一次成型压克力太阳能板制备方法的研究与探讨

肖建霞(泰兴汤臣压克力有限公司，江苏 泰州 225400)

0 引言

近年来，全球变暖问题愈发不可忽视，新型能源、可再生能源被更广泛运用到我们的生活中来。太阳能资源清洁无污染，而且取之不竭用之不尽。太阳能具有普遍性、永久性、清洁性、经济性等独特优势，因而正在兴起的“太阳经济”势必会成为未来全球能源的主流[1]。在我国经济建设中，太阳能起到的作用越来越重要。本文研究开发的压克力太阳能板，主要由太阳能电池片浇筑在压克力板(聚甲基丙烯酸甲酯，又简称PMMA 或有机玻璃)，两者形成一体的结构。在压克力板材生产过程中一次浇铸成型或一次连续浇铸成型或一次挤出成型等三种方法完成，一次成型的制备方法可获得确定厚度的压克力太阳能板。其板材具有质量轻，光转换效率高，安全性好，使用寿命长的优点。

1 一次性成型的压克力太阳能板研究的目的和意义

传统太阳能电池板大都采用玻璃夹装太阳能电池片组成，其制作工艺是：电池检测—正面焊接—检验—背面串接—检验—敷设玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设—层压—去毛边、清洗—装边框涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶—焊接接线盒—高压测试—组件测试—外观检验—包装入库，此做法工艺流程繁琐，且制成的太阳能电池板重量重，易碎，安装困难，使用范围局限。钢化玻璃重量是压克力的一倍，钢化玻璃的密度为2.4g/cm3，而压克力只有1.2g/cm3。

随着新能源发电技术的快速发展，风电、光伏发电装机规模的进一步扩大，对新能源发电模型准确度的要求也越来越高。因为压克力太阳能板的光-电转换性能超过目前传统的以钢化玻璃作为主要组件的太阳能电池板，可替代钢化玻璃加EVA胶组合制造的太阳能电池板，正广泛应用于各发电领域。相较于通过胶粘合做成的太阳能电池片存在渗水性强导致使用寿命降低的特点，本文研究的一次成型的太阳能电池片渗水性仅仅是压克力本身饱和吸水小于0.2%的渗水量。对太阳能片的影响极小，使得一次成型的压克力太阳能板使用寿命长于传统的太阳能片。一次成型可获得确定厚度的压克力太阳能板具有质量轻，光转换效率高，安全性好，使用寿命长的优点[2]。

本文研究的太阳能板的制造是在压克力板材生产过程中一次浇铸成型、一次连续浇铸成型和一次挤压成型三种方法完成，一次成型可获得确定厚度的压克力太阳能板。压克力的透光率大于92%，而钢化玻璃只有88%[3]。一次成型的压克力太阳能板可以做成太阳能瓦片、太阳能隔音墙等户外不同形状的产品，适合各种场合。由于压克力易加工成型，使得一次成型的压克力太阳能板适用范围更广。目前对太阳能的应用由于成本和技术的原因，大多数还局限于专业要求及精度高标准的场合，想要达到大众化民用的普及还有一定距离。许多技术人员也正在着力研究解决太阳能电池板跟踪系统的高效、廉价、稳定、大容量。

2 一次成型制备压克力太阳能板材的三种制备方法

2.1 一次浇铸成型的制备方法

这种制备方法是将压克力板材一次性浇铸成型，具体包括以下步骤：将太阳能电池片的正反电极进行串联焊接，确保太阳能电池片的完整与焊接的部分无脱焊和无损，之后将电池片串联焊接的焊接处包裹处理，以防脱落和损坏；压克力板是用两块研磨抛光的钢化玻璃平板组合装置浇铸，压克力板材表面的平整度和质量，是由钢化玻璃模板平面的光洁度决定的，而所浇铸的压克力板材厚度则是由两块钢化玻璃模板间形成的间隔所决定的，若要控制这个厚度，可以通过控制双层PVC 密封圈的方式来调整，将需要的厚度距离设置为两块钢化玻璃板之间的距离，再进行模具浇铸。将经过真空过滤脱泡的预聚合浆液材料注入浇铸模具后，分别经过45℃～65℃温度下2～30h 聚合、100℃～130℃温度下2～8h的聚合反应过程，最后再经自然冷却到室温度后脱模，形成压克力太阳能板。

2.2 一次连续浇铸成型的制备方法

这种制备方法是将压克力板材连续浇铸，首先也是将太阳能电池片的正反电极进行串联焊接，确保太阳能电池片的完整与焊接的部分无脱焊和无损，之后将电池片串联焊接的焊接处包裹处理，以防脱落和损坏。不同的是，采用一组表面经过抛光的不锈钢钢带组成浇铸模具，压克力板的表面质量，取决于不锈钢钢带的表面光洁度；压克力板的厚度，取决于两块钢带之间调整的间隙；太阳能电池片在压克力里面的位置取决于太阳能电池片与两块钢带之间的间隙；再对浇铸模具浇铸预聚浆液，预聚浆液使用69%～84%的MMA、15%～30%PMMA、0.4%～1%的抗收缩剂乙烯类树脂，预聚料自进料口进入钢带，经过80℃-90℃-100℃-120℃-110℃-100℃-90℃-80℃的不同温度下、2～30h 聚合和冷却成型过程，形成压克力太阳能板。

2.3 一次挤出成型的制备方法

这种方法是一次性就将压克力太阳能板挤出。首先也是将太阳能电池片的正反电极进行串联焊接，确保太阳能电池片的完整与焊接的部分无脱焊和无损，之后将电池片串联焊接的焊接处包裹处理，以防脱落和损坏。不同的是，采用上下两个螺杆挤出机，中间掺入组合好的电池片，压克力板的表面质量取决于挤出机压辊的表面光洁度；压克力板的厚度，取决于挤出机口模的型号、两压辊之间调整的间隙及牵引速度；太阳能电池片在压克力里面的位置取决于上下两个挤出机挤出的压克力板材的厚度；将造好粒的料自料斗进入挤出机料筒，进行塑化，在螺杆45～50m/min 的旋转速度作用下，从口模挤出板材，压光机压光并逐渐冷却，再经过冷却输送辊进行冷却、切边机进行切边，形成压克力太阳能板。

设计的压克力太阳能电池片见图1。

图1 太阳能电池片1，压克力板2

3 结语

综上所述，目前在太阳能热发电领域，仅有部分太阳能实现了商业发电，但是仍旧需要实时进行太阳跟踪。随着以风能和太阳能为代表的大规模新能源发电装机容量在电力系统中所占比例越来越大，需要提炼新能源发电统一模型的共性特征和适用范围，探讨其进一步完善和发展的方向。压克力板太阳能电池化学稳定性的研究已经取得了一定的进展，但目前有关压克力板太阳能电池化学稳定性的研究不是很多。期待不久的将来压克力板太阳能电池在稳定性方面取得新的突破，为太阳能电池的产业化和应用打下良好的基础。我们若能在现有技术上有所改进并加以创新，引用机械设计等技术，制备出高效率、高性能、结构美观、体积大小能满足不同地区和环境需求的压克力板太阳能电池，其应用前景将会更加广阔，并有望为以后实现大型化、商业化生产做出贡献。