特种封装材料在光伏组件中的应用分析
【摘要】封装材料是光伏组件的重要组成部分，对光伏组件的应用范围、性能特点、可靠性等方面起到决定性作用，本文针对光伏建筑一体化技术发展和应用的需要，介绍了几种新型光伏组件封装材料，为光伏建筑一体化应用提供更广阔的技术路径。
关键词：光伏建筑一体化,封装材料，真空玻璃，聚碳酸酯，聚氨酯，铝蜂窝板[Abstract]:As an important part of photovoltaics module,encapsulation materials play a decisive role in application of PV modules.This paper introduces several new encapsulation materials for the BIPV development and application requirements,in order to expand the application field of PV technology.
Keywords:Building-integrated Photovoltaics,Encapsulation Materials,Vacuum Glass, Polycarbonate,Polyurethane,Aluminum honeycomb panel
1引言
能源危机与环境污染的影响，使得太阳能产业得到蓬勃的发展，其中光伏建筑一体化（BIPV）是热点，各国一直在通过改进工艺、扩大规模、开拓市场等手段大力发展光伏建筑。我国正面临着能源结构调整和节能减排的巨大压力，发展太阳能光伏建筑产业具有重要的意义[1]。
光伏建筑一体化构件作为光伏建筑一体化技术应用的关键部件，直接决定了城市中太阳能光伏应用的成败。目前城市光伏应用仍以常规光伏组件技术为主，即简单的将常规光伏组件附着在建筑上，而符合建筑节能、安全规范要求的建材型光伏组件技术虽得到了较大的关注，但在真正意义上符合建筑要求的，也只有光伏玻璃等以玻璃作为基材的光伏组件，种类单一，应用局限性大。由于建筑造型多种多样，对建材的结构形式、刚性强度、节能保温等特征存在多种需求[2]，传统的光伏玻璃限制了光伏技术在建筑领域的应用。因此，开发新型基材封装材料，增加光伏组件的多样性，扩展光伏技术的应用范围就成为光伏建筑一体化技术发展的迫切要求。目前国内外多家企业已针对新型光伏封装材料开展了一些研究[3]，取得一定的成果。
本文将针对光伏建筑一体化应用形式，介绍几种适用于光伏组件的新型基材封装材料，为我国光伏建筑一体化技术领域开发出具有一定前瞻性和发展前两良好的建材型光伏组件提供多样性选择。
2特种封装材料分析
2.1真空玻璃基材封装材料
目前应用最多的光伏建筑一体化构件为光伏中空玻璃，相比于中空玻璃，真空玻璃具有以下特点：相邻玻璃之间的间隙只有0.1～0.2mm，间隙的介质为真空，周边密封方式为玻璃熔封，传热系数K最低可达0.7～0.9W/(m2K)，较中空玻璃保温效果好3～5倍。如果将具有优异建筑节能性能的真空玻璃取代中空玻璃成为新型的光伏组件基材，将取得更好的效果。尤其是以真空玻璃作为基材的晶体硅和薄膜电池的结合形式，实现可大范围推广的新型光伏建筑一体化构件。
建筑幕墙玻璃安全规范要求需使用安全玻璃，但由于目前最常用的真空玻璃加工方法需在450℃以上的温度环境进行制备，而在400℃以上的高温将使钢化玻璃大部分退火，因此目前真空玻璃无法使用钢化玻璃，这就限制了真空玻璃的应用前景。可通过改进真空玻璃熔封工艺降低玻璃加工温度的要求，或采用夹胶、中空及贴附安全膜使真空玻璃满足建筑规范要求。目前普遍采用的夹胶工艺为高压釜压制PVB胶膜的形式，由于真空玻璃是通过微小支撑物支撑起两片玻璃的结构，如果使用PVB膜成型工艺，等于在玻璃上施加了12千克/平方米的压强，真空玻璃在如此高的压强下将会被压碎，因此需要改进夹胶玻璃的制备工艺。解决标准大气压层压制备工艺将成为真空玻璃基材光伏组件研究的关键技术。
图1夹胶及中空形式的多种组合安全真空玻璃基材光伏组件
图2贴敷安全膜形式的组合安全真空玻璃基材光伏组件
2.2聚碳酸酯（PC）有机基材封装材料
目前晶体硅电池及薄膜电池使用最多的基材及封装材料为玻璃，虽然其透光性好，经过改性的玻璃如钢化玻璃具有一定的强度，但由于玻璃的比重较大，传热系数较高，且一般为多层结构组合以提高安全及保温性能，结构形式笨重，支撑结构复杂。因此开发轻质、高强度及低传热系数的新型光伏组件基材就成为未来光伏建筑一体化构件的重要研究方向之一。
相比玻璃，聚碳酸酯板（PC）在结构及功能方面具有许多更优异的性能，聚碳酸酯材料具有和玻璃类似的透光性，却具有相比玻璃更加轻质的重量和更大的抗风压能力。P C板透光率最高可达89%，可与玻璃相媲美；撞击强度是普通玻璃的250～300倍，是钢化玻璃的2～20倍；重量轻，比重仅为玻璃的一半；PC 板为难燃一级，即B1级；可弯曲；有更低于普通玻璃和其它塑料的热导率（K 值），隔热效果比同等玻璃高7％～25％，PC板的隔热最高49%；耐候性好，PC 板可以在-40℃至120℃范围保持各项物理指标的稳定性。因此，PC材料的这些特点使其成为优良的光伏组件基材，其出色的可加工性使其成为汽车天窗及弧形建筑表面等应用形式的极佳封装材料，非常适合作为晶体硅电池和薄膜电池的载体、
图4聚碳酸酯基材平板形及弧形光伏建筑一体化构件
2.3聚氨酯有机基材封装材料
聚氨酯材料由于具有出色的保温、隔音及易加工的特点，目前广泛适用于建筑外墙保温等建筑节能领域。聚氨酯材料轻质，其密度为0.04～0.06g/cm3，导热系数低为0.035W/(mK)，绝缘和隔音性能优越，电气性能佳，加工工艺性好，吸水率低。
光伏组件成为建筑建材的一部分，需要具有优良的保温、隔音等建筑节能的功能特点，因此研究目前最常用的建筑节能材料与光伏组件的匹配结合问题，也是解决光伏组件满足建筑功能要求最行之有效的办法。
聚氨酯保温材料与太阳电池相结合，重点需要解决光伏组件和聚氨酯保温材料的连接结构形式，解决结构型材引起的冷热桥及光伏组件的散热问题，上述关键技术的解决将使光伏组件符合建筑节能规范要求，有利于光伏建筑一体化技术的推广和应用。
