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昔时的EVA是个传说 –光伏组件资料选型修炼之路
发表于>2019-05-16 09:21:12
来源:光伏测试网作者:温建军

序言

光伏资料的改革历经十多年,本日咱咱咱们在为如何让资料助力更高的组件效力时,绝大多数的光伏人都不知道十年前的光伏工程师都阅历了什么!或许有人说如今的背板、高透/白色EVA不都是组件BOM标配吗?组件良率99.9%不是模范工艺请求吗?正值2019光伏聚合物国际大会召开前夕,让咱咱咱们来听一听光伏先辈、十多年前的无锡尚德副总工程师温建军老师讲述昔时为了做出一块合格的组件所做的各种极力。

01昔时的EVA,多来自日本

众所周知,EVA热熔胶膜是封装晶体硅太阳电池组件的重要资料之一。目前,各种机能优越、价钱低廉的国产EVA产品为制作质高价低的太阳电池组件供给了无力的包管。福斯特、海优威、西方日升在EVA胶膜领域占了全球90%以上的份额。可是在十几年前,环境并不是如许,其时国内仅有个别厂家临盆EVA产品,组件临盆大多是用日本欧洲等外洋的EVA胶膜。

如今的你,是否听说过三井、胜邦、普利司通、Sanvic、3M?2008年前,全球规模内EVA胶膜市场占领率前三分离是美国胜邦(STR)、日本三井化学、普利斯通,直到2009年杭州福斯特才跻身前三,四家总共占据了全球80%以上的EVA胶膜市场份额。

美国胜邦STR拥有美国、西班牙和马来西亚三家工。V2011年末,公司EVA胶膜产能到达1.5亿平米。三井化学、普利司通都是日本的老牌巨擘,不只供给EVA粒子,还临盆 EVA胶膜。

为何入口产品中尤以日本的居多?原因之一是因为EVA产品运输过程中必要冷藏,另有一定期限的保质期,日本距离较近,海运周期短,相当于延长了EVA胶膜的应用期,运输用度也相对低廉。所以,美国胜邦在壮盛时期已经在常熟选址(就在如今的中来对面、腾晖隔壁)准备建厂。

02昔时的EVA,都让人头疼

然而不只国产,即使是入口的EVA胶膜,也都存在诸多让人头疼的成就,只是在程度上有所分歧而已。

成就多:重要成就有:收缩率较大、耐老化性不敷,易黄变、厚薄不匀、平整度不好、有杂质、干净度也有待提高、苍墼勖切不精确、交联固化光阴长、交联度不均匀且测试办法复杂等等。

型号少:作为掩护太阳电池“上铺下垫”的EVA胶膜,不管是国产还是入口的,那时各个临盆厂家都只要一种型号,种类繁多,且品格良莠不齐,虽然全体上入口比国产好,但也有很多不敷。

机能差异大:分歧厂家产品的机能差异给组件临盆带来很多麻烦。

入口产品价钱高。

这些成就的存在,让EVA很难称心敏捷睁开的太阳电池组件制作必要。

03昔时的EVA,立异睁开了十年

直到2015年前后,EVA胶膜的配方才基本定型,不再有太多的变更,成熟应用于常规组件和双玻组件,并在很大程度上帮助改良了PID和蜗牛纹现象。然而2015年之前的EVA,几乎每一年都在改革。无锡尚德是国内首家大规模量产组件的企业,下面讲几个尚德公司与改良EVA胶膜品格、解决组件临盆过程中成就的故事。这些对付如今的组件临盆来说可能不值一提,而在其时的确困扰了组件临盆线很久

