CN104600142A - 光伏组件 - Google Patents

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    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Abstract

本发明提供了一种光伏组件。其中，该光伏组件包括：太阳能电池和设置于太阳能电池入光侧的透明背板，光伏组件还包括设置于太阳能电池和透明背板之间的选择光线透射膜，其中，选择光线透射膜由至少一层介质增反膜层组成。由于选择光线透射膜由至少一层介质增反膜层组成，从而可利用介质增反膜能够反射特定波长光这一性质，使光通过介质增反膜层调节反射回太阳能电池中，进而提高了太阳能电池的光电转换效率，并且使光伏组件对特定波长光的透过率得以下降，实现了光伏组件对特定波长光的选择性透过作用。

Description

光伏组件
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，具体而言，涉及一种光伏组件。
背景技术
太阳能电池组件作为一种通过光电转换作用将光能转换为电能的装置，既具有太阳能发电功能，又能使太阳光线透过太阳能电池组件照射到室内，从而能够在保证光伏建筑或光伏农业大棚光线照明的同时，实现太阳能发电。
但是，现有晶体硅太阳能电池不能灵活地调节其对特定波长光的响应能力(即使特定波长光透射还是反射的能力。当光线强烈时，大量光线透射到建筑内部，造成建筑内部温度急剧上升和室内光污染。并且对于光伏农业大棚而言，过多的光线进入到大盆内部会影响农作物的生长。另一方面，光伏农业大棚内的植物的最优生长环境需要不同特定波长光，而多余波长的光线不利于高附加值经济作物的生长，从而不利于农业大棚光伏一体化的推广。
为了解决上述问题，本领域的技术人员尝试进行了一系列研究，但是这些研究并没有解决上述问题。例如，公开号为CN202120945U的中国专利公开了一种太阳能电池组件，该太阳能电池组件利用在背玻璃表面制备高反射金属膜以使光线被反射回太阳能电池中，然而设置在光伏组件背面的金属膜存在容易老化的问题，并且无法实现光伏组件的双面透光功能，从而不适合应用在光伏建筑和光伏农业大棚上。再例如，公开号为CN203503670U的中国专利提供的太阳能电池组件虽然可以实现光伏组件的双面透光功能，但是也无法将特定波长光进行反射。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种光伏组件，以实现光伏组件对特定波长光的选择性透过作用。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种光伏组件，该光伏组件包括太阳能电池和设置于太阳能电池的背光侧的透明背板，光伏组件还包括设置于太阳能电池和透明背板之间的选择光线透射膜，其中，选择光线透射膜由至少一层介质增反膜层组成。
进一步地，当通过介质增反膜层调节反射至太阳能电池的光的波长范围在X1～X2时，介质增反膜层的光学厚度H的范围为X1/2～X2/2。
进一步地，选择光线透射膜由n层介质增反膜层组成，n≥2，且第1层介质增反膜层至第n层介质增反膜层沿远离透明背板的方向依次设置，各介质增反膜层满足下述条件：在沿各介质增反膜层依次设置的方向上，层数为奇数的各介质增反膜层的折射率依次递减；在沿各介质增反膜层依次设置的方向上，层数为偶数的各介质增反膜层的折射率依次递减；以及各相邻介质增反膜层中层数为奇数的介质增反膜层的折射率大于层数为偶数的介质增反膜层的折射率。
进一步地，选择光线透射膜由两层介质增反膜层组成，且第1层介质增反膜层的材料为Al2O3，第2层介质增反膜层的材料为TiO2；或者选择光线透射膜由三层介质增反膜层组成，且第1层介质增反膜层的材料为AlN，第2层介质增反膜层的材料为Al2O3，第3层介质增反膜层的材料为TiO2。
进一步地，选择光线透射膜由一层介质增反膜层组成，且介质增反膜层的材料为TiO2、Al2O3或AlN。
进一步地，通过介质增反膜层调节反射至太阳能电池的光的波长范围X1～X2为280～420nm和/或1000～1400nm。
