CN101897035B - 对能够收集光的元件所做的改进 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能够收集光的元件，该元件包括具有玻璃功能、形成盖板的第一基板和形成支撑的第二基板，所述基板将至少一个基于吸收性材料的、允许进行由光向电能的能量转换的功能层束缚在两个形成电极的导电层之间，其特征在于，第二基板在其下表面上设有多个定向成与所述元件的其中一边平行的型材(17，18)。

Description

对能够收集光的元件所做的改进
技术领域
本发明涉及对能够收集光的元件所做的改进。
背景技术
众所周知，光伏太阳能电池类型的能够收集光的元件包括吸收剂以及在任何表面上的两个电极。所有这些被封装在两个基板之间，其中一个是具有玻璃功能以允许光线通过的保护基板，而另一个为支撑基板，因此不一定是透明的。这些电极的特征主要包括尽可能小的表面电阻和在吸收物层上的良好附着，以及如有必要在基板上的良好附着。电极大部分时候用金属或由金属氧化物(例如基于钼、银、铝、铜、掺杂氧化锌或氧化锡的)制成。
这些能够收集光的元件被组装成层状玻璃的形式，该层状玻璃被束缚在金属框架或上层结构中，其中金属框架或上层结构必须既要给所述玻璃提供其机械刚性，又要允许其和其他相似玻璃结合，以获得更大尺寸的有效表面。
金属框架通常由直截面为U形的型材制成，U的臂将位于每个基板周边的一部分表面束缚住。这些机械组装所必需的覆盖区域实际上是有效表面被遮盖的部分，构成不能被用于将光转换为电能的表面，相应地减小了实际有效表面。然而，制造者根据每单位面积获得的电功率来认证其模块。不过，容易理解，制造者一直追求的是，有效表面单元尽可能地接近面板的实际表面。
与借助金属框架的组装方式相关联的第二个问题已被发现。该问题涉及模块的加热。实际上，当模块被互相之间在其相对的金属部分处边对边地组装以形成大功率的转换表面时，已观察到，由于太阳的加热，模块的温度会升高，而上层结构的竖直部分对形成降温所必需的对流气流不利。实际上，众所周知，太阳能或光伏模块的效率与所述模块的温度成反比。
该对流运动不足的问题不能通过现有技术的框架来解决，现有技术的框架已经达到了它们的极限。实际上，模块组件应被组装到支撑上，并注意在两个模块之间留出允许对流气流通过的空间。然而，相对于对能量转换有用的实际有效表面而言，这样做等于进一步增大了所使用的表面。
发明内容
因此，本发明的目的在于，通过提出一种使模块表面积与面板有效表面积的比值最大化的模块组装技术来克服这些缺点。
为了这个目的，一种能够收集光的元件，包括具有玻璃功能的、形成盖板的第一基板和形成支撑的第二基板，所述基板将至少一个功能层束缚在两个形成电极的导电层之间，所述功能层基于吸收性材料、允许进行由光向电能的能量转换，所述元件的特征在于，第二基板在其下表面上设有多个定向成与所述元件的其中一边平行的型材。
在本发明的优选实施例中，可选地还可以采用下述一种和/或另一种布置：
-所述元件大致为多边形，尤其是长方形；
-所述元件在其下表面上包括至少两个型材，当所述元件被组装到上层结构上时，所述两个型材定向成与处于竖直位置的边平行；
-所述元件包括用于将所述元件锁定到承载结构上和将其解锁的装置；
-所述锁定装置包括锁孔；
-所述型材通过粘接被组装到所述支撑基板的一部分表面上；
-所述型材具有正方形、双T或H形、I形、长方形的直横截面；
-所述型材带有肋并具有与所述上层结构和/或所述元件的下表面接触的接触区域；
-所述带肋型材具有多个镂空部；
-所述带肋型材包括凹口，用于接线盒的通过；
-其中一个接触区域包括安全装置；
