CN105720120A - 一种基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件。本发明属于物理电源技术领域。一种基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件，采用硅基太阳电池片，汇流条采用镀银铜芯编制扁软线，保证组件在热交变条件下不会引起汇流条翘曲，粘合剂采用厚度小于0.1mm的超薄聚烯烃胶膜，组件上表面采用透明聚酯薄膜，下表面采用黑色聚酯薄膜；组件从上到下依次是黑色聚酯膜、聚烯烃胶膜、电池片、聚烯烃胶膜、透明聚酯膜的顺序叠层，组件正面朝下进入层压机成型制成。本发明具有能够在太阳能无人机上大面积铺设、牢固可靠、裂片率低、质量面密度小等优点。实现了无人机机翼表面太阳电池功率的高效输出。

Description

一种基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件

技术领域

本发明属于物理电源技术领域，特别是涉及一种基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件。

背景技术

目前，太阳能无人机用太阳电池组件主要有两种，一种是基于晶硅刚性电池的太阳电池组件，一种是基于柔性薄膜电池(如铜铟镓硒、非晶硅等)的太阳电池组件。晶硅电池组件以其转换效率高、可弯曲、成本适中、环境适应性强等优点，在太阳能无人机上广泛应用。

传统光伏组件采用单晶硅或多晶硅太阳电池，用聚乙烯-醋酸乙烯酯热熔胶、钢化玻璃和TPT背板层压制造而成。这种工艺制造出的太阳电池组件虽然能够具备长效发电能力，但是其重量大、不可弯曲，限制了其在太阳能无人机上的使用。

实用新型专利“柔性太阳电池组件”(申请号200520140578.3)，属于一种可适当弯曲组件，采用单晶硅或多晶硅太阳电池，透明薄膜为透明TPT或透明聚酯薄膜，热熔胶采用聚乙烯-醋酸乙烯酯或聚乙烯缩聚甲醛材料，柔性封装衬板是铝或TPT或环氧板，采用常规加热层压工艺制成柔性电池组件。虽然解决了太阳电池组件不可弯曲变形的问题，但未报道在无人机结构上的铺设以及重量指标。

实用新型专利“一种超薄柔性晶硅太阳能电池组件”(申请号201220268254.8)|，由上至下依次包括薄膜、太阳能电池电路、衬底。该电池衬底采用碳纤维网制成。组件面密度低，具有很高柔性。但该组件封装模式为单面封装，背电极裸露，易导致存放一段时间后性能下降，使用过程中裂片率较高。衬底碳纤维网与飞机蒙皮薄膜粘接来固定在飞机机翼上，可靠性差。组件制造工艺复杂，尺寸较小，大面积铺设有难度。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件。

本发明的目的是提供一种能够在太阳能无人机上大面积铺设、牢固可靠、裂片率低、质量面密度小等特点的基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件。实现无人机机翼表面太阳电池功率的高效输出。

本发明基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件所采取的技术方案是：

一种基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件，其特点是：基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件采用硅基太阳电池片，汇流条采用镀银铜芯编制扁软线，保证组件在热交变条件下不会引起汇流条翘曲，粘合剂采用厚度小于0.1mm的超薄聚烯烃胶膜，组件上表面采用透明聚酯薄膜，下表面采用黑色聚酯薄膜；组件从上到下依次是黑色聚酯膜、聚烯烃胶膜、电池片、聚烯烃胶膜、透明聚酯膜的顺序叠层，组件正面朝下进入层压机成型制成。

本发明基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件还可以采用如下技术方案：

所述的基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件，其特点是：组件上表面采用小于0.025mm厚的透明聚酯薄膜，透明聚酯薄膜为乙烯-四氟乙烯共聚物材料，下表面采用小于0.025mm厚的黑色聚酯薄膜，黑色聚酯薄膜为乙烯-四氟乙烯共聚物材料或涤纶树脂材料。

所述的基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件，其特点是：硅基太阳电池为高效率的晶硅电池，效率在20％以上。

所述的基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件，其特点是：基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件厚度为0.3-0.5mm，组件面密度小于600g/m²。

本发明具有的优点和积极效果是：

基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明采用这种高效、高比功率、低面密度的太阳电池组件制作无人机太阳电池阵，可以有效降低能源系统重量，提高能源利用效率；通过一体化设计，太阳电池组件可以作为无人机上蒙皮材料，用结构胶固定在飞机骨架上；能源一体化蒙皮既起到发电作用，又起到承力作用等优点。

附图说明

图1是本发明内部结构示意图；

图中，1-透明聚酯薄膜，2-聚烯烃胶膜，3-太阳电池电路，4-黑色聚酯薄膜，5-镀锡铜焊带。

图2是典型半硬式太阳电池组件的布片示意图；

图3是平流层飞艇用半硬式太阳电池组件的示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

参阅附图1、图2和图3。

实施例1

一种典型的基于无人机的半硬式太阳电池组件，由4行7列边长为125mm的电池排布而成。见图2。单体电池为厚度小于180μm的高效硅电池，高效电池可选择背结式硅太阳电池，也可采用HIT异质结高效电池。采用上述两种电池制作的太阳电池组件效率均可以达到20％以上。单体电池经过性能筛选后，按照功率分档使用。

