CN100429793C - 非晶硅太阳能电池夹胶玻璃组件 - Google Patents

Abstract

本发明创造公开了非晶硅太阳能电池光伏夹胶玻璃，属于光伏建筑(BIPV)领域。采用薄膜太阳能电池组件，替代块状太阳能电池光，改变光伏层结构。单面或双面非晶硅太阳能电池组件1、透明介质5平行有序、间隔排列，镶嵌在导电边框8内，数条非晶硅太阳能电池1和透明玻璃5，明暗相间，成光栅状。单面或两面非晶硅电池组件的导电边框8、8-1、8-2、8-3断面呈“L”、“T”、“E”、“U”形，其上有凸形10、10-1、10-3分别与背面电极，或背对背电极并联。非晶硅太阳能电池尺寸大，符合建材标准，成本低，集彩色柔和、影像优美、环保于一身，提高了光伏夹胶玻璃的发电集效。

Description

非晶硅太阳能电池夹胶玻璃组件

技术领域

本发明公开了由非晶硅太阳能电池制成的光伏夹胶玻璃，确切的说以单面或双面非晶硅太阳能电池条，内嵌在玻璃夹层中间，所制成的光伏夹胶玻璃，属于光伏建筑(BIPV)技术领域。

背景技术

众所周知，非晶硅太阳能电池是一种薄膜电池，属于第二代太阳能电池，从材料和制造工艺上逐渐完善，新品种不断出现。既可以在柔性基底上，也可以在玻璃基底上，制成非晶硅太阳能电池。非晶硅原材料来源丰富，价格低廉。以目前最廉价，玻璃为基底生产的非晶硅太阳能电池为例，用低温沉积技术，在玻璃衬底上，温度200C°沉积非晶硅薄膜，即在导电玻璃上大规模集成光电二极管，材料和器件可以同时完成。而单晶硅和多晶硅太阳能电池从形态上分，为块状太阳能电池，属于第一代电池。目前，非晶硅太阳能电池板单体面积可以做到最大的输出功率为60瓦。从生产技术层面上，块状电池相对于薄膜只能做到小尺寸，最薄的厚度为毫米级，在加工成光伏玻璃过程中难度大。而薄膜电池可以做到大尺寸，薄膜厚度为纳米级。非晶硅太阳能电池板的单体面积远大于单体单晶硅或多晶硅太阳能电池的单体面积。对于那种大尺寸的非晶硅太阳能电池板来说，更适合做符合建筑设计要求的大尺寸光伏夹胶玻璃。

利用单晶硅或多晶硅太阳能电池，制成的光电夹胶玻璃，产品早已面市。实用新型专利“光电玻璃幕墙组件”ZL 03254467.7，揭示了块状电池，即用单晶硅和多晶硅太阳能电池制成的光电玻璃幕墙组件。对于尺寸和形状一定的单体块状太阳能电池片，要达到符合玻璃幕墙设计要求的标准，需要将一块块的单体电池片连接起来过，加工复杂。在所连接的电池片之间的预留透光间隙内，因没有填充物，电池片容易移位，在光电夹层内生成“气泡”，影响美观和光电性能。

目前，国外已经开发出一种由非晶硅太阳能电池制成的光电玻璃幕墙，采用激光技术，加工非晶硅太阳能电池板，用激光打点的方式，除去非晶硅膜，解决透明性。虽然产品很美观，透光性好，但工艺复杂，材料浪费大，成本高，难以市场推广。美国专利US 5356656“method for manufacturing flexible amorphous silicon solar cell”公开了制造柔性非晶硅太阳能电池的方法，和美国专利US5865904“flexible photoelectric conversion module and method for itsmanufacture”。公开了柔性光电转换组件，包括非晶硅太阳能电池柔性基底，一种导电带形成的柔性连接，可以减少光电转换模块与接线柱间的电阻。就以上所说两项美国发明专利，为本发明创造设计构思和应用，特别是具体工程上的应用，提供了有利的依据和技术支持。