进一步地，光伏组件中还包括第一封装层，透明背板、选择光线透射膜、第一封装层和太阳能电池依次层叠设置，且选择光线透射膜中介质增反膜层的折射率大于透明背板的折射率，透明背板的折射率大于第一封装层的折射率。
进一步地，光伏组件还包括依次设置于太阳能电池的背光侧的第二封装层和透明层。
进一步地，第一封装层和第二封装层的材料选自聚乙烯-乙烯酸乙酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚氨酯弹性体、聚烯烃和聚乙烯-乙酸酯离子聚合物中的任一种或多种；透明背板和透明层材料为玻璃或透明聚合物。
进一步地，太阳能电池为单晶硅电池、多晶硅电池、类单晶硅电池和异质结电池中的任一种或多种。
应用本发明的技术方案，本发明通过提供一种包含选择光线透射膜的光伏组件，且选择光线透射膜由至少一层介质增反膜层组成，从而能够利用介质增反膜能够反射特定波长光这一性质，使光通过介质增反膜层调节反射回太阳能电池中，进而提高了太阳能电池的光电转换效率，并且使光伏组件对特定波长光的透过率得以下降，实现了光伏组件对特定波长光的选择性透过作用。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明实施方式所提供的光伏组件的剖面结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述做出相应解释。
正如背景技术中所介绍的，现有光伏组件无法选择性透过特定波长光。本发明的发明人针对上述问题进行研究，提出了一种光伏组件。如图1所示，该光伏组件包括太阳能电池40和设置于太阳能电池40的背光侧的透明背板10，光伏组件还包括设置于太阳能电池40和透明背板10之间的选择光线透射膜20，其中，选择光线透射膜20由至少一层介质增反膜层组成。
上述光伏组件由于具有由至少一层介质增反膜层组成的选择光线透射膜，从而能够利用利用介质增反膜能够反射特定波长光的这一性质，使光通过介质增反膜层调节反射回太阳能电池中，提高了太阳能电池的光电转换效率，并且使光伏组件对特定波长光的透过率得以下降，进而实现了光伏组件对特定波长光的选择性透过作用。
进一步地，由于设置有透明背板10，并且透明背板10可以透光，因此将透明背板10应用到光伏组件中时，能够使更多的光透过光伏背板而入射到太阳能电池40中，并通过太阳能电池40转化为电能，从而实现了光伏组件的双面发电，进而提升了光伏组件的发电效率。
在本发明上述光伏组件中，介质增反膜层的光学厚度为H，并且光学厚度可以根据上述透过率进行设定，优选地，当通过介质增反膜层调节反射至太阳能电池40的光的波长范围在X1～X2时，介质增反膜层的光学厚度H的范围为X1/2～X2/2。由于光学厚度为介质增反膜层的厚度与折射率的乘积，因此，在上述优选的透过率和光学厚度范围内，能够通过合理设定介质增反膜层的厚度与折射率，使光伏组件能够实现对特定波长光的选择性透过，并且该光伏组件对特定波长光具有较低的透过率。
优选地，选择光线透射膜20由n层介质增反膜层组成，n≥2，且第1层介质增反膜层至第n层介质增反膜层沿远离透明背板10的方向依次设置，各介质增反膜层满足下述条件：在沿各介质增反膜层依次设置的方向上，层数为奇数的各介质增反膜层的折射率依次递减；在沿各介质增反膜层依次设置的方向上，层数为偶数的各介质增反膜层的折射率依次递减；以及各相邻介质增反膜层中层数为奇数的介质增反膜层的折射率大于层数为偶数的介质增反膜层的折射率。此时，上述选择光线透射膜20能够使更多的特定波长光被反射回太阳能电池40中；并且与单层介质增反膜层组成的选择光线透射膜相比，具有多层介质增反膜层的选择光线透射膜20能够使更多特定波长光线被反射回太阳能电池40中，从而使得光伏组件对同一特定波长光的透过率更低。
当上述选择光线透射膜20由单层介质增反膜层组成时，单层介质增反膜层可以采用本领域常见的介质材料。优选地，选择光线透射膜20由一层介质增反膜层组成，且介质增反膜层的材料为TiO2、Al2O3或AlN。采用上述优选的介质增反膜层材料能够使较多的特定波长光被反射回太阳能电池40中，从而能够使选择光线透射膜20对特定波长光的透过率更低。
