CN104766897B - 一种太阳能电池组件 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能电池组件，其包括：布置在第一侧的透光元件、与布置在与第一侧相对的第二侧的背板或另一透光元件、通过封装材料封装在第一侧的透光元件和第二侧的背板或另一透光元件之间的太阳能电池片，其中，该太阳能电池组件还包括环绕封装材料并夹置于第一侧的透光元件和第二侧的背板或另一透光元件之间的边缘部，边缘部包括反射率在60％以上的反射材料。本发明可以有效地提高太阳能电池片组件的气密性，同时提高其光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池组件。
背景技术
太阳能电池(solar cells或photovoltaic cells，简称PV)是一种用于能量转换的光电装置，它能够将太阳光的能量转换为电能。太阳能电池可以用于照明、加热或是用作各种电子产品与交通工具的电源供应。由于太阳能电池在使用中不会释放包括二氧化碳在内的气体，从而可以改善生态环境、解决地球温室效应的问题。此外，太阳光是取之不尽、用之不竭的天然能源，因此各国莫不积极地发展太阳能源的应用科技，期望通过增加太阳能源的利用来减低对化石能源的依赖。
图1示出了现有技术中存在的一种太阳能电池组件100。该太阳能电池组件100包括布置在一侧的透光元件102、布置在另一侧的背板104、通过透明的封装材料106封装在透光元件102和背板104之间的太阳能电池片108。通常地，该透光元件102可以为光伏玻璃，该封装材料106可以为乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA胶)，该太阳能电池片108可以为单晶硅电池片或多晶硅电池片或薄膜电池。
图2示出了现有技术中存在的另一种太阳能电池组件200。该太阳能电池组件200包括布置在第一侧的透光元件202、布置在与第一侧相对的第二侧的背板204、通过封装材料206封装在透光元件202和背板204之间的太阳能电池片208。进一步地，该封装材料206分为上层2061和下层2063，上层2061可以由透光性好的材料构成，下层2063可以由反射性较好的材料构成。通常而言，为了达到特定的功率要求，内部的太阳能电池片208的数目较多，均匀地且彼此相互间隔开地布置。进一步地，该透光元件202可以为光伏玻璃；该封装材料206的上层2061和下层2063均可以均为乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA胶)，只是颜色有所不同，例如，上层2061可以为透明的，下层2063可以为白色的；该太阳能电池片108可以为单晶硅电池片或多晶硅电池片或薄膜电池。
在上述两种太阳能电池组件100、200的配置中，在其他的条件均相同的情形下，太阳能电池组件200比太阳能电池组件100输出的最大功率大，光电转化效率也更高。因此，在实践中，通常会采用第二种太阳能电池组件200。
然而，根据第二种太阳能电池组件200的结构可知，下层封装材料2063可以反射太阳光，使得被反射的太阳光也能被太阳能电池片208吸收，从而进一步提高了电池输出功率。这种反射效果在电池片间的间隙和组件四周这些未被电池片208覆盖的区域更为显著。而在电池片208所覆盖的区域，由于很少光线能透过电池片背部铝涂层电极，到达电池片吸光区域，导致这部分区域反射光重吸收效果不好。因而，下层封装材料2063被电池片208遮挡的部分的反射效果在一定程度上被削弱。因此，这种太阳能电池组件200的配置仍然不够理想。
发明内容
为充分利用设置在太阳能电池组件内部的边缘封装材料来提高太阳能电池组件的光电转换效率，本发明提出了一种太阳能电池组件，其包括：布置在第一侧的透光元件、与布置在与第一侧相对的第二侧的背板或另一透光元件、通过封装材料封装在所述第一侧的透光元件和所述第二侧的背板或另一透光元件之间的太阳能电池片，其中，该太阳能电池组件还包括环绕所述封装材料并夹置于所述第一侧的透光元件和所述第二侧的背板或另一透光元件之间的边缘部，所述边缘部包括反射率在60％以上的反射材料。
优选地，所述反射材料的反射率在90％以上。
优选地，所述边缘部与所述第一侧的透光元件和所述第二侧的背板或另一透光元件是密封的。
具体地，所述边缘部的水汽透过率为每天每平方米10克以下。
可选择地，所述反射材料大致为白色。