发明内容

本发明对以上所述及分析现有技术存在的主要问题，一是块状太阳能电池光电玻璃幕墙组件，存在结构上的缺陷“气泡”；二是用激光打掉非晶硅膜，为解决非晶硅太阳能电池光伏夹胶玻璃的透光性，以牺牲光电转换层为代价，造成材料浪费，产品成本高。

本发明目的是，采用薄膜型太阳能电池，改变现有块状太阳能电池光伏玻璃幕墙组件内的光电层结构。

其一，提供一种具有能发电、造价低廉，用非晶硅太阳能电池取代块状电池，内嵌在玻璃夹层中，由导电边框将非晶硅太阳能电池条和透明填充介质定位，形成像光栅一样具有装饰美的光伏夹胶玻璃。

其二，提供一种以柔性材料为衬底的柔性非晶硅太阳能电池，加工成各种形状规格的节能、省电、环保，内嵌式的太阳能光伏夹胶玻璃。

其三，采用最新材料，两面非晶硅太阳能电池，制成有效面积更大，高能效的非晶硅太阳能电池光伏夹胶玻璃，更符合现代建筑美学。

解决方案，由玻璃夹层和光电层构成的光伏夹胶玻璃，其主特征在于由内层玻璃2、外层玻璃4，内嵌导电框8，镶嵌在导电框8内的夹胶层，包括由数组排列有序的非晶硅太阳能电池条1和透明介质5，构成像光栅形光电层。

按照本发明提出的技术解决方案，导电框8，对称的内嵌在内层玻璃2、外层玻璃4两端，并形成两导电带8，非晶硅太阳能电池条1的正负极分别与导电带8连接。

平行间隔放置的非晶硅太阳能电池条1和透光玻璃条5的厚度相同，还包括夹胶层3和密封在内层玻璃2、外层玻璃4周边的密封带7。

所说的导电边框8，在与非晶硅太阳能电池条1相连接的接点上都有一凸形10，导电边框8的截面呈L形。

夹胶玻璃中的每个电池条1的电极并/串连接，电池条1两头的正负电极分布在导电边框8上，数条非晶硅太阳能电池条1构成光电组件。

所说的非晶硅太阳能电池条1两端的正负电极均在其背部，与导电边框8形成的导电带，以及两侧导电带上引出的正、负电极6和9是欧姆接触，由内层玻璃4上的两绝缘孔引出到外部接头。

试验表明，本发明的设计方案可以是：在由内层玻璃2、外层玻璃4，内嵌导电边框8，其8内镶嵌数组排列有序的单面或两面非晶硅太阳能电池条1和透明介质5间隔放置，构成像光栅一样的光伏层。

所说平行间隔放置的非晶硅太阳能电池条1和透光玻璃条5的厚度相同，还包括夹胶层3，由密封带7密封在内层玻璃2、外层玻璃4周边的加以密封。

所说的导电边框8，在与非晶硅太阳能电池条1相连接的接点上都有一凸10，导电边框8的截面呈“L”形。

夹胶玻璃中的每个电池条1的电极并/串连接，电池条1的正负电极分布在导电边框8上，数条两面非晶硅太阳能电池条1是一个有两个受光面的非晶硅太阳能电池板，同一正负电极。也可以通过两个单面的电池条1来实现，两组不同的电极并联构成一组光伏组件。

对于两面非晶硅太阳能电池条1所说的导电边框8，在镶嵌电池条1的断面呈L形，在其L的长边上有凸形10。

对于由两个单面的非晶硅太阳能电池条1背对背嵌入导电边框8-1内，形成两个受光的电池条组，两组正负电极，分别在同一导电边框8-1内的两个面上，即与边框T形导电边框8-1的中间“1”字形上带上下凸形10-1的导电面并联欧姆接触。由数条两单面非晶硅太阳能电池条1构成的光伏电组件，正负电极，对称的与分布在边框8-1带凸形10-1的两导电带欧姆接触。

