10001725_双玻组件的包装研究-solarbe文库

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双玻组件的包装研究葛先平、张臻天合光能股份有限公司光伏科学与技术国家重点实验室摘要随着双玻组件在光伏业界的大量推广，出货量的激增，双玻组件的包装越来越多的受到业界关注。行业里大多是参考常规带框组件的包装设计，因为光伏包装标准和测试标准不统一。各组件厂家客户现场破损率均很高。行业损失严重。双玻组件是玻璃制品，无金属或塑料边框保护，钢化或者半钢化的玻璃，在物流过程中受到外界冲击或者振动后，非常容易破损。包装过度，使产品成本增加，没有市场竞争优势；包装不足，产品在运输过程中得不到充分的包装，产品破损，造成巨大的损失。深入研究双玻组件产品自身包装需求，调研分析行业类似产品的包装设计，根据产品不同的物流情况，使用 ANSYS 对包装件进行实体建模和受力分析模拟 [1]，参考 ISTA3E 测试序列进行实验验证，同步优化设计。作者简介姓名葛先平主要研究方向双玻新产品开发及可靠性研究 Emailxianping.getrinasolar.com 通讯地址江苏省常州市新北区天合路2号邮政编码213031 关键词双玻组件、运输包装、ANSYS 1、研究背景与内容普通光伏组件因有铝型材作为边框保护，包装多采用重型瓦楞纸箱木托盘的结构。组件隐裂是包装设计的关键考虑因素。双玻组件突破了传统的组件结构，类似三明治的结构，如图 1，两片玻璃中间夹着电池片，无隐裂是双玻组件的优势，但是保留了玻璃制品易碎的特点。因双玻组件背玻璃处的接线盒，所以包装设计上不能使用成熟的玻璃的包装方案。双玻组件因低衰减，30 年功率质保，防火 A 等级，防积灰积雪等优点， 2014 年行业量产 1GW，2017 年突破 6GW，实现了 200的增量。出货量的增大，客户端组件破损率也在不断增加。客诉问题也在逐年增加，因双玻包装不善带来的损失巨大。针对无铝合金边框的光伏薄膜，姚永根等人设计了一种运输包装方案，其内包装采用ＥＶＡ固定卡槽，并对卡槽进行有限元分析，结果显示卡槽结构满足强度要求。外包装配以胶合板箱，但整体包装成本偏高。针对带有铝框结构的光伏组件，已有很多内包装固定用的包装塑料件投入使用。Martin Flossmann，Joachim Haberlein和王斌等人设计了不同结构的用于光伏组件包装的塑料固定件。组件属于大型平板类产品，通常在包装中的放置方式只有平放和立放２种，但是固定件主要用于组件平放时的包装方案中，并且组件平放方式容易使最下层组件遭到损坏 [2]。图 1 双玻结构示意图 1.1 同类产品包装现状调查与分析搜集目前市场上同类或相似产品所采用的包装方式。表 1 是不同包装方案的对比。如图 2，是一种胶合板木箱的包装方案，该包装箱以胶合板为主要材料，箱体通过钢带和舌片、弹簧插片连接，连接构件相互配合拼装而成的包装容器。如图 3 所示，是一种重型瓦楞纸箱包装方案。表 1 两种同类产品包装的比较重型瓦楞纸箱胶合板箱耐压强度良优耐候性良优箱价格高较高箱子重量轻重适合加工尺寸小大仓储体积大小组装箱子时间短长作业危险度小大钢化玻璃钢化玻璃 EVA EVA 电池片可印刷优良重复使用性差优优点重量轻，适合空运、海运，不需热处理，可顺利通海关检查废弃处理简单，不会对环境造成污染。还可废物再利用，做成其它纸制品。装配方便、可循环使用，强度大、堆码性能好，空箱储存运输体积小，免热处理，用材少且使用速生林利于环保，耐候性高缺点耐候性差舌片比较锋利，操作不慎易划伤员工，重量大性价比良优图 2 胶合板包装图 3 纸箱包装 2、双玻包装 2.1 产品性能及包装要求分析 a、产品特性单片玻璃制品，背板玻璃带接线盒，异形产品 b、确保产品安全有效地抵抗物流过程中的冲击、震动，确保产品物流过程中完好无损 c、方便物流储运机械装卸，上货架，可堆码，托盘集装，海运，集装箱限重 20 吨，保证物流装箱最大化、节约物流成本 d、方便使用装箱便利，便于拆箱，同时要求装箱最大化，节约包材成本。 e、包材结构简单、易于生产加工、材料环保、无污染，成本低、包装废弃物易于处理 2.2 理论计算及设计 2.2.1 外箱强度综上所述，因产品自身较重且不可承压，而本产品物流过程中均需要堆码。胶合板木箱承重好，堆码安全性高，但是成本太过昂贵。