CN105390560A - 太阳能组件背面封装构件和太阳能组件 - Google Patents

太阳能组件背面封装构件和太阳能组件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及太阳能组件背面封装构件，其具有带有层压表面的至少一块聚合物板或聚合物箔(2，3，4，5a，5b，8)的层压型层结构。根据本发明，构想了一种具有至少一个带多个层开口(6)的保护层(1a，1b)的层压型层结构，其中所述保护层(1a，1b)以一覆盖区覆盖至少70％的所述层压表面，并且由于存在所述多个层开口(6)，位于保护层(1a，1b)下面的太阳能组件背面封装构件的至少15％的区域以及最大99.9％的区域覆盖在覆盖区内，并且所述保护层(1a，1b)形成一由多股线制成的结构，因此所述保护层是开放式扩散的。

Description

太阳能组件背面封装构件和太阳能组件
技术领域
本发明涉及一种太阳能组件背面封装构件和包括该种太阳能组件背面封装构件的太阳能组件。
背景技术
太阳能组件背面封装构件应当是耐候性好到即使在户外使用几十年后仍能使太阳能组件的太阳能电池与气候充分隔离。一般来说，这由多层层压板确保实现，所述层压板由聚氟乙烯(PVF)(如DuPont，美国，维明顿)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成，聚对苯二甲酸乙二醇酯一般作为中心隔离膜设置在两层膜之间和任选的附加的粘合层之间。并且，能够使用由聚烯烃、聚酰胺或其他聚合物制成的各种层。例如，在EP2482338A2有描述这种太阳能组件背面封装构件的层压型结构。这种层压型层结构具有分别带有一层压平面或层压表面的至少一块聚合物板或聚合物箔(foil)。根据本发明，与聚合物箔相比，聚合物板更厚并且更坚固或更坚硬。各聚合物板和聚合物箔能够用相同材料或不同材料制成。例如，可以分别使用聚酯聚合物板或聚合物箔，聚烯烃聚合物板或聚合物箔，含氟聚合物板或聚合物箔作为聚合物板或聚合物箔。分别用于聚合物板或聚合物箔的材料的实例有聚氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和/或聚烯烃。每种聚合物板或聚合物箔各自分别是能够抗UV、机械稳定的和/或有粘附性的。如果需要，所述层压型层结构包括分别作为粘合膜的聚合物板或聚合物箔。所述聚合物板或聚合物箔各自能够形成为层或膜，本发明中的膜是一薄的层。
聚合物板或聚合物箔常常与封装材料组合使用。所述封装材料直接接触太阳能电池，并且由，例如，乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、离聚物、聚烯烃或硅酮制成。所述相同或不同的封装材料能够用在太阳能电池的正面或背面(从太阳入射的方向看)。
由于和其他含氟聚合物相当昂贵并且难以回收，在EP2482338A2中提出一种特殊的聚酯箔作为太阳能组件背面封装构件。虽然其具有改善的抗水解性能和良好的电绝缘性能，但在具有很多尘暴、沙暴以及增强的UV曝露的区域其不能以耐候方式足够长时间地保护太阳能组件。因此，这种太阳能组件在沙漠地区使用具有有限的适用性。
尤其是沙漠地区中，太阳能组件暴露在由沙暴造成的增加的机械应力和增强的UV曝露下，现有的太阳能组件的磨损更高。这是由于这样的事实造成的，即，使用的聚合物箔对于UV辐射抗性有限，并且考虑到所需的长达二十年的使用寿命，对于摩损其机械稳定性太低。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能组件背面封装构件材料和太阳能组件，其在增强的UV曝露和机械摩损应力(特别是由沙和尘造成的)下具有足够的耐候性。
