CN106739986B - 用于汽车玻璃的加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于汽车玻璃的加热系统，包括：太阳能电池，设于汽车玻璃上；蓄电池与所述太阳能电池电性连接；充电回路，将所述太阳能电池和所述蓄电池串联，用于实现所述太阳能电池对所述蓄电池充电；放电回路，将所述蓄电池和所述太阳能电池串联，用于实现所述蓄电池对所述太阳能电池放电，以使所述太阳能电池产生热能。通过将太阳能电池产生的电储存在蓄电池中，在放电回路中，当蓄电池对太阳能电池提供电压时，太阳能电池体内的电流密度随着电压升高快速增加，使得太阳能电池可实现快速升温，从而实现太阳能电池对汽车玻璃的迅速加热，进而解决现有技术中利用太阳能电池加热汽车玻璃时效率低的问题。

Description

用于汽车玻璃的加热系统

技术领域

本发明涉及太阳能光伏技术领域，特别涉及一种用于汽车玻璃的加热系统。

背景技术

玻璃作为车身的结构材料之一，被大量用在前窗，侧窗，后窗和车顶的天窗，甚至全车顶。太阳能电池与玻璃结合，可以利用玻璃本身的结构强度、表面硬度和抗化学腐蚀的能力，起到保护太阳能电池免受机械冲击和环境老化的作用。

当玻璃被用在汽车的前挡和后挡时，需要配备加热功能，以实现玻璃表面的除霜化冰或者高湿度天气的除雾。目前普遍采用的汽车玻璃加热方式有电阻丝加热和鼓风机热风加热，前者应用在汽车的后挡风玻璃上，后者通常应用在汽车的前挡风玻璃上，也有通过导电涂层实现玻璃的加热，如US5756192和US2014/0091073A1。

在中国实用新型CN204020815U中，提出了利用太阳能电池除霜的汽车玻璃的结构，当太阳能电池接受光照时将产生光生电流和光生电压，如果此时将太阳能电池的正负极短接，太阳能电池自身将成为负载，光生电流通过太阳能电池的内阻产生热量，实现玻璃的升温，从而达到除霜的效果。

采用上述方法来加热汽车玻璃，优点在于其不需要外部的电源供应，完全依靠太阳光转化成电能，再由电能转化成为热能，可以利用太阳能电池本身的发电来减少电加热的能耗，起到节能减排的效果；缺点是其加热效果完全取决于太阳光的强度，光照强度高的时候，产生的电流大，加热的效果明显，光照强度低的时候，产生的电流小，加热效果差。然而，需要除霜化冰的天气通常太阳光强度弱，而且玻璃如果被冰雪覆盖，其表面很难在短时间内接受到光照，所以在此情况下通过太阳能电池的电流小，产生的热量少，因此玻璃的升温速率低，化冰的速度慢。另外，在夜晚太阳能电池无法接受到太阳光时，若需要对玻璃化冰则更无法实现。

所以，有必要设计一种适用于汽车玻璃的加热系统以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于汽车玻璃的加热系统，以解决现有技术中采用太阳能电池加热汽车玻璃时效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的汽车玻璃的加热系统是这样实现的：

一种用于汽车玻璃的加热系统，包括：

太阳能电池，设于汽车玻璃上；

蓄电池，与所述太阳能电池电性连接；

充电回路，将所述太阳能电池和所述蓄电池串联，用于实现所述太阳能电池对所述蓄电池充电；

放电回路，将所述蓄电池和所述太阳能电池串联，用于实现所述蓄电池对所述太阳能电池放电，以使所述太阳能电池产生热能。

由以上技术方案可见，通过将太阳能电池产生的电储存在蓄电池中，在放电回路中，当蓄电池对太阳能电池提供电压时，太阳能电池体内的电流密度随着电压升高快速增加，使得太阳能电池可实现快速升温，从而实现太阳能电池对汽车玻璃的迅速加热，进而解决现有技术中利用太阳能电池加热汽车玻璃时效率低的问题。

