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EVA太阳能光伏膜流延成型设备
作者:熊国中
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塑料挤出机展厅
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EVA

乙烯—醋酸乙烯共聚物(简称EVA)是由乙烯(E)和醋酸乙烯(VA)共聚而成。

EVA是一类具有类似橡胶弹性体的热塑性塑料,其性能与VA含量及熔融指数(MI)有很大关系;当MI一定,VA含量增高时,其弹性、柔软性、粘合性、透明性、溶解性提高;VA含量降低则接近聚乙烯的性能:刚性变大、耐磨及电绝缘性上升;若VA含量一定,MI增加,则软化点下降而加工性及光泽性改善,但强度低;反之MI降低,则分子量增大,能提高它的耐冲击性及应力开裂性。EVA按VA含量可分为三类,详见表1。通常所称的EVA产品主要是指树脂。

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与聚乙烯相比,EVA树脂由于在分子链中引入了醋酸乙烯单体,从而降低了高结晶度,提高了柔韧性、抗冲击性、填料相溶性和热密封性能;被广泛应用于发泡鞋料、功能性棚膜、包装膜、热熔胶、电线电缆及玩具等领域。EVA性能优良,可用于注塑、挤塑、吹塑、热成型、发泡、涂覆、热封、焊接等成型加工。目前,国外EVA树脂大多数是在LDPE装置上生产的,可同时切换生产LDPE;国内外EVA产品的生产工艺主要有4种:高压法连续本体聚合、中压悬浮聚合、溶液聚合和乳液聚合。EVA树脂的几种主要用途见表2。

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太阳能光伏电池的组成

太阳能电池组件是具有外部封装及内部连接,能单独提供直流电输出的最小不可分割的太阳能电池组合装置,即多个单体太阳能电池互联封装后成为组件。

太阳能电池根据所用材料的不同,太阳能电池还可分为:硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池等。有学者认为,当前全球已发展到第三代光伏技术,第一代是晶体硅光伏技术,第二代是薄膜太阳能电池,第三代是包括染料敏化电池和有机电池的“新概念”光伏技术。前两代技术比较成熟,产业化道路也比较可观,第三代技术虽然比较绿色,但是市场化前景尚不明朗。目前硅太阳能电池是目前发展最成熟的,在应用中居主导地位。未来的光伏电池市场应该是三代技术并存的多样化格局。

晶硅板太阳能电池

晶硅板太阳能电池由玻璃+EVA+硅太阳电池片+EVA+TPT/TPE五层组成。晶硅板太阳能电池组件结构见图1。

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由图1可以看出:晶硅板太阳能电池按工艺顺序,从上到下其结构为钢化玻璃、EVA胶膜、晶体硅太阳电池片、EVA胶膜、背板及铝框、密封硅胶等组成,它们的材料及各自的作用如下:

1)钢化玻璃:其作用为保护发电主体(如电池片),其选用要求为:透光率必须高(一般91%以上)、超白钢化处理。

2) EVA胶膜:用来粘结固定钢化玻璃和发电主体。透明EVA胶膜的优劣直接影响到组件的寿命,暴露在空气中的EVA胶膜易老化发黄,从而影响组件的透光率及发电质量。除EVA本身的质量外,组件厂家的层压工艺影响也非常大,如EVA交联度不达标,EVA与钢化玻璃、背板粘结强度不够,都会引起EVA提早老化,影响组件使用寿命。

3) 发电主体:主要作用就是发电。晶体硅太阳能电池片设备成本较低,但消耗的电池片成本很高,其光电转换效率高。

4) EVA胶膜:主要作用是粘结封装发电主体和背板。

5) 背板:其作用是密封、绝缘、防水,材质必须耐老化,厂家一般用TPT或TPE材质。

6) 铝框、硅胶:用于太阳能电池封装。

从上面的介绍可以看出,用于太阳能电池组件封装的EVA胶膜的材料、成型工艺、太阳能电池组件封装工艺,都将对太阳能电池组的透光率及光电转换效率、使用寿命有着重要的影响。

太阳能电池胶膜

太阳能电池胶膜是用EVA为主要原料,添加各种改性助剂充分混合后,经生产加工设备加热流延挤出成型的薄膜状产品。该产品在常温下无粘性,便于裁切分割操作。由于EVA树脂的特点是具有良好的柔软性,橡胶般的弹性,在-50℃下仍能够具有良好的可绕性、透明性和表面光泽性,化学性质稳定,抗老化和耐臭氧强度好,无毒性,经过一定条件热压便发生熔融粘接与交联固化,并变得完全透明,固化后的胶膜有相当高的透光率、粘接强度、热稳定性、气密性及耐老化性能。长期的实践证明:它在太阳电池封装与户外使用均获得相当满意的效果。