该目的是通过具有专利权利要求1的特征的太阳能组件背面封装构件和具有专利权利要求6的特征的太阳能组件解决的。
根据本发明，所述层压型层结构具有至少一个带有多个层开口的保护层，该保护层以一覆盖区覆盖至少70％的所述层压表面。由于存在所述保护层的多个层开口，位于保护层下面的太阳能组件背面封装构件的至少15％的区域以及最大99.9％的区域覆盖在覆盖区内。所述保护层中的多个层开口的设置方式为，所述保护层形成一由多股线(threads)制成的结构，其开口用于扩散。所述由多股线制成的结构采用规则的线系统(特别是机织物或针织物(wovenorknittedfabric))实现和/或采用不规则的线系统(特别是无屈曲织物)实现。
所述保护层用于保护背面封装构件的层压型层结构的下层聚合物组分不受到特别是由沙子造成的机械磨损，以及保护这些聚合物组分不因UV光降解。所述保护层显著地防止或减少了由沙子造成的磨损，以及保护下层聚合物板或聚合物箔不受到这种机械损害以及过度的UV辐射。因此，所述太阳能组件背面封装构件为处于增强的UV曝露以及尘暴或沙暴地区的太阳能组件提供了更好的耐候性，因此，其特别适合用于沙漠地区。另外，实验表明，包括这样一种具有由线系统制成的保护层的背面封装构件的太阳能组件能在抵抗机械应力(尤其是由风或雪造成的)方面带来明显更高的太阳能组件机械稳定性。
此外，所述太阳能背面封装构件和使用这种构件制造的太阳能组件就其通过由线系统形成保护层实现的优点来说是有成本效益的。
此外，由于保护层中存在层开口，所述太阳能组件背面封装构件是开放式扩散的，因为采用所述层开口，保护层不是将会变成扩散屏障的平面连续层。因此，所述保护层允许所述层压型层结构与环境进行气体扩散交换。特别地，若所述太阳能组件背面封装构件设置在包括乙烯醋酸乙烯酯作为封装材料的太阳能组件中，这是尤其有利的。醋酸能够通过乙烯醋酸乙烯酯的水解形成。若其不能从太阳能组件中排出，会导致不期望出现的太阳能电池和/或电互联结构的降解。
所述层压型层结构具有至少一层保护层，其沿所述层压表面的至少70％延伸。为此，所述保护层还可以包括多个分段，这样各保护层分段的总和覆盖层压表面的70％。优选地，所述保护层覆盖所述层压表面的至少80％，更优选地至少90％，甚至更优选地至少99％。也就是说，边缘区或者在分段式结构的情况下的边缘区和中间区可以不被保护层覆盖。
在那些保护层覆盖了所述层压型层结构的聚合物区的区域中，形成了所谓的层压表面的覆盖区。这种覆盖区是一区域，该区域是由所述保护层和至少一块聚合物板或聚合物箔形成的保护层-聚合物-边界表面的总和形成的。这意味着，在保护层的层开口区域，由于层开口的存在，这种保护层-聚合物-边界表面是不存在的。因此，在覆盖区中，在保护层下面的太阳能组件背面封装构件的区域的至少15％并且最多99.9％是被覆盖的，例如，这些区域形成水平朝向的保护层-聚合物-边界表面，其占所述覆盖区的至少15％并且最多99.9％。通过形成格网形式的保护层，可以实现范围从15％至20％，或从20％至25％，或从25％至30％的覆盖。根据格网条宽度和格网开口宽度的关系，覆盖量可以较大或较小。根据层开口的设计，它们可以形成为微观的或宏观的(即，能够用肉眼看见)。优选地，所述格网是机织金属格网。
所述层压型层结构可以包括一保护层，该保护层具有微观的或宏观的层开口，这可在该保护层的俯视图中看到。例如，所述保护层是规则的机织金属线的格网。在这种实施例中能够透过层开口看到层压型层结构的下层聚合物区域。
