聚烯烃热收缩材料在光伏组件封装中的应用研究

英利集团有限公司 ■ 陈敬欣 孙啸 房煜杰 陈辉元

一 引言

光伏组件在生产过程中必须将电池片夹在保护背板和表面透明材料之间，并保持牢固密封的状态，以达到隔离空气、保护电池片、增加透光率、延长寿命的目的。其生产加工过程必须依靠庞大的加工设备进行，对小功率封装组件成本较高。热缩是高分子材料在受热条件下发生收缩的行为。利用这种收缩可在小功率的光伏组件封装过程中，由高透明材料制成的袋状体套封光伏电池片和代替背板及覆盖透明保护材料使用，简化了工艺流程，降低了成本，同时减轻了组件重量。

二 传统光伏组件封装方式

将太阳电池片封装起来制成组件称之为封装过程。光伏组件封装的主要工艺流程为：测试分选→单片焊接→串联焊接→叠层→中间测试→层压→装框注胶→清洗→最终测试。

组件材料按照背板、EVA/PVB、电池串、EVA/PVB、玻璃顺序敷设后，需用层压机完成对敷设叠层完的组件封装工作。在层压过程中，组件中的EVA/PVB发生固化胶联变性，使得层压后的组件具有一定的密封性和抗渗水性。层压工艺是组件生产过程中最为关键的步骤，其过程不可逆，层压工艺一旦出现质量问题，将可能导致整个组件报废，造成巨大的经济损失。为了最大可能地提高组件的层压质量，对层压参数的选择一定要合适。层压时EVA/PVB熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应将其切除。

目前，小功率的光伏组件基本是采用滴胶封装工艺完成，常用的封装材料有环氧树脂、改性聚氨酯胶等。在滴胶封装工艺中使用的设备有注胶机、震动流平机、真空负压机、烘干机等。现有封装工艺生产加工过程依靠庞大的加工设备进行，工艺复杂，对于小功率封装组件来说成本较高。滴胶封装时还会有溶剂挥发出，造成环境污染。由于滴胶封装是靠树脂胶液的流平成型，产品的生产基本上依靠手工操作，其厚度不易掌握，同时只限于制作平面光伏组件，适用范围较窄。树脂滴胶封装的光伏组件工作环境仅在−5～40℃之间，耐候性差，易发生变黄、脱落等现象，且其寿命仅有5年左右，和太阳电池的长寿命不相匹配，造成一定程度的浪费，不符合节能环保的理念。

三 多层共挤聚烯烃热收缩材料封装

1 多层共挤聚烯烃热收缩材料介绍

多层共挤聚烯烃热收缩材料系采用高聚物分子链拉伸定向原理设计，以急冷定型的方法成型。其物理原理是：当高聚物处于高弹态时，对其拉伸取向，然后将高聚物骤冷至玻璃化温度以下，分子取向被冻结，当对物品进行包装过程中对其加热时，由于分子热运动产生应力松驰，分子恢复原来的状态，产生收缩。

多层共挤聚烯烃热收缩材料是在专用设备中将线性低密度聚乙烯(LLDPE)作为中间层，共聚丙烯(PP)作为内、外层，经特殊工艺将内、中、外三层共同挤压而制成的薄膜，其具有高透明度、高收缩率及热封性能良好的特点。它同时具备了聚乙烯(PE)和聚炳烯(PP)的所有优点，其卓越性能又远优于单纯的聚乙烯(PE)膜和聚丙烯(PP)膜，是目前国际上广泛推广使用并经欧洲和美国市场认可的环保型热收缩包装材料。它符合美国FDA及USDA标准，全部采用环保型材料制造，是一种环保包装材料，可被回收再利用。

2 封装工艺

利用多层共挤聚烯烃热收缩材料进行小功率光伏组件封装，敷设顺序为多层共挤聚烯烃热收缩材料、电池片、双面胶、基板、多层共挤聚烯烃热收缩材料，如图1所示。其封装工艺是：先将电池片根据其性能参数进行分类测试，然后进行正面焊接、背面焊接，将串并焊接好的电池片组背面用双面胶固定在清理好的基板上，将预先生产的比基板尺寸略大的多层共挤聚烯烃热收缩材料套于基板外面，利用真空热收缩一体机抽真空−6～−15Pa保持30～60min后，加热至110～130℃保持20～30min，降温冷却至环境温度，使多层共挤聚烯烃热收缩材料收缩，牢固地和电池片、基板成为一体，完成小功率组件的封装。电池板封装完毕后进行去毛边、组件测试、外观检验、包装入库，如图2所示。

四 多层共挤聚烯烃热收缩材料封装优势

多层共挤聚烯烃热收缩材料进行小功率光伏组件的封装具有的优势有：

(1)方法简单，使用设备少，耗能少，生产成本低。

(2)透明度高，不会因为透明度影响光伏组件的发电效率，表面封装的厚度易掌握，改变不同的多层共挤聚烯烃热收缩材料的厚度就会有不同的封装效果，同时可减轻组件重量。

图2 工艺流程图

(3)柔韧性好，使用方便，提高了组件生产速度，降低了生产周期和生产技术人员的培训成本。

(4)耐候性好，封装后的光伏组件可在−50℃保持柔韧性而不发生脆裂，最高使用温度可达95℃，可满足太阳电池在不同条件下的温度使用范围。

(5)加工过程环保无毒，无有害气体排放。

(6)密封性好，防潮防尘，可牢固地将太阳电池片和基板固定在一起，封装好的光伏组件使用寿命可达20年。

(7)通过改变多层共挤聚烯烃热收缩材料在生产过程中的颜色，就可任意改变封装的光伏组件表面的颜色，满足不同客户的需要。

(8)封装最大的优势就是利于回收。传统的组件寿命到期或者在制作中有残次报废品后，直接将其丢弃，到目前为止，国内外还没有一个较好的回收方法及回收企业。多层共挤聚烯烃热收缩材料进行小功率光伏组件的封装是采用抽真空的方式进行，如要回收，直接破坏其真空层即可，方法简单易行，组件的材料进行后续加工后可继续使用。

五 结束语

光伏发电作为一种绿色能源发展迅猛，采用采用多层共挤聚烯烃热收缩材料进行小功率光伏组件的封装具有环保、易回收、成本低、操作简单等特点，更易实现资源持续利用，以达到促进经济发展与环境保护的双赢模式，具有较大的推广价值和发展前景。