CN102664208B

CN102664208B - 一种增效散热太阳电池组件及其制备方法

Info

Publication number: CN102664208B
Application number: CN201210143469.1A
Authority: CN
Inventors: 李宾; 吉华建; 戴干策; 陈光伟; 栗秀丽; 孙林; 郑彬; 李壮
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2032-05-09
Also published as: CN102664208A

Abstract

本发明涉及一种增效散热太阳电池组件及其制备方法，该电池组件包括有利于空气流动的框体及安装于该框体内的组件结构，所述组件结构依次由透光前板、透明EVA层、被封装胶膜密封的太阳电池芯片及电路、导热复合EVA背封胶膜以及散热背板构成；可以将电池工作时吸收和耦合产生的热量更高效地传递和散发出去，从而有效地降低电池组件的温度，提高其光-电转换效率，并有利于延缓电池组件的老化损坏。本发明通过功能复合改性的方法提高传热效果，不改变典型太阳能电池组件的基本结构及外形，也不增加体积和重量，成本低，便于安装、使用和维护。

Description

一种增效散热太阳电池组件及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及太阳电池组件技术领域，具体地说，是一种增效散热太阳电池组件及其制备方法。

【背景技术】

能源需求的不断增长，以及传统化石能源所面临的资源、环境等问题，促使开发利用绿色的可再生能源成为人类社会的必然选择。作为一种清洁的可再生能源，太阳能已经在世界各国广泛应用。太阳能光伏发电能够直接生产便于输送、储存、转换和利用的高品位能量-电能，因而更加受到人们的重视和亲睐。光伏发电目前亟待解决的主要问题是进一步提高转换效率、延长使用寿命和降低成本。太阳能电池组件主要以半导体材料(如：晶体硅等)为基础制造，其工作原理是半导体光电材料吸收光能后发生光-电转换效应而产生电流；基本结构包括框架及组装于框架内的组件结构，所述组件结构包括透光的前板(如：玻璃、透光塑料等)、用透明密封材料(通常采用树脂，如EVA胶膜)封装的光-电转换芯片(电力生产单元)及背封保护件(如：TPT/TPE等)，太阳光透过前板照射在光-电转换芯片上，通过光-电转换效应直接将光能转换为电能，并用与电池组件配套的接线盒，将电能输出。

然而，太阳能光伏电池在工作中，只能将一小部分光能转换成电能。以目前市场上占绝大多数的晶体硅太阳电池为例，其平均效率一般在15％左右；也就是说太阳电池只能将入射太阳能的15％转换成可用的电能，其余的85％大都被转化为热能；而单结单晶硅的理论光-电转换效率约为33％。根据晶体硅的半导体特性，温度每升高1℃，其光-电转换效率将降低0.4％左右；因此，温度升高将使电池组件的输出功率明显降低。光伏电池工作时，会受到日光中大量的红外热辐射，光-电转换过程也会产生特有的耦合热效应；如果不能有效散热，将导致电池组件的温度过高，光-电转换效率显著降低，同时还将加速电池组件的老化损坏，缩短太阳能电池的使用寿命；尤其对聚光型光伏电池更是如此。

针对上述问题，习惯采用的改善方法是在框体外加设散热装置，并利用各种液体循环导热介质进行散热的方式。但由于EVA封装材料的热导率很低(实测仅为0.28W/mk)，电池组件的热阻主要在封装胶膜处；因此，上述方法的实际散热效果并不理想。同时，附加散热循环系统，提高了组件成本，并使整套太阳能设备结构更为复杂，运行维护更加困难；占用空间及重量的相应增大，给安装带来不便，也影响了电池组件的美观性和实用性。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种增效散热太阳电池组件及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种增效散热太阳电池组件，包括有利于空气流动的框体及安装于该框体内的组件结构，所述组件结构依次由透光前板、透明EVA层、被封装胶膜密封的太阳电池芯片及电路、导热复合EVA背封胶膜以及散热背板构成；其特征在于，所述的导热复合EVA背封胶膜为高导热填料复合EVA背封绝缘胶膜；所述散热背板为具有强化传热梳齿结构的背板；导热复合EVA背封胶膜与散热背板直接层压贴合。可将组件吸收及产生的热量高效地传递至散热背板；电池组件工作时，接收的红外辐射热和耦合产生的热量，能通过高导热的背封胶膜及强化传热的背封件更有效地传递和散发出去。