另外，所述保护层可以形成为多个格网，这些格网基本以不规则的方式一个布置在另一个上面。作为替换或额外地，所述保护层能够包括由多股线制成不规则松散感类型结构的机织或针织的线系统或无屈曲织物型线系统。同样，在这些实施例中，所述保护层具有多个层开口，但是，其基本不会在垂直于所述保护层的表面的方向上延伸穿过整个保护层。相反，它们是多个小裂口和开口，在保护层的空间结构的所有方向上以不规则的分布延伸。与在这种保护层的俯视图中的格网或金属线网相反，一个人不能透过保护层看到层压型结构的各聚合物区域。
所述保护层形成为一由多股线制成的结构，并且因此是开放式扩散的。开放式扩散的结构应理解为一能渗透通过液体的结构，比如能渗透通过醋酸。所述线可具有的直径范围是从10μm至500μm。优选地，所述线的直径范围是从150μm至250μm。作为替换，所述线的直径能够大于500μm。所述线可以是金属线，例如，铝线和/或不锈钢线。作为替换或额外地，所述线可以是玻璃纤维线和/或碳纤维线。在优选的实施例中，所述线是金属线或含金属的线。尤其是基于成本原因，优选的是铝线。甚至金属线、玻璃纤维线和/或碳纤维线的扭曲的变体也能够用于规则的线系统形式中(特别是机织物和针织物)或不规则的线系统形式中(特别是感觉类型的无屈曲织物)。
在优选的实施例中，所述保护层具有一带有表面结构区的表面结构，所述表面结构区比层压表面的覆盖区大至少10％。更优选地，所述表面结构区至少是层压表面的覆盖区域的两倍大。例如，由金属制成的保护层具有多个突起，其在与层压型层结构相反的方向从金属层平面延伸出来。当所述保护层的表面结构区比层压表面的覆盖区域更大时，由于更好的热传导和热分布，这能对太阳能组件的温度产生积极作用。因此，由于表面增加，太阳能组件的散热得到提高。
在优选实施例中，所述保护层上铺设有一个或多个聚合物箔和/或聚合物层和/或由非聚合材料和非金属材料制成的牺牲层。例如，所述保护层以夹心方式相应地设置在各聚合物箔或各聚合物层或各聚合物板之间，或者设置在牺牲层和至少一个下层聚合物板或聚合物箔之间。上层聚合物层或牺牲层保护所述保护层不受到(例如在安装过程中的)不期望的损伤。然后，在随后的现场使用过程中，机械磨损将首先一点一点地除去设置在所述保护层或牺牲层上的聚合物层。然而，一旦到达保护层，由于所述保护层具有增加的机械阻力，磨损速率就会变慢。
优选地，所述层压型层结构分别不包括聚氟乙烯板或聚氟乙烯聚合物箔。在优选的实施例中，至少一种聚合物板或聚合物箔的材料是聚对苯二甲酸乙二醇酯和/或聚烯烃。这样，设置有此实施例的太阳能组件背面封装构件的太阳能组件是尤其有成本效益的。
优选地，层压型层结构具有三种层，一由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的层设置在由聚乙烯制成的粘合层(朝向包埋材料)和保护层之间。有益的是，所述层压型层构件可以具有更多的粘合膜(adhesivefilm)和/或粘结膜(bondingfilm)。所述层压型层结构的一个特别简单的变体是仅有一种聚合物膜作为聚合物板或聚合物箔，作为用于所述保护层覆盖的太阳能电池串的包埋材料。所述保护层(特别是金属保护层形式的)通过熔炼工艺埋设在所述聚合物板或聚合物箔中。作为替换，所述聚合物板或聚合物箔和所述保护层之间能够设置一粘合膜。
