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太阳能电池组件主要封装材料的特性

2011-05-07 04:42 作者:Daniel 来源:http://www.megasunny.com/ 已读 4325分享到:
简介:太阳能电池组件主要封装材料的特性一、钢化玻璃1. 加工原理 钢化玻璃是平板玻璃的二次加工产品,钢化玻璃的加工可分为物理钢化法和化学钢化法。太阳能电池组件对钢化玻璃的透光率要求很高,须大于91.6%,对大于1200nm的红外光有较高的反射率。另外,厚度要求在3.2mm。1)物理钢化玻璃又称为淬火钢化玻璃(将金属工件加热到...

太阳能电池组件主要封装材料的特性

一、钢化玻璃

 

  1. 加工原理

    钢化玻璃是平板玻璃的二次加工产品,钢化玻璃的加工可分为物理钢化法和化学钢化法。太阳能电池组件对钢化玻璃的透光率要求很高,须大于91.6%,对大于1200nm的红外光有较高的反射率。另外,厚度要求在3.2mm。

  1)物理钢化玻璃又称为淬火钢化玻璃(将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间,随即浸入淬冷介质中快速冷却)。这种玻璃处于内部受拉,外部受压的应力状态,一旦局部发生破损,便会发生应力释放,玻璃被破碎成无数小块,这些小的碎片没有尖锐棱角,不易伤人。

    2)化学钢化玻璃是通过改变玻璃表面的化学组成来提高玻璃的强度,一般是应用离子交换法进行钢化。其效果类似于物理钢化玻璃。

 

  2. 钢化玻璃的主要优点:

  1)强度比普通玻璃提高数倍,抗弯强度是普通玻璃的3-5倍,抗冲击强度是普通玻璃5-10倍,提高强度的同时亦提高了安全性。

    2)使用安全,其承载能力增大,改善了易碎性质,即使钢化玻璃破坏也呈无锐角的小碎片,极大地降低了对人体的伤害。钢化玻璃的耐急冷急热性比普通玻璃提高2-3倍,一般可承受150LC以上的温差变化,对防止热炸裂有明显的效果。钢化玻璃具有良好的热稳定性,能承受的温差是普通玻璃的3倍,可承受200℃的温差变化。

 

  3. 钢化玻璃的缺点:

  1)钢化后的玻璃不能再进行切割或加工,只能在钢化前就对玻璃进行加工至需要形状,再进行钢化处理。

    2)钢化玻璃强度虽然比普通玻璃强,但是钢化玻璃在温差变化大时有自爆(自己破裂)的可能性,而普通玻璃不存在自爆的可能性。(钢化玻璃在无直接机械外力作用下发生的自动性炸裂叫做钢化玻璃的自爆。)

 

  4. 自爆现象:

  1)玻璃质量缺陷的影响

  A.玻璃中有结石、杂质:玻璃中有杂质是钢化玻璃的薄弱点,也是应力集中处。

  结石若处在钢化玻璃的张应力区是导致炸裂的重要因素。 结石存在于玻璃中,与玻璃体有着不同的膨胀系数,玻璃钢化后结石周围裂纹区域的应力集中成倍地增加。当结石膨胀系数小于玻璃,结石周围的切向应力处于受拉状态,伴随结石而存在的裂纹扩展极易发生。

  B.玻璃中含有硫化镍结晶物

  硫化镍夹杂物一般以结晶的小球体存在,直径在0.1-2㎜。外表呈金属状,这些杂夹物是NI3S2,NI7S6和NI-XS,其中X=0-0.07。只有NI1-XS相是造成钢化玻璃自发炸碎的主要原因。

  已知理论上的NIS在379℃时有一相变过程,从高温状态的a-NIS六方晶系转变为低温状态B-NI三方晶系过程中,伴随出现2.38%的体积膨胀。这一结构在室温时保存下来。如果以后玻璃受热就可能迅速出现a-B态转变。如果这些杂物在钢化玻璃受张应力的内部,则体积膨胀会引起自发炸裂。如果室温时存在a-NIS,经过数年、数月也会慢慢转变到B态,在这一相变过程中体积缓慢增大未必造成内部破裂。

  C.玻璃表面因加工过程或操作不当造成有划痕、炸口、深爆边等缺陷,易造成应力集中或导致钢化玻璃自爆。

  2)钢化玻璃中应力分布不均匀、偏移

  玻璃在加热或冷却时沿玻璃厚度方向产生的温度梯度不均匀、不对称。使钢化制品有自爆的趋向,有的在激冷时就产生“风爆”。如果张应力区偏移到制品的某一边或者偏移到表面则钢化玻璃形成自爆。

  3)钢化程度的影响,实验证明,当钢化程度提高到1级/㎝时,自爆数达20-25%。由此可见,应力越大钢化程度越高,自爆量也越大。

  4)如何鉴别钢化玻璃的自爆

  首先看起爆点(钢化玻璃裂纹呈放射状,均有起始点)是否在玻璃中间,如在玻璃边缘,一般是因为玻璃未经过倒角磨边处理或玻璃边缘有损伤,造成应力集中,裂纹逐渐发展造成的;如起爆点在玻璃中部,看起爆点是否有两小块多边形组成的类似两片蝴蝶翅膀似的图案(蝴蝶斑),如有仔细观察两小块多边形公用边(蝴蝶的躯干部分),应有肉眼可见的黑色小颗粒(硫化镍结石),则可判断是自爆的,否则就应是外力破坏的。玻璃自爆典型特征是蝴蝶斑。玻璃碎片呈放射状分布,放射中心有二块形似蝴蝶翅膀的玻璃块,俗称“蝴蝶斑”。NIS 结石位于二块"蝴蝶斑"的界面上。