采用的典型制造工艺，包括如下步骤：单体电池焊接、电池电路串联焊接、柔性电池叠层、EL测试、层压、电性能测试、裁边清洗。

1.单体电池焊接

采用0.2mm厚的镀锡铜带作为焊接引线，将焊带与电池负极焊接，焊接温度必须控制在250℃以下，铜带方向保持与引出一侧的电池边垂直。

2.电池电路串联焊接

使用专用的焊接模具，将电池正面朝下放置，依次对齐摆放，把第一片电池的引出铜带焊接到下一片电池的正极上，直到将7片电池串焊在一起。

3.柔性电池叠层

叠层为组件制作的关键步骤。首先用2-3mm厚度的钢化玻璃作为衬板放在最下方，在下方铺上一层滤纸、再放置一层100μm厚的聚四氟乙烯薄膜，再依次铺上透明聚酯膜、聚烯烃热熔胶膜、组件底纸。组件底纸上按照1:1比例绘制出电池布放轮廓。然后将已串焊好的4个7串电池依次摆放在底纸上，对齐边界。摆放后用胶带将电池固定，再焊接汇流条，汇流条采用镀银铜芯扁软线，软线宽度为3mm。完成焊接后，抽出底纸，盖上下层胶膜、黑色聚酯膜，再将电极从两层膜中间穿出，最后再盖上一层聚四氟乙烯薄膜、一层滤纸，将组件捋平。

4.EL测试

将叠层好的组件放入EL测试仪，检查组件裂片，如有裂片，则返回上一步骤换修电池。

5.层压

使用层压机按照80℃抽真空10分钟，145℃层压20分钟的方法，将组件各层粘接在一起。

6.电性能测试

采用AM1.5标准太阳模拟器测试组件的电性能。

7.裁边清洗

裁除多余的薄膜边界、并对表面用无水乙醇进行清洗。

组件采用的透明聚酯膜，可选择具备防水涂层的乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜制作而成，该材料具有抗紫外线、透光率高、抗撕裂性强、耐热性好、透水率低等特点。

组件采用的黑色聚酯膜，可选择乙烯-四氟乙烯共聚物材料或涤纶树脂材料。起到保护背电极的作用。

汇流条与引线，选用镀银铜芯编织扁软线，优点在于抵抗热交变能力强，载流能力强，易于弯折，不易拉断，既可压接、又可焊接等。组件与其他组件直接通过压接端子压接，即可实现互联。从而省去组件在无人机机翼上部装后的焊接步骤，方便可靠。

该组件还可应用于平流层飞艇，见附图3。在组件内电池切角中心处，铆接铜质气眼，可起到平衡内外气压的作用，边界处可通过胶接、气眼绑扎、尼龙搭扣粘接等方式与飞艇蒙皮固定。

实施例2

一种基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件采用高效硅基太阳电池片。组件效率高达20％以上。汇流条采用镀银铜芯编制扁软线，保证组件在热交变条件下不会引起汇流条法向翘曲。粘合剂采用超薄聚烯烃胶膜，厚度0.1mm。组件上表面采用0.025mm厚的透明聚酯薄膜制成，下表面采用0.025mm黑色聚酯薄膜。组件从上到下依次是黑色聚酯膜、聚烯烃胶膜、电池片、聚烯烃胶膜、透明聚酯膜的顺序叠层，组件正面朝下进入层压机成型。

本实施例具有的优良特点：

1、采用聚酯薄膜作为正反面封装的材料，表面均有阻水涂层。

2、组件可弯曲，曲率半径达到50mm时，仍无裂片产生。

3、本专利采用高效率的晶硅电池，效率在20％以上，尺寸为125mm×125mm。可根据实际需求使用整片组合或者划片成小片组合。组件最佳功率点比功率大于340W/m²。

4、组件采用超薄封装材料和超薄电池制成，组合后，组件厚度仅为0.4mm。组件面密度小于600g/m²。

5、组件耐环境能力强，10天紫外辐照试验后功率衰降小于2％。组件经历10天湿热试验后，功率衰降小于3％。

6、与机翼结构一体化接口友好，不易破损。

本实施例采用高效、高比功率、低面密度的太阳电池组件制作无人机太阳电池阵，可以有效降低能源系统重量，提高能源利用效率。通过一体化设计，太阳电池组件可以作为无人机上蒙皮材料，用结构胶固定在飞机骨架上。能源一体化蒙皮既起到发电作用，又起到承力作用等积极效果。

Claims (4)

1.一种基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件，其特征是：基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件采用硅基太阳电池片，汇流条采用镀银铜芯编制扁软线，保证组件在热交变条件下不会引起汇流条翘曲，粘合剂采用厚度小于0.1mm的超薄聚烯烃胶膜，组件上表面采用透明聚酯薄膜，下表面采用黑色聚酯薄膜；组件从上到下依次是黑色聚酯膜、聚烯烃胶膜、电池片、聚烯烃胶膜、透明聚酯膜的顺序叠层，组件正面朝下进入层压机成型制成。

2.根据权利要求1所述的基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件，其特征是：组件上表面采用小于0.025mm厚的透明聚酯薄膜，透明聚酯薄膜为乙烯-四氟乙烯共聚物材料，下表面采用小于0.025mm厚的黑色聚酯薄膜，黑色聚酯薄膜为乙烯-四氟乙烯共聚物材料或涤纶树脂材料。

3.根据权利要求1或2所述的基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件，其特征是：硅基太阳电池为高效率的晶硅电池，效率在20％以上。

4.根据权利要求1或2所述的基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件，其特征是：基于太阳能无人机的半硬式高效硅太阳电池组件厚度为0.3-0.5mm，组件面密度小于600g/m²。