同样地，当上述选择光线透射膜20由多层介质增反膜层组成时，各介质增反膜层的材料可以根据实际需求进行设定。优选地，选择光线透射膜20由两层介质增反膜层组成，且第1层介质增反膜层的材料为Al2O3，第2层介质增反膜层的材料为TiO2；或者选择光线透射膜20由三层介质增反膜层组成，且第1层介质增反膜层的材料为AlN，第2层介质增反膜层的材料为Al2O3，第3层介质增反膜层的材料为TiO2。此时，选择光线透射膜20能够使更多特定波长光线被反射回太阳能电池40中，从而使得光伏组件对同一特定波长光的透过率更低。
在本发明上述光伏背板中，需要通过介质增反膜层调节反射回到太阳能电池40的光的波长范围可以根据实际需求进行设定，优选地，通过介质增反膜层调节反射至太阳能电池40的光的波长范围X1～X2为280～420nm和/或1000～1400nm。在上述优选的波长范围内，选择光线透射膜20能够将对应于紫外区和红外区波长的部分/全部光反射回太阳能电池40中。
在本发明上述光伏背板中光伏组件中还包括第一封装层30，透明背板10、选择光线透射膜20、第一封装层30和太阳能电池40依次层叠设置，且选择光线透射膜20中介质增反膜层的折射率大于透明背板10的折射率，透明背板10的折射率大于第一封装层30的折射率。此时，由于组成选择光线透射膜20的介质增反膜层具有大于透明背板10以及第一封装层30的折射率，因此将选择光线透射膜20设置于透明背板10与第一封装层30之间，能够使光线在经过透明背板10前被选择光线透射膜20部分反射回太阳能电池40中。
优选地，光伏组件中还可以包括次设置于太阳能电池40的背光侧的第二封装层50和透明层60。第一封装层30和第二封装层50的材料可以根据现有技术进行设定。优选地，第一封装层30和第二封装层50的材料选自聚乙烯-乙烯酸乙酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚氨酯弹性体、聚烯烃和聚乙烯-乙酸酯离子聚合物中的任一种或多种。采用上述材料可以使所形成第一封装层30和第二封装层50具有高透明度、高耐冲击性和高粘结性。
同时，透明背板10和透明层60的材料也可以根据现有技术进行设定。优选地，透明背板10和透明层60材料为玻璃或透明聚合物。进一步地，透明层60材料为钢化玻璃。钢化玻璃的表面形成有压应力，可以在承受外力时首先抵消表面应力，因此具有较高的机械强度，从而使光伏组件具有更高的可靠性。
同时，本领域的技术人员可以根据现有技术设定太阳能电池40的组成。优选地，太阳能电池40包括单晶硅电池、多晶硅电池、类单晶硅电池和异质结电池中的任一种或多种。应用上述电池组成太阳能电池40能够进一步提高光伏组件的发电效率。
下面将结合实施例进一步说明本发明提供的光伏组件。
实施例1
本实施例提供了一种光伏组件，该光伏组件包括透明背板，以及层叠设置于光伏背板上的选择光线透射膜、第一封装层、太阳能电池、第二封装层和透明层，其中，选择光线透射膜由一层介质增反膜组成。
其中，透明背板的材料为压延非镀膜玻璃(由安彩高科生产)，且厚度为3.2mm，折射率为1.513；介质增反膜的材料为TiO2，且厚度为75nm，折射率为2.52；第一封装层的材料为聚乙烯-乙烯酸乙酯(英文缩写EVA，由福斯特生产，型号为S501)，其折射率为1.48；太阳能电池为双面发电的单晶硅电池(由英利生产，系列为英利熊猫)，且电池片间距20mm、电池串间距30mm；第二封装层的材料为聚乙烯-乙烯酸乙酯(英文缩写EVA，由福斯特生产，型号为S501)；透明层为压延非镀膜玻璃(由安彩高科生产)。
实施例2
本实施例提供了一种光伏组件，该光伏组件包括透明背板，以及层叠设置于光伏背板上的选择光线透射膜、第一封装层、太阳能电池、第二封装层和透明层，其中，选择光线透射膜为依次设置于透明背板上的三层介质增反膜。
其中，透明背板的材料为压延非镀膜玻璃(由安彩高科生产)，且厚度为3.2mm，折射率为1.513；三层介质增反膜的材料沿设置的先后顺序依次为厚度为78nm、折射率为1.78的AlN，厚度为315nm、折射率为1.596的Al2O3，以及厚度为75nm、折射率为2.52的TiO2；第一封装层的材料为聚乙烯-乙烯酸乙酯(英文缩写EVA，由福斯特生产，型号为S501)，折射率为1.48；太阳能电池为双面发电的单晶硅电池(由英利生产，系列为英利熊猫)，且电池片间距20mm、电池串间距30mm；第二封装层的材料为聚乙烯-乙烯酸乙酯(英文缩写EVA，由福斯特生产，型号为S501)；透明层为压延非镀膜玻璃(由安彩高科生产)。
