CN101487308A - 异形太阳能光伏幕墙玻璃及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异形太阳能光伏幕墙玻璃及制造方法，包括内外层玻璃，其特征在于还包括异形光电夹层，该光电夹层由太阳能电池组件构成光伏阵列，所说的电池组件由大规模集成的太阳能电池芯板，其上有效面积相同的子电池的串联，或节数相同、电压一致的子电池的并联所构成，相邻的太阳能电池组件之间设有绝缘隔离线，电池组件的正负电极由导电带引出，输出供电。有益效果是：从大规模集成太阳能电池芯板的结构设计和工艺上，直接解决现有技术中需要用多块非晶硅太阳能电池组件完成串/并联，制成各种形状的太阳能电池芯板，适于构建大面积、各种形状的光伏幕墙，满足光伏建筑的电性能。

Description

异形太阳能光伏幕墙玻璃及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种异形太阳能光伏幕墙玻璃，广泛应用于各种形状的光伏玻璃幕墙中，属于光伏建筑一体化技术领域。

背景技术

目前，玻璃幕墙建筑物的外观形态的多样性，反而突显了应用于玻璃幕墙中的太阳能电池组件形态过于单一，基本是正方形或矩形。若使用这些单一形状的太阳能电池组件，难以制成不规则平面的太阳能光伏幕墙玻璃组件，以适应异形玻璃墙面的结构需要。因此，如何突破光伏幕墙玻璃组件的异形，首先要从太阳能光伏幕墙玻璃的技术进步开始。如中国专利ZL200420093384.8公开的是中空玻璃太阳能电池组件，解决了太阳能电池通过第二次外部加工，拼、焊制成光伏幕墙玻璃。而中国专利200610061259.2公开的异形硅薄膜太阳能电池，虽然涉及到电池的复杂图象，但它不涉及与幕墙玻璃一次解决的技术问题。而本发明要解决的是为不规则异形墙面，提供异形太阳能光伏幕墙玻璃，一次性解决方案。核心技术是从大规模集成非晶硅太阳能电池芯板的结构设计和工艺上，直接解决现有技术中需要用多块非晶硅太阳能电池组件完成串/并联。解决了用太阳能电池芯板技术制成各种形状的光电夹层，应用于太阳能光伏幕墙玻璃，并满足光伏建筑的电性能。

发明内容

针对上述现有技术需要解决的问题，本发明的目的是：设计一种异形太阳能光伏幕墙玻璃，按照要求在光电夹层的电池芯板上一次性实现任意图形形状的设计，形成非晶硅太阳能电池组件串/并联连接，满足不同形状光伏幕墙的要求，同时满足光伏幕墙电性能的要求。

本发明的另一个目的是：为异形太阳能光伏幕墙玻璃提供一种制造方法，为不规则异形墙面，提供异形太阳能光伏幕墙玻璃，一次性解决方案的工艺保证。也就是说在电池芯板上实现任意形状的多块非晶硅太阳能电池组件串/联连接，满足光伏幕墙玻璃的工艺要求，做成各种形状的太阳能光伏幕墙玻璃，如梯形或其他不规则形状。

本发明采用的技术方案是：一种异形太阳能光伏幕墙玻璃，包括内外层玻璃，其特征在于还包括异形光电夹层，该光电夹层由太阳能电池组件构成光伏阵列，电池组件是在大规模集成的电池芯板上，将有效面积相同的子电池串联或节数相同、电压一致的子电池并联所构成，相邻的太阳能电池组件之间设有绝缘隔离线，电池组件的正负电极由导电带引出，输出供电。

所说的光伏幕墙玻璃呈梯形或腰部带弧度的梯形。

幕墙玻璃内的光电夹层是非晶硅太阳能电池芯板制成，梯形光伏幕墙玻璃还包括直角梯形。

本发明光伏幕墙玻璃可以多种形式的光伏幕墙，包括太阳能光伏中空幕墙玻璃、太阳能光伏夹胶玻璃、呼吸式太阳能光伏幕墙玻璃。

所说的引出太阳能电池电极的导电带是涂锡带或铝锡合金带。

光伏幕墙玻璃中的太阳能电池与内外层玻璃的贴合处夹有PVB或EVA密封胶膜。该密封胶膜可以将光电夹层与内外层玻璃紧密地粘结在一起，具有高强度的机械性能，起到抗外界冲击的作用。

