摘要:介绍一种利用中空玻璃技术进行聚光光伏(CPV)组件封装的新技术，并就这种封装技术与目前CPV组件常用的铝合金边框封装技术进行比较和分析。分析结果表明:采用中空玻璃封装技术能在确保CPV组件性能和寿命的条件下，快速实现CPV组件的规模化生产，从而有效地降低组件成本。 关键词:CPV组件;中空玻璃;封装 引言 目前能源短缺、环境污染和温室效应等问题已严重影响了人类的生存和发展，开发新能源和可再生清洁能源已成为当今全世界所面临的一个共同课题［1］。 在新能源研究和开发领域，太阳能光伏发电技术无疑倍受瞩目。目前，由于平板光伏发电技术的光电转换效率较低，且相应的硅材料价格昂贵，致使其发电成本很难与传统的火力发电相竞争［2］。 而作为第三代太阳能发电技术的聚光光伏(CPV)发电技术［3－6］利用聚光光学元件显著地减少了太阳电池成本［7］，并使用高转换效率的电池来获取更多的电能输出，因而已成为未来光伏发电的一大发展趋势［8］。 在CPV发电技术中，组件无疑是整个系统最核心的部分，较为恶劣的使用环境和较长的寿命年限(25年)都对CPV组件的封装方式和质量提出了严格的要求。目前国内外CPV组件的生产厂家，如美国Amonix和国内的日芯光伏等，大多借鉴平板组件的铝合金边框封装技术，但由于CPV组件光学系统的特殊性，使得这种封装技术很难适应CPV组件规模化生产的需要。在保证组件性能和寿命的前提下，如何提高封装效率已成为CPV发电技术中一个亟待解决的问题。 本文提出将目前广泛应用于建筑窗体、幕墙上的中空玻璃［9－10］技术运用到CPV组件封装中，分析了中空玻璃封装技术同铝合金边框封装技术相比的优势，并探讨利用该封装技术进行CPV组件规模化生产的可行性。 1 中空玻璃技术 中空玻璃于1865年由美国人发明，是一种良好的隔热、隔音、美观适用、并可降低建筑物自重的新型建筑材料。它由2层或多层平板玻璃构成，四周用高强高气密性复合粘结剂，将2片或多片玻璃与内隔框(铝框架或玻璃条等)，经胶结、焊接或熔接而制成。中空玻璃现在已被大量应用于建筑幕墙，其所面临的自然环境因素(见表1)与安装在户外CPV组件有着相似之处，且都要求有较长的寿命年限。
表1中各种不利的环境因素能引起多种物理以及化学应力，导致中空玻璃性能的下降。为保证其使用寿命和性能，目前中空玻璃技术一般采用双道密封系统，如图1所示。
图1中空玻璃双道密封结构 第一道密封胶一般使用热熔性丁基胶，由于它对水汽的隔阻作用很好，可以延长中空玻璃的使用寿命。第二道密封胶有聚硫胶、聚氨酯胶和硅酮胶，其主要作用是实现玻璃板和间隔框之间的结构性粘接和密封。间隔框一般为中空铝间隔条，内部灌充的干燥剂通常为分子筛，其可以吸收间隔层中的水分，保持间隔层干燥、不结露。目前中空玻璃的生产技术以及工艺已经非常成熟，仅在我国采用全自动化生产中空玻璃的企业就已达千余家，相关中空玻璃的国际和国内标准出台(如BSEN1279， GB11944－2002)，更进一步地促进了整个行业的规范和健康发展。 2 CPV组件的铝合金边框封装 CPV组件主要由聚光光学透镜面板、贴有高效太阳电池(单晶硅或砷化镓电池)的电路底板以及边框组成。图2、图3所示分别为目前大多数平板光伏组件［11］和CPV组件所采用的铝合金边框封装结构示意图。
从图2、图3中可以看出CPV组件的这种封装结构与平板光伏组件基本相同，都是采用铝合金材料做边框，再用密封剂(通常为有机硅材料)进行粘接密封。但与平板光伏组件有所差异的是，CPV组件对封装质量的要求更高，因为其封装不仅会涉及到整个组件的防水、防尘和绝缘性能等问题，还会直接影响组件的光学系统。CPV组件在这种封装结构下，由于中间间隔层较大，内部充满了大量空气和水分子，在较大的温差影响下(组件工作温度范围为－40～85℃)，不可避免地会出现内部水分子的凝聚，从而对CPV组件的电路元件造成腐蚀，此外由于间隔层内部气压随温度的变化也会影响组件的聚光光路和使用寿命，对封装质量的较高要求也直接影响了CPV组件批量生产的效率。 3 CPV组件的中空玻璃封装 采用中空玻璃技术进行封装的CPV组件的结构如图4所示。
图4CPV组件的中空玻璃封装结构 3.1 技术优势 同一般的铝合金边框封装技术相比，CPV组件的中空玻璃封装技术有如下优点: 1)中空铝间隔条内的分子筛能有效吸收空气间隔层内的水分子，避免电路元件的腐蚀; 2)对水汽有很好阻隔作用的热融性丁基胶与抗老化能力极强的硅酮结构胶一起形成了一个良好的密封和粘接结构体系，对组件形成了良好的保护; 3)当温差导致组件内外气压相差较大时，具有良好弹性性能的硅酮胶能有效降低组件表面上的空气压力，保证组件的寿命;另一方面有效减小了聚光透镜面板因压力而产生的形变量，从而确保了CPV组件光学系统的稳定性和光电转换效率。 3.2 工艺流程 由于中空玻璃的工艺技术已经相当成熟，CPV组件的封装基本上可以完全借鉴已经产业化的中空玻璃生产技术，使封装过程中的各个工艺环节均能得到有效保证，通过对现有中空玻璃生产资源的整合可以快速建成规模化的CPV组件封装生产线，从而大大降低组件的封装成本。 CPV组件的中空玻璃封装工艺流程如图5所示，其主要步骤为:
图5聚光光伏组件中空玻璃封装工艺流程 1)根据聚光组件的光学技术参数选择尺寸合适的中空铝间隔条，并填入分子筛做成铝边框; 2)利用丁基胶涂布机在铝边框上下表面均匀地涂上一层厚度0.25～0.3mm的热熔性丁基胶; 3)在透镜面板上固定好已涂丁基胶的铝框; 4)通过合适的对位方式使透镜面板和电路底板精确合片; 5)利用中空合片机进行层压; 6)最后用硅酮胶对边缘进行密封与粘接。 4 结语 目前，成都钟顺科技发展有限公司自主研发产品(型号ZSUN8030)已成功利用该项封装技术进行小规模生产，并且产品已经通过CQC的“金太阳”认证(证书编号:CQC11024057980)。 将建筑幕墙中运用广泛的中空玻璃技术运用到CPV组件的封装中，不仅在技术上能有效地确保CPV组件对封装质量的较高要求，还能在工艺生产中充分利用中空玻璃生产的现有产业链资源来实现组件封装的规模化，极大提高了组件的生产效率，降低了生产成本，为光伏发电早日平价上网奠定了一定的基础。 |
