CN104038142B - 通用型易安装光伏构件及使用该构件的光伏安装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通用型易安装光伏构件及使用该构件的光伏安装结构，光伏构件由OCA光学胶粘结层、受光面封装层、第一粘结层、光伏电池层，第二粘结层、背面支撑层按由上至下顺序依次层叠而成。背面支撑层的面向光伏电池层的一面具有背面保护层，OCA光学胶粘结层的表面覆盖离型层。该通用型易安装光伏构件通过受光面的OCA光学胶粘结层粘结在透明刚性应用部件背面。本发明的有益效果是：使光伏发电表面制造和应用产品制造过程得以分离，节省光伏应用产品的设计成本和缩短设计周期，节省光伏应用产品的安装时间和安装成本。

Description

通用型易安装光伏构件及使用该构件的光伏安装结构
技术领域
本发明涉及光伏组件技术领域，特别是一种通用型易安装光伏构件及使用该构件的光伏安装结构。
背景技术
1955年，Bell实验室为了验证光伏技术为通信系统供电的潜力，设计了第一块光伏组件，该光伏组件的功率为10W，硅油密封，组件效率：2％。1958年，硅太阳电池开始在空间使用。民用高可靠组件的标志是Philips公司在1976年生产的BPX47A，其结构是双层玻璃+硅橡胶、橡胶边缘密封、铝框、电池的电极是Ti/Pd/Ag，组件效率6.4％。2004年以来，光伏产业得到了各国政府，尤其是德国的大力推动发展。
2013年以前，光伏应用的主体市场是大型光伏电站，单个电站的规模一般在几十到几百MW。分布式(几kW到几MW的小型光伏电站)和建筑一体化光伏应用相对较少。建筑一体化光伏占比不到总市场容量的1％。
2014年以来，分布式光伏越来越得到重视。中国政府2014年14GW的光伏安装中，大约8GW是分布式小型光伏电站应用。
目前现有光伏组件按机械性能主要分为2类：刚性组件和柔性光伏组件。整个行业以刚性光伏组件为主。
典型晶体硅光伏组件就属于刚性光伏组件。其常见结构为：钢化玻璃、EVA、多晶或单晶光伏电池组串、EVA、PET/TPT或玻璃背板。组件的边缘采用铝合金边框和硅胶封装，并在背板背面安装接线盒。这种光伏组件具有非常好的机械性能。根据IEC61215的规定，组件可承受2400Pa以上的压强。目前市场上，天合，Sun power，英利，阿特斯等公司生产的组件属于这一类。
应用于大型电站的商业化的薄膜光伏组件也通常是刚性组件，如美国Firstsolar，Miasole公司日本Kenaka公司等。用于光伏电站的组件典型结构和晶体硅电池相似：钢化玻璃、EVA、薄膜电池、EVA、PET/TPT或玻璃背板。其中薄膜电池层包括导电玻璃、非晶硅微晶硅薄膜或CdTe或CIGS薄膜、以及辅助层如导电层、限光层和隔离层等。在要求较低场合，也有人采用电池/PVC膜；或者薄膜电池/EVA/普通玻璃的方式。
在上述光伏电池封装方式下，光伏组件在应用于不同表面时，需要设计不同的支架结构，适用于大型光伏电站。
针对弧形不规则表面，和对重量要求较高的场合，常用柔性光伏组件。这方面的代表公司如美国的Uni-solar等。主要以不锈钢、聚酰亚胺为衬底制备的光伏组件。Uni-solar的光伏电池结构由上到下为，透明导电层、蓝光电池、绿光电池和红光电池层，金属反射层、柔性不锈钢衬底。采用耐用、高透光率的ETFE聚酯膜封装。目前非晶硅微晶硅技术的柔性光伏的最大问题是光电转换效率低，约为正常晶体硅电池的1/2，同时成本过高。CIGS电池具有更高的电池效率，但其良品率更难于控制(由于CIGS电池效率优化需要形成α相黄铜矿Chalcopyrite结构，工艺窗口很窄)。
由于柔性光伏组件的种种问题，目前在小弧形应用场合，如奥迪汽车等的车顶换气动力，奔驰轿车的F100概念车顶等，人们仍然采用了刚性的双玻结构。这些双玻结构采用了弧面玻璃，利用高压釜工艺进行封装。
