CN101320760A - 一种太阳能电池组件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种太阳能电池组件是由按自上而下依次叠放的表面封装膜、透明胶膜、太阳能电池片、轻质胶膜A、绝缘基板所组成;而绝缘基板由按自上而下依次叠放的绝缘膜、碳纤维板、轻质胶膜B、蜂窝芯、轻质胶膜C、碳纤维板所组成,其中,蜂窝芯内根据具体使用要求还需适当添加预埋件。其制备方法的技术方案有步骤如下:(1)用烘箱配以真空泵对碳纤维预浸料进行预压实处理,(2)与此同时,进行太阳能电池片焊接工序;(3)裁剪工序;(4)层压工艺处理;(5)后处理工序,依次为:去除毛边、镶嵌边条、安装接线盒、高压测试、表面清洗、光电输出特性测试、组件定级、外观检验。其优点是:具有轻质、高效并且低温特性良好,非常适合在平流层应用。
Description
一、技术领域:
本发明提供一种太阳能电池组件及其制备方法,属于太阳能光伏技术领域。
二、背景技术:
以前的太阳能电池组件主要应用于宇宙空间或地面,针对平流层飞行器工作环境所设计的电池组件还没有出现。随着空天技术领域的进一步拓展,针对航空、航天结合部使用的平流层飞行器已成为各国研究的重点,在这类飞行器中尤以平流层浮空器最受关注。配以太阳能电池阵和可循环储能系统后的平流层浮空器具有飞行高度高、使用时间长、可区域驻留、对环境污染小等优点,可用于通信中继、预警、侦查监视、高空技术验证等领域。由于平流层空间具有温度低(-56℃左右)、气压小(几千帕)、风场平稳(长期是定向、常流风,风速≤20m/s)、臭氧浓度大(300μg/m3左右)、中子辐射强(4cm-2s-1左右)等特点,尤其是后两种情况使得常规地面组件或空间电池组件无法直接应用。为此,通过对地面组件和空间组件的对比分析,选取各自的优势,并结合平流层环境的自身特点,开发了可应用于平流层环境的轻质高效太阳能电池组件。
三、发明内容:
本发明的目的在于提供一种具有轻质高效特点的太阳能电池组件及其制备方法,该太阳能电池组件可以在保持电池组件输出特性高效的情况下,尽量降低自重,有利于在平流层飞行器上的应用,以解决现有技术中空间电池和地面组件无法直接应用于平流层飞行器的问题。
本发明所提供的新型高效太阳能电池组件,改变了传统单晶硅组件的玻璃式表面封装结构,利用与空间电池基板结构类似的单层碳纤维蜂窝夹层板作为轻质高效太阳能电池组件的背板,达到足够刚度支持的目的;利用透光率很高(90%以上)的膜系材料作为表面封装材料,达到表面材料轻质化的目的;利用高效硅太阳能电池片作为能量输出元,达到整个组件高效输出的目的。
本发明一种太阳能电池组件,是由按自上而下依次叠放的表面封装膜、透明胶膜、太阳能电池片、轻质胶膜A、绝缘基板所组成;而绝缘基板又是由按自上而下依次叠放的绝缘膜、碳纤维板、轻质胶膜B、蜂窝芯、轻质胶膜C、碳纤维板所组成,其中,蜂窝芯内根据具体使用要求(如太阳能电池组件需与其它结构相连)还需适当添加预埋件。
该表面封装膜位于本发明电池组件的外表面,在满足足够透光率的情况下起保护太阳能电池片的作用;该透明胶膜填充于表面封装膜与太阳能电池片上表面的间隙之中;轻质胶膜A填充于太阳能电池片下表面与绝缘基板的间隙之中;该绝缘基板位于本发明电池组件的底层,为整个组件提供足够的刚度支持。对于绝缘基板中的各层结构:绝缘膜起电气绝缘的作用;碳纤维板由碳纤维预浸料经预压实处理后获得,起支撑面板的作用;轻质胶膜B和轻质胶膜C用于连接碳纤维板与蜂窝芯;蜂窝芯内的预埋件起结构间连接的作用。