所说的两面非晶硅太阳能电池组件的每个电池条1两端的正负电极均在其背部，分别与导电带8-1上两侧的凸10-1做并联欧姆接触。还包括由导电带的正、负电极6和9引出外电极。可以在隐蔽处，如内层玻璃4上的两个绝缘孔引出，到夹胶玻璃外部。

以上所说的非晶硅太阳能电池无论是单面受光还是两面受光，光伏层的非晶硅太阳能电池，可以是柔性材料为衬底，制成的柔性非晶硅太阳能电池。

本发明所产生的明显积极效果是成本低，巧妙的利用非晶硅太阳能电池的优势，电池条1长度越长串联电压越高，越容易做到大功率光伏组件夹胶层的玻璃幕墙组件。要满足对单体大尺寸光伏玻璃幕墙的设计要求，在同样的透光性条件下，光伏玻璃幕墙组件，对大尺寸非晶硅太阳能电池板，优势明显。目前，柔性非晶硅太阳能电池制造成本高，是相对于导电玻璃为基底的非晶硅太阳能电池，柔性电池一般在特殊条件下，如带曲线面的异型材料的产品上使用。最通用的还是平板式非晶硅太阳能电池。电池条越长，面积越大的光伏组件功率也就越大。总之，采用以玻璃基底的非晶硅太阳能电池，还是最经济实惠的。能够提高光伏夹胶玻璃的发电集效，发挥非晶硅太阳能电池集彩色柔和、影像优美、环保于一身。光伏与建筑材料集成(BIPV)产品，具有真正意义上的符合建材标准，实用、多样性、满足各种尺寸结构光伏产品。

附图说明

图1、是本发明创造(L形导电边框)整体结构示意剖面图。

图2、是本发明创造的结构外观示意图

图3、是图1中A向剖视图。

图4、是图1中B向剖视图。

图5、是L形导电边框8的示意图。

图6、是本发明创造的一个实施例图。为T形导电边框8-1，两面受光的光伏夹胶玻璃整体结构图。

图7、是本发明创造的T形导电边框8-1示意图。

图8、是本发明创造的U形导电边框8-3示意图。

图9、本发明创造(U形导电边框8-3)又一个实施例剖面图。

图10、是本发明创造的E形导电边框8-2结构示意图。

见图1-5，非晶硅电池条组件1，镶嵌在内、外层玻璃2、4中间，夹胶膜3，透光玻璃条5、两电极引出端6和9，密封带7，正负电极导电边框8是一个截面呈L形，其中凸起10是电池组件的电极接触点，对称的镶嵌在电池条组件1两端，导电边框8将电池条组件连接成电池阵列，两电极引出端6、9分别焊接在正负两边电极的导电边框8形成的导电带上，并联起来，然后正、负极分别从内层玻璃4上的两个孔引出到夹胶玻璃外部，内嵌在内外玻璃2、4夹层的周边由密封胶带7，沿边缘密封。既能使内嵌式电池组件封装定位，防止电极被氧化或因潮湿漏电而短路，又能把导电带隐藏在边框两端，不影响美观。图6-7中两个非晶硅太阳能电池条1构成两个受光面的光伏组件，导电框架8-1，10-1是分布在“T”形导电边框架中间“1”字形，上下两个面上的凸起，便于镶嵌两个电池条1上电极并联欧姆接触。

图8、是图1或者图6中一组导电极，一个或两个受光面的非晶硅太阳能电池光伏夹胶玻璃组件，都可以采用的另一种导电边框8-2，“U”形截面，凸起10-3。

图9是又一个实施例，采用U形导电边框8-3，替代L形导电边框8，在不改变光伏夹胶层内其它部件的形状、位置、排列等连接关系，仅改变导电边框的形状，就可以实现不同的目的，产生积极效果。10-3是U形导电边框8-3上的凸起。根据非晶硅太阳电池的不同基底材料和厚薄，而采用不同形状结构的导电边框，意义就在此。