目前，使用晶体硅电池组件无法实现“轻量化”安装，很多应用场合(如承重能力低的屋顶)，就无法享受到晶体硅电池高发电效率高可靠的发电性能。同时，由于屋顶和光伏组件分开设计，就会有严重的材料浪费，如晶体硅组件的支架部分已经占到总安装成本的5～11％左右。同时，在屋顶打孔安装等又会造成漏水等不必要的可靠性方面的担心。
同时刚性的晶体硅组件和太阳房，汽车，船体等应用结合时又比较难看。同时难以改造。例如已经建好的太阳房透明屋顶要拆掉后才能安装新的双玻太阳能组件，给户主带来不便，在增加安装成本的同时，损害客户体验。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：刚性光伏组件在应用于不同表面时，需要设计不同的支架结构，安装繁琐，支架结构占据较大的成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种通用型易安装光伏构件，由OCA光学胶粘结层、受光面封装层、第一粘结层、光伏电池层，第二粘结层、背面支撑层按由上至下顺序依次层叠而成。
为保护背面支撑层，进一步限定，背面支撑层的面向光伏电池层的一面具有背面保护层，背面保护层与光伏电池层之间通过第二粘结层粘结，背面保护层与背面支撑层之间通过第三粘结层粘结。
进一步限定，OCA光学胶粘结层的表面覆盖离型层。
进一步限定，OCA光学胶粘结层为薄型OCA胶带或者OCA胶水层，厚度0.025mm～0.1mm。
进一步限定，受光面封装层为ETFE薄膜、PVC薄膜、PET薄膜或TPT薄膜，厚度0.1～0.5mm。
进一步限定，背面保护层为含氟树脂薄膜，厚度0.1～0.5mm。
进一步限定，所述的背面支撑层为PC阳光板、有机玻璃薄板、FRP薄板、轻质金属薄板、碳纤维薄板或轻质纤维布。
一种光伏安装结构，包括透明刚性应用部件和通用型易安装光伏构件，通用型易安装光伏构件通过受光面的OCA光学胶粘结层粘结在透明刚性应用部件背面。
进一步限定，透明刚性应用部件包括太阳房、蔬菜大棚、建筑门窗、建筑幕墙、机动车船(汽车、电动车、三轮车游艇等)天窗或车顶、机动车前后风挡、车棚顶、电动汽车充电桩棚顶、鱼塘遮阳棚等。
本发明的有益效果是：使光伏发电表面制造和应用产品制造过程得以分离，为广泛用能设备如电动汽车，阳光房，冷库等提供光伏发电的平台性解决方案。节省光伏应用产品的设计成本和缩短设计周期。节省光伏应用产品的安装时间和安装成本。例如制造电动车或汽车顶的光伏应用时，不再把光伏电池压制在玻璃窗里面，而是用一定的弧面进行二次贴装制造，或做后期装饰性安装。这也为更美观的外表提供了可能性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的制造流程图；
图中：101.OCA光学胶粘结层，111.受光面封装层，112.第一粘结层，113.光伏电池层，114.第二粘结层，115.背面保护层，121.第三粘结层，122.背面支撑层。
具体实施方式
如图1所示，一种通用型易安装光伏构件，适用于电动车表面的光伏应用场合，屋顶的太阳能应用场合，以及和建筑结合的太阳能应用场合，由OCA(optical clearadhesives)光学胶粘结层101、受光面封装层111、第一粘结层112、光伏电池层113，第二粘结层114、背面支撑层122按由上至下顺序依次层叠而成。为保护背面支撑层122，背面支撑层122的面向光伏电池层113的一面具有背面保护层115，背面保护层115与光伏电池层113之间通过第二粘结层114粘结，背面保护层115与背面支撑层122之间通过第三粘结层121粘结。在边缘没有有效电池发电的部分可选地使用结构胶加固。