其中,该碳纤维预浸料可采用正交双向编织布或碳纤维单向布的叠层预浸而成;
其中,该蜂窝芯可采用铝蜂窝或NOMEX纸蜂窝;
其中,该透明胶膜和轻质胶膜A、B、C可采用改性的EVA胶膜或环氧树脂胶膜,透明胶膜的透光率需达到90%以上;
其中,该表面封装膜可采用改性的PET膜或透明TPT膜;
其中,该太阳能电池片可采用高效单晶硅电池或高效多晶硅电池;
其中,该绝缘膜可采用聚酰亚胺薄膜或PET薄膜;
其中,该预埋件可采用聚甲醛或航空铝合金;各层材料的实际使用厚度和尺寸视具体设计要求而定。
本发明中一种太阳能电池组件的制备方法,其技术方案是通过利用所选胶膜工艺处理方法的相似性,适当简化工艺流程,缩短组件制备时间,具体步骤如下:
1.用烘箱配以真空泵对碳纤维预浸料进行预压实处理,即将碳纤维预浸料放入真空袋中,并在真空袋上安装出气接头与真空泵相连,抽真空后将真空袋放入烘箱中加温,烘箱的加热温度控制在120~150℃,升温时间控制在30~60分钟,压力控制在0.998~1.5个标准大气压,加热时间不少于1小时;此外,为确保碳纤维预浸料在此过程中保持平整性,需在预浸料顶部加放钢化玻璃等平板类物体。
2.与此同时,进行太阳能电池片焊接工序:用恒温电烙铁沿电池片的主栅线方向为封装所用的太阳能电池片焊接电极焊带,在主栅线方向上,焊带的起始、终止接触点距离电池片边缘的长度保持在2.5~3mm左右,恒温电烙铁的温度保持在350~400℃左右;随后,将多片太阳能电池片按指定的设计方式在串接模板上进行串焊。
其中,在进行太阳能电池片焊接时,为确保该太阳能电池组件输出的高效性,焊接过程应在洁净室(洁净程度越高越好)内完成。
3.裁剪工序:用专用裁剪机按组件规格(四周留有5mm的加工余量)裁剪所需的蜂窝芯,擦净事先加工好的预埋件,裁剪并擦拭所需的膜系材料(包括表面封装膜、透明胶膜、轻质胶膜A、轻质胶膜B以及轻质胶膜C),保证膜上无杂质。
4.层压工艺处理:将表面封装膜、透明胶膜、太阳能电池片、轻质胶膜A、聚酰亚胺薄膜、碳纤维板、轻质胶膜B、蜂窝芯(可包括预埋件)、轻质胶膜C、碳纤维板按自上而下的顺序依次进行叠层,将层叠好的半成品放入层压机中加热、层压,加热温度控制在120~150℃,升温时间控制在30~60分钟,压力控制在0.998~1.5个标准大气压,加热时间不少于2小时。该步骤4的优点是,在尺寸精度要求不高且预埋件较少的情况下,可不用先单独制作出绝缘基板,从而减少了加工工序,节省了时间和成本。但如果对于尺寸精度要求高且有较多预埋件的电池组件,可按传统的空间太阳能电池的制作工艺,先制作出绝缘基板,再进行叠层层压。
其中,在进行叠层时,务必保证各层材料平整,太阳能电池片和各预埋件的相对位置准确,同样,为保证太阳能电池组件输出的高效性,该过程也应在洁净室内完成;此外,层压工艺是组件生产的关键一步,层压温度和层压时间需根据透明胶膜和轻质胶膜的性质综合确定(固化温度、固化时间均以高者为基准)。
5.将层压后的半成品进行如下后处理工序,依次为:去除毛边、镶嵌边条、安装接线盒、高压测试、表面清洗、光电输出特性测试、组件定级、外观检验。以上各工序的具体方法和步骤在实施例中给出。
其中,高压测试中的环境温度需根据电池组件的应用环境——平流层,设置为-56℃,光电输出特性测试中的标准太阳光谱为AM0。
