CN103636118A

CN103636118A - 具有融雪功能的太阳能模块

Info

Publication number: CN103636118A
Application number: CN201280002921.0A
Authority: CN
Inventors: 横山尚伸
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-03-12
Also published as: WO2014002253A1; JPWO2014002253A1; US20150096616A1; EP2701206A1; JP5304955B1

Abstract

本发明提供了具有融雪功能的太阳能模块，从而可能充分地融化累积在该太阳能模块上的雪。该具有融雪功能的太阳能模块包括太阳能电池1、经由密封材料层3b接合至该太阳能电池的非受光表面侧的传热板4、经由密封材料层3a接合至所述太阳能电池的受光表面侧的表面保护层2、和向该太阳能电池1施加电流导致所述太阳能电池1发热至该能够进行融雪的温度的外部电源10，且前表面整体都被形成为平坦面从而不从该表面保护层2突出。

Description

具有融雪功能的太阳能模块

技术领域

本发明涉及具有融雪功能的太阳能模块，从而可能融化累积在该太阳能模块上的雪。

背景技术

使用被用于安装在建筑物屋顶等之上的太阳能模块时，当雪累积在该太阳能模块上时，其中雪所累积的部分中的太阳能电池不能接受阳光，且不能发电。由于这个情况会持续到累积在该太阳能模块上的雪融化，因此有必要在降雪区域等中移除累积在该太阳能模块上的雪。作为移除累积在太阳能模块上的雪的一个方法，存在通过施加电流至太阳能电池且使得该太阳能电池发热来融化累积在该太阳能模块上的雪的方法。

例如，专利文献1公开了一太阳能面板，从而围绕太阳能电池的外围边缘提供楣梁状的框，且向该太阳能电池提供外部电源来融雪，因此使得该太阳能电池发热，其中在该太阳能电池的后表面侧上提供将该太阳能电池发出的热传递至该框的传热板。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP-A-2001-81918

发明内容

技术问题

专利文献1的太阳能面板被配置为使得该传热板将作为提供外部电源的结果由该太阳能电池发出的热，从该太阳能电池传递至该框，且该框被加热，藉此融化落在该框顶部表面上的雪，意味着可能防止由于融雪产生的水（雪融水）在框的顶部表面上结冰。

然而，使用专利文献1的太阳能面板，由于封围该太阳能电池的外围边缘的框被设置为突出超出该太阳能电池的前表面，雪融水易于累积在该太阳能电池和框之间的阶梯状部分中。由于此，累积在该阶梯状部分中的雪融水再结冰，且存在光伏性能仅在这个部分下降的危险、或接近热点的情况发生，藉此产生麻烦。

因此，本发明的目的在于提供具有融雪功能的太阳能模块，从而可能有效地融化累积在该太阳能模块上的雪。

问题的解决方案

一种具有融雪功能的太阳能模块，其特征在于，包括：太阳能电池；经由密封材料层接合至该太阳能电池的非受光表面侧的传热板；经由密封材料层接合至该太阳能电池的受光表面侧的表面保护层；和向该太阳能电池施加电流而使该太阳能电池发热至该能够进行融雪的温度的外部电源，其中前表面整体被形成为平坦面从而不从该表面保护层突出。

根据本发明的具有融雪功能的太阳能模块，由于该传热板被部署在该太阳能电池的非受光表面侧上当来自外部电源的电流被施加至该太阳能电池，该太阳能电池发出的热通过该传热板引导来均匀地加热该太阳能模块的前表面，且因此可能使得表面温度均匀。由于此，可能均匀地融化累积在该太阳能模块上的雪，且因此可能移除斑块状的迁延不去的雪。进一步，由于前表面全部被形成为平坦面从而不从该表面保护层突出，雪融水可排尽而不会留存在该太阳能模块上，且因此可能防止由于雪融水再结冰引起的麻烦。

在本发明的具有融雪功能的太阳能模块中，优选的是在该传热板的后表面侧上进一步部署隔热材料。根据这个方面，可能防止由该太阳能电池发出的热被传递至屋顶框架等，且因此可能有效地加热太阳能模块的前表面。

在本发明的具有融雪功能的太阳能模块中，优选的是在该太阳能电池和传热板之间插入耐热绝缘树脂片。优选的是该耐热绝缘树脂片由含氟树脂构成，且该树脂片的厚度为15μm或更大。进一步，优选的是该耐热绝缘树脂片经由密封材料层被粘贴至该太阳能电池的该非受光表面侧，且该传热板被接合至该耐热绝缘树脂片的后表面侧。根据这个方面，可能确保该太阳能电池和传热板之间的隔热性质，因此提供了较好的安全性。