可选择地，所述反射材料包括碳酸钙、氢氧化铝、氧化铝、二氧化钛，等等。
进一步地，所述边缘部还包括透明的基质材料。更进一步地，所述基质材料包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚烯烃、聚乙烯醇缩丁醛或丁基胶。具体地，所述反射材料以填料的形式均布在所述基质材料中。选择性地，所述反射材料布置在所述边缘部的预定区域。选择性地，所述反射材料形成为所述基质材料表面上的、且环绕所述封装材料的涂层。
可选择地，作为一个具体的例子，所述边缘部由连接在一起并至少包括上层封边膜、下层封边膜和中间封边膜的多层封边膜构成，其中，所述中间封边膜由透明的基质材料和所述反射材料构成，所述反射材料以填料的形式均布在所述基质材料内，所述上层封边膜是透明的或所述上层封边膜和所述下层封边膜均是透明的。
可选择地，所述太阳能电池为单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池或薄膜太阳能电池。
可选择地，所述封装材料为乙烯-醋酸乙烯共聚物。
总体上，根据本发明公开的太阳能电池组件，其边缘部可以提升整个组件的光反射效果，从而提高其光电转换效率，同时该边缘部还可以为整个组件提供良好的气密性。
附图说明
为了解释本发明，将在下文中参考附图描述其示例性实施方式，附图中：
图1示意性地示出了现有技术存在的一种太阳能电池组件；
图2示意性地示出了现有技术存在的另一种太阳能电池组件；
图3示意性地示出了根据本发明一种实施方式的太阳能电池组件；
图4示意性地示出了根据本发明的另一种实施方式的太阳能电池组件，其中，该封装材料为两层；以及
图5示意性地示出了根据本发明的再一种实施方式的太阳能电池组件，其中，该边缘部包括涂层。
不同图中的相似特征由相似的附图标记指示。
具体实施方式
在以下的实施方式的详细描述中，参照构成该描述的一部分的附图进行说明。附图以示例的方式展示出特定的实施方式，在这些实施方式中体现了本发明。所示出的实施方式并未穷尽根据本发明的所有实施方式。可以理解，可以利用其他的实施方式，且能够在不脱离本发明的范围的前提下对这些实施方式做出结构性或逻辑性的改变。对于附图，方向性的术语，例如“下”、“上”、“左”、“右”、“周向”等，是根据所描述的部件的相对方位而使用的。由于能够以多种方式设置本发明的各实施方式中的组件，因而这些方向性术语用于说明的目的而非限制的目的。因此，以下的具体实施方式并非为限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求书限定。
图3示意性地示出了根据本发明的第一种实施方式的太阳能电池组件300。如图3所示，一种太阳能电池组件300，其包括：透光元件302、与透光元件302相对布置的背板304、通过封装材料306封装在透光元件302和背板304之间的太阳能电池片308，其中，该太阳能电池组件300还包括环绕封装材料306并夹置于透光元件302和背板304之间的边缘部310，该边缘部310包括反射率在60％以上的反射材料。
本领域普通技术人员应当理解，该太阳能电池组件300可以被配置为刚性的，也可以被配置为柔性的，在此，刚性的太阳能电池组件主要包括两面分别为光学玻璃和背板的单晶硅或多晶硅电池结构、或者两面均为光学玻璃的单晶硅或多晶硅电池结构、或者具有非柔性衬底的薄膜电池结构，柔性的太阳能电池组件主要指的是具有柔性衬底的薄膜电池结构。应当理解，该背板304可以由另一透光元件来代替，即构成透光元件-太阳能电池片-透光元件的组合，然而，在以下对本实施方式的更具体的描述中，均对透光元件-太阳能电池片-背板的组合进行描述。
具体地，该封装材料306可以由诸如乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)的透明材料形成。此外，该太阳能电池片308可以为单晶硅太阳能电池片或多晶硅太阳能电池片或薄膜电池。通常地，太阳能电池片308的数目为多个，它们均匀地布置在同一水平平面内，并且彼此以预定的很小间隔间隔开，构成太阳能电池片阵列。
如图3所示，该边缘部310相对于图示的左侧边缘或右侧边缘(即，在图中的水平方向上)大约具有1-3cm的宽度，该边缘部310环绕着封装材料306，以将封装材料306和多个太阳能电池片308周向地包围于其中，并且该边缘部310在上下方向上夹置于透光元件302和背板304之间，从而该边缘部310紧密地将透光元件302和背板304连接起来。藉此，可以避免在使用过程中对该边缘部310的磨损。通常，反射材料被均匀地布置在该边缘部310内。然而，为了适应一些特殊的使用条件，也可以将反射材料布置在该边缘部310的预定区域，例如：可以将反射材料布置在该边缘部310的某一侧或某几个侧面(诸如相对的两侧)或某一侧的某一区域或某几个侧面的某几个区域等。
