玻璃纤维蜂窝复合材料在光伏电池组件中的应用分析
时间：2020-12-28 20:07:06 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘 要】本文阐述了采用玻璃纤维蜂窝复合材料替代光伏组件的玻璃底衬基板，并利用特殊工艺对光伏组件进行封装，既可满足光伏组件底衬基板的性能要求，又可减轻光伏组件的重量，必将成为光伏组件层压封装的首选材料。
【关键词】玻璃纤维；蜂窝；光伏组件；应用；分析【中图分类号】TQ171.77
0引言
在光伏行业生产制造技术发展过程中，若干年来一直延续着利用玻璃作为透光材料和支撑保护电池片的底衬基板材料，采用EVA＼PVB等胶膜热层压贴合电池片和保护背板的传统生产工艺，利用玻璃作为底衬基板的太阳能光伏组件，由于玻璃相对比较平整并且有一定强度，在层压封装完成后能够保证组件外观平整程度，保证电池片的发电效率和在不同自然条件下长期使用的寿命要求，但是对于限制太阳能光伏组件重量的使用场所，比如房屋屋顶、家庭阳台等使用玻璃材料的重量会大幅度超出使用要求，因为在采用光伏专用超白玻璃作为底衬基板加工成的太阳能光伏组件中，这些玻璃材料的比重为2.2-2.7之间，玻璃材料的重量占光伏组件成品材料总重量的80%左右，虽然单独降低玻璃的厚度在一定程度上可以降低组件一些重量，但是过薄的玻璃会对于光伏组件的使用强度大打折扣，同时依然满足不了航空航天、军事装备等特殊领域对于太阳能光伏组件提出的效率高、重量轻、耐冲击、寿命长等要求，所以必须选择一种强度高、重量轻、耐腐蚀、易加工、节能环保的材料，代替玻璃作为光伏组件的底衬基板材料，减轻太阳能光伏组件的单位体积重量，以适应光伏组件在特殊条件下。
1现状分析
在人类的发展过程中，我们大量使用各种板材，如木板、金属板、塑料板、水泥板等，它们被广泛用于各行各业，如航空航天、建筑、家具制造、运输、包装等。为了自然资源消耗，大自然给与人类灵感，使我们从蜂巢中得到启迪，创造性地发展了蜂窝复合材料，它是人类至今为止所知的最节省材料、具有最大的强度重量比的一种结构性材料。与实心材料相比，蜂窝复合材料使用的有效材料仅为被替代材料的1%-5%，在诸多的应用中，蜂窝复合板材几乎可以完全替代各类实心板材的使用，降低原材料的使用量，达到高效、节能的目的。蜂窝复合材料的研制和生产已经形成了一个高科技的产业，并由此推动了许多高新科技的发展，转而带动蜂窝复合材料在民用工业的广泛使用。
蜂窝结构板材具有许多优越的性能：从力学角度分析，封闭的六角等边蜂窝结构相比其它结构，能以最少的材料获得最大的受力，而蜂窝结构板受垂直于板面的载荷时，它的弯曲刚度与同材料、同厚度的实心板相差无几，甚至更高，但其重量却轻70%-90%，而且不易变形，不易开裂和断裂，具有减震、隔音、隔热和极强的耐候性等优点。正是基于蜂窝复合板材轻质高强的优点，它才一直成为航空、航天高科技工业所广泛使用的轻质材料。
2方案设计
玻璃纤维蜂窝复合材料是一种上下两层环氧树脂玻璃纤维薄板，纤维板采用天然木浆纸或者回收纸浆作为原材料，中间夹浸胶的蜂窝状纸芯材，通过浸环氧树脂胶液后高温度固化成型工艺即成为强度高、重量轻，适合太阳能光伏电池层压封装使用的玻纤蜂窝复合材料底衬基板，生产过程中无污染、无排放，充分利用再生纸加工，符合环保节能要求。它的有效体积仅为光伏玻璃材料的1%-5%，重量是光伏玻璃材料的6%，由于蜂窝芯的特殊六角型结构，可以节省大量的材料，正是基于蜂窝复合材料轻质高强的优点，可以制造成为平板材料也可以根据使用的要求利用模具制造成为各种复杂的曲面，将会成为太阳能光伏行业电池片封装载体的首选材料，是一种用料省、耗能小、可回收的极具潜力的轻质材料，降低了原材料的使用量，达到高效、节能的目的。
采用玻纤蜂窝材料封装的光伏组件，替代了传统玻璃封装组件工艺中的玻璃和保护背板的使用，满足了对于组件产品的重量限制要求，降低了整个光伏组件的重量和成本。封装完毕的光伏组件强度高，表面平整，不易变形；耐老化，抗冲击，可以和多种表面透光材料热真空层压结合使用，适合安装在有组件边框组件上和无边框组件上使用。根据光伏组件的外观要求还可以在环氧树脂玻璃纤维板生产过程中将多种颜料着色作为底色，产品可选择种类多，满足不同的光伏组件对底衬材料颜色要求。
3技术工艺
制作玻璃纤维复合材料的具体工艺如下；取厚约0.1-0.2毫米的木浆纸或者回收纸加工高为3毫米，边长为6毫米六角型的蜂窝状芯材，长宽面积和所需要封装光伏电池组件的要求一致，将蜂窝芯材用环氧树脂胶液浸泡至饱和浓度后，通过离心机离心脱除多余胶液，放入将预先成型的厚度为0.3毫米长宽尺寸同上的环氧树脂玻璃纤维薄板之间，通过加压固定加热至摄氏120度六小时后固化成型，经打磨修边整理后就可以利用该材料作为光伏组件的层压封装底衬基板。光伏组件层压封装前在该基板表面铺设一层PVB，放置焊接好组串的电池片，再铺设一层PVB胶膜，并铺设超薄的透光材料（聚碳酸酯）等作为电池片表面的保护层，进入常规的组件层压机真空层压成为供特种条件下使用的超轻型光伏组件。
4 结束语
光伏组件重量问题日益突出，依靠降低玻璃厚度虽可解决，但是过薄的玻璃会对于光伏组件的使用强度大打折扣，玻璃纤维蜂窝复合材料必将成为将来的发展趋势，满足特殊领域对光伏组件的提出的效率高、重量轻、耐冲击、寿命长等要求。
