CN102859717A - 包含光伏电池的弧形模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及：一种由嵌入有矩形光伏电池的透明聚合物材料制成的模块，其特征在于：所述光伏电池的侧边在分别的垂直方向d₁和d₂上具有长度l₁和l₂，根据分别的垂直方向d₁和d₂，所述模块具有半径分别为R₁、R₂的曲率；并且其特征在于：如果e_t表示聚合物材料的总厚度并且e_sup表示聚合物材料的覆盖光伏电池的意欲朝向太阳取向的一侧的最小厚度，则对于i=1和2，应用公式(I)

用于制造这样的模块的两个处理方法；对于交通工具、建筑业或街道设施的应用；以及包括这样的模块的机动车辆的顶部或顶部的一部分。

Description

包含光伏电池的弧形模块

技术领域

本发明涉及包含光伏电池的模块，具体来说，寻找具有小曲率半径，即具有显著（pronounced）曲率的更加复杂形状的模块。

背景技术

具体来说，在局部具有沿着两条割线轴的曲率的模块中，还未能实现高效的、具有刚性支架类型的光伏电池的集成。

发明内容

现在已经能够由本发明来解决该问题，该发明的一个主题是由透明聚合物材料制成的模块，矩形光伏电池嵌入在该透明聚合物材料中，其特征在于：所述光伏电池的侧边在各自的垂直方向d₁和d₂上具有长度l₁和l₂，根据各自的垂直方向d₁和d₂，模块具有半径分别为R₁、R₂的曲率；以及如果e_t表示聚合物材料的总厚度以及e_sup表示聚合物材料的覆盖光伏电池的意欲朝向太阳取向的一侧的最小厚度，则对于i=1和2,

$l_i\≤2\sqrt{(e_t-e_{\sup })(e_t-e_{\sup }+{2R}_i)}.$

因此，本发明能够将光伏电池，甚至是刚性的光伏电池集成在模块中的沿着一个或两个割线轴的具有曲率，甚至是显著曲率的位置处，该割线轴尤其是垂直轴。

本发明的模块可以在几何上定义为具有相对于其其它两个尺寸的小厚度的板，并且该模块的表面可以具有或多或少的复杂性以及或多或少的弯曲形状。两个曲率半径R₁或R₂中的一个可以相对于另一个足够大，以使得可以相对于沿着垂直方向的曲率而不考虑沿着另一相应方向d₁或d₂的曲率，并且随后考虑模块的几何形状是圆柱曲率的（沿着单个轴）。

任何透明的聚合物材料可以构成该模块：聚碳酸酯（PC）、诸如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的丙烯酸材料、诸如聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）的聚烯烃、聚酰胺（PA，尤其是PA66）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、尤其是聚乙烯醇缩丁醛（PVB）的聚乙烯醇缩醛、聚氨酯（PU）、诸如丙烯腈丁二烯苯乙烯聚合物（ABS）的共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）、离子键树脂（由聚胺中和的具有离子交联的乙烯-（甲基）丙烯酸酯橡胶）等，它们中的这些尤其可以单独一个或其中数个混合来进行注塑成型。

本发明的模块由总厚度为e_t的这样的聚合物材料，尤其是注塑成型的板构成，在该聚合物材料中嵌入矩形（或正方形）光伏电池。然而，可以通过诸如PVB、PU、EVA的透明中间粘合层或通过非透明的中间粘合层等，将该板组装至由矿物或有机玻璃或非透明材料构成的其它透明材料，以构成层压的模块和/或利用插入干燥空气的间隙以构成多重模块，而不会偏离本发明的范围。

然而，模块的这样的可选的附加构件优选组装在聚合物材料板的结合光伏电池的侧边，该侧边意欲处于太阳的相对侧，或在这些附加构件是透明的条件下，可选地处于意欲朝向太阳取向的侧边，从而实现太阳辐射的足够大的部分通过，并具有高透光性，并且尤其是不着色。

如果模块表面的特定部分是透明的，其可以称为玻璃窗（glazing）。另一方面，如果该表面是完全不透明的，即，如果模块的意欲位于电池的相对于太阳的背面的至少一个构件的整个表面自身不透明，则该模块可以构成汽车或其它交通工具的主体或外壳部件，或用于建筑业等。

需要说明的是，根据期望在模块的一侧或另一侧获得的视觉印象，可以在模块中任意选择光伏电池之间分别沿着方向d₁和d₂的间隔g₁和g₂。当模块表面的一部分是透明的时，g₁和g₂的值越大，模块表面可能透明的比例越大。因此，相比那些着色的模块，或通过改变模块的表面上的g₁和/或g₂值的遮蔽模块，更能够取得效果。

光伏电池具有至多等于0.5mm的厚度，考虑到相对于模块的例如3-4mm量级的厚度，光伏电池的厚度可以忽略。

它们由牢固附接至柔性或刚性基底的工作面（active face）构成。

基底可以是具有25和500μm之间厚度的金属或等同物，该厚度优选在75和250μm之间，或者该基底可以是诸如具有13和125μm之间厚度的聚酰亚胺的聚合物。其示例是由钢制成的电池基底