本发明异形太阳能光伏幕墙玻璃的制造方法是：包括内外层玻璃，其特征是由太阳能电池芯板制成异形光伏幕墙玻璃的光电夹层，其步骤如下：

激光刻划电池芯板的前电极层，将前电极层刻划成多个区域，此处所说的区域实际上是指太阳能电池组件；

在区域中用激光刻划子电池，使每个子电池的有效面积相等或子电池的电压相同；

在相邻区域之间激光刻划出隔离线；

沉积硅薄膜电池层；

激光刻划硅薄膜电池层；

将太阳能电池芯板上有效面积相同的子电池串联，或者将节数相同、电压一致的子电池并联；

在相邻区域之间，用激光刻划形成防止相邻电池组件短路、漏电的绝缘隔离线；

将异形太阳能电池芯板与内外层玻璃贴合层压封装；

将封装好的光伏幕墙玻璃周边打结构胶。

电池芯板中相邻区域用激光刻划出硅薄膜电池层的错位线，使其相邻区域的电池组件相互串联。也可以理解为：在制作背电极层的工艺中，金属背电极材料直接填充至非晶硅薄膜电池层的刻划线或点划线的线槽内，使太阳能电池组件的前电极与相邻太阳能电池组件的的背电极连接，实现各太阳能电池组件的串联连接。

异形太阳能电池芯板的最后正负电极用接线盒或电极接插件引出；光伏幕墙玻璃中的光电夹层用PVB或EVA密封胶膜层压密封。

本发明的太阳能光伏幕墙玻璃简称光伏幕墙玻璃，或称光伏幕墙；太阳能电池芯板或电池芯板或芯板是指没有封装的太阳能电池板；本发明的太阳能电池组件又简称电池组件。

本发明的有益效果是：从大规模集成非晶硅太阳能电池芯板的结构设计和工艺上，直接解决现有技术中需要用多块非晶硅太阳能电池组件完成串/并联，可以实现规模化生产。解决了用太阳能电池芯板技术制成各种形状的光电夹层，应用于太阳能光伏幕墙玻璃，并满足光伏建筑的电性能，适于构建大面积、各种形状(包括不规则形状)的光伏幕墙。

附图说明

图1是异形太阳能光伏幕墙玻璃的截面示意图。

图2是异形太阳能光伏幕墙玻璃的剖视图。

图3是梯形太阳能光伏幕墙玻璃的内部并联结构示意图。

图4是梯形太阳能光伏幕墙玻璃的内部串联结构示意图。

见图1至图4，外层玻璃1亦称窗口层玻璃，密封胶膜2也称粘贴材料，非晶硅太阳能电池组件3，结构胶4，内层玻璃5或称背玻璃，接线盒6，电极引出线7，引线孔8，相邻太阳能电池组件之间的绝缘隔离线包括前电极层绝缘隔离线9和背电极层绝缘隔离线10。

以下结合附图进一步说明本发明的工艺原理：由太阳能电池芯板制成异形光伏幕墙玻璃的光电夹层，将异形太阳能电池芯板与内外层玻璃贴合封装，构成异形光伏幕墙玻璃，其工序如下：

激光刻划电池芯板的前电极层，将前电极层刻划成多个区域此处所说的区域实际上是指太阳能电池组件；

在区域中用激光刻划子电池使每个子电池的有效面积相等或子电池的电压相同；

在相邻区域之间激光刻划隔离线；

沉积硅薄膜电池层；

激光刻划硅薄膜电池层；

将太阳能电池芯板上有效面积相同的子电池串联/节数相同、电压一致的子电池并联；

在相邻区域之间，用激光刻划形成防止相邻电池组件短路、漏电的绝缘隔离线；

将异形太阳能电池芯板与内外层玻璃贴合层压封装；

将封装好的光伏幕墙玻璃周边打结构胶。

为了防止漏电或短路，可以将芯板边缘使用激光刻划或物理去膜或化学腐蚀方法，将边缘宽度约为5～10mm膜层去除，以达到绝缘、防漏电效果。且在芯板切割边缘使用双激光刻划或化学腐蚀法做绝缘处理，防止短路。

