CN102709366B - 增强型柔性太阳能电池组件及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种背板增强型柔性太阳能电池组件的结构件及其封装工艺，属太阳能电池技术领域。解决柔性太阳能电池组件塑性变形，导致输出的电压下降。技术特征是：电池组件的前板和背板采用高分子材料、纤维织物和增强纤维织物（布），厚度为0.1～1.0mm，平纹编织材料形成的叠片装入耐高温真空密封袋，进行抽真空完成组件密封，高压釜进行加热加压。本发明积极效果：重量大幅度降低，安装结构的总重量为25-30Kg/m²，0.5%伸长形变量的强度超300MPa，柔性可弯曲度适合曲面等非平面安装结构。

Description

增强型柔性太阳能电池组件及其封装方法

技术领域

本发明涉及一种背板增强型柔性太阳能电池组件的结构件及其封装工艺，属太阳能电池技术领域。

背景技术

柔性太阳能电池组件封装模块已被广范应用于绿色环保节能光伏建筑材料以及光伏发电系统中。首先是它的重量优势，在相同条件下柔性太阳能电池组件连同安装结构件，比以玻璃为基底的电池组件，连同安装连结构件的总重量要轻，重量比为3-6Kg/m²：25-30Kg/m²。使得它安装适应性强，成本低，适合安装于膜结构建筑物屋顶，例如：体育场、大型停车场。柔性太阳能电池组件一般要求变形量小于1%，超过允许范围就会影响到太阳能电池的发电效率甚至失效，在使用中对于铺设在有硬质支撑构件的柔性太阳能电池组件来说，一般不会出现失效问题。根据发表在《实验力学》（第25卷第6期，2010年12月）上的《柔性薄膜太阳能电池的力电参数测试》（周南、罗尧治）的实验测试结果表明，在平行于电池条方向的拉伸时，开始阶段（应变≤1%）输出电压有略微的上升，但随着应变的不断增加，输出电压总体呈下降趋势，当电池进入塑性变形阶段（应变≥2.8%）后，输出电压开始呈现显著下降。柔性太阳能电池组件仅有双玻太阳能电池组件重量的五分之一，安装成本更低。适合安装于膜结构建筑物屋顶，如：体育场、大型停车场，非平面屋顶、大型货柜车车顶等。中国专利201110290758.X《太阳能电池模块及其制造方法》公开了背面粘结支撑构件如钢板、防水片帐篷模等。但设备昂贵，应用范围受到较大的限制。

中国发明专利CN200510030442.1提出一种太阳能电池制造方法，使用FR-4环氧玻璃纤维基板作背板的轻量化晶硅太阳能电池组件，但FR-4环氧玻璃纤维基板是一种刚性材料不具有柔性，使得该组件的安装环境受到一定限制。CN201020653689.5提出前板使用低碳钢化玻璃，背板使用玻璃纤维与耐候性复合塑料膜的粘接层；减少了一层玻璃，降低了电池组件的重量，但该组件使用刚性的低碳钢化玻璃使得组件不可弯曲和变形，同时重量减少的幅度很小。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术存在问题，亟待要解决柔性太阳能电池组件塑性变形，导致输出电压下降的关键技术。

本发明的目的是选择背板材料增强背板强度，塑性变形小又不失柔韧度，能增强柔性太阳能电池组件拉伸度，在适度弯曲条件下，电池组件不会失效或输出电压下降。

再一个目的是选择具有柔性和安装环境兼容性的增强型封装材料及工艺，满足户外使用环境。能够经受大风、冰雹等恶劣天气，强度达到检测标准。

本发明为解决上述提出的任务，解决方案是：选用耐候的高分子材料，由柔性太阳能电池芯片构成增强型柔性太阳能电池组件，其技术特征是：依序叠加高分子材料的前板、胶膜、太阳能电池芯片、胶膜。增强型背板由纤维织物、胶膜和由高增强纤维织物的背板。增强纤维织物是无碱玻璃纤维织物（布），厚度为0.1～1.0mm，平纹编织。采用无碱玻璃纤维织物，以玻璃为原料，经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成。无碱玻璃纤维织物是一种性能优异的无机非金属材料，绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，拉伸强度高，伸长小3%，弹性系数高，刚性佳。无碱玻璃纤维的密度与成分的关系，一般为2.5-2.7g/cm。玻璃纤维厚度可以为0.1mm，较之于玻璃厚度大大的减薄。在相同重量厚度下玻璃纤维强度可达2000MPa以上，是玻璃的20-50倍，超过合金钢的强度，拉伸过程中没有屈服变形，0.5%形变量下的拉伸强度超过300MPa，可以对柔性太阳能组件提供很好的保护；玻璃纤维耐热性优良，可以在200-250℃条件下长期使用而强度不变；玻璃纤维吸湿性低，有很好的绝缘性，耐化学腐蚀性优良。