图10、是图6中两组导电极并联，导电边框8-2的“E”形结构，凸起10-2。

结合以上附图，进一步说明非晶硅太阳能电池夹胶玻璃的结构原理。外层玻璃4最好是透光性好的各种类型的建筑玻璃，以便非晶硅电池能最大地吸收太阳能量，胶膜层3具有粘接性和韧性较好的胶膜，如透明EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)胶膜或PVB(聚乙烯醇缩丁醛)胶膜等，通过加热融化层压，将非晶硅电池条1和透光玻璃条5及内外层玻璃2和4牢固地粘成为一起，成为一个最基本的光电玻璃幕墙组件。作为两层玻璃的中间夹层是光电层，可以是非晶硅电池条1组件，厚度不限，也可以用柔质非晶硅太阳能电池，在内外层2、4玻璃夹层中间作光电层。也可用两面非晶硅太阳能电池，作内外玻璃2、4中间的光电层夹层。电池条的宽度可以根据需要切割成不同的宽度，中间层的透光玻璃条5可以是任何类型的建筑玻璃，它与非晶硅电池条厚度一致，宽度也可以根据需要确定。非晶硅电池条1的正、负极电极分别焊接或铆接在由两导电框8形成的正负导电带上欧姆接触。导电带上8的正、负电极6、9，在中间部位从内层玻璃上的电极孔引出。

对采用太阳能电池功率测试试验，采用电子模拟负载和直流安时计组成的发电量测量装置，从试验结果的作对比分析，是将非晶硅太阳能电池光伏组件和单晶硅太阳能电池组件的日均发电量进行测试对比。并引入比功率发电量这一物理量，其定义为太阳能电池每瓦日均发电量。在晴天，在直射强光下和阴雨、阴霾天气的散射光环境下，非晶硅太阳能电池板的比功率发电量均大于单晶硅太阳能电池的比功率发电量。这说明在直射强光下和在散射光环境下，非晶硅太阳能电池板的发电效能优于单晶硅太阳能电池板。

以下公布的大量试验后数据，非晶硅太阳能电池板和单晶硅太阳能电池板的比功率发电量：

一、晴天，强太阳光直射    比功率发电量

非晶硅太阳能电池板        4.73Wh/(W·天)

单晶硅太阳能电池板        4.01Wh/(W·天)

二、阴雨天，弱光、散射光照射    比功率发电量

非晶硅太阳能电池板              1.19Wh/(W·天)

单晶硅太阳能电池板              0.94Wh/(W·天)

其中，在强太阳光直射下非晶硅太阳能电池板和单晶硅太阳能电池板的日均比功率发电量为4.73Wh/(W·天)和4.01Wh/(W·天)，分别相当于1726KWh/KW和1463KWh/KW的年均发电量，这与英国牛津大学的学者和研究人员发表的试验数据基本一致，见(PV-COMPAEE：Direct Comparison of Eleven PV Technologies at Two Locationsin Northern and Southern Europe)；

由环境实验证明同晶体硅太阳能光伏夹胶玻璃相比，本发明具有对弱光和散射光吸收性能好的特点，因此在弱光和有阴影遮挡的情况下，发电效率的降低远远低于晶体硅太阳能电池，因此特别适用于建筑物的垂直面上和有阴影遮挡面上，而且由于采用透光间隙用胶玻璃或透明介质，透光性好，因此不需要将非晶硅膜到掉，而影响光电转换的有效面积，也就不会降低光电性能。

如果非晶硅电池条组件1和透光玻璃条或透光介质5形成的中间层光伏夹层中，不装导电金属边框8，就不能将内层玻璃2、外层玻璃4电夹层的透光玻璃与电池条1很好定位。为了太阳能电池条1两端的背面正负电极与金属边框欧姆接触，将太阳能电池条电极并/串/联起来，金属边框起到导电带作用，取代传统的焊锡导电接线。避免焊锡膏残留物化学腐蚀和损害太阳能电池的电性能。导电边框是金属的，也可以是非金属材质制成，可以使用工程塑，在内侧边上设有导电性能好的金属膜。金属边框顺着夹胶玻璃2、4两侧延伸，电极可以在导电带边框的中间部位从内层玻璃2、外层玻璃4任何一层电极引出外接线。