具体实施方式

实施例1：

见图3，异形太阳能光伏幕墙玻璃呈梯形，由梯形太阳能电池芯板作为光伏幕墙玻璃的光电夹层，电池芯板内包括多块并联连接的太阳能电池组件，制作步骤如下：

第一步：加工窗口层玻璃(或称外层玻璃1)：根据幕墙玻璃的形状加工窗口层玻璃，该玻璃的光线透过率须满足光伏组件的性能要求。

第二步：清洗窗口层玻璃：用酒精或丙酮清洁窗口层玻璃。

第三步：在玻璃上覆盖PVB密封胶膜2，该胶膜2又称粘贴材料。

第四步：由太阳能电池芯板制成异形光伏幕墙玻璃的光电夹层，其步骤如下：

激光刻划电池芯板的前电极层，将前电极层刻划成多个区域，如图3所示，分成A、B、C、D四个区域，该区域又称四个太阳能电池组件。所采用的激光频率和电流范围一般在5.0～8.0KHz、18～23A，激光平台移动速度3m/min。

在区域中用激光刻划子电池使每个子电池的电压相同，也就是说每个太阳能电池组件的子电池节数相同；

在相邻区域之间激光刻划出两条隔离线9，其间距为2～3mm；

沉积硅薄膜电池层；

激光刻划硅薄膜电池层，激光频率是4～8KHz，，硅薄膜电池层的刻划线与前电极层隔离线之间的间距是0.1～0.5mm；

制作背电极层，并由激光刻划背电极图形，激光频率是0.1～1KHz，背电极层的隔离线与非晶硅薄膜电池层的刻划线之间的间距是0.1～0.5mm；

将太阳能电池芯板上子电池节数相同、电压一致的太阳能电池组件并联，即从太阳能电池芯板的两边由导电带连接各电池组件，实现各太阳能电池组件之间的相互并联连接；

在相邻区域之间，由激光刻划前电极层、硅薄膜层、背电极层，形成防止相邻电池组件短路、漏电的绝缘隔离线10；

采用高精度程控异形玻璃切割机或超声波玻璃切割机，按光伏幕墙玻璃的形状和尺寸切割成梯形太阳能电池芯板；

由以上工序，即可完成异形太阳电池芯板的制作，构成异形太阳能光伏幕墙玻璃的光电夹层。

第五步：采用PVB粘贴材料，将梯形太阳能光伏幕墙玻璃的光电夹层密封贴合在窗口层玻璃(或称外层玻璃1)上。

第六步：焊接电极引出线：使用手焊或超声焊的方法，焊接非晶硅电池板的电极引出线7，引出电池的正负电极。为了更好的绝缘，可以在光电夹层上覆盖两层PVB密封胶膜(或称粘贴材料)，并将非晶硅太阳能电池组件的电极引出线从两层粘贴材料中引出。

第七步：根据幕墙玻璃形状加工背玻璃(或称内层玻璃5)，在粘贴材料上覆盖有电极引出孔的背玻璃，并将电极引出线7从引线孔8中引出，见图2。

第八步：层压封装：将光伏幕墙玻璃组件置于高压釜(粘贴材料为PVB)中进行高温压合，在加温的同时抽真空，避免在夹层粘贴材料中残留空气而形成气泡，粘贴材料会在高温下熔化，凝聚后产生粘贴力将窗口层玻璃、非晶硅电池组件及背玻璃贴合为一个整体的梯形光伏幕墙玻璃；