本发明制备增强型柔性太阳能电池组件的方法是：将由高分子材料、胶膜、太阳能电池芯片、胶膜、纤维织物、胶膜、高分子材料形成的叠片装入耐高温真空密封袋，进行抽真空完成组件密封，其后

将真空密封袋送入高压釜，进行加热加压。

真空袋连接真空泵，温度控制在135-140℃，升温时间10-15分钟，压力1.3-1.5MPa。

温度升高到设定值后保温保压10分钟，降温时间30-40分钟，当温度低至80℃时高压釜进行排压，温度低至30-40℃时开釜，关闭真空泵，待组件自然冷却。

拆封组件真空袋，选外观合格，按照设计尺寸进行切边，测试电性能。

使用玻璃纤维编织的纤维织物可以有或者无表面涂层或者表面涂覆、浸渍聚四氟乙烯（PTFE）等，表面涂层或者表面涂覆、浸渍处理是为克服玻璃纤维织物本身的脆性、耐磨性差的缺点，以提高纤维织物耐弯折性能、耐候性、水汽阻隔性。  纤维织物（布）能够提供足够强度，纤维织物比同等厚度、相同面积的钢板更轻，绝缘性能强，好的抗腐蚀性；无碱玻璃纤维织物（布）采用玻璃为基础原材料，成熟的工艺生产，可以实现大批量和低成本。

纤维织物表面可以覆合热塑性或者热固性树脂薄膜，这种薄膜可以是EVA或者是PVB，或者在纤维织物表面覆合聚烯烃、有机硅类封装材料。

纤维织物可以是玻璃纤维网格织物，织物选用较粗的玻璃纤维线编织，整个织物结构为经纬编织同时形成矩形网格结构，这种玻璃纤维网格织物应该经过聚四氟乙烯（PTFE）浸渍。

纤维织物可以是凯夫拉纤维（Kevlar）与玻璃纤维混编网格布或者纯凯夫拉纤维网格布。选用网格布时厚度应适当降低，以0.1～0.2mm为宜。Kevlar是一种应用于军事防护领域的一种高性能材料，拥有极其优良的综合性能，例如：高强度、高韧性、极佳的耐候性和高低温性能等；在对柔性太阳能电池组件有更高要求时可以采用，但价格较玻璃纤维昂贵。

纤维织物在铺设时边缘应与柔性电池组件背板边缘相距1.0～5.0cm，如果需要安装接线盒，边距设置优选1.5～2.0cm。

胶膜为乙烯醋酸乙烯共聚物EVA或者聚乙烯醇缩丁醛PVB或者聚烯烃。

可以在有纤维织物的组件边缘上打孔。

本发明积极效果：组件重量大幅度降低，常规的双玻结构晶硅太阳能电池组件连同安装结构的总重量为25-30Kg/m²，柔性太阳能电池组件总重量为3-6Kg/m²。玻璃纤维或者Kevlar强度可以保证柔性太阳能电池组件在高强度拉伸负荷下，0.5%伸长形变量的强度超过300MPa，太阳能电池组件具有良好的柔性可弯曲度适合曲面等非平面安装结构。

进一步说明，电池组件封装过程中要求胶膜和背板、增强材料间的粘接力达到一定数值，以提供足够的水汽阻隔作用，以此来保护电池组。不锈钢板与胶膜间的粘接力通常很低，因此使用状态会受到很大的限制，对电池组件的可靠性会有不利的影响，而纤维织物由于其材料本身的特性与热固性或者热塑性树脂有很好的粘接性，粘接强度达到或者超过20N/cm。

预先在纤维织物表面覆合热塑性或者热固性树脂薄膜，避免玻璃纤维织物在搬运或裁剪过程中出现毛边、变形、散线的不良状况，这些状况会使加工出来的电池组件出现尺寸不精确、强度不均匀、外观瑕疵，同时可以很好地提高纤维织物的耐磨性、耐弯折性。

