一种太阳能电池片焊接加热和焊带固定的方法及装置的制造方法
【专利摘要】一种太阳能电池片焊接加热和焊带固定的方法及装置，涉及太阳能电池片。装置设有焊带固定装置和电池片焊接加热装置；所述焊带固定装置设有镶嵌压块的铁块、压块、压力传感器、红外传感器和电池片输送架；所述压块镶嵌在铁块上，压力传感器和红外传感器设于压块下部，压力传感器用于检测压块与焊带之间的距离，红外传感器用于检测压块与焊带之间的接触压力；焊带设于压块下方并铺设在电池片的栅线位置，电池片设于电池片输送架上；所述电池片焊接加热装置设有五个电磁焊头，五个电磁焊头分别设在五个镶嵌电磁焊头的铁块上，五个镶嵌电磁焊头的铁块与底座之间分别设有升降杆。操作简单、可靠性高。
【专利说明】
一种太阳能电池片焊接加热和焊带固定的方法及装置
技术领域
[0001]本发明涉及太阳能电池片，具体是涉及一种太阳能电池片焊接加热和焊带固定的方法及装置。
【背景技术】
[0002]全球面临能源危机以及传统能源大量使用对环境造成严重污染，已成为社会和国民经济发展的主要制约因素，为实现可持续发展，各国政府急需调整能源结构，大力发展可再生能源，因此太阳能发电技术受到全世界的关注。
[0003]太阳能发电技术和太阳能电池的应用让世界看到了曙光，其中，晶硅组件是太阳能电池发展的工艺环节，太阳能电池组件的发电效率将直接决定组件的质量。组件的缺陷主要来源于电池片串联焊接环节，因此，组件的达标率主要取决于焊带与电池片的焊接效果。太阳能电池片组件存在的缺陷主要有裂片、隐裂、虚焊、开焊、过焊、露白、断栅、短路、气泡、异物及脏污等;而除气泡等少数缺陷以外大部分缺陷均可能来自于焊接这一环节。
[0004]随着我国的太阳能产业的飞速发展，太阳能电池片组件产量已经达到全球总量的70%，在电池片串联焊接工艺上我国大部分企业已经采用自动串焊机，大大提高了生产效率，降低了劳动生产成本。但现有串焊机本身设计存在着一些不足，常常在电池片焊接时出现裂片、隐裂等缺陷率超标现象，使得组件成本居高不下。
[0005]早期，欧美等发达国家主导了自动串焊机领域，我国以前使用的几乎都是西班牙GAR0SABEL串焊机、德国西门子等太阳能电池片全自动串焊机，随着我国太阳能行业制造技术的提升，宁夏小牛太阳能电池片全自动串焊机、江苏无锡奥特维全自动串焊机也拥有了自己的品牌，并且不断进行改进和创新。
[0006]在焊接加热方式上国内外现有的串焊机都各有优缺点，但是还有大部分串焊机存在一些通病，例如红外加热易导致电池片光衰，升温或降温过快易产生应力集中；且目前较多串焊机的焊带固定装置做的不到位，如易出现压力过大导致电池片出现裂片、隐裂缺陷，压力过小导致虚焊和开焊缺陷，距离偏差导致露白，故此环节易导致电池片焊接缺陷率过尚等现象。
[0007]在针对上述存在的焊接加热的问题上，国内外的工作者做过一些改进，但还是存在一定的局限性和缺陷。中国专利CN 203556978 U提出了利用红外灯管进行加热焊接，虽然此装置做到了加热源一体化，无需另外的热源，但是没有避免红外加热带来的电池片光衰的问题，并且无法精确控制电池片在预热、焊接、退温等各个时期的温度。
[0008]在焊接加热方式和焊带固定方法工艺上，宁夏小牛公司做了很多的改进工作，但还是存在一些问题。中国专利CN 203062027 U提出了采用电磁感应加热焊接方式以及陶瓷压针稳固焊带，虽然这在串焊机领域是很大的进步，但是利用陶瓷压针自重稳固焊带会导致电池片受力不均而增加裂片、隐裂率。此外，该装置虽采用电磁感应加热，但是还补充有电阻加热源来达到电池片预热及退温的目的。