优选地，所述充电回路还包括光伏控制器，所述光伏控制器位于所述太阳能电池和所述蓄电池之间，用以将所述太阳能电池产生的电转化成可充入所述蓄电池的电。

通过在充电回路中设置光伏控制器，可将太阳能电池产生的电通过直流变压，转化成为可以充入蓄电池的电，从而实现将太阳能电池产生的电能进行储存。

优选地，所述光伏控制器还包括充电控制模块，用于控制充电的电压。

光伏控制器除了具备直流变压的功能以外，还需要有蓄电池的充电控制模块，用于探测蓄电池的容量和充电放电状态，从而控制充电的电压。

优选地，所述光伏控制器还包括太阳能电池最佳功率点追踪模块，所述追踪模块用于匹配太阳能电池和后端负载，从而使得太阳能电池的输出功率最大化。

优选地，所述充电回路还包括一二极管，所述二极管位于所述光伏控制器靠近所述蓄电池一侧的正极路线上。

通过设置二极管使得该回路中只允许电流由单一方向流过，即，充电回路只允许太阳能电池对蓄电池充电，不允许蓄电池对太阳能电池放电，二极管电压的选择根据蓄电池的电压决定。

优选地，所述放电回路还包括加热控制器，所述加热控制器位于所述蓄电池和所述太阳能电池之间，用以将所述蓄电池产生的电进行直流变压。

通过在放电回路中设置加热控制器，其可以将蓄电池产生的电通过直流变压，来实现对太阳能电池提供正向偏压，产生足够大的正向电流，使得太阳能电池可实现快速升温，从而实现汽车玻璃的加热。

优选地，还包括一直流电机，所述直流电机与所述放电回路电性连接，所述加热控制器用以采集所述直流电机工作状态的信号。

通过设置直流电机，使得加热控制器可根据直流电机工作状态的信号来判断是否加热汽车玻璃，只有直流电机工作的时候，玻璃加热才能启动，以防止蓄电池出现亏电的状况。

优选地，所述放电回路还包括一熔断器，所述熔断器位于所述加热控制器靠近所述蓄电池一侧的正极线路上。

通过设置熔断器，当太阳能电池发生内部短路，电流瞬间升高，短路区域温度会快速提升，熔断器在电流过大的时候断开，起到保护太阳能电池和电源线路的作用。

优选地，所述充电回路和所述放电回路之间设有一模式选择器。

优选地，当所述模式选择器与所述充电回路导通时，则实现所述太阳能电池对所述蓄电池充电；当所述模式选择器与所述放电回路导通时，则实现所述蓄电池对所述太阳能电池放电。

通过在两个回路之间设置模式选择器，可以用来选择是否开启玻璃加热功能。在大部分时间，模式选择器保持在太阳能充电模式即充电回路，当玻璃需要除霜化冰时，将模式选择器切换到加热模式，即，放电回路，也可以通过模式选择器将这两个回路完全与蓄电池断开。

优选地，所述汽车玻璃包括相对设置的上片玻璃和下片玻璃，所述太阳能电池设于所述上片玻璃和所述下片玻璃之间。

优选地，所述汽车玻璃包括相对设置的上片玻璃和下片玻璃，所述太阳能电池设于所述下片玻璃朝向所述上片玻璃的表面。

优选地，所述太阳能电池与所述上片玻璃和所述下片玻璃通过胶膜层进行粘接。

优选地，所述太阳能电池与所述上片玻璃通过胶膜层进行粘接。

通过将太阳能电池设置在上片玻璃和下片玻璃之间或者设置在下片玻璃的表面，使得当太阳能电池快速升温时，能够实现太阳能电池对汽车玻璃的迅速加热，从而提高加热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的用于汽车玻璃的加热系统电路图；

图2为本发明一实施例提供的汽车后窗投影到平面的示意图；

图3为本发明一实施例提供的太阳能电池加热玻璃的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的平均加热功率为125W/m²的太阳能电池加热玻璃升温曲线图；