-其中一个接触区域包括具有固定于所述上层结构的压板(bride)和夹紧件的凸部(talon)。
根据本发明的另一方面，本发明的目标还是一种适于被固定到承载结构上的、包括多个并置的如前所述的元件的板。
根据一个优选特征，所述板具有与“内载器(inloader)”类型的运输装置兼容的尺寸。
附图说明
在阅读了以下参照附图示例地而非限制性地给出的描述之后，本发明的其他特征、细节、优点将变得更清楚明了。在这些附图中：
-图1a和图1b为根据本发明的能够收集光的元件的透视图；
-图2和图3为能够收集光的元件的示意图；
-图4为用于支撑板的承载结构的透视图，这些板中的每一个都包括并置的、根据图1a和图1b的元件；
-图5和图6为允许模块和构架(charpente)之间进行机械钩挂的固定系统的放大透视图；
-图7示出了锁孔形式的另一种锁定方式；
-图8为用于支撑能够收集光的元件的承载结构的仰视透视图；
-图9为承载结构的透视图，其中板没有示出；
-图10为承载结构的细节透视图。
具体实施方式
在图1a中，示出了能够收集光的元件(太阳能或光伏电池)。示意地，两个基板1和1’将层堆7束缚住，其中至少一个基板必须是透明的以让光通过，层堆7在形成电级的导电层2、6之间包括基于吸收剂的、允许进行由光向电能的能量转换的功能层3。所述层堆在图2和图3中可见。
形成盖板的基板1是透明的，例如可以完全由玻璃制成。该基板还可以由热塑性聚合物(如聚氨酯、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯)制成。
具有玻璃功能的基板的主要质量(即至少质量的98％)甚至全部都是由具有尽可能好的透明度并优选地在对应用(太阳能模块)有用的光谱部分上线性吸收低于0.01mm-1的材料构成，其中所述光谱一般从380至1200nm。
当被用作各种技术(CIS、无定形硅、微晶硅、结晶硅)的光伏电池的保护板时，根据本发明的、形成盖板的基板1可以具有从0.5到10mm的总厚度。在这种情况下，当该板由玻璃制成时，可以有利地对该板进行热处理(例如淬火类型的热处理)。
CIS技术汇集起吸收剂作用的黄铜矿三元化合物，后者一般含有铜、铟和硒。这涉及被称为CISe2吸收剂层的吸收剂层。还可以向吸收剂层加入镓(例如：Cu(In，Ga)Se2或CuGaSe2)、铝(例如：Cu(In，Al)Se2)、或硫(例如：CuIn(Se，S))。通常并且在下文中用“黄铜矿吸收剂层”这个术语来表示这些吸收剂层。
薄层状的另一族吸收剂，要么基于硅(可以是无定形硅或者微晶硅)，要么基于碲化镉(CdTe)。还存在另一族基于多晶硅的吸收剂，与被沉积为薄层状的无定形硅或微晶硅系(filière)相反的是，该族吸收剂被沉积为厚层状，厚度包括在50μm至250μm之间。
形成支撑板的基板1’与基板1的不同之处在于，基板1’不一定是透明的，因此不一定具有玻璃功能。
参照图2，在基板1’的一个主要表面上沉积要作为电极的第一导电层2。在电极2上沉积基于黄铜矿吸收剂的功能层3。当涉及基于例如CIS、CIGS或CIGSe2的功能层时，优选地，功能层3和电极2之间的界面是基于钼的。在欧洲专利申请EP1356528中描述了一种符合这些要求的导电层。
黄铜矿吸收剂层3覆盖有被称为缓冲层的薄层4，该层由硫化镉(CdS)、硫化锌(ZnS)或硫化铟(IS)制成，允许和黄铜矿层建立pn结。实际上，黄铜矿剂一般进行了p掺杂，而缓冲层，特别是由CdS制成的缓冲层，进行了n掺杂，这样允许建立形成电流所必需的pn结。
例如由CdS制成的缓冲薄层4本身覆盖有通常由无掺杂氧化锌(ZnO)形成的钩挂层5。