-该电池基底是柔性的，具有25至200μm，优选100至150μm的厚度，或者；

-该电池基底是刚性的，具有100-500μm，优选175至225μm的厚度。

光伏电池的工作面可以由具有20和200μm之间厚度的非晶硅（Si）的板构成，并且例如与柔性金属或聚合物基底组合；或者由具有100和300μm之间厚度的晶体硅（Si）板构成，并且例如与刚性金属基底组合，或可替换地由CIGS(Cu In Ga Se)或CdTe型的薄膜组成，并且与柔性或刚性的聚合物、金属等基底组合。

然而，优选地，至少一个所述光伏电池具有刚性支架，所述光伏电池尤其具有单晶硅或多晶硅的工作面，该单晶硅或多晶硅的效率相对较高。

在本发明的模块的一个优选实施例中，形成该模块的聚合物材料是聚碳酸酯，并且在意欲朝向太阳取向的一侧覆盖光伏电池的该聚合物材料的最小厚度e_sup至少等于2.5mm。在实施聚碳酸酯的注塑成型时特别推荐该值。

而且，鉴于尤其在诸如汽车运输的运输领域中重量、空间要求等考虑事项，聚合物材料的总厚度e_t优选至多等于4mm。

本发明的模块在至少一个点处具有沿着两个垂直轴的曲率，尤其是非无限值R₁和R₂。更具体地，根据一个有利变量，R₁和R₂至多等于2000mm，优选1500mm，并且特别优选1000mm。

沿着方向d₁或d₂的曲率之一可以优选为显著的，这是由于曲率半径R₁和R₂中的至少一个至多等于1000mm，优选750mm，并且特别优选500mm的事实而对该模块的复杂形状的表示。因此当两个曲率半径R₁和R₂之一是特别小时，另一个将非常大，以使得可以考虑该点处的曲率为圆柱形（沿着两个方向d₁或d₂中的单个）而不偏离本发明的范围。

在本发明的模块的一个具体实施例中，嵌入电池的透明聚合物材料构成层压体的中间粘合层；该层可以是聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、聚氨酯（PU）、乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）等。该中间粘合层随后加入两个玻璃板中，或加入一个玻璃板与一个另一材料的板或两个这样的另一材料的板中，所述另一材料例如是诸如聚碳酸酯（PC）的聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、离子键树脂等。层压体的该中间粘合层因而具有有利的声学性能，尤其在意欲将模块安装在电动车辆的顶部或挡风玻璃中时：例如，在乘客区中因此很少能听到雨声。

根据一个有利特征，光伏电池封装在（尤其用于阻尼电池与嵌入电池的透明聚合物材料之间的差分线性热膨胀）的阻尼封套中。该阻尼封套例如由聚碳酸酯（PC）、聚酰亚胺（PI）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚氨酯（PU）、诸如乙烯-四氟乙烯（ETFE）、氟乙烯-丙烯（FEP）或等同物的含氟聚合物薄膜构成，并具有13μm和2mm之间，优选至多等于500μm的厚度。而且该封套保护其光伏电池避免受潮。该阻尼封套的外表面优选由与意欲集成的材料（在聚碳酸酯的注塑成型情况下的聚碳酸酯，例如在集成到层压体中的情况下的聚乙烯醇缩丁醛或者乙烯醋酸乙烯酯）相同的材料构成。

根据另一个有利特征，模块包括离散化的刚性光伏电池，该刚性光伏电池与在玻璃或聚合物基板上的最显著的曲率区域中的光伏薄膜组合。随后由上述本发明的模块的所述矩形光伏电池，尤其是具有高效的类型至少部分地构成这些离散化的刚性电池。它们确保对于曲率的适应、在它们的区域中的优化的光伏效率、以及在模块的太阳辐射相对侧的发光度的审美和视觉控制。最显著曲率的区域可以是边缘区域；光伏薄膜的使用能够使得与离散化的刚性光伏电池的提高的电力生产相结合，模块的表面具有变化并且复杂的曲率。在层压模块中，将光伏薄膜例如沉积在层压体的内面上。

本发明的其它主题是：

-一种制造如前所述的模块的处理方法，包括：将光伏电池定位在用于热塑性的聚合物材料的注塑成型的模具的腔中，随后进行其注塑成型；

-一种制造如前所述的另一模块的处理方法，包括：在层压体的组装之前，将所述光伏电池结合到所述层压体的中间粘合层中（例如，通过将它们插入该层的两个构件板之间），随后通过常规手段（温度、压力、真空）进行该组装；

-该模块对于以下的应用：对于陆地、空中或水上交通工具，尤其作为机动车辆的顶部、对于建筑业或街道设施（公共汽车候车亭、显示面板等）、或者作为部分透明的部件、玻璃窗、或者作为完全不透明的组件（主体、外壳等组件）；