图5为本发明一实施例提供的平均加热功率为240W/m²的太阳能电池加热玻璃升温曲线图；

图6为本发明一实施例提供的平均加热功率为470W/m²的太阳能电池加热玻璃升温曲线图；

图7为本发明又一实施例提供的汽车后窗投影到平面的示意图；

图8为本发明又一实施例提供的太阳能电池加热玻璃的结构示意图；

图9为本发明又一实施例提供的恒定电流下，平均加热功率为250W/m²的太阳能电池加热玻璃升温曲线图；

图10为本发明又一实施例提供的恒定电流下，平均加热功率为480W/m²的太阳能电池加热玻璃升温曲线图；

图11为本发明又一实施例提供的恒定电压下，平均加热功率为300W/m²的太阳能电池加热玻璃升温曲线图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明提供的方案中，通过将太阳能电池产生的电储存在蓄电池中，在放电回路中，当蓄电池对太阳能电池提供电压时，太阳能电池体内的电流密度随着电压升高快速增加，使得太阳能电池可实现快速升温，从而实现太阳能电池对汽车玻璃的迅速加热，进而解决现有技术中利用太阳能电池加热汽车玻璃时效率低的问题。

图1为本发明一实施例提供的用于汽车玻璃的加热系统电路图。该加热系统包括：太阳能电池1，其设置在汽车玻璃上；蓄电池2，与所述太阳能电池1电性连接；充电回路，将所述太阳能电池1和所述蓄电池2串联，用于实现所述太阳能电池1对所述蓄电池2充电；放电回路，将所述蓄电池2和所述太阳能电池1串联，用于实现所述蓄电池2对所述太阳能电池1放电，以使所述太阳能电池1产生热能。

上述加热系统的工作原理为：通常，绝大多数太阳能电池采用PN结构或者PIN结构，其具有电流正向导通反向截止的特点。当太阳能电池受到较大的正向外部电压，PN结或PIN结将处于正向导通的工作状态，在此状态下，太阳能电池内阻随着电压升高迅速下降，电流密度随着电压升高快速增加，太阳能电池可实现快速的升温。利用上述原理，可用来实现太阳能电池对汽车玻璃的迅速加热，其加热的升温速率可以通过施加在太阳能电池上的电流或者电压来控制，从而使得汽车玻璃的加热更可靠可控。这里，外部电压由蓄电池提供，在其他实施例中，还可以由发电机来提供。

所述充电回路还包括光伏控制器3，所述光伏控制器3位于所述太阳能电池1和所述蓄电池2之间，用以将所述太阳能电池1产生的电转化成可充入所述蓄电池2的电。通过在充电回路中设置光伏控制器3，可将太阳能电池1产生的电通过直流变压，转化成为可以充入蓄电池2的电，从而实现将太阳能电池1产生的电能进行储存。

所述光伏控制器3除了具备直流变压的功能以外，还需要有对蓄电池2进行充电的充电控制模块，其用于探测蓄电池2的容量和充电放电状态，控制充电的电压。此外，可选地，所述光伏控制器3还具有太阳能电池最佳功率点追踪模块，该模块用于匹配太阳能电池和后端负载，从而使得太阳能电池的输出功率最大化。

所述充电回路还包括一二极管4，所述二极管4位于所述光伏控制器3靠近所述蓄电池2的一侧的正极路线上。通过设置二极管使得该回路中只允许电流由单一方向流过，即，充电回路只允许太阳能电池对蓄电池充电，不允许蓄电池对太阳能电池放电，二极管电压的选择根据蓄电池的电压决定。

请继续参照图1，所述放电回路还包括加热控制器5，所述加热控制器5位于所述蓄电池2和所述太阳能电池1之间。通过在放电回路中设置加热控制器，其可以将蓄电池产生的电通过直流变压，来实现对太阳能电池提供正向偏压，产生足够大的正向电流，使得太阳能电池可实现快速升温，从而实现汽车玻璃的加热。

所述加热控制器5还需对汽车玻璃进行温度探测，如图1中的标号A所示，即，所述加热控制器5采集汽车玻璃的温度信号，该温度信号用来决定加热是否终止，当玻璃温度高于预设的温度阈值，如40℃时，加热控制器5自动切断放电回路，避免玻璃温度过高造成安全隐患。为了防止蓄电池2亏电，导致汽车无法发动，定义太阳能电池加热功能只有在直流电机6启动的时候才能工作。所述加热控制器5可对直流电机6的工作状态进行探测，如图1中的标号B所示，当汽车点火，直流电机6工作时，直流电机6的启动信号传递给所述加热控制器5，太阳能电池加热功能可以启动；当汽车熄火，直流电机6停止时，直流电机6关闭信号传递给所述加热控制器5，加热控制器5自动切断放电回路。因为当汽车熄火时，驾乘人员本身也没有对玻璃加热进行除霜化冰的需求。