为了形成第二电极6，ZnO层5覆盖有由TCO(即“透明导电氧化物”)制成的层。TCO可以从以下材料中选取：掺杂氧化锡，特别是硼掺杂氧化锡或铝掺杂氧化锡。在掺杂氧化锌，特别是铝掺杂氧化锌的情形下，若通过CVD进行沉积，可用的前体可以是锌和铝的金属有机化合物或卤化物。由TCO制成的，例如由ZnO制成的电极，还可以通过从金属靶或陶瓷靶的溅射来进行沉积。
另外，该导电层还必须是尽可能透明的，并应该在对应于构成功能层的材料的吸收光谱的所有波长上具有高透光性，以免无用地降低太阳能模块的效率。
导电层2、6中的一个或另一个具有的每平方电阻为最多30欧姆/平方，特别地最多20欧姆/平方，优选地最多10或15欧姆/平方。该每平方电阻一般包含于5至12欧姆/平方之间。
通过例如由PU、PVB或EVA制成的层压夹层8将薄层堆7束缚在形成盖板1和支撑1’的两个基板之间。基板1与基板1’的不同之处在于，基板1具有玻璃功能，例如钠钙硅玻璃，以便形成太阳能或光伏电池然后借助密封件或密封树脂进行周边封装。在申请EP739042中描述了这种树脂的组成及其使用方法的示例。
如果使用硅(即无定形硅或微晶硅)系的薄层吸收剂，或基于碲化镉(CdTe)的薄层吸收剂，则能够收集光的元件的构造按照与针对黄铜矿系所用方向相反的方向进行。该构造于是被称为“顶层(superstrate)构造”，与被称为“底层(strate)构造”的构造相对。可参照图3。
主要的区别在于，薄层堆是从形成盖板的基板1开始构造的。基板1的B面(主内面)覆盖有要作为电极的第一导电层6。在该电极上沉积了基于由无定形硅或微晶硅制成的或由碲化镉制成的吸收剂的功能层。
为了形成第一电极6，该层基于由TCO(即“透明导电氧化物”)制成的层。TCO可以从以下材料中选取：掺杂氧化锡，特别是硼掺杂氧化锡或铝掺杂氧化锡。在掺杂氧化锌，特别是铝掺杂氧化锌的情形下，若通过CVD进行沉积，可用的前体可以是锌和铝的金属有机化合物或卤化物。由TCO制成的，例如由ZnO制成的电极，还可以通过从金属靶或陶瓷靶的溅射来进行沉积。
该导电层还必须是尽可能透明的，并应该在对应于构成功能层的材料的吸收光谱的所有波长上具有高透光性，以免无用地降低太阳能模块的效率。
例如基于SnO2:F或ZnO:Al的TCO层6可选地覆盖有相对薄(例如100nm)的、由无掺杂ZnO制成的附加层5。该ZnO薄层然后覆盖有基于硅或碲化镉的薄层功能层3。层堆7的其余部分由作为电极的、由金属或金属氧化物材料制成的第二导电层2组成。通常该导电层基于ITO(铟锡氧化物)或由金属(铜、铝)制成。
导电层2、6中的一个或另一个具有的每平方电阻为最多30欧姆/平方，特别地最多20欧姆/平方，优选地最多10或15欧姆/平方。该每平方电阻一般包含于5至12欧姆/平方之间。
通过例如由PU、PVB或EVA制成的层压夹层8将薄层堆7束缚在形成盖板1和支撑1’的两个基板之间。基板1’与基板1的不同之处在于，基板1’不一定由玻璃制成，并且不一定是透明的。基板1’起支撑的作用，并且借助密封件或密封树脂与另一个基板1一起进行周边封装。在申请EP739042中描述了这种树脂的组成及其使用方法的示例。
第三种结构包括其吸收剂基于结晶硅的元件(太阳能模块)的制造。于是通过由EVA、PU、或PVB制成的层压夹层8将硅片组装到分别形成元件的盖板和支撑的两个基板1、1’之间。层状或栅格状的、形成电极的导电层2、6被沉积在每一个基板上，并通过金属化合物丝网印刷技术获得。
为了能够工作并向配电网络输送电压，如前所述的太阳能模块必须设有保证其相对于光辐射的朝向的支撑和固定装置。