    钢化玻璃自爆机理理论探讨 径向应力r≥a 切向应力r≥a 颗粒与玻璃之间界面的应力对于异质颗粒在玻璃基体中,降温过程温是负的,所以颗粒周边的径向应力是压力,切向应力是拉力。玻璃中间层球形单质硅颗粒的扫描电镜图像和边缘挤压形貌,颗粒周边的径向应力是压力,切向应力是拉力,所以切向应力是裂纹启始的根源。

 

  5. 钢化玻璃的作用

增强组件的抗冲击能力,良好的透光率可以提高组件的效率,密封组件。

 

  6. 钢化玻璃的储存条件

  玻璃应避光、避潮,平整堆放,用防尘布覆盖玻璃。

玻璃的最佳贮存条件:放在恒温、干燥的仓库内,其温度在25℃,相对湿度小于45%,玻璃要清洁无水汽、不得裸手接触玻璃与EVA胶膜接触面,否则会影响EVA胶膜和玻璃层间粘接力。

 

二、EVA胶膜(以下简称EVA

 

  1. EVA的原理

  1)EVA 的性能主要取决于分子量(用熔融指数MI 表示)和醋酸乙烯脂(以VA 表示)的含量。当MI 一定时,VA 的弹性,柔软性,粘结性,相溶性和透明性提高,VA 的含量降低,则接近聚乙烯的性能。当VA 含量一定时,MI 降低则软化点下降,而加工性和表面光泽改善,但是强度降低,分子量增大,可提高耐冲击性和应力开裂性。

  2)不同的温度对EVA的交联度有比较大的影响,EVA的交联度直接影响到组件的性能以及使用寿命。在熔融状态下,EVA与晶体硅太阳电池片,玻璃,TPT太阳能背板(如杭州兆丰太阳能背板)产生粘合,在这过程中既有物理也有化学的键合。未经改性的EVA透明,柔软,有热熔粘合性,熔融温度低,熔融流动性好。但是其耐热性较差,易延伸而低弹性,内聚强度低而抗蠕变性差,易产生热胀冷缩导致晶片碎裂,使得粘接脱层。EVA交联度一般在70%-85%,与玻璃剥离强度35N,与TPT太阳能背板20N。

    3)通过采取化学交联的方式对EVA进行改性,其方法就是在EVA中添加有机过氧化物交联剂,当EVA加热到一定温度时,交联剂分解产生自由基,引发EVA分子之间的结合,形成三维网状结构,导致EVA胶层交联固化,当交联度达到60%以上时能承受大气的变化,不再发生热胀冷缩。

 

  2. EVA的作用

  1)封装电池片,防止外界环境对电池片的电性能造成影响。

  2)增强组件的透光性。

  3)将电池片,钢化玻璃,TPT太阳能背板很好地粘接在一起,具有一定的粘接强度。

注:EVA虽然可以起到封装组件的作用,但EVA同时具有吸水性。

 

  3.EVA的储存环境

    EVA胶膜应避光、避热、避潮运输,平整堆放。EVA胶膜的最佳贮存条件:放在恒温、恒湿的仓库内,其温度在0-30℃之间,相对湿度小于60%。避免阳光直照,不得靠近有加热设备或有灰尘等污染的地方,并应注意防火。保质期一般为半年,但考虑到EVA具有吸水性,在实际使用中其存放时间越短越好。

  

三、TPT太阳能背板(以下简称TPT

 

  TPT用于组件的背面,也是主要封装材料之一 。

  1.TPT的结构

    最具代表性的TPT是由PVF(聚氟乙烯薄膜)-PET(聚脂薄膜)-PVF三层薄膜构成的背膜,简称TPT;TPT 有三层结构:外层保护层PVF 具有良好的抗环境侵蚀能力,中间层为聚脂薄膜具有良好的绝缘性能,内层PVF 经表面处理和EVA 具有良好的粘接性能。TPT必须保持清洁,不得沾污或受潮,特别是内层不得用手指直接接触,以免影响和EVA 的粘接强度。

但目前市场上使用的太阳能背板种类繁多,有TPT、TPE结构的含氟太阳能背板,有多层PET复合结构的不含氟太阳能背板,甚至还有适用于低端小组件PET+EVA两层结构的太阳能背板。大家在选用该材料之前一定要了解清楚其结构,不同结构的太阳能背板,其价格相差非常大。如杭州兆丰光伏材料有限公司的太阳能背板,就有TPT、TPE和PE三种类型的背板,适用于不同要求的组件需求。

 

  2.TPT的特性

具有良好的耐候性、极佳的机械性能、延展性、耐老化、耐腐蚀、不透气,以及耐众多化学品、溶剂和着色剂的腐蚀。有出色的抗老化性能并在很宽的温度范围内保持了韧性和弯曲性。

 

  3. TPT的作用

  白色TPT对阳光起反射作用,提高组件吸收光的能率。因此对组件的效率略有提高,并因其具有较高的红外发射率,还可降低组件的工作温度,也有利于提高组件的效率。

  增强组件的抗渗水性。

  对组件背部起到了很好密封保护作用,延长了组件的使用寿命

提高了组件的绝缘性能

 

  4.TPT的储存环境

    TPT太阳能背板应避光、避热、避潮。受潮的太阳能背板可能在组件层压时容易出现气泡的现象,因为潮气可能在层压高温时变成水蒸汽,但又被EAV阻隔而无法及时排出。

    太阳能背板的最佳贮存条件:放在恒温、恒湿的仓库内,其温度在0-40℃之间,相对湿度小于。

    运输时应平整堆放,避免碰伤。