1) 改良EVA胶膜产品的收缩率与组件临盆的精确层叠工艺办法

EVA胶膜加热后收缩时冉大,分外是在长度偏向上和宽度偏向上收缩率的差异则更大,这给组件临盆带来了很大成就。首先是电池串横向、电池竖向位移和汇流条位移。电池串位移使串间距不等,严重时并串甚至重叠。电池位移则导致电池间互连条突出,在组件背面构成鼓包,严重时引起电池碎片和鼓包刺破背板。记得有些企业为鼓包不那么显著,在组件刚出层压机另有余热时,用一块类似弹棉花时压棉絮的圆形压板来回鼓组件背面,或许用电熨斗来鼓鼓包,想方设法鼓包内的互连条平整些,岂不知如许鼓ゼ易形成电池发生隐裂。汇流条位移使间距不等甚至并在一路形成短路也是经常发生的,不得已有些企业则干脆把汇流条做到电池背面,如许汇流条位移成就虽然解决了,但物料和人工本钱增长不说,还增长了电池隐裂的危险和组件局部散热不良。为了防止电池串、电池和汇流条位移,工程师想办法在电池背面加铺过玻璃纤维,位移环境有所改良,但增长了本钱,有时会因玻璃纤维内的异物引起组件内发生气泡,同时还影响临盆线员工的健康。

EVA胶膜加热后收缩率大带来的另外一个成便是必要加大EVA胶膜的尺寸来防止EVA缩到组件内部,构成组件边缘无EVA胶的环境。曩昔EVA胶膜和背板尺寸都要大于玻璃四周几厘米,多进去的EVA胶膜不只浪费资料,还净化了层压机、传送带和组件自己。层压机和传送带被净化会使后续组件沾污和发生压痕,严重时组件粘在层压机上盖或高温布上掉下来被摔碎。组件割边割下来的废料天天加泻眉大包,不只浪费价钱不菲的EVA胶膜和TPT背板,还净化环境。组件自己粘上的EVA胶则必要大批人工来干净,其背了手工焊接电池工序的员工比较多以外,全体组件临盆线就数干净组件的员工至多了,用酒精溶解、用美工刀刮、用钢丝球蹭、用无纺布擦,费了好大劲也很难清理干净,消耗了大批人力物力,有时员工还会被割伤,并经常因残留在组件上的EVA胶没清理干净而招来客户投诉。另有来回搬运和翻转组件会导致电池发生隐裂甚至撞碎组件。这些几乎都是EVA胶膜收缩率过大惹的祸。

大家知道,EVA胶膜临盆有压延法和流延法两种分歧的工艺,一样平常环境下压延法临盆的收缩率小于流延法,所以尚德公司初期基本上采纳的都是日本公司压延法临盆的EVA胶膜。尽管如斯,其收缩率依然不稳固,远未到达期望值。后来经与很多国内外厂家反复相同、试验,赓续极力,逐渐实现为了不管用什么工艺临盆的产品收缩等偏向都能到达组件临盆的技术请求了,尚德公司也就有了更多的抉择,并开端应用物美价廉的国产EVA胶膜了,同时逐渐取消了在电池背面加铺的玻璃纤维。

在此基础上尚德还改良了EVA胶膜和背板的裁剪尺寸和铺设办法,在全公司履行,从而有用地防止了组件在层压工序被净化的发生,并使层压件无需割边,无需清除玻璃和背板上残留的EVA胶,削减了电池发生隐裂的几率,削减了临盆工序,节省了人力本钱,提高了临盆效力,同时,勤俭了EVA胶膜、背板和其余相干耗材,延长了层压机胶皮的应用寿命,提高了组件的产品德量,低落了临盆本钱,获得了优越效果和极大的经济收益。为此2009年9月8日尚德申请了《一种太阳电池组件及其层叠的办法》的创造专利(图1~图2)。

 

EVA

2) 改良EVA胶膜黄变

EVA胶膜黄变影响组件转换效力,现影响组件外面和应用寿命,这是早期EVA胶膜产品的又一大缺点。其实上世纪80年月国内就在临盆EVA产品了,黄变成就困扰了相当长的一段光阴。其时即使是外洋的入口EVA产品也有黄变现的,有时在车间看到成卷的EVA胶膜都是淡黄色。有些则是在双85或紫外照射等老化试验后呈现黄色。颠末EVA胶膜临盆企业的极力,逐渐解决了产品黄变的成就,如今已基本不存在这个现象了。