为此，可以参照图4，太阳能模块必须置于支撑框架上，该支撑框架用于固定在建筑物的天台或立面上或更普遍地固定在地面上。该支撑框架9一方面包括，连接到承载结构(地面、立面、屋顶等)的第一部分10，另一方面包括，用于接收太阳能电池的第二部分11，第二部分11置于第一部分上并通常相对于水平方向倾斜以提供相对于光辐射的最佳朝向。
图4中可见的框架的第一部分10整体上包括多个布置成三角形构架的金属小梁(poutrelle)11、12、13，其中所述三角形构架通过组装多个由梁14、15、16连接的平行桁架得到，所述梁14、15、16用于接收多个并置的太阳能模块。
传统上，可以通过组装多个具有标准截面(正方形、I形、U形、H(或双T)形)的金属型材来制造所述框架，这些金属型材相互之间通过任何机械焊接或类似工艺进行固定。
根据一个优选实施例(参照图1a)，所述框架的第二部分由一组横向件17、18构成，所述横向件17、18定位在太阳能模块的下表面(背面)上并定向成与具有较大尺寸的边平行。这些具有多边形(例如正方形、或长方形、H(双T)形、I形)直截面的型材通过例如粘接固定在太阳能模块的下表面上。
根据另一个实施例(参照图1b)，如果元件沿被称为“横向”(法语为“àl′italienne”，英语为“landscape”)的方向定向，则均匀分布在元件下表面上的、优选地数量至少为两个的型材定位成与具有小尺寸的边平行。
在实施例变型中(参照图8和图9)，通过金属薄板的弯折或冲压获得型材17、18，该金属薄板预先已经被穿孔以形成多个孔29，材料的去除允许大大减小薄板的重量而不因此影响机械性能。这些带肋的型材17、18实现了具有复杂截面的型材，该复杂截面通过具有简单直截面(特别是U形、V形)、具有凸/凹形轮廓的型材边对边地并置而获得。
型材17、18的直截面整体上呈两个相反V或U的形状，V之间的接合区30、31形成平坦部分，以形成与模块后表面或与承载结构接触的区域。
这样，在图8和图9中示出的型材17、18包括第一平坦区域30，其与模块的其中一边平行地延伸并且用于例如通过粘接形成与模块后表面接触的区域。V形肋的第一翼部32从平坦区域30的纵边突伸，该翼部32设有多个开孔29，这样允许减轻翼部的重量而不因此影响其机械性能(抗扭强度)。根据V的开度基本竖直或倾斜的翼部32在其另一纵边处与另一个平坦区域31配合，所述另一个平坦区域31与第一平坦区域共面并且用于形成与承载结构(图9中可见)接触的区域，出于减轻重量的目的，平坦区域31可以挖孔(这些孔在图9中可见)。
以和前一个翼部相似的方式，形成V形肋的第二翼部33从第二平坦区域31的纵边突伸，翼部33也设有多个开孔29，这些开孔通过金属薄板在弯折之前进行打孔而获得。第二翼部33实际上构成和第二V形肋共有的翼部。第二翼部33之后接着的是第三平坦区域30，第三平坦区域30的作用和第一平坦区域(与模块后表面接触的区域)相同。V形肋的最后一个翼部34从第三平坦区域30的纵边延伸，该最后一个翼部34像之前的翼部一样具有多个开孔29，以减轻总体的重量。
如图8和图9中可见，最后一个翼部34大致在其中部具有凹口35。凹口35在该翼部处造成材料的去除，以保证能够访问位于模块后表面上的连接盒或接线盒。凹口35通过金属薄板在其弯折前的切割而获得。
最后一个翼部34在其纵边处包括平坦区域36(图10中可见)，平坦区域36与第二平坦区域31基本上处于相同的平面内并且用于形成与承载结构接触的区域。
然而，它的特别之处在于，它包括允许用固定在上层结构或承载结构上的压板38和夹紧件39夹紧的凸部37。当被从承载结构上松开时，压板可以容易地沿凸部移动，这样给模块在承载结构上的组装赋予一些自由度。
图10中可见模块被组装到承载结构上。
