉑在特定溫度下通過檢測自身電阻值變化而檢查實(shí)際溫度[4]。

因組件在進(jìn)入腔體時1 位置的5 個加熱模塊處于停止工作的狀態(tài)，進(jìn)料組件經(jīng)過該位置時由于溫差會帶走部分熱量導(dǎo)致溫度下降，下降到一定程度時加熱模塊開啟溫度逐漸回升，導(dǎo)致溫度波動性較大，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 和圖2 所示。

圖1 溫度傳感器位置及組件腔內(nèi)位置分布圖

圖2 設(shè)備溫度監(jiān)控界面

1.2 雙玻組件層疊結(jié)構(gòu)

1.2.1 背面玻璃結(jié)構(gòu)

雙玻組件中放在上面的玻璃是剛性的，質(zhì)量大，本身的自重就是對組件的一個壓力，這就增加了抽氣的難度[5]，導(dǎo)致出現(xiàn)殘留氣泡。組件受背面玻璃重量影響角部與膠膜黏連阻礙氣泡排出，外觀如圖3 所示。

圖3 雙玻組件背面玻璃自重下壓外觀圖

1.2.2 層疊鋪設(shè)結(jié)構(gòu)

雙玻組件是由上層玻璃、上層POE 膠膜、短邊墊條POE 膠膜、長邊墊條POE 膠膜、電池片、下層POE 膠膜、下層玻璃鋪設(shè)而成，長短邊墊條頭部重疊，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4 所示。

圖4 雙玻組件層疊結(jié)構(gòu)示意圖

1.2.3 層疊結(jié)構(gòu)分析

為保證組件可靠性及使用壽命，鋪設(shè)結(jié)構(gòu)采用邊緣增加墊條設(shè)計；墊條設(shè)計使得膠膜內(nèi)部高度差導(dǎo)致殘留一些氣體不易被抽出，且此結(jié)構(gòu)組件邊緣較厚，玻璃自身重力會導(dǎo)致邊緣提前與玻璃粘合封堵氣泡排出路徑。

封裝平臺內(nèi)部熱量只能通過下方加熱板獲取，多層膠膜鋪設(shè)結(jié)構(gòu)增加了熱傳遞路徑（見圖5），尤其使用溫度均勻性較差的電加熱層壓機(jī)，其設(shè)計缺陷顯露無疑。

圖5 層壓機(jī)熱傳遞圖

2.解決方案

前文重點(diǎn)介紹了雙玻光伏組件電池片氣泡產(chǎn)生的主要原因是由電加熱層壓機(jī)溫度均勻性差及層疊結(jié)構(gòu)內(nèi)部高度差共同導(dǎo)致，基于雙玻組件壽命及可靠性設(shè)計的前提下，對其量產(chǎn)化工藝路線進(jìn)行設(shè)計研究，從層疊結(jié)構(gòu)的設(shè)計入手進(jìn)行實(shí)驗，尋求解決量產(chǎn)雙玻光伏組件電池片氣泡問題的工藝方法。

2.1 層疊實(shí)驗研究

層疊結(jié)構(gòu)是為保證組件厚度的前提下進(jìn)行的設(shè)計，及在保證厚度達(dá)標(biāo)的前提下適當(dāng)改變層疊結(jié)構(gòu)是解決問題的關(guān)鍵。

2.2 取消墊條重疊

以下針對取消墊條重疊，以墊條間隙d 為變量進(jìn)行研究（見圖6），得出墊條間隙d 與組件氣泡數(shù)量的對應(yīng)關(guān)系。

圖6 墊條鋪設(shè)間隙示意圖

分別以d=0cm/d=2cm/d=5cm/d=10cm 為實(shí)驗條件進(jìn)行實(shí)驗，觀察氣泡情況如下：

如圖7 所示電池片氣泡比例隨著墊條間隙的增大而減小，d=5 時趨于穩(wěn)定，繼續(xù)增大墊條間隙會導(dǎo)致角部出現(xiàn)缺膠氣泡。由以上分析，對于氣泡增大墊條間隙可減少但不能杜絕。

圖7 取消墊條重疊實(shí)驗結(jié)果

2.3 減小墊條厚度

根據(jù)以上分析將墊條間隙設(shè)定為5cm，在此基礎(chǔ)并保證組件厚度的前提改變墊條厚度減小高度差（見圖8），觀察氣泡及組件厚度情況如下：

圖8 墊條厚度示意圖

分別以h=0mm/h=0.2mm/h=0.3mm 為實(shí)驗條件進(jìn)行實(shí)驗觀察氣泡及組件厚度情況如下：

氣泡比例隨墊條厚度減小而減小，h=0.2 時已杜絕（見圖9），繼續(xù)減小墊條厚度會導(dǎo)致組件厚度不達(dá)標(biāo)，由減少組件使用壽命的風(fēng)險。

圖9 墊條厚度實(shí)驗結(jié)果

3.結(jié)論

本文就雙玻組件層壓工藝中電池片氣泡問題進(jìn)行了研究，研究表明因電加熱層壓機(jī)溫度均勻性差凸顯出的氣泡問題可通過變更層疊結(jié)構(gòu)進(jìn)行解決，得出結(jié)論如下，墊條間隙d 為5cm，墊條厚度h 為0.2mm 時可有效杜絕電池片氣泡問題。