在作为替换的优选实施例中，所述保护层设置在设于粘合膜上的粘结膜上。优选地，所述太阳能组件背面封装构件按照下述进行构造：保护层/粘合膜/芯膜，例如，由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成/粘合膜/粘结膜，用于太阳能电池串，其由聚烯烃(比如聚乙烯)制成。作为替换，聚氟乙烯也能够代替聚烯烃设置在上述的层结构中。聚烯烃变体比聚氟乙烯变体更具成本效益。但是，其更能抗UV辐射。同时，能够用其他连接手段和方法代替上述粘合膜。
此外，本发明涉及一太阳能组件，其包括一正面和一背面、设置在正面封装构件的背面上并且相互电连接的太阳能电池串，以及根据前述实施例之一的太阳能组件背面封装构件。这种太阳能组件具有长期耐候性并且是有成本效益的。特别地，其对由沙子造成的磨损和由UV辐射造成的降解具有高抗性。
例如，所述正面封装构件包括玻璃板和/或聚合物板或箔。优选地，所述正面封装构件由玻璃板形成。所述太阳能电池串设置在玻璃板的背面并且相互连接起来。所述太阳能组件背面封装构件具有上述的层压型层结构，带有至少一个聚合物板或聚合物箔和具有层开口的保护层。优选地，所述保护层是金属保护层。
优选地，所述至少一个聚合物板或聚合物箔包括用于所述太阳能组件的太阳能电池串的封装材料，这样，所述保护层位于背向所述封装材料的层结构的那一侧。所述保护层可以是太阳能组件的外表面。作为替换，所述保护层上还铺设有聚合物箔和/或聚合物层或由非聚合物材料和非金属材料制成的牺牲层。
在优选实施例中，所述太阳能组件包括金属框结构，并且所述保护层(特别是金属保护层形式的)和所述金属框结构可以是相互电接触的。尤其是，当在相应的应用领域这是定律所要求的时候，这是必需的。例如，所述保护层(尤其是金属保护层)能够在给太阳能组件装边框的过程中电连接至金属框结构，例如，在将太阳能组件装在边框上设置的边框槽过程中或在将太阳能组件装在与边框拧在一起的边框槽过程中。不过，所述保护层也能够在给太阳能组件装好边框之后铺设，从而改善已经制造好的太阳能组件。然后，能够提供至少一个保护层的接地，利用用于此目的的导电胶带形式的导电元件。
作为替换，有可能的是，至少一个保护层(尤其是金属保护层)与所述边框是电绝缘的。这样，所述至少一个保护层能够用于创建一限定的电相对场(electricalopposingfield)。这有助于监测和/或电保护太阳能组件，或者甚至在雷暴情况中防止电压峰值。
在一优选的实施例中，太阳能组件背面封装构件的保护层层压进入背面封装构件中或埋设在所述背面封装构件中。在这种情况下，进一步的能够用于保护所述保护层的聚合物箔和/或聚合物层是铺在所述保护层上的。在这种情况下，所述保护层以夹心方式设置在聚合物箔之间。
另外，至少一层保护层(尤其是金属保护层)能够热连接至太阳能组件的接线盒。通过这种方式，通常由设置在接线盒中的半导体二极管产生的热量能够以更好的方式通过太阳能组件的背面散发和散布出去。同时，能够集成在太阳能组件背面封装构件中用作接触和连接该太阳能组件的太阳能电池的导电元件。
作为替换，优选的是所述保护层形成所述太阳能组件背面封装构件的最外层。这样，与上述的保护层是层压的实施例相比，该种太阳能组件背面封装构件或太阳能组件是更有成本效益的。
附图说明
下文中，参考附图通过若干实施例解释本发明。本文中，各附图是示意性地示出的：
图1是根据第一实施例的具有太阳能组件背面封装构件的太阳能组件的示意性和非按比例的局部横截面视图；
图2是根据第二实施例的太阳能组件背面封装构件的示意性和非按比例的局部横截面视图；
图3是根据第三实施例的太阳能组件背面封装构件的示意性和非按比例的局部横截面视图；
图4是根据第四实施例的太阳能组件背面封装构件的示意性和非按比例的局部横截面视图；
图5是根据第五实施例的太阳能组件背面封装构件的示意性和非按比例的局部横截面视图；以及