根据本发明的一个优选特征，带肋型材是对称的，并如图8和图9示出的那样，只需旋转带肋型材就能在模块后表面上定位和组装至少2个基于单个模型的带肋型材。
根据本发明的另一个优选特征，用于与光伏模块后表面接触的平坦表面30、36中的至少一个设有安全装置40，安全装置40用于在模块与带肋型材脱离时保持住模块。这涉及在冲压时直接制造出来的或附加到所述平坦表面中的至少一个上的爪。可以注意到，这些爪的长度适于基本上对应于模块的其中一个特定尺寸(这里在图中这涉及长度)，并以弯曲部分作为末端以通过钳夹保持住所述面板。
通常，当组装在其承载结构上的面板处于倾斜位置，由于其自身重量会导致其下落时，将使用这些安全装置40。
在图8、9、10示出的示例中，带肋型材17、18是金属的，但可以设计轮廓相同的、由塑料材料制成并通过塑料材料的挤压成形技术而获得的型材。在该由塑料材料制成的实施例中，塑料型材可能不会被全部或部分地开孔，而重量的节省则通过材料的选择来实现。
无论哪个实施例，型材平行于模块的其中一边放置，以使得当模块被组装在上层结构或支撑框架上时，型材竖直地并与其中一边平行地延伸，这样有利于对流运动并因此有利于模块的降温。
在本发明的含义下，“下表面”是支撑基板的面对承载结构或上层结构的表面。
为了允许将模块在框架上保持就位并保持在固定的空间结构下，想到在固定于模块的每个型材的要与框架接触的表面上设置多个开孔19、20。这些开孔19、20中的每一个都用于接收在承载结构的横向件上凸出的定心块21、22或凸块(参照图5和6)。如图1a或1b所示，这样每一个模块在其下表面上具有两个横向件17、18，这两个横向件17、18定位成与具有较大尺寸的边平行，这些横向件中的每一个都包括至少一个开孔19、20(优选地两个)，所述开孔与凸块21、22配合，由此允许借助所述两个横向件将模块沿任何空间方向定位在其承载结构上。应该注意围绕每一个凸块定心的、U形的坚固部分(des portions de fer)23、24，其在U的两个翼部之间的间隔将选择成明显比横向件的厚度更大，而且将保证最佳定位并将方便安置。
图5和图6中可见用于将模块锁定到承载结构上和将其解锁的装置。该锁定/解锁装置25围绕偏心系统铰接，该系统允许致动两个铰接臂26、27，这些臂可以处于称为锁定位置的第一位置(参照图5)和称为解锁位置的第二位置(参照图6)，在第一位置时，臂26、27沿直径对齐，它们的每一端同时穿过在U形的坚固部分23或24上形成的第一开孔和在固定于模块下表面(背面)的横向件上形成的、相对的第二开孔，在第二位置时，每个臂26、27的端部不在U形的坚固部分23或24处形成的每个开孔内配合。
如图5和图6示出，偏心由钥匙控制。沿顺时针方向然后沿逆时针方向进行四分之一圈的运动允许以和锁的锁舌相似的方式致动锁定/解锁装置的臂的自由端。
根据锁定系统的另一个实施例(见图7)，每个凸块21、22都与实施在承载结构的型材上的、呈锁孔28形状的开孔配合。该锁孔形状的直径限制允许当模块相对于承载结构运动时，在凸块在这两个开孔内移动的时候，对模块进行机械锁止。
为了方便后勤、操作和储存，想到将模块布置成板(参照图4)。每一块板实际上由两排两个梁构成。每一对梁允许固定2n(n严格为正)个边对边地并置的模块。在示出的示例中，板因此由放置在2排上的18个模块构成。这种板形式的布置提供多个优点：
-一块板实际上大致对应于专门为玻璃运输设计的卡车拖车的内部尺寸。在实施例变型中，板可以具有对应于拖车内部尺寸的约数的尺寸。对这些卡车拖车或者在英语术语中通常被称为“Inloader(内载器)”的卡车的描述例如在申请FR2581603或FR2867118中给出。
-每块板大约输出一个给定的能量单位(UE)，这样将容易计算和倍乘以获得期望的功率。