纤维织物经过聚四氟乙烯PTFE浸渍后具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性，有密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化能力、耐温优异能在+250℃～-180℃的温度下长期工作，聚四氟乙烯本身对人没有毒性，使用PTFE浸渍后的玻璃纤维网格织物对水汽的防御能力、抗磨损性能、耐弯折性能、物理强度都有较大的提高。

增强模块强度：采用玻璃纤网格布，提高了柔性太阳能电池组件模块的稳定性和耐候性。PTFE浸渍的玻璃纤维网格布与EVA等封装材料层压，粘接强度达到或者超过40N/cm，提高了柔性电池组件模块的强度户外可靠性，使界面水汽透过减少。

绝缘密封效果显著：玻璃纤维织物铺设层的边缘与背板边缘留有一定距离，避免玻璃纤维织物铺设层和切割边缘暴露在使用环境中。

使用寿命长：避免因日晒、雨水等因素，或切割边缘对各层界面的破坏而失去粘接力，导致电池模块失效，提高了产品。

可靠安装：选择PTFE浸渍的玻璃纤网格布，在其边缘打孔，如凯夫拉纤维布，高强度环扣材料与柔性太阳能电池组件的增强板材料接触，之间通过胶膜的作用与增强材料形成一体结构，共同承载外界负荷，整体强度和安装的可靠性得到保证。

附图说明

图1、是本发明柔性电池组件剖面结构示意图。

图1-1、是图1电池组件的边缘孔的示意图。

图2、是本发明实施例1示意图。

图3、是本发明实施例实例2中三片组件示意图。

图4、本发明实施例实例3中多片组件连接示意图。

图5、是本发明图2和实施例中电池组件的连接构件示意图。

具体实施方式

根据附图进一步本发明的原理：

见图1，电池组件结构依次为前板1、胶膜2、柔性太阳能电池3、胶膜2、增强板4、胶膜2、背板5，和图1-1中在电池组件边缘的穿孔9，图5示出了本发明与图1-1及实施例1-3，可以连接电池组件的连接构件，它包括固定粱8和拉杆7、拉环6，连接实施例2中的电池组件，将连接构件10的拉环6穿在电池组件的边缘孔9内通过连接构件的拉杆7和拉环6构成，拉环6穿过电池组件边缘的穿孔9将电池组件，其中前板1和拉环6穿在孔环上，通过拉杆7拉住拉环6拉紧在固定梁8上。

图3、图4分别是三片组件和多篇组件的实施例，其内部的虚线框表示太阳能电池芯板的边缘，靠近组件边缘处的虚线框表示增强板的边缘，结构同实施例1，在此不再累述。

实施例1

本实施例的增强型的柔性太阳能电池组件其中前板1和背板5为444mm×862mm的乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE），胶膜2为EVA，柔性太阳能电池3为414mm×832mm的非晶硅薄膜电池，增强板4为424mm×842mm的有EVA涂层并浸渍PTFE的无碱玻璃网格纤维织物，增强板4距背板5边缘10mm，在距背板5边缘15mm处为中心，加工有φ10mm的孔，并装有孔环，使用时，将拉环6穿在孔环上，通过拉杆7拉住拉环6拉紧在固定梁8上。

实施例2

本实施例的增强型的柔性太阳能电池组件结构依次为前板1、胶膜2、柔性太阳能电池3、胶膜2、增强板4、胶膜2、背板5，其中前板1和背板5为444mm×862mm的乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE），胶膜2为EVA，柔性太阳能电池3为414mm×832mm的非晶硅薄膜电池，增强板4为424mm×842mm的Kevlar纤维网格布，增强板4距背板5边缘10mm，在距背板5边缘15mm处为中心，加工有φ10mm的孔，并装有孔环。

安装时将2片或者3片单片组件在短边处用拉环6进行连接，组成长度达到1800-2500mm长度的组件，该组件可以通过拉杆或钢丝绳7固定于幕墙或立面墙，并可以安装多组相同组件形成大面积组件阵列。