固化后的EVA能承受大气变化且具有弹性,它将晶体硅电池片组“上盖下垫”,将晶体硅电池片组包封,并和上层保护材料玻璃,下层保护材料TPT(聚氟乙烯复合膜),利用真空层压技术粘合为一体。另一方面,它和玻璃粘合后能提高玻璃的透光率,起着增透的作用,并对太阳电池组件的输出有增益作用。因此它是太阳能电池组件理想的封装材料。封装时,先裁切所需尺寸的胶膜,按玻璃—EVA胶膜—硅太阳电池板—EVA胶膜—TPT/TPE叠合于铝合金框内;然后,放在层压机内加热、加压、抽真空;最后,放入设定温度的固化炉中恒温所需时间即可。

EVA太阳能光伏膜应具有如下性能特点:

(1) 高透光率,提高组件的光电转化效率;
(2) 合理的交联度,保证组件良好的稳定性和可使用寿命;
(3) 卓越的耐紫外老化性能和优秀的耐湿热老化性能,保证组件在户外长达25年的使用寿命。
(4) 低的收缩生产率,保证电池组件尺寸稳定性和一致性;
(5) 对各种背板和玻璃有较强的粘接性能,保证组件安全高效运行。

EVA胶膜一般性能见表3。

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EVA太阳能光伏膜流延生产设备

EVA太阳能光伏膜流延成型生产设备由上料系统、挤出系统、计量泵、模头、流延压花冷却、回火定型系统、牵引切边装置、双工位中心收卷装置等部件组成。图2为宽度2250mm EVA流延线。

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设备的主要技术参数

1) 使用树脂:EVA
2) 薄膜层数:1
3) 模口宽度:2250mm
4) 薄膜厚度范围:30μm-100μm
5) 厚度偏差:≤±4%
6) 最大挤出量:350Kg/h
7) 最大速度:≤4m/min(当膜厚为0.5mm)
8) 最大收卷直径:600mm
9) 电源:AC380V/50HZ/3相、控制电源:DC24V
10) 整机容量: 360KW
11)外型尺寸:(长)20.5×(宽) 6.8×(高) 3.6(m3)
12) 整机重量:约48T

生产流程

原料→配比供料→真空上料 →挤出→换网器→熔体管道→熔体泵→模具→流延压花冷却定型→在线测厚→回火、冷却定型→牵引及切边在线分切(↓)(边料卷绕)→双工位中心收卷→成品卸卷

主要部件结构说明

1) 上料系统:

挤出机的供料系统由混料机、真空上料装置和料斗装置组成,其作用是保证挤出机生产时能及时为机筒供料,以使挤出机生产连续平稳地进行。

2) 挤出部分:

(1) 备有Φ135EVA专用挤出螺杆、料筒,驱动是采用(Siemens)西门子1PH7系列AC380V/三相/50HZ/6P交流变频电机驱动,传动机构采用(Siemens)西门子变频器及弗兰德高强度硬齿面减速机组成,可实现无极变速,满足不同的挤出工艺的要求。减速器齿轮和轴承除采用油池浸润和飞溅润滑外。还增加了油泵润滑系统强制循环供油润滑。

(2) 机筒采用AC380V陶瓷加热器(或模温控制器),配冷却风机。采用欧陆MIN18智能温控模块,PLC控制。螺杆头部装熔体温度、压力传感器。

(3) 采用双工位液压换网系统,该系统具有良好的密封性,定位精确,使换网动作迅速快捷,操作维修方便。

3) 计量泵、模头:

(1) 本机采用意大利辛普拉斯公司(Simplas)衣架式全自动模头,模口宽度2250mm,唇口开度(0.8-1.5)mm, 依靠PLC根据测厚仪在线测量的薄膜厚度偏差, 调整热膨胀螺栓的长度,自定调整唇口间隙来控制薄膜的厚度。

(2) 本机采用马格计量泵。

4) 流涎部分:

本部件主要有流延压花辊,冷却棍, 前后移动装置组成。

(1) 流延压花辊为Φ1000×2350mm雾面辊(表面喷特殊涂料, 以便EVA膜成型后剥离),花纹按客户提供的样品制造。采用AC380V/三相/50HZ/4P交流变频电机加减速机构驱动,交流变频电机采用(Siemens)西门子矢量闭环变频器控制,可实现无极变速及与其它牵引机构的同步控制。