所述的导热复合EVA背封胶膜为EVA树脂与高导热绝缘填料经过功能复合而制得的高导热复合EVA背封绝缘胶膜，是由下列物质按重量份数的配比所制成：

乙烯-醋酸乙烯共聚物料粒100份、有机过氧化物交联固化剂0.5～2.0份、导热填料50～300份、抗氧化剂0.1～1.0份、紫外光吸收剂0.1～1.0份、光稳定剂0.1～1.0份、硅烷偶联剂1.0～5.0份。

所述导热绝缘填料为BN、Si₃N4、B₄C、晶硅粉或SiC中的一种，其粒度范围约为0.1～10μm。

一种导热复合EVA背封胶膜的制备方法，其具体步骤为：

先用0.5～3.0份偶联剂对50～300份的导热填料进行润湿、干燥和分散预处理；再将预处理的导热填料与0.5～2.0份的交联固化剂混合均匀；然后，将其与100份乙烯-醋酸乙烯共聚物料粒、剩余的0.5～2.0份硅烷偶联剂、0.1～1.0份抗氧化剂、0.1～1.0份紫外光吸收剂和0.1～1.0份光稳定剂的预混物混合均匀后，进行共混挤出，温度控制在90～110℃，挤出物经压延、冷却、牵引、卷取工序，即得到本发明的导热复合EVA背封胶膜。

所述的散热背板由导热复合材料或金属制成，具有强化传热梳齿结构；导热复合材料由高导热填料填充耐候型聚合物树脂，制得导热复合材料后，模塑而成；散热梳齿采用具有较大换热表面积的三～八星柱型，以及三角柱、方柱和圆柱型，呈错行排布。

所述高导热填料为石墨、铝粉或铜粉中的一种；

所述耐候型聚合物树脂为聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、PET、ABS或聚氯乙烯中的一种。

所述电池组件框体由铝合金制成，并将四边框体加工成有利于空气流动的格栅。

上述技术方案中，所述组件结构中的透光前板、透明EVA层、被封装胶膜密封的太阳电池芯片及电路均为现有成熟技术，适用目前各种组合的组件结构，例如：光伏玻璃前板+透明EVA胶膜+硅太阳电池芯片及电路。所述高导热背面封装胶膜由密封树脂(如：EVA等)与高导热绝缘填料(如：BN、Si3N4、B4C、晶硅粉、SiC等)经过功能复合共混挤出后，压延或流延制得。如图所示，所述强化传热的背封件是一种具有强化传热梳齿的散热背板，可由高导热填料(如：石墨、铝粉、铜粉等)填充耐候型聚合物树脂(如：聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、PET、ABS、聚氯乙烯等)，制得导热复合材料后，模塑而成；也可采用导热金属材料(如：铝合金、铜等)加工制成；散热梳齿可采用具有较大换热表面积的星柱型(如：三～八星柱)，也可采用简单的三角柱、方柱和圆柱型，呈错行排布，尺寸以不超出框体高度为好。所述有利于空气流动的框体，是在四边框体上加工出有利于空气流动的格栅。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

(1)本发明应用所开发的高导热EVA功能复合胶膜，直接增大组件散热过程最大热阻处(封装胶膜)的热导率；结合具有强化传热梳齿的散热背板进行背面封装，可以成倍地提高封装胶膜和背封件的热传导和散热性能；能更有效地降低电池组件的工作温度，进而提高光伏电池的光-电转换效率和使用寿命。