本发明一种轻质高效电池组件及其制备方法,其优点是:具有轻质、高效并且低温特性良好,非常适合平流层浮空器长期区域驻留的需要。此外,本发明还将单层碳纤维蜂窝夹层背板的制备和电池组件的封装这两个传统工艺中必须分步实施的工序,进行了合理的重叠,不但缩短了电池组件的制备时间,还简化了组件的生产流程。
四、附图说明:
图1为本发明应用到某具体太阳能组件实施例中的结构示意图;
图2为组件中相应绝缘基板的结构示意图;
图3为该太阳能组件制备方法的工艺流程图。
图中标号说明如下:
1.表面封装膜, 2.透明胶膜, 3.太阳能电池, 4.轻质胶膜A,
5.绝缘基板, 6.绝缘膜, 7.碳纤维板, 8.轻质胶膜B,
9.蜂窝芯, 10.预埋件; 11.轻质胶膜C, 12.碳纤维板
五、具体实施方式:
下面结合图1、2、3,对本发明中的太阳能电池组件及其制备方法作进一步的说明:
本发明一种太阳能电池组件,如图1,2所示,它是由按自上而下依次叠放的表面封装膜1、透明胶膜2、太阳能电池片3、轻质胶膜A4、绝缘基板5所组成;而绝缘基板又是由按自上而下依次叠放的绝缘膜6(本实施例采用聚酰亚胺薄膜)、碳纤维板7、轻质胶膜B8、蜂窝芯9、预埋件10、轻质胶膜C11、碳纤维板12所组成。
该表面封装膜1位于本发明电池组件的外表面,在满足足够透光率的情况下起保护太阳能电池片的作用;该透明胶膜2填充于表面封装膜与太阳能电池片3上表面的间隙之中;轻质胶膜A 4填充于太阳能电池片下表面与绝缘基板5的间隙之中;该绝缘基板5位于本发明电池组件的底层,为整个组件提供足够的刚度支持。对于绝缘基板5中的各层结构:绝缘膜6(本实施例采用聚酰亚胺薄膜)起电气绝缘的作用;碳纤维板7由碳纤维预浸料经预压实处理后获得,起支撑面板的作用;轻质胶膜B和轻质胶膜C用于连接碳纤维板7、碳纤维板12与蜂窝芯9;蜂窝芯9中的预埋件10起结构间连接的作用。
本发明一种太阳能电池组件的制备方法,其工艺步骤如下:
整个制备过程的流程如图3所示:
1.原材料采购、检验,保证正交双向碳纤维预浸料、NOMEX纸蜂窝、高效单晶硅太阳能电池片无损伤,保证所加工的预埋件尺寸精度和材质符合设计要求,保证所选用的改性EVA、环氧树脂胶膜、聚酰亚胺膜、改性PET膜能耐低温、抗紫外线、防辐射。
2.用烘箱配以真空泵对正交双向碳纤维预浸料进行预压实处理,具体是:以钢化玻璃板为底座,将正交双向碳纤维预浸料密封在真空袋中,通过真空泵对真空袋进行抽真空处理,真空仪表的显示数据应≤200Pa,将处理后的模块放入烘箱内,将烘箱升温到120℃,升温时间为45分钟,在120℃保温1小时后取出。
3.与此同时,为组件封装所用的太阳能电池片焊接电极,其工艺流程包括单片焊接和多片串焊;在单片焊接时,在主栅线方向上,焊带的起始、终止接触点距离太阳能电池片边缘的长度保持在2.5mm左右,恒温电烙铁的温度保持在380℃左右;多片串焊最好在带预热系统的串接模板上进行,可以保证太阳能电池片尽可能小的变形,从而减小碎片率。
4.裁剪工序:用专用裁剪机按组件规格(四周留有5mm的加工余量)裁剪所需的NOMEX纸蜂窝,擦净事先加工好的预埋件,裁剪并擦拭所需的膜系材料(包括改性PET膜、改性EVA膜及环氧树脂胶膜),保证膜上无杂质。