第九步：清理梯形光伏幕墙玻璃边缘的粘贴材料的凝聚残留物；

第十步：填充结构胶：在封装好的梯形光伏幕墙玻璃的周边打密封结构胶；

第十一步：引出电池的外电极：在引出孔位置粘贴接线盒，并将引出线焊接在接线盒电极上，将太阳能电池组件产生的电能输出发电。也可以使用快速插接头(或称电极接插件)引出电池的外电极，输出发电。

为了防止漏电或短路，可以将芯板边缘使用激光刻划或物理去膜或化学腐蚀方法，将边缘宽度约为5～10mm膜层去除，以达到绝缘、防漏电效果。且在芯板切割边缘使用双激光刻划或化学腐蚀法做绝缘处理，防止内部电路短路。

制成梯形光伏幕墙玻璃后，在光伏幕墙四周填充硅酮胶，以保护光伏幕墙玻璃内部的密封胶膜不受环境影响，防止幕墙玻璃和电池组件之间产生的分层。

实施例2：

见图4，异形太阳能光伏幕墙玻璃呈梯形，用梯形太阳能电池芯板作为光伏幕墙玻璃的光电夹层，电池芯板内包括多块串联连接的太阳能电池组件，制作步骤如下：

第一步至第三步的方法同实施例1。

第四步：由太阳能电池芯板制成异形光伏幕墙玻璃的光电夹层，其工序如下：

激光刻划电池芯板的前电极层，将前电极层刻划成A、B、C、D四个区域，或称四个太阳能电池组件。采用的激光频率是5.0～8.0KHz；

在区域中用激光刻划子电池使每个子电池的有效面积相同，使得电池组件的子电池的电流相同；

在相邻区域之间激光刻划出两条隔离线9，其间距为2～3mm；

沉积硅薄膜电池层；

激光刻划硅薄膜电池层，激光频率是4～8KHz，硅薄膜电池层的刻划线与前电极层隔离线之间的间距是0.1～0.5mm；

制作背电极层，并由激光刻划背电极图形，激光频率是0.1～1KHz，背电极层的隔离线与非晶硅薄膜电池层的刻划线之间的间距是0.1～0.5mm；

在电池芯板上，将相邻区域用激光刻划出硅薄膜电池层的错位线，使子电池有效面积相同，然后将电流一致的太阳能电池组件串联起来；

在相邻区域之间，由激光刻划前电极层、硅薄膜层、背电极层，形成防止相邻电池组件短路、漏电的绝缘隔离线10；

采用高精度程控异形玻璃切割机或超声波玻璃切割机，按光伏幕墙玻璃的形状和尺寸切割成梯形太阳能电池芯板；并采用EVA密封胶膜2封装梯形太阳能电池芯板。

剩下的步骤同实施例1，在此不再赘述。

实施例3：

制作腰部带弧度的梯形太阳能光伏幕墙玻璃，用腰部带弧度的梯形太阳能电池芯板做光伏幕墙玻璃的光电夹层。

用激光刻划非晶硅太阳能电池芯板，将其分成多个区域(又称非晶硅太阳能电池组件)，每个区域具有相同节数的子电池，并将多个非晶硅太阳能电池组件并联连接，使每个区域的电压一致，构成腰部带弧度的梯形非晶硅太阳能电池芯板，作为太阳能光伏幕墙玻璃的光电夹层。该腰部带弧度的梯形光伏幕墙玻璃的制作方法同实施例1，将各非晶硅太阳能电池芯板的正负电极由铝锡合金导电带从边角部位并联引出，充分利用了原材料，边角部分的材料作为电极使用，节省了成本。太阳能电池芯板产生的电能用快速插接头或电极接插件输出，为负载供电。

实施例4：

采用事先预制好的圆形内层玻璃1、外层玻璃5及透明基板，在圆形透明基板上顺序层叠前电极层、非晶硅薄膜层、背电极层以及背漆层，制成圆形非晶硅太阳能电池芯板。用激光将非晶硅太阳能电池芯板刻划分成多个区域(电池组件)，将多个圆形的非晶硅太阳能电池组件串联连接，构成圆形形光伏幕墙玻璃的光电夹层，每个非晶硅太阳能电池组件的子电池的有效面积相等。电池组件的正负电极用导电带从电池组件的边角部分引出，充分利用了原材料，边角部分的材料作为电极使用，节省了成本。本实施例的圆形光伏幕墙玻璃的制造方法同实施例2，在此不再赘述。