重型瓦楞纸箱虽然堆码风险高，但成本低，通过增加内部结构设计，来提高整体强度，是提高产品市场竞争力的主要办法。根据物流运输条件计算所需要的空箱抗压强度；纸箱抗压强度 BCTK*G*H-h/h BCT-瓦楞纸箱抗压强度（N） K-安全系数 G-包装件毛重（N） H-堆码的最大高度（m） h-纸箱的高度（m） BCT23912N 注实际上 30的压力由组件承受，故纸箱的实际抗压强度 BCT16738.8N 边压强度 ECT-瓦楞纸板的边压强度（N/cm） Z-纸箱的周长（cm） aXz-瓦楞常数 J-纸箱常数查相关瓦楞常数表得 BCA 瓦楞纸板 aXz 19.46，J0.98 ECT17325N/m 从供应商纸板强度选择能满足边压强度要求的纸板配比即可。 2.2.2 内部结构产品平放运输风险较大，参考正常组件采用竖放，但产品厚度较小，整体尺寸大，装箱时稳定性较低，需要做特殊的固定结构，参考层压件固定方式，本产品的内部结构如图 4。 ZJaXzECTB324/* 图 4 内部结构示意图 2.3 装柜分析运用LoadExpert（装柜专家）软件进行装柜优化分析，把包装件的规格，重量，数量输入到软件里，软件自动给出N种装柜方案，再结合实际情况，选择最优的方案。图5为优选的装柜方案。装箱数量30pcs/箱，26箱/40尺高柜，780PCS/40尺高柜；装柜重量800kg/箱；20800kg/40尺高柜. 图 5 装柜方案 3、受力分析包装箱箱型根据实际物流条件，选用常规的摇盖包装，便于装箱、拆箱。输入边界条件，进行受力分析。固定架托盘 3.1上层箱子底部3根横梁直接压到下层箱子顶部，每个箱子重800kg，则每根横梁的压力为 800*9.8/32667N。如图6所示。图 6 包装箱顶部受力示意图 3.2 顶部中间应力最大为 27.575Mpa30Mpa极限应力，如图 7 所示。强度可以满足要求。图 7 最大应力示意图 3.3 下图显示了包装箱的总体变形，最大变形在箱子顶部中间位置，为 2.7mm，如图 8 所示。图 8 包装箱最大变形 3.4 下图显示了短板的变形，为 0.15mm，变形非常小，如图 9 所示，可满足要求图 9 短板足底啊变形 3.5 下图显示了长板的变形，为 0.6mm，变形非常小，如图 10 所示，可满足要求图 10 长板变形受力分析建的模型是理想化的，包装箱的各个箱板为一个平面，实际使用时板材会有翘曲，同时因为箱板尺寸大，受重力影响，箱板会有变形。要结合实际的测试结果评判包装是否满足设计强度要求。 4、实验验证 4.1 按照 ISTA3E 测试序列规定的测试方法及判定依据 [3]，对设计方案进行实验室模拟，验证包装可靠性。测试项目及进行顺序如表 2。表 2 测试项目实验顺序类别测试项目说明 1 环境预处理温湿度周围环境 2 冲击斜面冲击 1.1 米/秒 3 冲击旋转楞跌落离 200mm 4 压力加压后保持 Wt*S-1*3*9.8 5 振动随机振动 Grms 均方根值 0.52 6 冲击旋转楞跌落离地 200mm 4.2 实验后包装箱无影响使用功能的明显变化，组件功率无异常，EL 无突变，判定试验通过。如表 3 所示。图 11 为测试前后 EL 图片。表 3 功率和 EL 变化序列号功率衰减 EL 破片率备注 A08180109800004 -1.1 0 A08180109800010 -0.2 0 A08180109800011 -1.1 0 A08180109800010 -0.6 0 功率衰减标准＜5 IEC61215 图 11 测试前后 EL 图片 5、结论本文结合双玻组件自身包装需求，参考市场同类产品的包装设计，形成一种双玻组件独特的包装方式。通过对包装件受力分析来模拟实际物流中的受力情况，并通过实际测试验证包装方案可行。有效地解决了双玻物流过程中易碎的问题。在材料，结构设计上进行深入的探讨，并与供应商进行合作以满足后续产品改善的需要。参考文献 [1]刘恋、卢立新，光伏组件运输包装的设计和有限元分析，[J]，包装工程，2012.10130-131 [2]王宇杰，贾利军，天通光伏产品的包装设计及其实现，[D]，成都，电子科技大学，2014 [3]ISTA 3E 集合包装通用性能模拟测试程序（ISTA 3E series general simulation performance test procedure）[S]