(2)采用有利于空气流动的格栅式框体，能更有效地提高组件的整体散热性能；并能降低框体的重量和材料用量。

(3)本发明采用的技术方案保持了典型光伏电池组件的结构外形，成本低；不增加组件体积，重量变化很小，便于安装、使用和维护；是一个高效、简洁、实用、低成本的技术方案。

【附图说明】

图1为光伏电池组件的层压断面剖视结构示意图；

图2为光伏电池组件的整体结构示意图；

图3为强化散热背板的梳齿柱错行排布及各种柱形截面的示意图；

附图中的标号为：①透光前板(光伏玻璃或塑料)；②透明EVA层；③太阳电池芯片及电路；④导热复合EVA背封胶膜；⑤散热背板；⑥带有格栅的框体；⑦电池芯片。

【具体实施方式】

以下提供本发明一种增效散热太阳电池组件及其制备方法的具体实施方式。

实施例1

如图1、图2所示，一种太阳电池组件，包括组件框体⑥及安装于框体⑥内带有强化散热背板的组件结构；所述组件结构包括：光伏玻璃制成的透光前板①、透明EVA密封层②、被透明EVA密封层②和导热复合EVA背封胶膜④封装的电池芯片与电路③，以及具有强化传热梳齿的散热背板⑤。所述透光前板(光伏玻璃或塑料)①、透明EVA层②、太阳电池芯片及电路③均采用现有成熟技术，适用目前各种组合的太阳电池结构。所述导热复合EVA背封胶膜④由EVA树脂与高导热绝缘填料BN及其它组份经过功能复合共混挤出后，压延制得；该导热背封胶膜与强化散热背板⑤直接层压贴合，可以将组件接收的红外辐射热和耦合产生的热量高效地传递至强化散热背板⑤；极大地提升了背封胶膜的传热效果。

本实施例中，按如下工艺制备高导热复合EVA背封绝缘胶膜④：

先用2.0份硅烷偶联剂对200份平均粒径约1.8μm的导热填料BN进行润湿、干燥和分散预处理；再将预处理的导热填料BN与1.5份的交联固化剂混合均匀；然后，将其与100份乙烯-醋酸乙烯共聚物料粒、剩余的1.5份硅烷偶联剂、0.3份抗氧化剂、0.2份紫外光吸收剂和0.2份光稳定剂的预混物混合均匀后，进行共混挤出，温度控制在100℃左右，挤出物经压延、冷却、牵引、卷取工序，即得到本发明热导率约为0.93W/m·K的高导热复合EVA背封绝缘胶膜。

本实施例中，所述强化散热背板⑤具有强化传热梳齿结构，由高导热填料(石墨)填充耐候型聚合物树脂(聚碳酸酯)，制得导热复合材料后，模塑而成；散热梳齿采用具有较大换热表面积的八星柱型，呈错行排布，如图3所示。所述电池组件框体⑥由铝合金制成，并且将四边框体加工成有利于空气流动的格栅，能有效地提高光伏电池组件实际使用时的整体散热性能。

实施例2

参考图1、图2所示，一种太阳电池组件，包括组件框体⑥及安装于框体⑥内带有强化散热背板的组件结构；所述组件结构包括：光伏玻璃制成的透光前板①、透明EVA密封层②、被透明EVA密封层②和导热复合EVA背封胶膜④封装的电池芯片与电路③，以及具有强化传热梳齿的散热背板⑤。所述透光前板(光伏玻璃或塑料)①、透明EVA层②、太阳电池芯片及电路③均采用现有成熟技术，适用目前各种组合的太阳电池结构。所述导热复合EVA背封胶膜④由EVA树脂与高导热绝缘填料Si₃N₄及其它组份经过功能复合共混挤出后，压延制得；该导热背封胶膜与强化散热背板⑤直接层压贴合，可以将组件接收的红外辐射热和耦合产生的热量高效地传递至强化散热背板⑤；极大地提升了背封胶膜的传热效果。