[0009]还有其他一些工作者所做的工作，例如中国专利CN 203184849 U对焊带压稳装置做出了一些改进，但还是无法对焊带与电池片之间的压力以及焊带与电池片栅线的偏离度进行精确的控制，存在一定的缺陷。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于针对现有焊接机存在的上述问题，提供一种太阳能电池片焊接加热和焊带固定装置。
[0011]本发明的另一目的在于提供一种太阳能电池片焊接加热和焊带固定方法。
[0012]所述太阳能电池片焊接加热和焊带固定装置设有焊带固定装置和电池片焊接加热装置；
[0013]所述焊带固定装置设有镶嵌压块的铁块、压块、压力传感器、红外传感器和电池片输送架;所述压块镶嵌在铁块上，压力传感器和红外传感器设于压块下部，压力传感器用于检测压块与焊带之间的距离，红外传感器用于检测压块与焊带之间的接触压力;焊带设于压块下方并铺设在电池片的栅线位置，电池片设于电池片输送架上；
[0014]所述电池片焊接加热装置设有五个电磁焊头，五个电磁焊头分别设在五个镶嵌电磁焊头的铁块上，五个镶嵌电磁焊头的铁块与底座之间分别设有升降杆。
[0015]所述压块可采用细条状压块。
[0016]在电池片焊接加热装置中，通过调节升降杆来调节各电磁焊头与电池片的距离，并调节各电磁焊头的交变磁场强度来控制电池片在不同位置时的温度，这样使得电池片在5个位置有着合适的温度差，达到电池片在焊接前预热和焊接后缓慢退温的目的，从而减少电池片因升温或降温过快导致裂片和隐裂的数量。
[0017]在焊带固定装置中，为避免电磁感应产生热量，压块可使用陶瓷材料。压块下部内置有红外传感器用以控制压块与焊带之间的距离;且压块下方内置有压力传感器用以控制压块与焊带之间的接触压力。压力传感器及红外传感器与压块下表面齐平。精确定位与精确控制压力可大大降低这两类焊接缺陷:因压力过大导致电池片发生裂片、隐裂;压力过小导致电池片发生虚焊和开焊。
[0018]所述太阳能电池片焊接加热和焊带固定方法，包括以下步骤:
[0019]I)调节中间电磁焊头与其正上方电池片的距离为30?50mm，优选40mm，左二电磁焊头与其正上方电池片的距离为80?100mm，优选90mm，右二电磁焊头与其正上方电池片的距离为80?100mm，优选90mm，左一电磁焊头与其正上方电池片的距离为140?160mm，优选150mm，右一电磁焊头与其正上方电池片的距离为140?160mm，优选150mm;
[0020]2)调节各电磁焊头的交变磁场强度，控制左一电磁焊头正上方电池片的温度为65?75°C，优选70°C，左二电磁焊头正上方电池片的温度为135?145°C，优选140°C，中间电磁焊头正上方电池片的温度为215?225°C，优选220°C，右二电磁焊头正上方电池片的为135?145°C，优选140°C，右一电磁焊头正上方电池片的温度为65?75°C，优选70°C ；
[0021]3)调节压块下方内置的红外传感器及压力传感器的参数，红外传感器的高度值设为0mm，压力传感器的压力值设为0.2±0.01Ν;
[0022]4)电池片输送架把电池片运送至左一电磁焊头正上方位置时，由于左一电磁焊生交变磁场的作用，电池片的金属导体部分产生涡流继而发热，通过调节磁场强度把电池片的温度控制在65?75°C ;电池片输送架把电池片运送至左二电磁焊头正上方位置时，由于交变磁场的作用，电池片发热且把温度控制在135?145°C;至此两过程达到电池片预热的目的，从而防止电池片因升温过快出现隐裂和裂片情况；