5.然后进行层压工艺处理:将所有材料按图1、2中的叠加方式进行叠层(注意:叠层过程中要着重保证胶膜的平整,并且对太阳能电池片、预埋件的定位要精确),将层叠好的半成品放入层压机内,通过抽真空的方式将组件内的空气抽出,真空仪表的显示数据应≤200Pa;然后加温到120℃使胶膜熔化将太阳能电池片、表面封装膜、碳纤维板和蜂窝芯粘接在一起,升温时间为45分钟;在120℃的温度条件下保温2小时,最后冷却取出组件。
6.去除毛边:按设计尺寸切除毛边。
7.镶嵌碳纤维边条:由于蜂窝长时间直接暴露于空气中会对其力学性能产生重要影响(降低),并且为了进一步密封组件延长其使用寿命,需在组件四边用环氧树脂胶粘结U型的碳纤维边条。
8.安装接线盒:在组件背面引线处连接-56℃低温下可正常使用的接线盒,以利于电池与其他设备或电池间的连接。
9.高压测试:首先将组件垫上绝缘膜后放置在一金属支架上,再将支架连同组件放入环境箱中,环境箱温度保持在-56℃、相对湿度不超过75%。将组件引出线短路后接到有限流装置的直流绝缘测试仪的正极,再将金属支架接到绝缘测试仪的负极,以不大于500V·s-1的速率增加绝缘测试仪的电压至1000V,维持1min,无绝缘击穿或表面无破裂现象表明组件合格。
10.表面清洗:用酒精清除封装膜表面的污渍;
11.光电输出特性测试:利用太阳能电池组件测试仪对制作的组件进行AM0条件下的光电输出特性测试,并与基准光电输出特性参数进行对比,检验组件是否合格,作为基准的光电输出特性参数(电压,电流,功率等)可视具体情况而定。
12.组件定级:在组件输出特性合格的情况下,以每高出基准功率1%的间隔为标准进行定级,将组件分级存放。
13.外观检验:外表无明显缺陷和损伤的组件便可投入使用。
Claims (17)
1.一种太阳能电池组件,其特征在于:它是由按自上而下依次叠放的表面封装膜、透明胶膜、太阳能电池片、轻质胶膜A、绝缘基板所组成;而绝缘基板又是由按自上而下依次叠放的绝缘膜、碳纤维板、轻质胶膜B、蜂窝芯、轻质胶膜C、碳纤维板所组成,其中,该蜂窝芯内根据具体使用要求还需添加预埋件;
该表面封装膜位于该电池组件的外表面,在满足足够透光率的情况下起保护太阳能电池片的作用;该透明胶膜填充于表面封装膜与太阳能电池片上表面的间隙之中;该轻质胶膜A填充于太阳能电池片下表面与绝缘基板的间隙之中;该绝缘基板位于本发明电池组件的底层,为整个组件提供足够的刚度支持;对于绝缘基板中的各层结构:该绝缘膜起电气绝缘的作用;该碳纤维板由碳纤维预浸料经预压实处理后获得,起支撑面板的作用;轻质胶膜B和轻质胶膜C用于连接碳纤维板与蜂窝芯;该蜂窝芯内的预埋件起结构间连接的作用。
2.一种太阳能电池组件的制备方法,其特征在于:其具体步骤如下:
(1)用烘箱配以真空泵对碳纤维预浸料进行预压实处理,即将碳纤维预浸料放入真空袋中,并在真空袋上安装出气接头与真空泵相连,抽真空后将真空袋放入烘箱中加温,烘箱的加热温度控制在120~150℃,升温时间控制在30~60分钟,压力控制在0.998~1.5个标准大气压,加热时间不少于1小时;此外,为确保碳纤维预浸料在此过程中保持平整性,需在预浸料顶部加放钢化玻璃等平板类物体;
(2)与此同时,进行太阳能电池片焊接工序:用恒温电烙铁沿电池片的主栅线方向为封装所用的太阳能电池片焊接电极焊带,在主栅线方向上,焊带的起始、终止接触点距离电池片边缘的长度保持在2.5~3mm左右,恒温电烙铁的温度保持在350~400℃左右;随后,将多片太阳能电池片按指定的设计方式在串接模板上进行串焊;其中,在进行太阳能电池片焊接时,为确保该太阳能电池组件输出的高效性,焊接过程应在洁净室(洁净程度越高越好)内完成;
