農田信息采集裝備用光伏電池封裝材料研究

陳永明 林萍 李杜

摘要：光伏電池封裝材料直接影響到農田信息采集裝備的穩定性和投資成本。本文介紹了目前農田信息采集裝備使用到的光伏電池的封裝技術的發展現狀。由于干電池或蓄電池儲能有限，不適合于長時間工作，另外大面積地更換電池非常費時與費力，因此采用干電池或蓄電池的監測手段往往只限制在實驗室環境中。光伏電池可以通過獲取太陽的能量對農田信息采集裝備持續供給能量，這樣為信息采集裝備實現全天候農田環境中農作物的生長狀況監測提供了可能。探討了光伏電池封裝技術和材料對農田信息采集裝備性能的影響，并指出了農田信息采集裝備用的光伏電池封裝材料未來發展的趨勢。

關鍵詞：農田信息；采集裝備；光伏電池；封裝材料

中圖分類號：TQ325文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（b）-0000-00

傳統采用干電池或蓄電池的手段對農田監測設備進行供電，然而農作物生長周期一般都比較長，因此需要監測的時間也比較長[1]。由于干電池或蓄電池儲能有限，不適合于長時間工作，另外大面積地更換電池非常費時與費力，而且投資成本較大，因此采用干電池或蓄電池的監測手段往往只限制在實驗室環境中。光伏電池可以通過獲取太陽的能量對農田信息采集裝備持續供給能量，這樣為信息采集裝備實現全天候農田環境中農作物的生長狀況監測提供了可能[2， 3]。

本文首先介紹目前農田信息采集裝備中運用到的光伏電池的封裝技術，然后介紹了農田信息采集裝備中光伏電池的封裝材料包括：封裝膠和封裝膜的理化特性，指出了這些材料的在農田中運用的范圍。本文內容可以為農業科技工作者合理選用光伏電池材料來提高農田信息采集裝備電能供給性能提供了參考。

1 封裝技術

目前，農田信息采集裝備中使用到的光伏電池的封裝技術主要采用非玻璃封裝和玻璃封裝。

1.1 非玻璃封裝技術

非玻璃封裝技術[4]一般采用樹脂板、復合封裝膜、金屬膜等，然后利用真空加熱加壓手段，對光伏電池板進行封裝。非玻璃封裝材料具有抗老化、質量輕、柔韌性能好等的優點，采用非玻璃封裝材料可以制作出柔性電池，但由于目前其所需加工工藝比較復雜且生產成本相對較高，因此非玻璃封裝技術沒有被廣泛推廣到農田信息采集裝備電能供給用的光伏電池中。

1.2 玻璃封裝技術

玻璃封裝技術[5]一般采用乙烯-醋酸乙烯共聚物膜（Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer， EVA）、熱塑性聚氨酯薄膜（Thermoplastic Polyurethane， TPU）、聚乙烯醇縮丁醛膜（Polyvinyl Butyral， PVB）等原料來生成封裝材料。玻璃封裝光伏電池時，將敷設好的光伏電池放入層壓機內，通過真空抽氣機將光伏電池板組件內的空氣抽出，然后加熱使膠膜熔化，熔化后的膠膜將電池、玻璃和背板粘接在一起，冷卻取出組件，加上金屬邊框后，完成光伏電池的制作。相對于非玻璃封裝材料而言，其具有的顯著特點包括：成本較低、加工工藝簡單，因此玻璃封裝技術被廣泛應用于生產和加工農田信息采集裝備電能供給的用光伏電池中。

2 封裝材料

目前，農田環境監測裝備中用于光伏電池的封裝材料主要包括：封裝膠和封裝膜。

2.1 封裝膠

封裝膠可以防止光伏電池在農田環境中受到水汽、灰塵、農藥等侵蝕的影響。下面主要討論了農田環境監測裝備中常用的三種光伏電池封裝膠包括：環氧樹脂膠（Epoxy Resin）、有機硅膠以及丙烯酸樹脂膠（Acrylic Acid Resin））等的性能及其適用范圍。

2.1.1 環氧樹脂膠

環氧樹脂指含有兩個或兩個以上環氧基團，良好的粘接性、絕緣性和耐腐蝕性等的諸多優點，被廣泛運用光伏電池組件封裝中[6， 7]。但由于聚合物中網狀結構的存在，造成了其阻氧性能、防水性能都比較低，因此必須解決芳香環抗紫外輻射的性能，目前較好的解決辦法是在環氧樹脂中添加紫外光接收劑，防止環氧樹脂膠在長期紫外光照射下黃變，提高了耐候性，使得環氧樹脂膠可以被應用用于農田環境下的光伏電池中[12]。

2.1.2 有機硅膠

有機硅膠兼具有機性能和無機特性。有機硅膠的Si-O 鍵長為0.193nm，比C-C （0.154nm）的長，鍵對側基轉動的位阻??；Si-O-Si 的鍵角（145°） 比C-C-H及H-C-H的鍵角（109°）大，這使得Si-O之間易發生轉動，鏈段之間相對比較柔順，即使在-60℃的低溫環境下，有機硅膠也能保持良好的性能，因此有機硅膠可以適應于冬季氣候較低的農田環境監測裝備應用中[8]。

2.1.3 丙烯酸樹脂膠

丙烯酸樹脂是由丙烯酸酯類和甲基丙烯酸酯類以及其它烯屬單體共聚制成的樹脂，但是，丙烯酸樹脂分子呈現出線形結構，且缺少交聯點，導致材料在耐水性、耐候性、抗熱性指標都較低，因此丙烯酸樹脂膠光伏電池不適合于直接運用于開放式的農田環境監測應用中。有研究顯示，有機硅材料的添加使得丙烯酸樹脂光伏電池在農田環境信息采集裝備中的應用成為了可能，但其性能有待于農業科技工作者進一步驗證。

2.2 封裝膜

農田環境信息采集裝備中應用到的常見的光伏電池封裝膜有：乙烯-醋酸乙烯共聚物膜、熱塑性聚氨酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛膜等。

2.2.1 乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜

乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）薄膜具有良好的柔軟性和橡膠性質的彈性，在低于-60℃溫度下仍能保持較好的撓性，因此EVA薄膜光伏電池可以被應用于冬季氣候較低的農田環境信息采集裝備中；目前EVA薄膜是作為封裝農田環境監測裝備中能源供給用的光伏電池中最主要材料。

2.2.2 熱塑性聚氨酯薄膜

目前，提出的拜耳材料技術可以消除熱塑性聚氨酯薄膜交聯時間，這樣可以很大程度上減輕熱塑性聚氨酯薄膜真空層壓機的負荷，有助于簡化熱塑性聚氨酯薄膜的生產工藝和減低其生產成本，使得到熱塑性聚氨酯薄膜可以被廣泛應用于農田環境信息采集裝備中能源供給用的光伏電池中去。

3 結語

目前，EVA材料仍然是封裝農田信息采集裝備中能源供給用的光伏電池的主要材料，但隨著生產技術的不斷改善，新型優質的材料生產成本和周期也將會進一步減少，其它一些新型封裝用的材料（如PVB）在農田信息采集裝備用到的光伏電池中應用比例也將會逐漸增大，新型封裝材料的應用將進一步提升農田信息采集裝備的總體性能。

參考文獻

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[7] 邵燕瑛. 太陽電池組件封裝技術的探討[J]. 能源工程， 2008 （3）： 32-34.

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