[0023]5)电池片输送架把电池片运送至中间电磁焊头正上方位置，且焊带铺设在电池片相应的栅线位置，由于交变磁场的作用，电池片与焊带发热且把温度控制在215?225°C ;同时压块向下移动，通过控制细条状压块下方内置的红外感应器和压力传感器，恰好将焊带压稳，最后焊带和电池片在215?225°C完成焊接；
[0024]6)电池片输送架把电池片运送至右二电磁焊头正上方位置时，由于交变磁场的作用使电池片发热，通过调节交变磁场强度把电池片的温度控制在135?145°C，电池片输送架把电池片运送至右一电磁焊头正上方位置时，由于交变磁场的作用，电池片发热且把温度控制在65?75°C，至此完成电池片的退温过程，防止电池片因退温过快而出现隐裂和裂片情况。
[0025]本发明所述太阳能电池片焊接加热和焊带固定装置的最大优势在于操作简单、可靠性高。电池片焊接加热装置可以达到电池片焊接前预热、焊接后缓慢退温的目的，同时可避免红外加热等方式带来的电池片光衰缺陷。焊带固定装置采用高精度控制方式，极大降低了电池片焊接时两大缺陷发生率(因压力过大导致电池片裂片、隐裂现象，压力过小导致虚焊和开焊现象)。因此本发明展现出诱人的前景，可实现大规模推广和运用。
[0026]本发明通过改进焊接加热方式和焊带固定方式，将其应用于太阳能电池片串焊机焊接工艺中，降低电池片的焊接缺陷率，降低生产成本。经过大量的生产实验，确定了所述太阳能电池片焊接加热和焊带固定装置可以达到的最佳焊接效果及其最佳工艺参数。本发明可以将太阳能电池片的焊接缺陷率降低至0.2% (裂片、隐裂率均控制在0.1%以下)，大大降低了组件生产成本，显示出了广阔的应用前景。
【附图说明】
[0027]图1为本发明所述太阳能电池片焊接加热和焊带固定装置的结构示意图。
[0028]图2为本发明所述太阳能电池片焊接加热和焊带固定装置的焊带固定装置仰视示意图。
[0029]图3为本发明所述太阳能电池片焊接加热和焊带固定装置的电磁感应焊头俯视示意图。
【具体实施方式】
[0030]参见图1?3，所述太阳能电池片焊接加热和焊带固定装置实施例设有镶嵌压块的铁块1、压块2、压力传感器3、红外传感器4和电池片输送架7;所述压块2镶嵌在铁块I上，压力传感器3和红外传感器4设于压块2下部，压力传感器3用于检测压块2与焊带5之间的距离，红外传感器4用于检测压块2与焊带5之间的接触压力;焊带5设于压块2下方并铺设在电池片6的栅线位置，电池片6设于电池片输送架7上；
[0031]所述电池片焊接加热装置设有五个电磁焊头8，五个电磁焊头8分别设在五个镶嵌电磁焊头的铁块9上，五个镶嵌电磁焊头的铁块9与底座11之间分别设有升降杆10。
[0032]所述压块2采用细条状压块。
[0033]在电池片焊接加热装置中，通过调节升降杆10来调节各电磁焊头8与电池片的距离，加之调节各电磁焊头的交变磁场强度来控制电池片在不同位置时的温度，这样使得电池片在5个位置有着合适的温度差，达到电池片在焊接前预热和焊接后缓慢退温的目的，从而减少电池片因升温或降温过快导致裂片和隐裂的数量。
[0034]在焊带固定装置中，为避免电磁感应产生热量，压块可使用陶瓷材料。压块下部内置有红外传感器用以控制压块与焊带之间的距离;且压块下方内置有压力传感器用以控制压块与焊带之间的接触压力。压力传感器及红外传感器与压块下表面齐平。精确定位与精确控制压力可大大降低这两类焊接缺陷:因压力过大导致电池片发生裂片、隐裂;压力过小导致电池片发生虚焊和开焊。
[0035]所述太阳能电池片焊接加热和焊带固定方法，包括以下步骤:
