晶硅太阳能电池自动焊接系统焊接应力的研究

【摘要】：随着人类社会的发展，社会对能源的需求不断增加。近一百年人类消耗能源的总量飞速上升。不可再生能源随着人类的使用不断减少，因此急需开发可再生能源。太阳能在可再生能源中所占比重最大，光伏发电是利用太阳能的最佳途径之一。太阳能电池是光伏发电的核心部件，晶硅太阳能电池是光伏电池中应用最广产量最大的一种。在晶硅太阳能电池组件的生产过程中电池片焊接工序是核心环节。电池片焊接过程中产生的热应力和残余应力直接影响生产过程中硅片碎片率和晶硅太阳能电池组件的使用寿命。对电池片焊接过程的热应力和残余应力进行研究对指导硅片自动焊接设备的改进有着重要的实际意义。 文章首先从电池片焊接过程着手。先了解硅电池片和涂锡铜焊带的物理特性。接着分析焊接工艺和焊接原理。对现有的硅电池片焊接系统的焊接效果进行分析，明确论文研究的目的是减小焊接应力和焊接变形，提高焊接系统的焊接质量。 其次，对焊接过程中热量的传递及电池片的热变形和热应力进行研究。发现焊接时的温度分布不均匀是造成热变形和应力的主要原因。采用对电池片进行预热的方法来降低焊接过程中电池片的变形和应力。 针对电池片焊接完成后变形过大甚至碎裂的现象，应用有限元分析硅片的应力分布情况。探讨不同焊接区域对残余应力的影响，通过改变焊接时温差和更换不同厚度的焊条进行应力分析。获得比较适宜的焊接范围、预热温度及焊接温度、焊条的厚度等参数。对电池片焊接工艺的改进提供指导。 最后，采用改进后的工艺和焊接系统进行实验。实验结果显示电池片的碎片率得到了降低，焊接后的变形明显减小。通过实验得出的结论是采用预热措施和改进工艺的方法达到了预期的目的。 【关键词】：硅电池片 焊接 热应力 残余应力
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 引言8-9
• 1.2 选题背景9-11
• 1.3 国内外研究现状11-16
• 1.3.1 太阳能电池的研究现状11-12
• 1.3.2 太阳能电池焊接及测试设备的现状12-14
• 1.3.3 太阳能电池的热应力及残余应力的研究现状14-16
• 1.4 课题的研究意义及主要研究内容16-18
• 1.4.1 课题的研究意义16
• 1.4.2 课题的主要研究内容16-18
• 第二章 硅电池片焊接工艺及高速焊接系统的研究18-34
• 2.1 引言18
• 2.2 焊接对象的特性18-21
• 2.2.1 晶体硅电池片的特性18-20
• 2.2.2 涂锡铜带的特性20-21
• 2.2.3 助焊剂的特性21
• 2.3 焊接原理及焊接工艺21-23
• 2.3.1 焊接原理21-22
• 2.3.2 焊接工艺22-23
• 2.4 焊接系统搬运单元的研究23-27
• 2.5 焊接系统焊接单元的研究27-31
• 2.6 焊接系统焊带供应单元的研究31-32
• 2.7 焊接系统目前存在的问题32
• 2.8 本章小结32-34
• 第三章 太阳能电池焊接过程的热应力分析34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 热变形和热应力理论基础34-39
• 3.2.1 热传递相关理论34-36
• 3.2.2 热弹性相关理论36-39
• 3.3 有限元模型的建立39-40
• 3.4 焊接过程中的热传递及热应力40-43
• 3.4.1 预热环节的热传递及应力分布40-42
• 3.4.2 焊接环节的热传递及热应力分析42-43
• 3.4.3 保温环节的热传递43
• 3.5 焊接系统的改进及效果43-44
• 3.6 本章小结44-46
• 第四章 太阳能电池片焊接残余应力研究46-60
• 4.1 引言46
• 4.2 太阳能电池片残余应力模型的建立与分析46-52
• 4.2.1 电池片焊接后的结构特点46-47
• 4.2.2 双金属热力学模型47-52
• 4.3 光伏电池片的有限元分析模型52-53
• 4.4 焊接长度对残余应力的影响53-56
• 4.5 涂锡铜带型号对焊接残余应力的影响56-58
• 4.6 焊接温度对焊接残余应力的影响58
• 4.7 本章小结58-60
• 第五章 实验验证60-68
• 5.1 引言60
• 5.2 实验系统60-62
• 5.2.1 实验装置与实验环境60-61
• 5.2.2 温度控制系统61-62
• 5.3 实验过程及结果62-66
• 5.3.1 焊接系统的预热温度实验62-64
• 5.3.2 焊接系统的焊接温度实验64-65
• 5.3.3 焊带规格实验65
• 5.3.4 电池片焊接变形和碎片率实验65-66
• 5.4 本章小结66-68
• 第六章 结论与展望68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75

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