先用2.0份硅烷偶联剂对200份平均粒径约1.6μm的导热填料Si₃N₄进行润湿、干燥和分散预处理；再将预处理的导热填料BN与1.5份的交联固化剂混合均匀；然后，将其与100份乙烯-醋酸乙烯共聚物料粒、剩余的1.5份硅烷偶联剂、0.3份抗氧化剂、0.2份紫外光吸收剂和0.2份光稳定剂的预混物混合均匀后，进行共混挤出，温度控制在100℃左右，挤出物经压延、冷却、牵引、卷取工序，即得到本发明热导率约为0.89W/m·K的高导热复合EVA背封绝缘胶膜。

本实施例中，所述强化散热背板⑤具有强化传热梳齿结构，由铝合金材料制成；散热梳齿采用易于加工的方柱型，呈错行排布，如图3所示。所述电池组件框体⑥也采用铝合金制成，并且将四边框体加工成有利于空气流动的格栅，能有效地提高光伏电池组件实际使用时的整体散热性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims

1.一种增效散热太阳电池组件，包括有利于空气流动的框体及安装于该框体内的组件结构，所述组件结构依次由透光前板、透明EVA层、被封装胶膜密封的太阳电池芯片及电路、导热复合EVA背封胶膜以及散热背板构成；其特征在于，所述的导热复合EVA背封胶膜为高导热填料复合EVA背封绝缘胶膜；所述的散热背板为具有强化传热梳齿结构的背板；导热复合EVA背封胶膜与散热背板直接层压贴合；

所述复合EVA背封胶膜，由下列物质按重量份数的配比所制成：

乙烯-醋酸乙烯共聚物料粒100份、有机过氧化物交联固化剂0.5～2.0份、导热绝缘填料50～300份、抗氧化剂0.1～1.0份、紫外光吸收剂0.1～1.0份、光稳定剂0.1～1.0份、硅烷偶联剂1.0～5.0份。

2.如权利要求1所述的一种增效散热太阳电池组件，其特征在于，所述导热绝缘填料为BN、Si₃N4、B₄C、晶硅粉或SiC中的一种，其粒度范围为0.1～10μm。

3.如权利要求1所述的一种增效散热太阳电池组件，其特征在于，所述的导热复合EVA背封胶膜的制备方法的具体步骤为：先用0.5～3.0份硅烷偶联剂对50～300份的导热填料进行润湿、干燥和分散预处理；再将预处理的导热填料与0.5～2.0份的交联固化剂混合均匀；然后，将其与100份乙烯-醋酸乙烯共聚物料粒、剩余的0.5～2.0份硅烷偶联剂、0.1～1.0份抗氧化剂、0.1～1.0份紫外光吸收剂和0.1～1.0份光稳定剂的预混物混合均匀后，进行共混挤出，温度控制在90～110℃，挤出物经压延、冷却、牵引、卷取工序，得到导热复合EVA背封胶膜。

4.如权利要求1所述的一种增效散热太阳电池组件，其特征在于，所述散热背板由导热复合材料或金属制成，具有强化传热梳齿结构；导热复合材料由高导热填料填充耐候型聚合物树脂，制得导热复合材料后，模塑而成；传热梳齿采用具有较大换热表面积的三～八星柱型，以及三角柱、方柱和圆柱型，呈错行排布。

5.如权利要求4所述的一种增效散热太阳电池组件，其特征在于，所述高导热填料为石墨、铝粉或铜粉中的一种。

6.如权利要求4所述的一种增效散热太阳电池组件，其特征在于，所述耐候型聚合物树脂为聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、PET、ABS或聚氯乙烯中的一种。

7.如权利要求1所述的一种增效散热太阳电池组件，其特征在于，所述电池组件框体由铝合金制成，并将四边框体加工成有利于空气流动的格栅。