[0036]I)调节中间电磁焊头与其正上方电池片的距离为30?50mm，优选40mm，左二电磁焊头与其正上方电池片的距离为80?100mm，优选90mm，右二电磁焊头与其正上方电池片的距离为80?100mm，优选90mm，左一电磁焊头与其正上方电池片的距离为140?160mm，优选150mm，右一电磁焊头与其正上方电池片的距离为140?160mm，优选150mm;
[0037]2)调节各电磁焊头的交变磁场强度，控制左一电磁焊头正上方电池片的温度为65?75°C，优选70°C，左二电磁焊头正上方电池片的为135?145°C，优选140°C，中间电磁焊头正上方电池片的温度为215?225°C，优选220 °C，右二电磁焊头正上方电池片的为135?1450C，优选140°C，右一电磁焊头正上方电池片的温度为65?75°C，优选70°C ;
[0038]3)调节压块2下方内置的红外传感器4及压力传感器3的参数，红外传感器的参数(高度值)设为0mm，压力传感器的参数(压力值)设为0.2±0.01Ν;
[0039]4)电池片输送架7把电池片6运送至左一电磁焊头正上方位置时，由于左一电磁焊生交变磁场的作用，电池片的金属导体部分产生涡流继而发热，通过调节磁场强度把电池片的温度控制在65?75°C ;电池片输送架7把电池片6运送至左二电磁焊头正上方位置时，由于交变磁场的作用，电池片发热且把温度控制在135?145°C;至此两过程达到电池片预热的目的，从而防止电池片因升温过快出现隐裂和裂片情况；
[0040]5)电池片输送架7把电池片6运送至中间电磁焊头正上方位置，且焊带铺设在电池片相应的栅线位置。由于交变磁场的作用，电池片与焊带发热且把温度控制在215?225°C ;同时压块2向下移动，通过控制细条状压块下方内置的红外感应器4和压力传感器3，恰好将焊带压稳，最后焊带和电池片在215?225°C完成焊接。
[0041 ] 6)电池片输送架7把电池片6运送至右二电磁焊头正上方位置时，由于交变磁场的作用使电池片发热，通过调节交变磁场强度把电池片的温度控制在135?145°C。电池片输送架7把电池片6运送至右一电磁焊头正上方位置时，由于交变磁场的作用，电池片发热且把温度控制在65?75°C，至此完成电池片的退温过程，防止电池片因退温过快而出现隐裂和裂片情况。
[0042]以下给出具体实施例:
[0043]实施例1
[0044]1、调节中间电磁焊头与其正上方电池片的距离为40mm，并且调节交变磁场强度使中间电磁焊头正上方电池片的温度为220 °C。左二电磁焊头与其正上方电池片的距离为90mm，并且调节交变磁场强度使得左二电磁焊头正上方电池片的温度为140°C。右二电磁焊头与其正上方电池片的距离为90mm，并且调节交变磁场强度使得右二电磁焊头正上方电池片的温度为140°C。左一电磁焊头与其正上方电池片的距离为150mm，并且调节交变磁场强度使得左一电磁焊头正上方电池片温度为70°C。右一电磁焊头与其正上方电池片的距离为150mm，并且调节交变磁场强度使得右一电磁焊头正上方电池片温度为70°C。
[0045]2、调节细条状压块2下方内置的红外传感器4及压力传感器3的参数，红外传感器的参数(高度值)设为0mm，压力传感器的参数(压力值)设为0.2±0.01Ν。
[0046]3、启动自动串焊机，对电池片焊接时的缺陷进行统计，测得电池片的焊接缺陷率为0.20 % (裂片、隐裂率0.08%；虚焊、开焊率0.10%)。
[0047]实施例2