-机动车辆的包括如前所述模块的顶部或顶部的一部分。

附图说明

现在通过附图说明本发明，其中：

-图1是根据本发明的玻璃窗（部分透明模块）的透视示意图；以及

-图2是该玻璃窗的横截面视图。

具体实施方式

参照图1和图2，例如，玻璃窗1在O点处分别具有沿着两个垂直面P₁=(d₁d₃)和P₂=(d₂d₃)的各自半径为R₁和R₂的双曲率。

玻璃窗1由厚度为e_t的聚碳酸酯板构成，在该玻璃窗1中嵌入平坦且刚性的矩形光伏电池2，该矩形光伏电池2具有由单晶硅或多晶硅制成的工作面。

光伏电池2的厚度相比于e_t可忽略不计。

在意欲朝向太阳取向的一侧覆盖光伏电池2的聚碳酸酯的最小厚度是e_sup。

在这里，E_t和E_sup分别等于4mm和2.5mm。

将光伏电池的尺寸l₁×l₂的最大值作为局部的曲率半径R₁和R₂的函数来计算，曲率半径R₁和R₂假定分别等于2027.25mm和500mm。

$l_1\≤2\sqrt{(4-2.5)(4-2.5+4054.50)}$

$\≤2\sqrt{1.5(1.5+4054.50)}$

$\≤2\sqrt{2.25+6081.75}$

$\≤156\mathrm{mm}.$

通过相同计算，

$l_2\≤2\sqrt{2.25+1500}$

$\≤77.52\mathrm{mm}.$

光伏电池的间隔，换句话说，间隔值g₁和g₂按照以下数个标准来选择：

-这些值越小，产生电的表面越大；

-然而这些值越小，能够允许较大部分太阳光通过的模块表面的片段越小。

因此，当在该示例中的模块是玻璃窗（部分透明）时，值g₁和g₂的选择具有从对于太阳的相对侧的一侧（车辆乘客箱、建筑物内部等）观看的审美入射（诸如发光阴影等的各种可视效果），而当模块完全不透明时，值g₁和g₂的选择具有从太阳侧观看的审美入射。

未示出将若干光伏电池彼此连接以及将这些电池连接至集电器的电连接。

因此，已经经由简单的处理方法（聚碳酸酯、层压体等的注塑成型）将高效的刚性光伏电池集成到复杂形状的玻璃窗中。

Claims (13)

1.一种由嵌入有矩形光伏电池的透明聚合物材料制成的模块，其特征在于：所述光伏电池的侧边在分别的垂直方向d₁和d₂上具有长度l₁和l₂，根据分别的垂直方向d₁和d₂，所述模块具有半径分别为R₁、R₂的曲率；并且其特征在于：如果e_t表示聚合物材料的总厚度并且e_sup表示聚合物材料的覆盖光伏电池的意欲朝向太阳取向的一侧的最小厚度，则对于i=1和2，

$l_i\≤2\sqrt{(e_t-e_{\sup })(e_t-e_{\sup }+{2R}_i)}.$

2.根据权利要求1所述的模块，其特征在于：所述光伏电池中的至少一个具有刚性支架。

3.根据权利要求1或2所述的模块，其特征在于：所述聚合物材料是聚碳酸酯，并且聚合物材料的覆盖所述光伏电池的意欲朝向所述太阳取向的一侧的所述最小厚度e_sup至少等于2.5mm。

4.根据前述权利要求中的一项所述的模块，其特征在于：聚合物材料的所述总厚度e_t至多等于4mm。

5.根据前述权利要求中的一项所述的模块，其特征在于：R₁和R₂至多等于2000mm，优选等于1500mm，并且特别优选等于1000mm。

6.根据前述权利要求中的一项所述的模块，其特征在于：所述曲率半径R₁和R₂中的至少一个至多等于1000mm，优选等于750mm，并且特别优选等于500mm。

7.根据权利要求1、2、4、5和6中的一项所述的模块，其特征在于：所述透明聚合物材料构成层压体的中间粘合层。

8.根据前述权利要求中的一项所述的模块，其特征在于：所述光伏电池封装在阻尼封套中。

9.根据前述权利要求中的一项所述的模块，其特征在于：所述模块包括离散化的刚性光伏电池，所述离散化的刚性光伏电池与玻璃或聚合物基板上具有最显著曲率的区域中的光伏薄膜组合。

10.一种用于制造根据前述权利要求中除了权利要求7之外的一项所述的模块的处理方法，包括：将所述光伏电池定位在用于对热塑性聚合物材料进行注塑成型的模具的腔中，随后进行热塑性聚合物材料的注塑成型。

11.一种用于制造根据权利要求1、2以及4至9中的一项所述的模块的处理方法，包括：在层压体的组装之前，将所述光伏电池结合到所述层压体的中间粘合层中，随后进行所述组装。

12.一种根据权利要求1至9中的一项所述的模块的应用，所述模块应用于陆地、空中、水上交通工具，以及应用于建筑业或街道设施。

13.一种机动车辆的顶部或顶部的一部分，包括根据权利要求1至9中的一项所述的模块。

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