3) 改良批量临盆EVA胶膜的厚度同等性、平整度、干净度和稳固性

大家知道,组件内气泡是组件临盆过程中经常会发生的一种常见缺点,便是到如今也会偶有发生,只因此往加倍严重些。组件发生气泡的原因除了玻璃等其余原资料、组件临盆工艺和设毕喔赡一些成就外,EVA胶膜的厚度同等性、平整度、干净度、有异物等缺点也是重要因素之一。在电池背面加铺一层玻璃纤维也是其时解决气泡成就的办法之一。时至今日,因EVA胶膜这些不良而引起的气泡成就已是凤毛麟角了。

4) 改良EVA胶膜交联固化光阴长、交联度不均匀且测试办法复杂的成就

早期的EVA胶膜属于慢固化型,交联固化的光阴相对比较长,国内外厂家一样平常都应用二次固化工艺停止临盆,也便是先在层压机中实现预层压,然后放入烘箱中来使EVA胶膜交联固化。早期层压机加热板的温度均匀性较差,烘箱内的温度也不均匀,这对组件内EVA胶层的交联固化影响极大,EVA胶层交联度不同等将严重影响组件产品德量。为提高组件临盆效力、包管EVA胶层交联度均匀,尚德开拓了全主动固化炉,组件在固化炉一头进去,从另外一头进去,并不停对峙旋转,效果优越>2019年05月16日尚德申请了《晶体硅太阳电池组件全主动固化炉》的适用新型专利(图3)。后来EVA胶膜逐渐都改成快固型的了,固化炉就被省略。当然如今又开拓了两段甚至三段的层压机,包含层压、固化和冷却,这大大加快了临盆节奏,提高了临盆效力和组件产品的品格。

 

EVA

测量组件内EVA胶层交联度是否均匀同等,是组件产品格量的重要包管。二甲苯萃取法是测试组件层压后EVA胶层交联度常用的传统办法。该办法测试需光阴较长、干扰因素多、反映临盆线上的实际状况较慢,且操纵较复杂,对操纵员工的身体也不利,还易燃,必要有较严厉的防护措施,目前大多厂家还在用此法测试EVA胶层的交联度。有不少公司试验室采纳DSC(差示扫描量热法)来替代二甲苯萃取法,也有厂家用DSC监控日常临盆时组件内交联度状况的。2013年前后,有家欧洲公司和国内的正泰公司推出了EVA交联度在线监测技术,备受存眷(光伏领跑者立异论坛2018年光伏聚合物大会专程约请了德国洪堡大学的传授介绍了在线监测EVA交联度的原理和开拓过程),但跟着EVA交联固化设备和工艺的赓续成熟,在线监测交联度尽管很重要,但似乎已经没有太大必要,这项技术没有获得太多应用。

5) 对付晶体硅太阳电池组件釉墼勖前后EVA资料的分歧请求和模范

自从用EVA热熔胶膜制作太阳电池组件以来,很长一段光阴内,电池前后都是用同一种胶膜。这是为防止EVA胶膜和背板在阳光特别是紫外光的感化下被分解老化和黄变,因此需在EVA胶膜临盆质料中加入抗紫外剂来阻止紫外线穿过EVA层而照射到背板上。如许虽然在一定程度上掩护了背板,但却阻止了大部分紫外光到达电池,使得电池无法接收这部分能量,从而低落了组件的输入功率。比年来电池的方块电阻越做越高,电池短波相应越来好,不能透过紫外线的EVA层对组件输入功率的影响越来越大。所以,在确保EVA胶膜自己和背板不会因紫外线透过而老化黄变的条件下,电池正面采纳紫外和可见光都可透过的高透过率EVA胶膜,电池背面则采纳低紫外线透过甚至是反光优越的白色EVA胶膜就显得越来越有必要。尚德在十几年前透国内外临盆EVA胶膜的合作厂家提出此建议,只是无奈外洋厂家反映极慢,长光阴不肯做出改良。而以福斯特为代表的国内厂则积极相应,颠末赓续探索,反复试验,于2009年前后推出了高透过率的F406型和低透过率的F806型EVA胶膜产品。比年来统统EVA胶膜的临盆厂家,还是国内还是外洋厂家,毫无例外地都供给品德靠得住的高透过率型和停止型两种EVA胶膜产品,同时组件临盆几乎全行业都在电池前后分离共同应用高透过率型和停止型两种EVA胶膜了。当然好像另有极个别的组件临盆厂也肯共同应用,自然也无可厚非。