在本发明的具有融雪功能的太阳能模块中，优选的是该传热板是由具14kcal/m.h.°C或更大的导热率的材料形成的0.3到1.0mm厚的板。

在本发明的具有融雪功能的太阳能模块中，优选的是该传热板是选自钢板、不锈钢板、和铝板中的一种。

根据至此所述的每一个方面，可能有效地传递该太阳能电池发出的热，因此使得该太阳能模块的表面温度更均匀。

在本发明的具有融雪功能的太阳能模块中，优选的是在融化累积在该太阳能模块上的雪时从该外部电源施加至该太阳能电池的电流被控制为使得该太阳能电池的发热密度为100到500W/m²。根据这个方面，可能有效地熔化累积在该太阳能模块上的雪。

本发明的有益效果

根据本发明的具有融雪功能的太阳能模块，由于该传热板被部署在该太阳能电池的非受光表面侧，当来自外部电源的电流被施加至该太阳能电池，该太阳能电池发出的热通过该传热板引导来均匀地加热该太阳能模块的前表面，且因此可能使得表面温度均匀。由于此，可能均匀地融化累积在该太阳能模块上的雪，且因此可能去除斑块状的迁延不去的雪。进一步，由于前表面全部被形成为平坦面从而不从该表面保护层突出，雪融水可排尽而不会留存在该太阳能模块上，且因此可能防止由于雪融水再结冰引起的麻烦。

附图简要说明

图1是本发明的具有融雪功能的太阳能模块的第一实施例的示意图。

图2是本发明的具有融雪功能的太阳能模块的第二实施例的示意图。

图3是本发明的具有融雪功能的太阳能模块的第三实施例的示意图。

图4是本发明的具有融雪功能的太阳能模块的第四实施例的示意图。

具体实施方式

（第一实施例）

使用图1，将给出对于本发明的具有融雪功能的太阳能模块的第一实施例的描述。

图1中的附图标记1是太阳能电池，通过顺序地在衬底的一个表面上堆叠第一电极层、光电转换层、和第二电极层来配置该太阳能电池。

太阳能电池1的衬底优选是耐热性优越的衬底。可能使用例如，由聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚乙二醇对苯二甲酸酯、芳族聚酰胺等制成的柔性膜衬底、玻璃衬底、或不锈钢衬底。可能通过使用柔性膜衬底来创建柔性太阳能电池。显然，当该衬底被设置在光入射侧上时，该衬底应该由透光材料构成。

在太阳能电池1的第一电极层和第二电极层中，设置在光入射侧上的电极层由诸如ITO、SnO、或ZnO之类的透明导电氧化物制成。还有，设置在相对光入射侧的电极层由诸如Ag、Ag合金、Ni、Ni合金、Al、或Al合金之类的导电金属制成。还有，由诸如ITO、SnO、或ZnO之类的透明导电氧化物形成的层（下文称之为透明导电氧化物层）可堆叠在由诸如导电金属之类形成的层（下文称之为导电金属层）上。可通过使用现有技术中已知的任何成膜方法（诸如气相沉积法、溅射法、或电镀）来将每一种电极材料形成为膜来形成每一个电极层，其形成方法没有特别限制。

太阳能电池1的光电转换层并不特定地限制。示例包括微晶硅半导体层、非晶硅半导体层、非晶硅锗半导体层、CIGS半导体层、和有机光电转换层。进一步，该光电转换层可以是其中堆叠了多个半导体单元的多结结构。

外部电源10电连接至该太阳能电池1。外部电源10以如此方式被配置为使得向太阳能电池1施加电流，因此导致该太阳能电池1产生热至能够进行融雪的温度。

此处，由于融雪的热是80千卡/kg，当积雪为1至3kg/m²·h时融雪所必需的热量为80to240千卡/m²·h(93到278w/m²)。当允许热损失等时，融化1至3kg/m²·h的积雪时必需的热产生密度为100到500W/m²。由于经常的情况是必须要融雪的积雪为约1到3kg/m²·h，优选的是当融化累积在该太阳能模块上的雪时，外部电源10施加给太阳能电池1的电流被控制为使得该太阳能电池1的热产生密度为100到500W/m²。

表面保护层2经由密封材料层3a接合至该太阳能电池1的受光表面侧。进一步，前表面全部被形成为平坦从而不从所述表面保护层2突出。

不在材料方面特定地限制密封材料层3a。示例包括聚乙烯树脂、乙烯乙酸乙酸酯共聚物（EVA）、环氧树脂、聚氨酯树脂、硅树脂、丙烯酸(类)树脂、聚异丁烯、和聚乙二醇对苯二甲酸酯。其中，聚乙烯树脂和乙烯乙酸乙酸酯共聚物（EVA）优选地应用于该太阳能模块，因为它们具有被应用于太阳能模块的丰富记录。进一步，作为改进密封材料层的导热率的手段，还可构想的是在其中包含诸如钻石颗粒或氮化硅颗粒之类的传热颗粒。