图6是根据第六实施例的太阳能组件背面封装构件的示意性和非按比例的局部横截面视图。
具体实施方式
图1示出了根据第一实施例的具有太阳能组件背面封装构件的太阳能组件的示意性和非按比例的局部横截面视图。所述太阳能组件具有正面封装构件11和设置在该构件背面的封装材料9，所述正面封装构件的正面是太阳能组件的光入射面。另外，所述太阳能组件包括设置在所述正面封装构件11的背面上的太阳能电池串10，该太阳能电池串10相互连接并且埋设在封装材料9中，这样，太阳能电池串10面向所述正面封装构件11的一侧和太阳能电池串10背向所述正面封装构件11的一侧两者都被封装材料9包围。此外，所述太阳能组件具有太阳能组件背面封装构件，该构件设置在太阳能电池串10分别背向所述正面封装构件11和所述封装材料9的那一侧，所述封装材料9也可以是所述背面封装构件的一部分。所述太阳能组件背面封装构件包括保护层1a、粘合膜2、聚对苯二甲酸乙二醇酯层3、粘合膜4和聚氟乙烯膜5a。所述保护层1a的形式是多根金属线，该层具有多个层开口6，并且形成为例如金属线机织物形式的格网。图1示出的截面视图切割出多个等间距分隔的金属线机织物的经线。在所述保护层1a的俯视图中能看到保护层1a具有多个层开口6。在层压板的俯视图中，所述保护层1a覆盖所述层压表面的至少90％(这在本文中未全部显示)并因而在所述层压表面上占据一覆盖区。由于存在多个层开口6，根据该实施例，所述保护层1a在覆盖区中覆盖太阳能组件背面封装构件的聚合物区域(尤其是位于保护层1a下面的粘合膜2)的至少15％以及最大99.9％。所述粘合膜2和4可以由相同或不同的材料制成。太阳能组件背面封装构件在太阳能组件(未完全示出)中以这样一种方式设置，即所述聚氟乙烯膜5a设置在封装材料(比如乙烯醋酸乙烯酯)上。所述保护层1a形成太阳能组件背面的外表面，所述太阳能组件在图1中未完全示出。
在下面的图2至6中示意性地示出了进一步的太阳能组件背面封装构件的更多实施例的非按比局部横截面视图。相应的背面封装构件分别用聚氟乙烯膜5a或聚烯烃膜5b示出并描述，其如图1所示和所描述的设置在太阳能组件中，所述太阳能组件具有正面封装构件、封装材料和太阳能电池串。但是，为了清楚的目的，图2至6中仅分别示出了太阳能组件的背面封装构件。
图2示出了根据第二实施例的太阳能组件背面封装构件的示意性和非按比例的局部横截面视图。图2中示出的太阳能组件背面封装构件与图1中示出的太阳能组件背面封装构件相对应，不同点在于其包括更具有成本效益的由聚乙烯制成的聚烯烃膜5b，来代替聚氟乙烯膜5a。
图3示出了根据第三实施例的太阳能组件背面封装构件的示意性和非按比例的局部横截面视图。图3中示出的太阳能组件背面封装构件与图2中示出的太阳能组件背面封装构件相对应，不同点在于其保护层1a是层压的。聚合物箔7设置在保护层1a上，这样，该聚合物箔7是所述背面封装构件的外表面，所述太阳能组件未完全示出。作为替换，最外层也能够形成为由非聚合物材料和非金属材料制成的牺牲层。
图4示出了根据第四实施例的太阳能组件背面封装构件的示意性和非按比例的局部横截面视图。图4中示出的太阳能组件背面封装构件与图1中示出的太阳能组件背面封装构件相对应，不同点在于：与作为机织物的格网形式的保护层1a不同，其包括由不规则布置的多股金属线制成的保护层1b；以及作为粘合膜的聚烯烃膜8设置在粘合膜2和保护层1b之间。所述保护层1b以与前述实施例相同的方式形成一保护层。由于其由多股金属线制成的结构具有多个在三维结构中随机分布的小的层开口(本文中未详细示出)，该保护层是开放式扩散的。所述保护层1b具有多个层开口，其不是垂直延伸到所述保护层1b的表面以直线取向穿透整个保护层1b。相反，它们形成多个小裂口和开口，其在保护层1b的空间结构的所有方向上以不规则的分布延伸。与图1示出的实施例相反，在该保护层的宏观的俯视图中，一个人不能透过保护层1b看到层压型结构的各聚合物区域。