优选地，该反射材料的反射率可以在90％以上。这样能够更好地实现对光线的反射，从而提高光电转化效率。具体地，为了使反射率满足60％以上或者优选的90％以上的要求，该边缘部310通常包括透明的基质材料和反射率满足前述要求的反射材料，该反射材料以填料的形式均布在该基质材料内。可选择地，该基质材料可以为透明的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛、丁基胶或聚烯烃等，该反射材料可以为碳酸钙、氢氧化铝、氧化铝、二氧化钛中的一种或几种。这样，整体上，该边缘部310大致呈白色。而且，以透明的乙烯-醋酸乙烯共聚物作为基质材料并以二氧化钛作为反射材料是较优的，这样制成的太阳能电池组件既可以满足反射率的要求也可以降低所使用材料的成本。还应当理解，作为一个具体的例子，前述的边缘部310可以由连接在一起并至少包括上层封边膜、下层封边膜和中间封边膜的多层封边膜构成，其中，该中间封边膜可以由透明的基质材料和反射率满足前述要求的反射材料构成，该反射材料以填料的形式均布在该基质材料内，上层封边膜是透明的或上层封边膜和下层封边膜均是透明的。
众所周知，太阳能电池组件300需要满足密封的要求，尤其需要满足湿蒸汽透过率和／或水汽透过率的要求。藉此，可以设计封装材料306，以使其满足前述要求。或者，可以设计边缘部310，以使其满足前述要求。或者，可以设计封装材料306和边缘部310，以使两者同时满足前述要求。对于后两种情形，边缘部310的水汽透过率可以为10g／m2d(即，每天每平方米10克)以下。
图4示意性地示出了根据本发明的第二种实施方式的太阳能电池组件400。如图4所示，一种太阳能电池组件400，其包括：透光元件402、与透光元件402相对布置的背板404、通过透光的封装材料406封装在透光元件402和背板404之间的太阳能电池片408，其中，该太阳能电池组件400还包括环绕封装材料406并夹置于透光元件402和背板404之间的边缘部410，该边缘部410包括反射率在60％以上，优选在90％以上的反射材料。该边缘部410以及边缘部410与封装材料406的布置方式等特征与第一种实施方式相同或相似，在此不再赘述。
本领域普通技术人员应当理解，该太阳能电池组件400可以被配置为刚性的，也可以被配置为柔性的。还应当理解，该背板404可以由另一透光元件来代替，即构成透光元件-太阳能电池片-透光元件的组合，然而，在以下对本实施方式的更具体的描述中，均对透光元件-太阳能电池片-背板的组合进行描述。
具体地，该封装材料406大致分为上下两层4061、4063。具体地，该上层封装材料4061为透明的，以允许太阳光照射到太阳能电池片408的上表面上；该下层封装材料4063的反射率可以与边缘部410的反射材料的反射率的范围相同或者相近，即，可以在60％以上，优选地可以在90％以上，以使太阳光线在入射到该下层封装材料4063后，可以再反射到太阳能电池片408上，从而提高光电转化效率。更具体地，该上层封装材料4061可以由透明的乙烯-醋酸乙烯共聚物形成，下层封装材料4063可以由乙烯-醋酸乙烯共聚物和附加填料形成，优选地，该附加填料均布于乙烯-醋酸乙烯共聚物之内。本领域技术人员应当理解，该附加填料可以选用碳酸钙、氢氧化铝、氧化铝、二氧化钛等，而且前述乙烯-醋酸乙烯共聚物也可以由聚异丁烯(PIB)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、丁基胶(IIR)或聚烯烃(PO)等来替代。这样，该下层封装材料4063基本上呈白色。
藉此，由于还存在反射率高的下层封装材料4063，故相比于第一种实施方式，该太阳能电池组件400的光电转化效率更高。
图5示意性地示出了根据本发明第三种实施方式的太阳能电池组件500。如图5所示，一种太阳能电池组件500，其包括：透光元件502、与透光元件502相对布置的背板504、通过透光的封装材料506封装在透光元件502和背板504之间的太阳能电池片508，其中，该太阳能电池组件500还包括环绕封装材料506并夹置于透光元件502和背板504之间的边缘部510，边缘部510包括反射率在60％以上，优选地在90％以上的反射材料。具体地，该封装材料506分为上下两层5061、5063，上层封装材料5061和下层封装材料5063的布置方式和材料特性等特征均与第二种实施方式相同或近似，在此不再赘述。