-可以以最佳的方式利用“内载器”的轮换(rotation)，这些“内载器”可以例如给太阳能模块制造单元带来具有玻璃功能的、尺寸为PLF(Plateau Largeur Fabrication(台制造宽度))或DLF(Découp éLargeur Fabrication(切割后制造宽度))的基板，并在这些模块被制造和布置成板时，带着准备好送交给最终客户的板再离开。(这样实现了对材料流和运输装置的优化管理)。

Claims (17)

1.一种能够收集光的元件，包括具有玻璃功能、形成盖板的第一基板(1)和形成支撑的第二基板(1’)，所述基板(1，1’)将至少一个功能层(7)束缚在两个形成电极的导电层(2，6)之间，所述功能层(7)基于吸收性材料、允许进行由光能向电能的转换，其特征在于，所述元件还包括至少两个固定于所述第二基板(1’)的下表面上并且均匀地分布在所述下表面上的型材(17，18)，每个型材(17，18)定向成与所述元件的其中一边平行。
2.如权利要求1所述的元件，其特征在于，所述元件大致为多边形，尤其是长方形。
3.如权利要求1或2所述的元件，其特征在于，所述元件包括固定于其下表面的至少两个型材(17，18)，当所述元件被组装到承载结构上时，所述至少两个型材定向成与所述元件的处于竖直位置的边平行。
4.如权利要求1或2所述的元件，其特征在于，每个所述型材(17，18)具有正方形、双T或H形、I形、长方形的直横截面。
5.如权利要求1或2所述的元件，其特征在于，每个所述型材(17，18)均带有肋并具有至少一个与承载结构接触的接触区域(31，36)和至少一个与所述元件的下表面接触的接触区域(30)。
6.如权利要求5所述的元件，其特征在于，每个所述型材(17，18)具有呈两个相反V或U形的直截面。
7.如权利要求5所述的元件，其特征在于，所述带肋型材(17，18)具有多个孔(29)。
8.如权利要求5所述的元件，其特征在于，每个所述带肋型材(17，18)均包括凹口(35)，用于接线盒的通过。
9.如权利要求5所述的元件，其特征在于，所述型材(17，18)中的至少一个包括呈爪形式的、以弯曲部分为末端的安全装置(40)，所述安全装置(40)适于在所述元件脱离所述型材时保持住所述元件。
10.如权利要求5所述的元件，其特征在于，每个所述型材(17，18)在其中一个与承载结构接触的接触区域(36)处包括凸部(37)，所述凸部(37)适于相对于承载结构用固定于所述承载结构的压板(38)和夹紧件(39)夹紧。
11.如权利要求10所述的元件，其特征在于，所述凸部(37)适于从所述元件的上侧相对于承载结构用所述压板(38)和所述夹紧件(39)夹紧。
12.如权利要求1或2所述的能够收集光的元件，其特征在于，所述元件包括用于将所述元件锁定到承载结构上和将其从承载结构上解锁的装置(25，26，27)。
13.如权利要求12所述的能够收集光的元件，其特征在于，所述锁定装置包括锁孔(28)。
14.如权利要求1或2所述的能够收集光的元件，其特征在于，所述型材(17，18)包括至少一个允许将所述元件定心在承载结构上的开孔。
15.如权利要求1或2所述的能够收集光的元件，其特征在于，所述型材(17，18)通过粘接被组装到所述第二基板(1’)的一部分表面上。
16.一种适于被固定到承载结构上的、包括多个并置的如前述任一权利要求所述的元件的板。
17.如权利要求16所述的板，其特征在于，所述板具有与“内载器”类型的运输装置兼容的尺寸。
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