图5示出了根据第五实施例的太阳能组件背面封装构件的示意性和非按比例的局部横截面视图。图5中示出的太阳能组件背面封装构件与图4中示出的太阳能组件背面封装构件相对应，不同点在于其包括由聚乙烯制成的聚烯烃膜5b，来代替聚氟乙烯膜5a。
图6示出了根据第六实施例的太阳能组件背面封装构件的示意性和非按比例的局部横截面视图。图6中示出的太阳能组件背面封装构件与图5中示出的太阳能组件背面封装构件相对应，不同点在于聚合物箔7设置在保护层1a上，这样，该聚合物箔7是所述背面封装构件的外表面，所述太阳能组件未完全示出。
附图标记列表：
1a规则的金属线系统形式的保护层
1b不规则的金属线系统形式的保护层
2粘合膜
3聚对苯二甲酸乙二醇酯层
4粘合膜
5a聚氟乙烯膜
5b聚烯烃膜
6层开口
7聚合物箔
8聚烯烃膜
9封装材料
10太阳能电池串
11正面构件

Claims (10)

1.一种太阳能组件背面封装构件，其具有：
具有带有层压表面的至少一块聚合物板或聚合物箔(2，3，4，5a，5b，8)的层压型层结构，
其特征在于：
该层压型层结构具有带有层开口(6)的至少一个保护层(1a，1b)，所述保护层(1a，1b)通过覆盖区覆盖所述层压表面的至少70％，以及
由于存在层开口(6)，在所述覆盖区中，位于保护层(1a，1b)下面的太阳能组件背面封装构件的至少15％的区域以及最大99.9％的区域被覆盖，以及
所述保护层(1a，1b)形成为一由多股线制成的开放式扩散结构。
2.根据权利要求1所述的太阳能组件背面封装构件，其特征在于：所述多股线包括多股金属线或含金属的线。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能组件背面封装构件，其特征在于：所述保护层(1a，1b)具有带有表面结构区的表面结构，该表面结构区比层压表面的覆盖区大至少10％。
4.根据前述权利要求任一项所述的太阳能组件背面封装构件，其特征在于：所述保护层(1a，1b)上铺设有一个或多个聚合物箔和/或聚合物层和/或由非聚合材料和非金属材料制成的牺牲层。
5.根据前述权利要求任一项所述的太阳能组件背面封装构件，其特征在于：多个聚合物板和/或聚合物箔(3，5b)的材料是聚对苯二甲酸乙二醇酯和/或聚烯烃。
6.一种太阳能组件，其具有：
包括正面和背面的正面封装构件(11)，
设置在正面封装构件(11)的背面并且相互电连接的太阳能电池串(10)，
以及根据前述权利要求任一项的太阳能组件背面封装构件。
7.根据权利要求6所述的太阳能组件，其特征在于：所述太阳能组件背面封装构件包括用于太阳能电池串的封装材料(9)。
8.根据权利要求6或7所述的太阳能组件，其特征在于：所述太阳能组件包括金属框结构和保护层(1a，1b)，并且所述金属框结构相互电连接。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的太阳能组件，其特征在于：所述太阳能组件背面封装构件的保护层(1a，1b)层压进入背面封装构件中或埋设在所述背面封装构件中。
10.根据权利要求6-8中任一项所述的太阳能组件，其特征在于：所述保护层(1a，1b)形成所述太阳能组件背面封装构件的最外层。
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