密封材料层3a的膜厚度优选为0.3到1.0mm、且更优选为0.3到0.6mm。当膜厚度小于0.3mm时，可发生诸如防水性和绝缘性之类的性质下降的情况，因此对于处理密封材料层3a提出了难题。当厚膜度超过1.0mm时，可发生热阻增加且因此可能无法充分地加热太阳能模块的前表面的情况。

在透明度、耐气候性、和耐热性方面优越的材料对于表面保护层2是优选的。示例包括由四氟乙烯-乙烯共聚物、偏二氟乙烯树脂、聚三氟氯乙烯树脂、ETFE（乙烯-四氟乙烯）、丙烯酸(类)树脂、涂覆聚三氟氯乙烯的丙烯酸(类)树脂、和聚脂树脂制成的膜。

表面保护层2的膜厚度优选为0.02到0.1mm、且更优选为0.025到0.05mm。当膜厚度小于0.025mm时，可发生诸如防水性和绝缘性之类的性质下降的情况，因此对于处理表面保护层2提出了难题。

传热板4经由密封材料层3b接合至该太阳能电池的非受光表面侧。

作为密封材料层3b的材料，可能使用与上述密封材料层3a同样的材料。

密封材料层3b的膜厚度更优选为0.3到0.6mm。当膜厚度小于0.3mm时，可发生诸如防水性和绝缘性之类的性质下降的情况，因此对于处理密封材料层3b提出了难题。当厚膜度超过1.0mm时，可发生热阻增加且因此可能无法充分地加热太阳能模块的前表面的情况。

在这个实施例中，传热板4由置于太阳能电池1的非受光表面侧上的传热部分4a和通过弯折传热部分4a的端部形成的支脚部4b构成。

传热板4的导热率优选为14kcal/m.h.°C或更大。当传热板的导热率太低时，可发生不可能有效地加热太阳能模块的前表面的情况。传热板的优选特定示例包括铜板（导热率：30到40kcal/m.h.°C）、不锈钢板（导热率：14到20kcal/m.h.°C）、和铝板（导热率：194到205kcal/m.h.°C）。铝板是特别优选的，因为它具有较高的导热率。

传热板4的厚度优选为0.3到1.0mm、且更优选为0.5到0.8mm。当该厚度小于0.3mm时，模块强度减少，因此触发例如出于增强模块的需要引起的成本增加。

图1的具有融雪功能20a的太阳能模块使得传热板4的支脚部4b被部署为经由夹具等固定至建筑物的屋顶的框架等。

具有融雪功能的太阳能模块20a使得，当有雪累积在该太阳能模块上时，电流从外部电源10被施加至该太阳能电池1，且通过被施加至该太阳能电池1的电流，该太阳能电池产生热。该太阳能电池1所产生的热通过传热板4传导从而均匀地加热该太阳能模块的前表面。由于此，可能均匀地融化累积在该太阳能模块上的雪，且因此可能移除斑块状的迁延不去的雪。

进一步，在这个实施例中，该太阳能模块是没有框架的类型，从而通过让太阳能电池1被层压在经由密封材料层3a接合的表面保护层2和经由密封材料层3b接合的传热板4之间来密封该太阳能电池1，其中前表面的全部被形成为平坦面从而不从表面保护层2突出，意味着雪融水可排尽而不会留存于太阳能模块上，且因此可能防止由于雪融水再结冰引起的麻烦。

（第二实施例）

图2示出第二实施例的具有融雪功能的太阳能模块20b。这个实施例区别于上述第一实施例之处在于隔热材料5被置于传热板4的后表面侧上。

在这个实施例中，隔热材料5被置于传热板4的后表面侧上的位于传热部分4a和支脚部4b之间的空间内。

隔热材料5的类型并不特定地限制。示例包括诸如玻璃丝或石棉之类的无机纤维绝热体、诸如聚氨酯泡沫体或泡沫聚苯乙烯之类的泡沫绝缘、以及真空绝热体。隔热材料5的厚度，因其根据隔热材料的类型而变化，不特定地限制。通过调节支脚部4b的长度，足以调节隔热材料5的厚度。

根据这个实施例，可能防止由该太阳能电池发出的热被传递至屋顶等的框架，且因此有效地加热太阳能模块的前表面。由于此，可能减少融雪必需的能量的使用，且因此可能以低成本有效地融化所累积的雪。

（第三实施例）

图3示出第三实施例的具有融雪功能的太阳能模块20c。

在这个实施例中，被模制为板状的传热板4’经由密封材料层3b被接合至太阳能电池1的非受光表面侧，且隔热材料5被置于传热板4’的后表面侧上。

具有融雪功能的太阳能模块20c使得隔热材料5被部署成经由夹具等固定至建筑物的屋顶的框架等。即，在上述第一和第二实施例中，传热板4的支脚部4b被部署为固定至框架，但是在这个实施例中，太阳能模块20c被部署为经由隔热材料5固定至框架。由于此，根据这个方面，可能更有效地防止太阳能电池所产生的热被传递至屋顶的框架等。