实施例3

本实施例的增强型的柔性太阳能电池组件，采用柔性衬底沉积非晶硅发电层的电池芯片，并使用柔性含氟耐候薄膜作为前膜，柔性含氟或不含氟耐候薄膜作为背板，乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA）或者聚乙烯醇缩丁醛（PVB）或者聚烯烃作为封装胶膜；前膜和背板均具有良好的粘接强度、耐候性、水汽阻隔性、绝缘性、阻燃性同时兼具薄膜材料的柔性。使得生产出的组件具有可卷绕、可弯曲的优良特点，组件可以满足多种安装环境，例如：弧面结构、拐角结构。增强型的柔性太阳能电池组件结构依次为前板1、胶膜2、柔性太阳能电池3、胶膜2、增强板4、胶膜2、背板5，其中前板1和背板5为444mm×862mm的乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE），胶膜2为EVA，柔性太阳能电池3为414mm×832mm的非晶硅薄膜电池，增强板4为424mm×842mm的Kevlar纤维网格布，增强板4距背板5边缘10mm，在距背板5边缘15mm处为中心，加工有φ10mm的孔，开孔部分增加一层20mm×20mm Kevlar纤维网格布，在2层Kevlar网格布之间增加一层20mm×20mmEVA，并装有孔环。

安装时将10片单片组件在短边处使用拉环6连接，组成长度达到10m左右的组件阵列，该阵列可以安装于立面墙，并且每间隔2片单片组件在拉环6位置使用铆钉或螺栓等固定件进行固定，阵列两端使用拉杆7或钢丝绳7固定在钢梁8上。

Claims (9)

1.一种增强型柔性太阳能电池组件，选用耐候的高分子封装材料，其特征在于：电池组件由依序层叠的叠片形成，包括高分子材料前板、胶膜、太阳能电池芯片、胶膜、增强型背板，该背板由纤维织物、胶膜、高增强纤维织物叠片构成，该高增强纤维织物是无碱玻璃纤维织物，厚度为0.1～1.0mm，平纹编织，在0.5%形变量下的拉伸强度超过300MPa，伸长小于3%，纤维织物、胶膜、高增强纤维织物叠片的边缘与背板边缘距离1.0～5.0 cm。

2.根据权利要求1所述的一种增强型柔性太阳能电池组件，其特征在于所述的增强型背板中的纤维织物和高增强纤维织物，采用玻璃为原料，经高温熔制、拉丝、络纱、织布工艺制成。

3.根据权利要求1所述的一种增强型柔性太阳能电池组件的封装方法，其特征在于：首先筛选材料；其后选用高分子材料做电池组件的前板，纤维织物和高增强纤维织物做背板，所述高增强纤维织物是无碱玻璃纤维织物，在0.5%形变量下的拉伸强度超过300MPa，伸长小于3%，纤维织物、胶膜、高增强纤维织物叠片的边缘与背板边缘距离1.0～5.0 cm。

4.根据权利要求3所述的一种增强型柔性太阳能电池组件的封装方法，其特征在于：用胶膜将前板放置粘帖在柔性太阳能电池芯片的受光面，其背光面用胶膜粘贴设有增强纤维织物的背板。

5.根据权利要求1所述的一种增强型柔性太阳能电池组件的封装方法，其特征在于

依次层叠高分子材料前板、胶膜、太阳能电池芯片、胶膜、纤维织物、胶膜、增强纤维织物叠片形成组件；

将所述的叠片装入耐高温真空密封袋，进行抽真空完成组件密封，所述高增强纤维织物是无碱玻璃纤维织物，在0.5%形变量下的拉伸强度超过300MPa，伸长小于3%。

6.根据权利要求5所述的一种增强型柔性太阳能电池组件的封装方法，其特征在于所述真空密封袋接真空泵，温度控制在135-140℃，升温时间10-15分钟，压力1.3-1.5MPa。

7.根据权利要求6所述的一种增强型柔性太阳能电池组件的封装方法，其特征在于温度升高到设定值后保温保压10分钟，降温时间30-40分钟。

8.根据权利要求7所述的一种增强型柔性太阳能电池组件的封装方法，其特征在于当温度低至80℃时高压釜进行排压，温度低至30-40℃时开釜，关闭真空泵，待组件自然冷却。

9.根据权利要求5所述的一种增强型柔性太阳能电池组件的封装方法，其特征在于组件自然冷却拆封组件真空袋，对组件按照设计尺寸进行切边，测试电性能。