实施例3
本实施例提供了一种光伏组件，该光伏组件包括透明背板，以及层叠设置于光伏背板上的选择光线透射膜、第一封装层、太阳能电池、第二封装层和透明层，其中，选择光线透射膜为依次设置于透明背板上的两层介质增反膜。
其中，透明背板的材料为压延非镀膜玻璃(由安彩高科生产)，且厚度为3.2mm，折射率为1.513；两层介质增反膜的材料沿设置的先后顺序依次为厚度为315nm、折射率为1.596的Al2O3，以及厚度为275nm、折射率为2.52的TiO2；第一封装层的材料为聚乙烯-乙烯酸乙酯(英文缩写EVA，由福斯特生产，型号为S501)，折射率为1.48；太阳能电池为双面发电的单晶硅电池(由英利生产，系列为英利熊猫)，且电池片间距20mm、电池串间距30mm；第二封装层的材料为聚乙烯-乙烯酸乙酯(英文缩写EVA，由福斯特生产，型号为S501)；透明层为压延非镀膜玻璃(由安彩高科生产)。
对比例1
本对比例提供了一种光伏组件，该光伏组件包括透明背板，以及层叠设置于光伏背板上的第一封装层、太阳能电池、第二封装层和透明层。
其中，透明背板的材料为压延非镀膜玻璃(由安彩高科生产)，且厚度为3.2mm，折射率为1.513；第一封装层的材料为聚乙烯-乙烯酸乙酯(英文缩写EVA，由福斯特生产，型号为S501)，折射率为1.48；太阳能电池为双面发电的单晶硅电池(由英利生产，系列为英利熊猫)，且电池片间距20mm、电池串间距30mm；第二封装层的材料为聚乙烯-乙烯酸乙酯(英文缩写EVA，由福斯特生产，型号为S501)；透明层为压延非镀膜玻璃(由安彩高科生产)。
实施例1至3中光伏组件的透明背板、介质增反膜和第一封装层的厚度及折射率通过特定的波长范围进行了设定，其中，实施例1中需要通过介质增反膜层调节反射至太阳能电池的光的波长范围为紫外区(280nm-420nm)；实施例2中需要通过介质增反膜层调节反射至太阳能电池的光的波长范围为紫外区(280nm-420nm)和红外区(1000nm-1400nm)；实施例3中需要通过介质增反膜层调节反射至太阳能电池的光的波长范围为红外区(1000nm-1400nm)。
应用透过率测试仪(Micro-Light，MT200)对上述实施例1至3和对比例1提供的光伏组件进行透过率的测试。结果显示，对比例1中的光伏组件对紫外区(280nm-420nm)、红外区(1000nm-1400nm)以及其它波长的透过率均为5％。而在实施例1至3中的光伏组件中，与其它波长相比，紫外区(280nm-420nm)和/或红外区(1000nm-1400nm)均具有更低的透过率。其中实施例1中的光伏组件对紫外线区(280nm-420nm)波长的透过率为12.4％；实施例2中的光伏组件对紫外区(280nm-420nm)波长的透过率为7.9％，以及对红外区(1000nm-1400nm)波长的透过率为15.6％；实施例3中的光伏组件对红外区(1000nm-1400nm)波长的透过率为5.9％。从实验结果可以看出，与对比例1相比，实施例1至3中的光伏组件能够对紫外区(280nm-420nm)和红外区(1000nm-1400nm)的波长进行选择性透射，从而使紫外区(280nm-420nm)和红外区(1000nm-1400nm)的大部分光能够透过。
本发明还将上述实施例中作为太阳能电池的单晶体硅太阳能电池替换为单晶硅电池、多晶硅电池、类单晶硅电池和异质结电池中的任一种或多种，并在其他条件不变情况下对制备的光伏组件进行测试，测得的透过率依然可以达到上述实施例1～3中的实验结果。