（第四实施例）

图4示出第四实施例的具有融雪功能的太阳能模块20d。

这个实施例区别于上述第一实施例之处在于，耐热绝缘树脂片6被插在太阳能电池1和传热板4之间。

即，在这个实施例中，耐热绝缘树脂片6经由密封材料层3b1粘贴到太阳能电池1的非受光表面侧。进一步，传热板4经由密封材料层3b2接合至耐热绝缘树脂片6的后表面侧。

接合耐热绝缘树脂片6和太阳能电池1的密封材料层3b1的材料并不特定地限制。可能使用与上述密封材料层3b同样的材料。同样，密封材料层3b1的膜厚度优选为0.15到0.5μm，且更优选为0.15到0.3μm。当膜厚度超过0.5μm时，导热率下降、且材料成本还增加，意味着这样的厚度增加并不经济。

接合耐热绝缘树脂片6和传热板4的密封材料层3b2的材料并不特定地限制。可能使用与上述密封材料层3b同样的材料。同样，密封材料层3b2的膜厚度优选为0.15到0.5μm，且更优选为0.15到0.3μm。当膜厚度超过0.5μm时，导热率下降、且材料成本还增加，意味着这样的厚度增加并不经济。

耐热绝缘树脂片6可以是任何材料，只要其在耐热和绝缘性质方面优越。优选的材料是含氟树脂。含氟树脂的示例包括部分地氟化的树脂和氟化的树脂共聚物，诸如聚三氟氯乙烯(三氟树脂：PCTFE,CTFE)、二氟化聚偏二乙烯(PVDF)、偏二氟乙烯树脂、聚氟乙烯（PVF）、全氟烷氧基树脂(PFA)、四氟乙烯-乙烯共聚物、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、三氟氯乙烯树脂、乙烯-氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)、或乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)。

耐热绝缘树脂板6的厚度根据材料而变化。例如，当耐热绝缘树脂板6由含氟树脂构成时，其厚度优选为15μm或更大、且更优选为25μm到50μm。例如，需要3kV或更高的击穿电压来清除基于JISC8991的绝缘试验。当使用ETFE用作耐热绝缘树脂板时，通过将厚度设置为15μm或更大有可能实现3kV或更高的击穿电压。

根据这个实施例，可能确保该太阳能电池1和传热板4之间的隔热性质，因此提供了优良的安全性。

在这个实施例中，也以与上述第二和第三实施例一样的方式，隔热材料5可被部署于传热板4的后表面侧上。

附图标记列表

1:太阳能电池

2:表面保护层

3a、3b、3b1、3b2：密封材料层

4,4’:传热板

5:隔热材料

6:耐热绝缘树脂板

10:外部电源

20a、20b、20c、20d：太阳能模块

Claims

1.一种具有融雪功能的太阳能模块，其特征在于，包括：太阳能电池；经由密封材料层接合至所述太阳能电池的非受光表面侧的传热板；经由密封材料层接合至所述太阳能电池的受光表面侧的表面保护层；和向所述太阳能电池施加电流，而使所述太阳能电池发热至能够进行融雪的温度的外部电源，其中

前表面整体被形成为平坦面从而不从所述表面保护层突出。

2.如权利要求1所述的具有融雪功能的太阳能模块，其特征在于，

隔热材料进一步被部署在所述传热板的后表面侧。

3.如权利要求1或2所述的具有融雪功能的太阳能模块，其特征在于，

耐热绝缘树脂片被插入在所述太阳能电池和传热板之间。

4.如权利要求3所述的具有融雪功能的太阳能模块，其特征在于，

所述耐热绝缘树脂片由含氟树脂构成，且所述树脂片的厚度为15μm或更大。

5.如权利要求3或4所述的具有融雪功能的太阳能模块，其特征在于，

所述耐热绝缘树脂片经由所述密封材料层被粘贴至所述太阳能电池的所述非受光表面侧，且所述传热板被接合至所述耐热绝缘树脂片的后表面侧。

6.如权利要求1到5中任一项所述的具有融雪功能的太阳能模块，其特征在于，

所述传热板是由具有14kcal/m.h.°C或更大的导热率的材料形成的0.3到1.0mm厚的板。

7.如权利要求1到6中任一项所述的具有融雪功能的太阳能模块，其特征在于，

所述传热板是选自钢板、不锈钢板、和铝板中的一种。

8.如权利要求1到7中任一项所述的具有融雪功能的太阳能模块，其特征在于，

在融化累积在所述太阳能模块上的雪时从所述外部电源施加至所述太阳能电池的电流被控制为使得所述太阳能电池的发热密度为100到500W/m²。