本领域普通技术人员应当理解，该太阳能电池组件500可以被配置为刚性的，也可以被配置为柔性的。还应当理解，该背板504可以由另一透光元件来代替，即构成透光元件-太阳能电池片-透光元件的组合，然而，在以下对本实施方式的更具体的描述中，均以透光元件-太阳能电池片-背板的组合进行描述。
具体地，该边缘部510可以为透明的，该反射材料5102可以为一层薄的反射率在60％以上，优选地在90％以上的涂层。更具体地，该边缘部510可以包括透明的基质材料以及布置在基质材料内的反射材料5102，其中，该基质材料为透明的乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、丁基胶或聚烯烃等，该反射材料5102为由碳酸钙、氢氧化铝、氧化铝或二氧化钛等形成的涂层。前述涂层呈环带状，并且大致呈白色。本领域普通技术人员应当可以理解，为了更容易地实施本发明，该涂层5102也可以被布置在该基质材料的表面(诸如下表面)上。
这样，与第二种实施方式相比，本实施方式的太阳能电池组件500可以降低整体的制造成本。
下面，通过试验测试来具体说明本发明的优点。
试验测试1：
试验测试对象：根据背景技术部分提到的太阳能电池组件100和太阳能电池组件200分别实现的实施例1和实施例2，以及根据本发明的太阳能电池组件300实现的实施例3。具体地，透光元件102、202、302均为光伏玻璃，透光元件102、202、302、背板104、204、304在长度和宽度上分别为40cm；该太阳能电池片108、208、308均为串联在一起的4片单晶硅太阳能电池片，电池片产自晶澳太阳能(JA solar)，其型号为125SLR22B-002；封装材料106为透明的乙烯-醋酸乙烯共聚物，封装材料206的上层2061为透明的乙烯-醋酸乙烯共聚物，下层2063为白色的乙烯-醋酸乙烯共聚物(包括透明的乙烯-醋酸乙烯共聚物和均布于其内的作为填料的反射材料二氧化钛)，封装材料306为透明的乙烯-醋酸乙烯共聚物，被夹置在透光元件302和背板304之间的边缘部310为环形的、白色的乙烯-醋酸乙烯共聚物，其宽度为3cm。前述的透明的乙烯-醋酸乙烯共聚物为产自3M的EVA9000，前述的白色的乙烯-醋酸乙烯共聚物为产自3M的白色EVA条。
试验测试对象制备方法：
-根据太阳能电池组件300实现的实施例3：取4片单晶硅太阳能电池片308串焊起来。将透光元件302(即，光伏玻璃)、封装材料306(即，产自3M的透明EVA)、太阳能电池片308、封装材料306(即，产自3M的透明EVA)和背板304依次地放置，其中封装材料306距边缘3cm，边缘部310(即，两层叠放的产自3M的白色EVA)的宽度为3cm,布置在封装材料306的边缘，将背板304置于封装材料306和边缘部310之下。对层叠好的组件进行5分钟的抽真空，13分钟的保压，并在145摄氏度下进行层压。完成上述步骤后，将组件侧边缘溢出的封装材料(EVA胶)修剪去除，待温度降至室温，用太阳光模拟器检测太阳能电池组件功率。
-太阳能电池组件100、200的实施例1、2：除了由于构件以及构件之间的布置不同而引起的组装顺序不同外，其他方面均与实施例3的制备方法相同。
试验测试设备：功率测试仪器为Spire太阳光模拟器，其型号为：SPI-SUNSIMULATOR4600SLP。
试验测试结果：见下表
4片单晶硅电池串联的太阳能电池组件的数据对比：
通过以上数据可知，仅在边缘用反射率高的材料，由于充分利用了太阳能电池片四周透明的区域，使得太阳能电池组件的光电转换效率更高。将根据太阳能电池组件300实现的实施例3与根据太阳能电池组件100、200分别实现的实施例1、2相比，可以看出，前者输出的最大功率更高。
试验测试2：