[0048]工艺过程同实施例1，调节中间电磁焊头上方电池片温度为230°C，左二电磁焊头和右二电磁焊头上方电池片温度为150°C，左一电磁焊头和右一电磁焊头上方电池片温度为80 °C;红外传感器的高度值设为0mm，压力传感器的压力值设为0.05±0.01Ν。对电池片焊接的缺陷率进行统计，测得电池片的焊接缺陷率为0.42% (裂片、隐裂率0.15%;虚焊、开焊率 0.25%)。
[0049]实施例3
[0050]工艺过程同实施例2，调节中间电磁焊头上方电池片温度为210°C，左二电磁焊头和右二电磁焊头上方电池片温度为130°C，左一电磁焊头和右一电磁焊头上方电池片温度为60 °C;红外传感器的高度值设为0mm，压力传感器的压力值设为0.35±0.01Ν。对电池片焊接的缺陷进行统计，测得电池片的焊接缺陷率为0.45% (裂片、隐裂率0.30%;虚焊、开焊率0.13%)ο
[0051 ] 实施例4
[0052]工艺过程同实施例3，调节中间电磁焊头正上方电池片温度为230°C，左二电磁焊头和右二电磁焊头正上方电池片的温度为130°C，左一电磁焊头和右一电磁焊头正上方电池片温度为30 °C。红外传感器的高度值设为0mm，压力传感器的压力值设为0.15±0.01Ν。对电池片焊接的缺陷进行统计，测得电池片的焊接缺陷率为0.55% (裂片、隐裂率0.40%;虚焊、开焊率0.14%)。
[0053]实施例5
[0054]工艺过程同实施例4，调节中间电磁焊头正上方电池片的温度为210°C，左二电磁焊头和右二电磁焊头正上方电池片的温度为160°C，左一电磁焊头和右一电磁焊头正上方电池片的温度为110°C。红外传感器的高度值设为0mm，压力传感器的压力值设为2.5 土
0.1N。对电池片焊接的缺陷进行统计，测得电池片的焊接缺陷率为0.53% (裂片、隐裂率
0.38% ；虚焊、开焊率0.13% ) ο
[0055]实施例6
[0056]工艺过程同实施例5，调节中间电磁焊头正上方电池片温度为220°C，左二电磁焊头和右二电磁焊头正上方电池片温度为140 °C，左一电磁焊头和右一电磁焊头正上方电池片温度为室温(25°C)。红外传感器的高度值设为0mm，压力传感器的压力值设为2±0.IN。对电池片焊接的缺陷进行统计，测得电池片的焊接缺陷率为0.58% (裂片、隐裂率0.45%;虚焊、开焊率0.12%)。
[0057]实施例7
[0058]工艺过程同实施例6，调节中间电磁焊头正上方电池片温度为220°C，左二电磁焊头和右二电磁焊头正上方电池片温度为室温(25°C)，左一电磁焊头和右一电磁焊头正上方电池片温度为室温(25°C)。红外传感器的高度值设为Omm，压力传感器的压力值设为2土
0.1N。对电池片焊接的缺陷进行统计，测得电池片的焊接缺陷率为I % (裂片、隐裂率
0.82%;虚焊、开焊率0.15%)。
[0059]本发明的焊接加热装置是基于电磁感应原理进行加热焊接，其除可以达到焊接电池片与焊带的作用外，还可以使电池片在焊接前预热、焊接后缓慢退温，从而大大减少电池片碎片率;并且加热系统一体化方便维护和管控；同时此焊接加热装置可避免红外等加热方式带来的电池片光衰缺陷。焊带固定装置可以实现精确定位以及精确调控压力。本发明确定了该装置可以达到的最佳焊接效果及其最佳工艺参数。本发明可以将太阳能电池片的焊接缺陷率降低至0.2% (裂片、隐裂率均控制在0.1 %以下)。
【主权项】
