光伏绿色建材的设计及工艺研究

对于建筑行业而言，光伏是可再生能源中与建筑物结合成本最低，节能效果最好的产品。我国建筑能耗约占全社会总能耗的 30%，光伏+建筑成为建筑行业转型升级、节能减排的新思路通过产品创新、工艺改进、产线智能化等手段，光伏绿色建材产品价格逐年下降，已达到可量化推广的阶段。

1 背景技术

光伏组件指具有封装及内部联结的，能单独提供直流电输出的，最小不可分割的光伏电池组合装置。光伏组件（俗称太阳能电池板）由太阳能电池片（整片的两种规格 125 mm×125 mm、156 mm×156 mm、124 mm×124 mm 等）或由激光切割机或钢线切割机切割开的不同规格的太阳能电池组合在一起构成。由于单片太阳能电池片的电流和电压都很小，然后把其先串联获得高电压，再并联获得高电流后，通过一个二极管（防止电流回输）然后输出，并且把他们封装在一个不锈钢、铝或其他非金属边框上，安装好上面的玻璃及背面的背板、充入氮气、密封，整体称为组件，也就是光伏组件或说是太阳电池组件。

光伏绿色建材是将光伏和建筑融合到一起，代替屋顶、窗户和外墙，形成光伏与建筑材料集成产品，既可以当建材，又能利用绿色太阳能资源发电，可谓两全其美，而且可以降低系统造价。现有的光伏绿色建材中，单个光伏建材的尺寸较小，对于较大的应用面而言，需要进行光伏建材的拼接，降低了光伏建材的整体美观性，而对于大尺寸的光伏建材，由于单片的尺寸较大，在制备过程中存在的问题包括：组件过程中，极易出现短路的情况；在合片、层压过程中，极易出现开焊、挤碎或硌碎电池片的情况。现有的技术中，也仅仅是记录了对于小型的光伏绿色建材的制备方法和工艺要求，缺乏对于大型光伏绿色建材的技术探索，在消费者对于建材美观程度的需求日益增长的前提下，急需一种大型光伏绿色建材填补市场的空白，以满足消费者的美观需求。

2 技术方案设计

2.1 结构设计

光伏绿色建材包括：超白钢化玻璃、背板用钢化玻璃、电池串组，电池串组包括若干组电池串，每组电池串由若干片单晶电池片组成，通过密封胶封装在玻璃前端和背板之间，密封胶为聚乙烯醇缩丁醛(Polyvinyl Butyral,PVB)胶，若干组电池串至少包括八组电池串，每组电池串至少包括四片单晶电池片。

电池串组还包括若干二极管，每个二极管至少与两组电池串连接。单晶电池片包括第一单晶电池片、第二单晶电池片，第一单晶电池片的正极与第二单晶电池片的负极连接。

背板的长度为 2～5 m，宽度为 1～2 m。背板条的长度为 3 255 mm，其中长度的第一误差范围为 ±1 mm，背板条的宽度为 1 487 mm，其中宽度的第二误差范围为 ±1 mm。

2.2 生产工艺

2.2.1 原材料准备

原材料主要包括：钢化玻璃、电池片、焊带、汇流带、PVB、接线盒、硅胶等，生产前对玻璃、PVB 进行保温，环境温度为：25～30 ℃。

2.2.2 焊 接

将单晶电池片焊接成电池串，将单晶电池片焊接成电池串的过程中，保持片间焊带的长度一致，在焊接收尾时，焊接工具延伸到单晶电池片的外部；时间间隔为 1～5 min。焊接注意焊接手法，在收尾时，要延伸到电池片外部在抬起烙铁头。焊接过程中，注意锡点、锡凸起，及时用烙铁抹平。焊接时注意开焊，边焊边检，及时返修。焊接时注意片间焊带长短，避免出现片间焊带出现 S 弯，造成外观不合格、顶碎电池片。焊接时注意焊带连接方式按图纸要求焊接，避免出现短路现象。

2.2.3 敷 设

将电池串铺设在背板上，将玻璃前端和背板通过 PVB 胶进行合片。

敷设环境温度为：25～30 ℃，敷设前对每串电池串进行EL图像测试，敷设大料前，对上下层玻璃进行合片。敷设前检查电池串高点、开焊、片连接。连接汇流带时，引线和非引两端人员，一人按住非引端焊带，另一人均匀用力拉平电池串。

合片过程温度为 25～30 ℃，层压过程和合片过程的时间间隔不超过 5 min。合片过程中需固定电池串的非引端焊带，将电池串拉平，其中，在拉平过程中，拉力保持一致，拉力大于 3 N；时间间隔为 2～4 min。合片前进行电致发光（electro luminescence,EL）图像测试，检查组件是否存在杂物，避免玻璃起片。合片后，在抬运组件过程中，要平稳搬抬，避免组件弯曲，挤碎电池片。

2.2.4 层 压

组件到层压后，5 min 内进炉，避免 PVB 变硬硌碎电池片；组件入炉前，关闭罗茨泵，减小抽空速度。层压过程的抽空速度为 60～75 L/s。

2.3 合片装置的设计

在合片的过程中，最上方的一张玻璃板缓慢无冲击放置在电池板上，为了避免将电池板压坏的情况，提高成品率，本文还设计了一种电池板合片装置。

合片装置包括工作台，工作台上对称设置有辅助合片装置，辅助合片装置包括水平推送部和竖直升降部，水平推送部与竖直升降部固接，竖直升降部底端与工作台滑动连接，竖直升降部顶端设置有合片组件。水平推送部为第一气缸，第一气缸缸体水平固接在工作台上，第一气缸活塞杆端部固接在竖直升降部侧面。竖直升降部包括第二气缸，第二气缸缸体底端与工作台滑动连接，第二气缸缸体底端侧面与第一气缸活塞杆端部固接。工作台两端开设有滑槽，第二气缸底端固接有滑块，滑块设置在滑槽内并与滑槽滑动连接。合片组件为支撑架，支撑架包括L形板，L形板一侧固接有支撑板，支撑板远离 L 形板的一端固接在第二气缸活塞杆端部。合片组件为夹具，夹具包括 U 形槽，U 形槽内插接有夹块，U 形槽内水平设置有弹簧，弹簧一端与夹块固接，弹簧另一端与 U 形槽内壁固接。

合片装置通过设置水平推送部、竖直升降部，实现对合片组件的水平与竖直移动，在机械手抓取玻璃板达到电池板上方时，通过水平推送部、竖直升降部将合片组件移动至玻璃板位置并将玻璃板夹取，此时移走机械手，通过控制合片组件缓慢下移，直至完全放置在电池板上时，再最后移走合片组件，实现了最后一张玻璃板无冲击合片作业，避免了在合片时对电池板造成压坏的情况。

3 结 语

光伏绿色建材整体尺寸大，能应用于围栏、隔离墙、阑珊等，实现了光伏绿色建材的大尺寸建材的成功制备，满足了消费者对于大尺寸建材的需求，填补了行业的技术空白。