而对付电池背面用白色反光型EVA胶膜,福斯特也积极共同,在2010年就为尚德公司供给了样品,虽然其时还存在背面白色EVA在层压过程中溢出到电池边缘构成翻边等缺点,但毕竟为制作白色双玻组件样品给予了极大帮助,并获得优越效果,加倍增强了对双玻组件的信心。后来中园色EVA胶膜翻边等缺点赓续停止改良,2015年福斯特正式推出F806W型白色EVA胶膜。如今,白色EVA胶膜不只在双玻组件,在常规组件的制作中也起到很好的效果。图4和图5是2010年 8月尚德制作的几种双玻组件老化后的检验申报,申报显示白色双玻组件颠末双85老化试验后不只输入功率未见下降,反而略有提高。

 

EVA

高透、停止和白色EVA胶膜的应用在尚德2011年11月11日申请的适用新型专利《太阳电池双玻组件》和2012年9月在第12届光伏大会上发表的论文《太阳电池组件釉墼勖前后EVA资料的分歧技术请求和模范讨论分芯阐述(图6~图7,图8~图9)。

 

EVA

6) 对付晶体硅太阳电池组件蜗牛纹和PID现象

晶体硅太阳电池组件发生蜗牛纹和PID现象的因素比较复杂,如蜗牛纹现象最重要的原因是电池隐裂,PID现象最重要的原因是组件外面的高电压(P型硅片的电池为负高压,N型硅片的电池为正高压),而仅靠改良EVA胶膜的机能则是不够的,必要从电池制作、热熔胶膜质料、组件布局、组件搬运和装配、体系计划和防护等多方面来预防蜗牛纹和PID现象的发生。尽管如斯,在硅料为王、电池为爷、资料为孙的年月,组件厂把弘大的压力转给了资料供给商,而EVA胶膜供给商也不负众望,针对这两个现象,从自己做了一些改良,共同电池的一些改良,也取得了很好的效果。2012年,颠末过程提高EVA的体积电阻,海优威率先、其余厂家持续生手业推出了高抗PID和蜗牛纹的EVA胶膜。

04昔时的EVA技术立异,一路护航光伏十年光辉成就

颠末过程以上对EVA胶膜赓续停止改良的故事,使咱咱咱们深深地体会到不间断的改良对提高组件产品德量和低落本钱的重要性。对付太阳电池组件产品来说,一项可以或许或许被普遍应用的技术、工艺或资料一定要满意低落制形本钱、提高转换效力、延长应用寿命和满意客户需要这几项请求,并使其到达协调同一,也便是常说的性价比要高。这此中,延长应用寿命是包管组件产品德量的底线,统统改良后的结果,都必需满意组件产品户外应用大于25年且衰减小于20%这个最基本的条件,如许的例子太多了。仅举一例,最典型的便是双玻组件,为什么几乎统统临盆双玻组件的厂家都有底气号称双玻组件保质期到30年,而不是常规组件的25年,为什么中国光伏行业协会2019年1月28日颁布3月1日起实行的《高空用双玻晶体硅光伏组件计划鉴定和定型》模范中规定将各种环境试验后最大功率衰减幅度不大于3%,而不是常规组件的5%,这都是在基于严厉的老化试验的基础上才制定进去的,而并不是人云亦云,听风是雨的随意之为。

不管是立异也好,还是改良也罢,都是要担危险的。而稳固的技术才是最关键的,咱咱咱们必要在现有的条件下,把工作做得更缜密,更过细。一款产品在上市之前必要颠末构思、研发、测试、试产、试用、测试、量产这些阶段,此中另有屡次反复,只要当设想的产品颠末过程制作并和客户到达完善的契合,这时能力够给客户稳固地交付产品,以此来确保咱咱咱们的组件产品能赓续低落制形本钱、提高转换效力、延长应用寿命和称心客户必要,为光伏发电平价上网多做贡献。

中国太阳能光伏网(fdtyn.com)任务编辑:大禹

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