进一步地，本发明还将上述实施例中作为第一封装层和第二封装层材料的聚乙烯-乙烯酸乙酯(EVA)替换为聚乙烯-乙烯酸乙酯(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚氨酯弹性体(TPU)、热塑性和/或热固性聚烯烃(PO)和聚乙烯-乙酸酯离子聚合物(Inomer)中的任一种或多种，在其他条件不变情况下对制备的光伏组件进行测试，测得的透过率依然可以达到上述实施例1～3中的实验结果。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明提供了一种包括选择光线透射膜的光伏组件，且选择光线透射膜由至少一层介质增反膜层组成，从而能够利用介质增反膜能够反射特定波长光这一性质，使光通过介质增反膜层调节反射回太阳能电池中，进而提高了太阳能电池的光电转换效率，并且使光伏组件对特定波长光的透过率得以下降，实现了光伏组件对特定波长光的选择性透过作用。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏组件，包括太阳能电池(40)和设置于所述太阳能电池(40)的背光侧的透明背板(10)，其特征在于，所述光伏组件还包括设置于所述太阳能电池(40)和所述透明背板(10)之间的选择光线透射膜(20)，其中，所述选择光线透射膜(20)由至少一层介质增反膜层组成。
2.根据权利要求1所述的光伏组件，其特征在于，当通过所述介质增反膜层调节反射至所述太阳能电池(40)的光的波长范围在X1～X2时，所述介质增反膜层的光学厚度H的范围为X1/2～X2/2。
3.根据权利要求2所述的光伏组件，其特征在于，所述选择光线透射膜(20)由n层所述介质增反膜层组成，n≥2，且第1层所述介质增反膜层至第n层所述介质增反膜层沿远离所述透明背板(10)的方向依次设置，各所述介质增反膜层满足下述条件：
在沿各所述介质增反膜层依次设置的方向上，层数为奇数的各所述介质增反膜层的折射率依次递减；
在沿各所述介质增反膜层依次设置的方向上，层数为偶数的各所述介质增反膜层的折射率依次递减；以及
各相邻所述介质增反膜层中层数为奇数的所述介质增反膜层的折射率大于层数为偶数的所述介质增反膜层的折射率。
4.根据权利要求3所述的光伏组件，其特征在于，
所述选择光线透射膜(20)由两层所述介质增反膜层组成，且第1层所述介质增反膜层的材料为Al2O3，第2层所述介质增反膜层的材料为TiO2；或者
所述选择光线透射膜(20)由三层所述介质增反膜层组成，且第1层所述介质增反膜层的材料为AlN，第2层所述介质增反膜层的材料为Al2O3，第3层所述介质增反膜层的材料为TiO2。
5.根据权利要求2所述的光伏组件，其特征在于，所述选择光线透射膜(20)由一层所述介质增反膜层组成，且所述介质增反膜层的材料为TiO2、Al2O3或AlN。
6.根据权利要求2所述的光伏组件，其特征在于，通过所述介质增反膜层调节反射至所述太阳能电池(40)的所述光的波长范围为280～420nm和/或1000～1400nm。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光伏组件，其特征在于，所述光伏组件中还包括第一封装层(30)，所述透明背板(10)、所述选择光线透射膜(20)、所述第一封装层(30)和所述太阳能电池(40)依次层叠设置，且所述选择光线透射膜(20)中所述介质增反膜层的折射率大于所述透明背板(10)的折射率，所述透明背板(10)的折射率大于所述第一封装层(30)的折射率。
8.根据权利要求7所述的光伏组件，其特征在于，所述光伏组件还包括依次设置于所述太阳能电池(40)的入光侧的第二封装层(50)和透明层(60)。
9.根据权利要求8所述的光伏组件，其特征在于，所述第一封装层(30)和所述第二封装层(50)的材料选自聚乙烯-乙烯酸乙酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚氨酯弹性体、聚烯烃和聚乙烯-乙酸酯离子聚合物中的任一种或多种；所述透明背板(10)和所述透明层(60)材料为玻璃或透明聚合物。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的光伏组件，其特征在于，所述太阳能电池(40)为单晶硅电池、多晶硅电池、类单晶硅电池和异质结电池中的任一种或多种。
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