(2) 压花胶辊为Φ600×2350mm钢辊, 表面包液态硅胶。为了提高冷却效果,压花辊外设置了三个冷却辊。

(3) 冷却辊为Φ500×2350mm镜面辊。

流延压花辊、压花胶辊、冷却辊依靠强制水循环冷却。为了提高冷却效果,降低辊筒表面温差,辊套没计为双螺旋夹套式,辊筒内是空心的,冷却介质从一端进入,沿螺旋槽流动;从另一端流出,减少了辊筒表面温差。

流延压花辊、冷却辊采用AC380V/三相/50HZ/4P交流变频电机加减速机构驱动,交流变频电机采用(Siemens)西门子矢量闭环变频器控制,以流延辊线速度为基准,可实现无极变速及与其它牵引机构速度的同步控制。

(4) 流涎成型装置的前后移动采用电机变速传动机构,驱动架设在两铁轨上的轮轴来实现,前后移动距离由铁轨上的行程开关定位。流延压花辊的升降装置由电机+减速传动机构及蜗轮丝杆升降机构组成,可调节模头到流延压花辊的距离即气隙。

5) 测厚仪:

为了提高塑料流延制品的质量,提高了厚度测量的精确性和快速性,提高了生产率。本机采用了法国思肯德公司生产的X射线测厚仪。

6) 回火冷却定型机构:

为了消除EVA膜在加工过程所存在的内应力, 将成品收缩率控制在规定范围内,该设备设定了回火冷却定型机构,将EVA膜二次加热后再冷却定型。

7) 切边装置及废边处理:

为了除去多余部分确定薄膜的宽度尺寸,本机采用固定直板刀式切边装置。薄膜可在第一道牵引与第二道牵引之间进行切边(及在线分切)。切边刀片安装在一个导向套上,导向套可以在支承轴上做左、右滑动。支承轴的两端用滚动轴承支承,并装有手轮。在支承轴上安装有刻度尺,可以通过读取尺上的分度值来获得切边后制品的宽度尺寸。由于裁下来的边料是连续带状的,本机边料自动卷绕装置,将边料卷绕后另行处理。

8) 牵引、展平、张力控制及收卷装置:

(1) 牵引机构采用矢量闭环变频器控制三相交流变频电机加减速机构驱动,实现各级牵引单机运转、整机联动、同步。

(2) 展平辊采用弧型橡胶弯辊,中高可用蜗轮蜗杆手动调节。

(3) 采用日本三菱的张力控制器。为避免EVA薄膜在牵引过程的拉伸变形,而影响薄膜的收缩率,本机采用低张力或零张力收卷。

(4) 采用双工位中心间隙收卷装置。生产线采用双工位换卷系统,当一个工位满卷后,计米器发出信号,翻卷电机带动翻卷机构旋转180°,备用气涨轴转至主动辊一侧,将已收好的膜卷旋转至卸卷位置,同时飞刀切断薄膜,套在备用气涨轴的纸管上已缠上了胶粘带,新薄膜将粘在备用气涨轴的纸管上,由收卷辊带动进行下一次收卷。

9) 水冷却系统:

本机配有二台水泵,(由二台交流电机驱动),分别向料筒冷却部分、流涎辊强制供应符合工艺要求的冷却水。

10) 电气控制部分:

整机控制采用(Siemens)西门子S7-300PLC控制系统,LED大屏幕彩色触摸屏显示,并配有电源控制、温度控制、挤出控制、牵引控制、收卷控制等多个电控柜,总操作及收卷操作等二个操作台,可对EVA膜生产的全过程:真空上料,料筒的温度,螺杆的挤出速度、压力,模头的温度,流涎压花辊的转速和温度,薄膜厚度、牵引、边料回收,快速断膜,收卷等有关参数进行设定、显示,适时监控、修改,可实现机组各部件动作的协调、同步、高效及全自动控制。系统具有工艺参数储存及故障自我诊断显示、报警功能。整机设有手动、自动操作。

(1) 温控部分采用欧陆MIN18或RKC温控模块,设定与监控进入人机界面。

(2) 流涎辊、卷取机构采用矢量闭环变频器控制三相交流变频电机加减速机构驱动,挤出螺杆、采用开环V/F变频器控制三相交流变频电机+减速机构驱动, 可实现单机运转、整机联动、同步。

(3) 测厚仪的反馈信号与计算机相连,经分析计算,可调整螺杆转速、模唇开口间隙(手调)、牵引速度等,以控制薄膜厚度在规定的精度范围内。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (12/24/2012)
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