OCA光学胶粘结层101为薄型OCA胶带或者OCA胶水层，厚度0.025mm～0.1mm，为保护OCA光学胶粘结层101，OCA光学胶粘结层101的表面覆盖离型层，OCA光学胶的粘结力约为100N/cm2，对应106N/m2。考虑地球上每千克质量物体的重力加速度为9.8N/kg,可以用约等于10N/kg来做估算。每平方米OCA光学胶的拉脱力大约为100吨。而实际光伏发电构件部分远小于10kg。因此，OCA光学胶具有足够的粘结强度。
受光面封装层111可以选择ETFE薄膜、PVC薄膜、PET薄膜或TPT薄膜，厚度0.1～0.5mm，如杜邦公司的ETFE薄膜或PVC封装。
粘结层可以选择EVA、PVB或者XUS，如杜邦或海优威公司的EVA或PVB，或来自陶氏化学的XUS。
光伏电池层113可以选择晶硅电池或者薄膜电池，如天合光能或美国Solexcel公司的高效晶硅电池、或Miasole公司的高效CIGS电池。
背面保护层115可以选择含氟树脂薄膜，厚度0.1～0.5mm，如氟化PET薄膜。
背面支撑层122使整个构件具有一定的韧性，可以选择PC阳光板、有机玻璃薄板、FRP薄板或轻质金属薄板，FRP薄板如碳纤维板，轻质金属薄板如铝板，在背面支撑层122上还可以进一步进行美工修饰印刷或装潢。
图2给出了该光伏构件的制造过程：
首先通过镀锡或镀铟铜连接线将光伏电池层113中的电池片做合适的串并接。然后按背面支撑层122、第三粘结层121、背面保护层115、第二粘结层114、光伏电池层113、第一粘结层112、受光面封装层111从下向上依次层叠，采用常规光伏电池的层压工艺，抽真空约6分钟，在140左右温度层压约7分钟，使各部分胶连定型。
或者，在光伏电池层113中的电池片做合适的串并接后，将背面支撑层122、第三粘结层121、背面保护层115进行预粘合成背面层，然后按预粘合的背面层、第二粘结层114、光伏电池层113、第一粘结层112、受光面封装层111从下向上依次层叠，采用常规光伏电池的层压工艺，抽真空约6分钟，在140左右温度层压约7分钟，使各部分胶连定型。
OCA光学胶粘结层101复合至受光面封装层111有两种工艺路径，一种可选路径为：受光面封装层111用平板显示通用设备进行OCA光学胶涂胶，然后加离型层保护，避光低温(5-22℃)保存，这种可选路径一般只适合做几天到一月的短期保存。在光伏构件的实际安装使用时，揭掉表面离型层，通过OCA光学胶黏贴到透明刚性应用部件表面。另一种可选路径为：参照平板显示产业的涂胶方式现场涂胶，然后通过OCA光学胶黏贴到透明刚性应用部件表面。
实施例1
一种通用型易安装光伏构件，从上向下依次为：
离型层100：采用PET薄膜，厚度约为0.01～0.05mm；
OCA光学胶粘结层101：采用3M薄型OCA胶带或胶水层，厚度为0.025～0.10mm；
受光面封装层111：采用0.2mm厚度的ETFE薄膜，具有良好的透光和保护性能；
第一粘结层112：采用0.5mm的EVA胶膜层；
光伏电池层113：采用小片高效晶体硅电池，不同电池之间通过多个铜导线连接；
第二粘结层114：与第一粘结层112相同，采用0.5mm的EVA胶膜层；
背面保护层115：采用0.2mm的透明氟化PET薄膜；
第三粘结层121：采用0.2mm的透明EVA；
背面支撑层122：采用1mm透明耐高温PC(聚碳酸酯)阳光板，如德国拜耳APEC1603材料制备的薄板；
光伏构件边缘采用结构密封胶进一步加强。
实施例2
一种通用型易安装光伏构件，从上向下依次为：
离型层100：采用PET薄膜，厚度约为0.01～0.05mm；
OCA光学胶粘结层101：采用3M薄型OCA胶带或胶水层，厚度为0.025～0.10mm；
受光面封装层111：采用0.2mm厚度的PET薄膜，具有良好的透光和保护性能；
第一粘结层112：采用0.5mm的EVA胶膜层；
受光面封装层111：采用小片高效晶体硅电池，不同电池之间通过多个铜导线连接；