用两面非晶硅太阳能电池或称双面非晶硅太阳能电池，制作两面光伏组，形成像光栅一样夹层，实现起来和一面光伏夹胶层玻璃组件一样可行。关键是光伏层内，要设计结构合理的导电部件，一为了使光伏组件的电极引出与导电框架有良好的接触和很好的定位，避免光伏玻璃夹层内不能很好因定位而产生气泡。尤其一系列电池组件与边框的接触电阻要小，最好设计为欧姆接触。导电边框可以在单电极导电边框基础上做各种变形和衍生，以满足不同的设计要求。“T”形实际是两个L形的结合。具有镶嵌、定位、导电等功能。尤其对于两个电池结合成一个电池组件的两个受光面，合理的解决两个电池背面电极背对背的并联连接，形成两条正负导电带。导电边框在不影响电性能和密封、美观等条件下，起到致关重要作用。整个组件的边部采用密封胶封闭，起防潮、防腐蚀作用。

具体实施方式

例1、图1-5是单面非晶硅太阳能电池光伏夹胶玻璃最佳实施例的分析结构示意图。内层玻璃2、外层玻璃4采用普通的建筑玻璃，中间胶膜3采用PVB(聚乙烯醇缩丁醛)。选用采用35.6×122cm非晶硅太阳能电池板，裁成非晶硅太阳能电池条1，长度为122cm，厚度1.5-6.0mm，宽度根据需要可以切割成不同的宽度，各电池条1之间的空隙由厚度、长度与电池条1相同的普通建筑玻璃5充填，玻璃5的宽度根据间隙设计宽度来确定。密封胶7采用聚硫胶。

由太阳能电池条1与玻璃5间隔排列组成的中间光伏夹层，与内、外层玻璃2和4的边缘留有7mm的空隙。

导电边框8，采用铜质金属边框8，分别嵌套于非晶硅太阳能电池条1两端的正、负电极上，边框8与内层玻璃2、外层玻璃4的边缘留有7mm的空隙，用来填充聚硫胶7。在太阳能电池条1的背电极处，边框8有内突起10，与电池1电极紧密接触，将非晶硅太阳能电池条串联/并联起来，边框8是两条平行对称的导电带。

例2、两面非晶硅太阳能电池光伏夹胶玻璃，用两个单面非晶硅太阳能电池实施，其制作两面光伏组，镶嵌到导电边框8-1内，间隔有序的透光间隙用透明介质5将电池条填充，形成像光栅一样的光电夹层。将非晶硅太阳能电池板裁成长条状，将两条非晶硅太阳能电池条1背面电极相向，镶嵌在导电边框8内，包括透明玻璃5，其厚度、长度和电池条1相同，平行、间隔有序放置。以两组电池条1为例，形成两组正负电极组，每一个电池条1的正负电极，实际是与导电边框8-1的凸形10-1做欧姆接触。即在边框8-1镶嵌电池条1的断面上呈T形。这样，两个电池条1组件，电极背对背并联成一个电池组件，制作工艺简单，不容易损伤非晶硅电池表面薄膜。能把分布在导电边框8-1上的电极和用导电带隐蔽，不影响美观、电性能、密封胶封闭，起防潮、防腐蚀作用。

例3、两面非晶硅太阳能电池光伏夹胶玻璃，用两个单面的非晶硅太阳能电池，采用以柔性材料为衬底的电池板，其制作两面光伏组，形成像光栅一样的光电夹层，将柔性非晶硅太阳能电池板裁成长条状，将两条非晶硅太阳能电池条1，两背光面相向镶嵌在导电边框8-1内，电池条的正负电极分布在T形导电边框8-1内，与带上下凸10-1边框作欧姆接触。

例4，非晶硅太阳能电池光伏夹胶玻璃，由单面受光形成的光伏夹胶层的导电边框，可以采用8-3边框断面呈U形的边框，10-3是导电边框上的一面凸起，其它结构完全同实施例1。