试验测试对象：根据背景技术部分提到的太阳能电池组件100实现的实施例4，与根据本发明的太阳能电池组件300实现的实施例5。其中，透光元件102、302均为光伏玻璃，透光元件102、背板104、透光元件302和背板304在长度和宽度上分别为20cm；该太阳能电池片108、308均为单片多晶硅太阳能电池片，其产自茂迪(MOTECH)，型号为L0472-004-7LA2-168；封装材料106为透明的乙烯-醋酸乙烯共聚物，封装材料306为透明的乙烯-醋酸乙烯共聚物，被布置在透光元件302和背板304之间的边缘部310为白色的乙烯-醋酸乙烯共聚物(包括透明的乙烯-醋酸乙烯共聚物和均布于其内的作为填料的反射材料二氧化钛)，其宽度为3cm。前述的透明的乙烯-醋酸乙烯共聚物为产自3M的EVA9000，前述的白色的乙烯-醋酸乙烯共聚物为产自3M的白色EVA条。
试验测试对象制备方法：除了没必要对电池片串焊外，与第一种试验的制备方法基本相同，不再赘述。
试验测试设备：功率测试仪器为Spire太阳光模拟器，型号为：SPI-SUNSIMULATOR4600SLP。
试验测试结果：见下表多晶硅单片电池的太阳能电池组件的数据对比：
由以上数据可知，根据太阳能电池组件300实现的实施例5的功率输出显著高于根据太阳能电池组件100实现的实施例4的功率输出。
说明书和附图中呈现的示例性实施方式未以任何方式对本发明进行限制。将图中示出且以以文字描述的实施方式及其组成要素的所有可能组合均纳入本说明书之中，且它们均落入本发明的范围内。在由所附的权利要求书限定的本发明保护范围内，对这些实施方式进行许多种变形是可能的。
Claims (11)
1.一种太阳能电池组件，其包括：布置在第一侧的透光元件、布置在与第一侧相对的第二侧的背板或另一透光元件、通过封装材料封装在所述第一侧的透光元件和所述第二侧的背板或另一透光元件之间的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池组件还包括环绕所述封装材料、并夹置于所述第一侧的透光元件和所述第二侧的背板或另一透光元件之间的边缘部，所述边缘部包括反射率在60％以上的反射材料，以便提升整个所述太阳能电池组件的光反射，从而使得整个所述太阳能电池组件的光电转换效率得到提高，
其中所述边缘部还包括透明的基质材料，并且所述反射材料以填料的形式均布在所述基质材料中。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述反射材料的反射率在90％以上。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述边缘部的水汽透过率为每天每平方米10克以下。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述反射材料大致为白色。
5.根据权利要求1或2所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述反射材料包括碳酸钙、氢氧化铝、氧化铝或二氧化钛。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述基质材料包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚烯烃、聚乙烯醇缩丁醛或丁基胶。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述反射材料布置在所述边缘部的预定区域。
8.根据权利要求6所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述反射材料形成为所述基质材料表面上的、且环绕所述封装材料的涂层。
9.根据权利要求5所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述边缘部由连接在一起并至少包括上层封边膜、下层封边膜和中间封边膜的多层封边膜构成，其中，所述中间封边膜由透明的基质材料和所述反射材料构成，所述反射材料以填料的形式均布在所述基质材料内，所述上层封边膜是透明的或所述上层封边膜和所述下层封边膜均是透明的。
10.根据权利要求1或2所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述太阳能电池为单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池或薄膜太阳能电池。
11.根据权利要求1或2所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述封装材料为乙烯-醋酸乙烯共聚物。
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