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太阳能电池组件制造原理(2)-电池封装

 shaosheng1hao 2011-01-07




 

二、电池封装

    为了保护电池对抗机械应力、曝晒和湿气,串接的电池被嵌进一透明的封装材料内,该封装材料同时能对该电池产生电绝缘的作用。为了结构上的稳定,该封装系统应用一覆板 (superstrate) 。大部分的案例系使用玻璃,但同时也可使用压克力、金属或塑料薄片。视制程而定,太阳电池可放在覆板材料之上、之后或之间。在太阳电池光感面之上的覆盖物以透明材料来制造是很重要的,因为越透明的材料能使更多的太阳能量投射在太阳电池之上。基于这个理由,低铁玻璃常当作前覆板来使用,因为它能够让 91% 的光线通过。该玻璃系经过回火处理的,以便强化其对抗高热能应力的特性。最近所开发的抗反射玻璃,使用烧熔制程或浸染涂布,因而具有抗反射涂层,能达成 96% 之光穿透率。使用此抗反射玻璃的太阳电池模块所吸收的能量比使用普通玻璃者多出约 3.5% 。目前使用较普遍的封装方式有三种:


乙烯醋酸乙烯共聚物 (EVA) 封装
铁氟龙( Teflon R )封装
铸造树脂封装


■乙烯醋酸乙烯聚合物 (EVA) 封装

    当以 EVA 封装时,该电池串行在真空腔内系以正负压加温的方式进行层迭制程(真空层迭制程)。该 EVA 在此制程里被熔解,并将整个太阳电池包围起来。该 EVA 在正面需要抗紫外线的功能。在大部分的应用例中,这是一片高透明白色的回火玻璃(太阳玻璃),而其背榇可为一传统的硬化玻璃薄片或不透明薄膜。 EVA 封装大部分使用于制造标准和特殊之模块,最大所能装配的尺寸为2 公尺乘 3 公尺。随着模块尺寸的加大,在迭层期间该等电池将开始漂浮,这将使得在该等电池之间的间隙很难保持相等。然而,不同基板的使用将能够装配不同的迭层构型。(请参考图 4-7 )


■铁氟龙( Teflon R )封装

    此制程,类似 EVA 封装,是将太阳电池封闭在一特殊的含氟聚合物( Teflon )当中。不同于 EVA封装的是:该被铁氟龙封闭的太阳电池系放置在一基板平面之上,并且在正面不需要额外的覆盖(请参考图 8 )。铁氟龙是一种抗紫外线、高透明、不沾灰尘且不会褪色的材料,更重要的是其具有无反射的表面。在此类模块当中,铁氟龙层在太阳电池上的厚度仅有 0.5 毫米,并且是一种良好的热导体,所以,既使没有隔热,铁氟龙层也能确保该电池受到良好的冷却作用。至于基板材料,传统硬化玻璃可被使用,只要其具备其它不透明材料(例如,金属、石板、混凝土和陶瓷)的结构强度即可。铁氟龙封装大部分使用于小尺寸的特殊模块(例如,太阳能屋瓦)。


■铸造树脂封装  


    请参考图 9 ,树脂封装系运用一铸造程序:首先,黏着垫将该等太阳电池固定在两片玻璃之间,然后,在两侧利用具有黏性的透明分隔物,将该等薄片在边缘固定起来;上层系由一高透明硬化白玻璃所构成;下层则由符合结构上需求的传统硬化玻璃所构成;形成的空腔以高透明度的铸造树脂来填充,并使其硬化。

    树脂的型态将决定是否需使用紫外线来实施硬化的程序,这对于后面玻璃层的设计占有重要的角色。如果所使用的树脂没用紫外线来硬化,则不可能在背面使用染色玻璃,因为太阳电池和染色层之间的树脂会因为缺乏紫外线而无法硬化。使用铸造树脂封装,将可装配 2.50 公尺乘 3.80 公尺之模块。此类封装的优点之一为:复数个电池能精确地被定位,这是因为在铸造时,它们的位置仍然保持一定,既使在大尺寸模块当中,仍能保持均匀的电池间隙。树脂封装通常使用在建筑一体的特殊模块使用设计之中(例如,帷幕、透明屋顶和太阳遮荫装置)。该使用于制造模块的树脂可同时当作窗户上的隔音玻璃。因此,一封装着铸造树脂的模块先天上就具有隔音的特性。

■薄膜电池模块封装的特色

    薄膜电池的封装与硅晶电池的封装具有少许的不同点。首先,薄膜电池的初始模块已经具有一玻璃层(基板),其上面为半导体材料所涂布,而这些基板不可使用退火玻璃,因为使用于半导体涂布的高温将破坏玻璃的强度。
如果完工的薄膜模块需要符合类似韧性与脆性的特殊要求(诸如当其被使用在一冷帷幕的时候),该初始模块必须额外地加装一强化安全玻璃 (Toughened Safety Glass, TSG) 。所以,一具有 TSG 的薄膜模块总是由两层玻璃所构成。
    因为使用在薄膜电池构装的是另一种涂布技术,其中,半导体材料不是涂布在基板的上面就是涂布在基板的后面,所以其位置乃依据该基板是当作前侧或者后侧而定(请参考图 2 与图 3 )。同时,该半导体材料将影响到该模块的可能结构。


    请参考图 10 ,当薄膜电池为非晶硅和 CdTe 类型时,半导体材料系涂布在基板玻璃的后方,该基板玻璃将同时放在模块前侧,以具有防止被阳光曝晒的功能。在 EVA 封装当中,当有如上述的特殊应用时,此类初始模块能使用 Tedlar 薄膜涂布在任何玻璃的后面,或者涂布在 TSG 之后。



    当封装铜铟硒 (CIS) 电池模块和由金属薄膜所制成的非晶硅薄膜电池模块时,半导体薄膜系分别地涂布在基板玻璃和基板薄膜之上(图 11 )。该铜铟硒 (CIS) 电池模块前侧另外有装置一防止被阳光曝晒的玻璃,如果需要的话,可同时使用一 TSG 层。

    虽然 CIS 模块总是由两层玻璃所构成,但是薄膜形式的非晶硅模块并不需要任何的玻璃。若干小型初始模块单位的前侧系内镶在一含有 EVA 的含氟聚合物之中, ( 请参考上文 ' 铁氟龙 ' 上之通道 ) ,后面则以涂漆钢片来保持稳定。
    当以树脂封装来装配薄膜模块时,前面或后面模块玻璃皆不可当作薄膜电池的基板玻璃来使用,因为此等薄片系由热强化玻璃( HSG )所制成。



    如同单晶硅和非晶硅电池封装一般,该薄膜初始模块系放置和铸造于两模块玻璃片之间(图 12 ),因此,此类玻璃 - 玻璃模块系由三薄片所构成,并且厚度比单晶硅或多晶硅电池以树脂铸造封装的玻璃 - 玻璃模块要来得厚。

 


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