(3)裁剪工序:用专用裁剪机按组件规格(四周留有5mm的加工余量)裁剪所需的蜂窝芯,擦净事先加工好的预埋件,裁剪并擦拭所需的膜系材料(包括表面封装膜、透明胶膜、轻质胶膜A、轻质胶膜B以及轻质胶膜C),保证膜上无杂质;
(4)层压工艺处理:将表面封装膜、透明胶膜、太阳能电池片、轻质胶膜A、聚酰亚胺薄膜、碳纤维板、轻质胶膜B、蜂窝芯(包括预埋件)、轻质胶膜C、碳纤维板按自上而下的顺序依次进行叠层,将层叠好的半成品放入层压机中加热、层压,加热温度控制在120~150℃,升温时间控制在30~60分钟,压力控制在0.998~1.5个标准大气压,加热时间不少于2小时;在进行叠层时,务必保证各层材料平整,电池片和各预埋件的相对位置准确,同样,为保证电池组件输出的高效性,该过程也应在洁净室内完成;此外,层压工艺是组件生产的关键一步,层压温度和层压时间需根据透明胶膜和轻质胶膜的性质综合确定(固化温度、固化时间均以高者为基准);
(5)将层压后的半成品进行如下后处理工序,依次为:去除毛边、镶嵌边条、安装接线盒、高压测试、表面清洗、光电输出特性测试、组件定级、外观检验。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池组件,其特征在于:该碳纤维预浸料采用正交双向编织布的叠层预浸而成。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池组件,其特征在于:该碳纤维预浸料采用碳纤维单向布的叠层预浸而成。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池组件,其特征在于:该蜂窝芯采用铝蜂窝。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池组件,其特征在于:该蜂窝芯采用NOMEX纸蜂窝。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池组件,其特征在于:该透明胶膜采用改性的EVA膜。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池组件,其特征在于:该透明胶膜采用环氧树脂胶膜。
9.根据权利要求6或权利要求7所述的太阳能电池组件,其特征在于:该透明胶膜的透光率需达到90%以上
10.根据权利要求1所述的太阳能电池组件,其特征在于:轻质胶膜A采用改性的EVA胶膜。
11.根据权利要求1所述的太阳能电池组件,其特征在于:轻质胶膜A、B、C采用环氧树脂胶膜。
12.根据权利要求1所述的太阳能电池组件,其特征在于:该太阳能电池片采用高效单晶硅电池。
13.根据权利要求1所述的太阳能电池组件,其特征在于:该太阳能电池片采用高效多晶硅电池。
14.根据权利要求1所述的太阳能电池组件,其特征在于:该绝缘膜采用聚酰亚胺薄膜。
15.根据权利要求1所述的太阳能电池组件,其特征在于:该表面封装膜采用改性的PET膜。
16.根据权利要求1所述的太阳能电池组件,其特征在于:该表面封装膜采用透明TPT膜。
17.根据权利要求2所述的太阳能电池组件,其特征在于:该高压测试中的环境温度需根据电池组件的应用环境——平流层,设置为-56℃,光电输出特性测试中的标准太阳光谱为AM0。
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