第二粘结层114：与第一粘结层112相同，采用0.5mm的EVA胶膜层；
背面层：采用1mm透明氟化耐高温PC(聚碳酸酯)阳光板，如德国拜耳APEC1603材料经过氟化制备的薄板。
在该光伏构件的制造过程中选择先对PC(聚碳酸酯)阳光板、EVA、透明氟化PET薄膜预粘结，得到透明氟化耐高温PC(聚碳酸酯)阳光板，然后在与其他组成部分进行层压。
根据前面对发明内容的描述，结合上述两个实例，本行业的普通技术人员很容易在不改变本发明的实质的情况下，对上述实施例进行简单变化。例如，将高效晶体硅电池变为不锈钢衬底或聚酰乙胺衬底的高效CIGS电池。又例如将实施例1中的ETFE薄膜和PET薄膜位置互换。又例如，将高效晶体硅电池换为澳洲国立大学Sliver技术生产的高效硅片，或日本sphelarpower公司的球形硅片。这些都不改变本发明的实质，仍在本发明的保护范围之内。
一种光伏安装结构，包括透明刚性应用部件和本发明的通用型易安装光伏构件，通用型易安装光伏构件通过受光面的OCA光学胶粘结层101粘结在透明刚性应用部件背面。
透明刚性应用部件包括太阳房、蔬菜大棚、建筑门窗、建筑幕墙、机动车船(汽车、电动车、三轮车游艇等)天窗或车顶、机动车前后风挡、车棚顶、电动汽车充电桩棚顶、鱼塘遮阳棚等。
和常规的晶体硅或薄膜刚性光伏组件不同。由于发明没有设计承重层，本发明的光伏构件在安装前，不符合IEC61215或IEC61646的机械载荷性能要求，IEC61215或IEC61646的机械载荷性能要求光伏组件能承受2400Pa以上的压强。本发明的目的是，在光伏构件安装在应用表面后，由应用表面(如钢化玻璃层)提供需要的机械荷载能力。因此，IEC欧标和UL美标的相关性能测试，如需要测量，必须和实际应用机械承载面结合后，再进行相关测试。或者，更为合适的是，针对应用场合要求的实际测试规定进行测试，如建筑和汽车应用的相关测试。

Claims (7)

1.一种通用型易安装光伏构件，其特征是：由OCA光学胶粘结层(101)、受光面封装层(111)、第一粘结层(112)、光伏电池层(113)，第二粘结层(114)、背面支撑层(122)按由上至下顺序依次层叠而成,
所述的受光面封装层(111)为ETFE薄膜、PVC薄膜、PET薄膜或TPT薄膜，厚度0.1～0.5mm,
所述的背面支撑层(122)为PC阳光板、有机玻璃薄板、FRP薄板、轻质金属薄板、碳纤维薄板或轻质纤维布。
2.根据权利要求1所述的通用型易安装光伏构件，其特征是：所述的背面支撑层(122)的面向光伏电池层(113)的一面具有背面保护层(115)，背面保护层(115)与光伏电池层(113)之间通过第二粘结层(114)粘结，背面保护层(115)与背面支撑层(122)之间通过第三粘结层(121)粘结。
3.根据权利要求1或2所述的通用型易安装光伏构件，其特征是：所述的OCA光学胶粘结层(101)的表面覆盖离型层。
4.根据权利要求1或2所述的通用型易安装光伏构件，其特征是：所述的OCA光学胶粘结层(101)为薄型OCA胶带或者OCA胶水层，厚度0.025mm～0.1mm。
5.根据权利要求2所述的通用型易安装光伏构件，其特征是：所述的背面保护层(115)为含氟树脂薄膜，厚度0.1～0.5mm。
6.一种光伏安装结构，其特征是：包括透明刚性应用部件和权利要求1或2所述的通用型易安装光伏构件，所述的通用型易安装光伏构件通过受光面的OCA光学胶粘结层(101)粘结在透明刚性应用部件背面。
7.根据权利要求6所述的一种光伏安装结构，其特征是：所述的透明刚性应用部件包括太阳房、蔬菜大棚、建筑门窗、建筑幕墙、机动车船天窗或车顶、机动车前后风挡、车棚顶、电动汽车充电桩棚顶、鱼塘遮阳棚。
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