本发明的异形太阳能光伏幕墙玻璃不限于以上实施例所列的形状，还可以是其他不规则形状。采用本发明的异形太阳能光伏幕墙玻璃可以构建出各种形状的太阳能光伏玻璃幕墙。如建筑物幕墙自身是多种形态构成，某一部分需要的是梯形，另一部分需要的是腰部带弧度的梯形，还有椭圆形、圆形、等不规则形状玻璃幕墙。本发明所说光伏幕墙玻璃，其中用于封装非晶硅太阳能电池芯板的白玻璃的透光率在90％以上，透明导电玻璃的透光率在70％以上。

Claims (10)

1、一种异形太阳能光伏幕墙玻璃，包括内外层玻璃，其特征在于还包括异形光电夹层，该光电夹层由太阳能电池组件构成光伏阵列，所说的电池组件由大规模集成的太阳能电池芯板，其上有效面积相同的子电池的串联/节数相同、电压一致的子电池的并联所构成，相邻的太阳能电池组件之间设有绝缘隔离线，电池组件的正负电极由导电带引出，输出供电。

2、根据权利要求1所述的异形太阳能光伏幕墙玻璃，其特征在于所说的光伏幕墙玻璃呈梯形或腰部带弧度的梯形。

3、根据权利要求2所述的异形太阳能光伏幕墙玻璃，其特征在于幕墙玻璃内的光电夹层是非晶硅太阳能电池芯板制成，所说的梯形光伏幕墙玻璃还包括直角梯形。

4、根据权利要求1所述的异形太阳能光伏幕墙玻璃，其特征在于所说的光伏幕墙玻璃中的光电夹层与内外层玻璃的贴合处设有PVB或EVA密封胶层。

5、一种制造异形太阳能光伏光伏幕墙玻璃的方法，包括内外层玻璃，其特征是由太阳能电池芯板制成异形光伏幕墙玻璃的光电夹层，其步骤如下：

激光刻划电池芯板的前电极层，将前电极层刻划成多个区域；

在区域中用激光刻划子电池使每个子电池的有效面积相等或子电池的电压相同；

在相邻区域之间激光刻划隔离线；

沉积硅薄膜电池层；

激光刻划硅薄膜电池层；

将太阳能电池芯板上有效面积相同的子电池串联，或者将节数相同、电压一致的子电池并联；

在相邻区域之间，用激光刻划形成防止相邻电池组件短路、漏电的绝缘隔离线；

将异形太阳能电池芯板与内外层玻璃贴合层压封装；

将封装好的光伏幕墙玻璃周边打结构胶。

6、根据权利要求5所述的制造异形太阳能光伏幕墙玻璃的方法，其特征在于所说的电池芯板中相邻区域用激光刻划出硅薄膜电池层的错位线，使其相邻区域的电池组件相互串联。

7、根据权利要求5所述的制造异形太阳能光伏幕墙玻璃的方法，其特征在于所说的异形太阳能电池芯板的最后正负电极用接线盒或电极接插件引出。

8、根据权利要求5所述的制造异形太阳能光伏幕墙玻璃的方法，其特征在于所说的光伏幕墙玻璃中的光电夹层用PVB或EVA密封胶膜层压密封。

9、根据权利要求5所述的制造异形太阳能光伏幕墙玻璃的方法，其特征在于所说的光伏幕墙玻璃是用激光刻划，或者采用高精度程控异形玻璃切割机，或用超声波玻璃切割机，加工成梯形或腰部带弧度的梯形。

10、根据权利要求9所述的制造异形太阳能光伏幕墙玻璃的方法，其特征在于所说的光电夹层是非晶硅太阳能电池芯板制成，所说的梯形光伏幕墙玻璃还包括直角梯形。

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