例5，同实施例2或3，两个受光面，由两个电池条1，不论采用平板式的硬性基底还是柔性基底，两组电极背对背并联连接所构成的非晶硅太阳能电池光伏夹胶玻璃组件，导电边框8-2的断面呈E字形，10-2是导电带上的上下凸起。

Claims (13)

1、一种非晶硅太阳能电池夹胶玻璃组件，其特征在于内层玻璃(2)与外层玻璃(4)中间嵌光伏夹层，所说光伏夹层包括导电边框(8)、处于同一平面的非晶硅太阳能电池条(1)和透光玻璃条(5)以及配置在电池条两侧的透明夹胶膜(3)，其中电池条(1)和透光玻璃条(5)交替排列。

2、根据权利要求1所述的一种非晶硅太阳能电池夹胶玻璃组件，其特征在于非晶硅太阳能电池条(1)为单面非晶硅太阳能电池条。

3、根据权利要求1或2所述的一种非晶硅太阳能电池夹胶玻璃组件，其特征在于导电边框(8)对称地内嵌在内层玻璃(2)和外层玻璃(4)两端，并形成光伏夹胶层两边对称的导电带。

4、根据权利要求1所述的一种非晶硅太阳能电池夹胶玻璃组件，其特征在于所说的非晶硅太阳能电池条(1)的两端正、负电极分别与导电边框(8)连接。

5、根据权利要求1所述的一种非晶硅太阳能电池夹胶玻璃组件，其特征在于所说的导电边框(8)内镶嵌的平行间隔放置的非晶硅太阳能电池条(1)和和透光玻璃条(5)其厚度相同，所说的内层玻璃(2)和外层玻璃(4)周边有密封带(7)。

6、根据权利要求1所述的一种非晶硅太阳能电池夹胶玻璃组件，其特征在于所说的导电边框(8)的截面呈“L”形导电带面，非晶硅太阳能电池条(1)两端的正负电极分别与导电边框(8)上带凸形(10)的导电面欧姆接触。

7、根据权利要求1所述的一种非晶硅太阳能电池夹胶玻璃组件，其特征在于所说的导电边框(8)的断面呈“U”形的导电带。

8、根据权利要求1所述的一种非晶硅太阳能电池夹胶玻璃组件，其特征在于所说的非晶硅太阳能电池条(1)两端的正、负电极均在其背部引出，与导电边框(8)的凸形(10)欧姆接触，在由导电边框(8)形成的两侧导电带的正负电极(6、9)上引出外部电极。

9、根据权利要求1所述的一种非晶硅太阳能电池夹胶玻璃组件，其特征在于非晶硅太阳能电池条(1)为两面非晶硅太阳能电池条。

10、根据权利要求9所述的一种非晶硅太阳能电池夹胶玻璃组件，其特征在于所说的导电边框(8-1)，在与两面非晶硅太阳能电池条(1)两端的正负电极相连接的侧面上，均有一凸形(10-1)。

11、根据权利要求9所述的一种非晶硅太阳能电池夹胶玻璃组件，其特征在于所说两面非晶硅太阳能电池条(1)，是由两个单面的非晶硅太阳能电池条(1)的背面电极背光面相向，镶嵌在导电边框(8-1)内成一体，背面的正负电极，分别在导电边框(8-1)上的上、下凸形(10-1)导电面欧姆接触，由导电边框(8-1)形成的两导电带上的正负电极(6、9)上引出外部电极。

12、根据权利要求10所述的一种非晶硅太阳能电池夹胶玻璃组件，其特征在于所说的导电边框(8-1)内镶嵌非晶硅太阳能电池条(1)的断面呈“L”形或“U”形。

13、根据权利要求10所述的一种非晶硅太阳能电池夹胶玻璃组件，其特征还在于所说的导电边框(8-1)内镶嵌非晶硅太阳能电池条(1)的断面呈“T”形或“E”形。

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