1.一种太阳能电池片焊接加热和焊带固定装置，其特征在于设有焊带固定装置和电池片焊接加热装置； 所述焊带固定装置设有镶嵌压块的铁块、压块、压力传感器、红外传感器和电池片输送架;所述压块镶嵌在铁块上，压力传感器和红外传感器设于压块下部，压力传感器用于检测压块与焊带之间的距离，红外传感器用于检测压块与焊带之间的接触压力;焊带设于压块下方并铺设在电池片的栅线位置，电池片设于电池片输送架上； 所述电池片焊接加热装置设有五个电磁焊头，五个电磁焊头分别设在五个镶嵌电磁焊头的铁块上，五个镶嵌电磁焊头的铁块与底座之间分别设有升降杆。2.如权利要求1所述一种太阳能电池片焊接加热和焊带固定装置，其特征在于所述压块采用细条状压块。3.—种太阳能电池片焊接加热和焊带固定方法，其特征在于包括以下步骤: 1)调节中间电磁焊头与其正上方电池片的距离为30?50mm，左二电磁焊头与其正上方电池片的距离为80?100mm，右二电磁焊头与其正上方电池片的距离为80?100mm，左一电磁焊头与其正上方电池片的距离为140?160mm，右一电磁焊头与其正上方电池片的距离为140?160mm; 2)调节各电磁焊头的交变磁场强度，控制左一电磁焊头正上方电池片的温度为65?75°C，左二电磁焊头正上方电池片的温度为135?145°C，中间电磁焊头正上方电池片的温度为215?225°C，右二电磁焊头正上方电池片的为135?145°C，右一电磁焊头正上方电池片的温度为65?75 °C; 3)调节压块下方内置的红外传感器及压力传感器的参数，红外传感器的高度值设为0mm，压力传感器的压力值设为0.2±0.01Ν; 4)电池片输送架把电池片运送至左一电磁焊头正上方位置时，由于左一电磁焊生交变磁场的作用，电池片的金属导体部分产生涡流继而发热，通过调节磁场强度把电池片的温度控制在65?75°C ;电池片输送架把电池片运送至左二电磁焊头正上方位置时，由于交变磁场的作用，电池片发热且把温度控制在135?145°C ;至此两过程达到电池片预热的目的，从而防止电池片因升温过快出现隐裂和裂片情况； 5)电池片输送架把电池片运送至中间电磁焊头正上方位置，且焊带铺设在电池片相应的栅线位置，由于交变磁场的作用，电池片与焊带发热且把温度控制在215?225°C ;同时压块向下移动，通过控制细条状压块下方内置的红外感应器和压力传感器，恰好将焊带压稳，最后焊带和电池片在215?225°C完成焊接； 6)电池片输送架把电池片运送至右二电磁焊头正上方位置时，由于交变磁场的作用使电池片发热，通过调节交变磁场强度把电池片的温度控制在135?145°C，电池片输送架把电池片运送至右一电磁焊头正上方位置时，由于交变磁场的作用，电池片发热且把温度控制在65?75°C，至此完成电池片的退温过程。4.如权利要求3所述一种太阳能电池片焊接加热和焊带固定方法，其特征在于在步骤I)中，所述调节中间电磁焊头与其正上方电池片的距离为40mm，左二电磁焊头与其正上方电池片的距离为90mm，右二电磁焊头与其正上方电池片的距离为90mm，左一电磁焊头与其正上方电池片的距离为150mm，右一电磁焊头与其正上方电池片的距离为150mm。5.如权利要求3所述一种太阳能电池片焊接加热和焊带固定方法，其特征在于在步骤2)中，所述控制左一电磁焊头正上方电池片的温度为70°C，左二电磁焊头正上方电池片的温度为140°C，中间电磁焊头正上方电池片的温度为220°C，右二电磁焊头正上方电池片的为140 °C，右一电磁焊头正上方电池片的温度为70°C。
【文档编号】B23K101/38GK106001962SQ201610431856
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】罗学涛, 熊华平, 唐天宇, 甘传海, 赖惠先, 黄柳青
【申请人】厦门大学