太陽電池組件制造和服役過程殘余應(yīng)力研究.pdf

1、隨著化石能源的不斷減少和能源需求的日益增加，可再生能源，特別是太陽能受到了廣泛關(guān)注，作為太陽能利用重要組成部分的光伏產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。而太陽電池組件在制造過程和服役過程中，由于材料的熱膨脹系數(shù)不匹配，導(dǎo)致太陽電池組件內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，嚴(yán)重影響了太陽電池組件的使用壽命。
　　 本文圍繞太陽電池組件制造過程電池片碎裂的機(jī)理和服役過程殘余熱應(yīng)力的演變規(guī)律這兩個(gè)關(guān)鍵問題，采用理論、數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法開展研究工作，探索太陽電池片碎裂的

2、機(jī)理，提出在太陽電池組件制造過程和服役過程中減少電池片碎裂的措施與方法。主要工作和結(jié)論如下：
　　 1、針對(duì)生產(chǎn)太陽電池片三道工序（鑄錠、切片和燒結(jié)），開展太陽電池片制造過程的殘余應(yīng)力研究。采用有限元分析軟件ANSYS對(duì)硅錠鑄錠過程、切片過程和電極燒結(jié)過程進(jìn)行數(shù)值模擬研究，分析了某些工藝參數(shù)對(duì)硅錠鑄錠過程的殘余應(yīng)力的影響，模擬了硅片切割過程中應(yīng)力的變化規(guī)律，并討論了硅片層厚度和鋁背場(chǎng)厚度對(duì)電池片彎曲度和殘余應(yīng)力的影響。
　

3、　 2、針對(duì)太陽電池組件焊接過程中存在的問題，運(yùn)用數(shù)值模擬技術(shù)分析太陽電池組件焊接工藝中的應(yīng)力分布情況。討論了不同的焊接區(qū)域?qū)﹄姵仄膽?yīng)力分布的影響，通過改變溫度機(jī)制、焊接區(qū)域和焊條型號(hào)，優(yōu)化出較為合理的焊接位置；分析了溫度機(jī)制的影響，確定焊接過程合理的焊接溫差；模擬不同型號(hào)焊條對(duì)電池片強(qiáng)度的影響，選出了較為合理的焊條。
　　 3、建立了太陽電池組件的溫度場(chǎng)理論模型和應(yīng)力場(chǎng)理論模型，分別計(jì)算太陽電池組件封裝過程的應(yīng)力場(chǎng)以及穩(wěn)定

4、服役過程結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)；獲得了太陽電池組件封裝過程各層材料的應(yīng)力分布情況，討論了封裝工藝對(duì)太陽電池片最大應(yīng)力值及應(yīng)力分布的影響；并與組件封裝過程和服役過程熱應(yīng)力的數(shù)值結(jié)果進(jìn)行比較，相互驗(yàn)證其模型的有效性，為太陽電池組件的熱應(yīng)力緩和設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。
　　 4、采用平面應(yīng)變模型分析了太陽電池組件在瞬態(tài)熱載荷作用下組件熱應(yīng)力分布及演變過程，通過對(duì)溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)瞬態(tài)的耦合分析，得到太陽電池組件各層材料的溫度和熱應(yīng)力分布及演變規(guī)律。找

5、出了太陽電池組件的危險(xiǎn)部位，確定了太陽電池組件承受的交變應(yīng)力幅和應(yīng)力峰值，為太陽電池組件的疲勞壽命評(píng)估奠定基礎(chǔ)。通過分析比較工程設(shè)計(jì)中常用的壽命評(píng)估方法，提出適合太陽電池組件的疲勞壽命評(píng)估方法；采用小型沖壓實(shí)驗(yàn)方法對(duì)太陽電池片的基本力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，獲得太陽電池片的彈性模量和斷裂強(qiáng)度等參數(shù)；采用經(jīng)驗(yàn)公式獲得材料的疲勞極限和疲勞性能參數(shù)，完成了太陽電池組件疲勞壽命的初步評(píng)估。
　　 本文通過理論研究與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合，研究了太陽電池