进一步地，所述放电回路还包括一熔断器7，所述熔断器7位于所述加热控制器5靠近所述蓄电池2一侧的正极路线上。通过设置熔断器，当太阳能电池发生内部短路，电流瞬间升高，短路区域温度会快速提升，熔断器在电流过大的时候断开，起到保护太阳能电池和电源线路的作用。其中，熔断器的保护电流根据加热功率的大小选择。

所述充电回路和所述放电回路之间设有一模式选择器8。通过在两个回路之间设置模式选择器8，可以用来选择是否开启玻璃加热功能。在大部分时间，所述模式选择器8与所述充电回路导通，实现所述太阳能电池1对所述蓄电池2充电，即，模式选择器8保持在太阳能充电模式；当玻璃需要除霜化冰时，所述模式选择器8与所述放电回路导通，实现所述蓄电池2对所述太阳能电池1放电，即，模式选择器切换到加热模式。当然，也可以通过模式选择器将这两个回路完全与蓄电池断开。

以下结合具体的应用实施例对本发明进行更为详细的阐述。

实施例1：

以汽车后窗为例，将上述加热系统应用于汽车后窗上，实现对后窗玻璃的加热。如图2所示，图2为本发明一实施例提供的汽车后窗投影到平面的示意图。在透光区域中，上宽W1为960mm，下宽W2为1060mm，高度H1为600mm的梯形区域内布置太阳能电池，太阳能电池的有效面积0.610平方米。这里，太阳能电池采用晶硅太阳能电池。其中，汽车玻璃除霜化冰需要的能量密度为300～1000W/m²，太阳能电池布置于透光区域中，优选的能量密度为500W/m²，对于48V的加热电压，电流约为6.3A。基于上述的规格，所述加热控制器5需要将12V的蓄电池输出电压升高到48V，同时在放电回路上，需考虑安装10A的熔断器。为了能够在正向偏压48V下实现约6.3A的电流，太阳能电池的排布和串并联也需要专门设计。根据加热所需要的电压，设计电池片与电池片之间、电池串与电池串之间的串并联，对于图2所示实施例，电池片与电池片的内部为串联，左边三个电池串并联，右边三个电池串并联，左边和右边串联，从而形成开路电压为40～45V，峰值功率为30～35W，短路电流约为1.0A的太阳能组件。其中，晶硅电池采用实用新型CN204020815U所述的排布方法，以实现透光，电池片E的宽度w1为6mm，电池片和电池片之间的间距d1为12mm，透光率为67％。

其中，上述晶硅太阳能电池加热玻璃的制作方法如下：

S1.汽车玻璃的选择

取后窗玻璃两片，两片均为厚度2.1mm的半钢化玻璃，其中，上片玻璃和下片玻璃相对设置。上片玻璃朝向车外侧，其采用高透过率的玻璃，可见光区即在380～780nm的范围内的透光率大于90％，近红外区即在780～1100nm的范围内的透光率大于90％。下片玻璃朝向车内侧，其采用普通玻璃，当然，为了调节透光率也可以采用绿玻璃或者灰玻璃。这里，上片玻璃也可以用聚碳酸酯等可见光和红外透光率在85％以上的塑料材质替代。采用塑料材质时，塑料外表面需做好硬化处理，以提高塑料材质的抗刮性能，同时还需做好抗紫外的处理，防止塑料材质在长期紫外辐照下透光度发生改变。下片玻璃也可以采用上述可见光和红外透光率在85％以上的塑料材质替代，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(简称PET)膜，但是下片玻璃没有表面硬化的需求。

S2.透光太阳能组件的设计和制作

将太阳能电池切割成5～10mm的小条，小条和小条之间通过焊带或导电胶带连接，焊带或导电胶带的厚度和宽度根据实际电路承载的电流进行选择。太阳能电池与电池之间按照固定间距拉开距离，以实现透光的效果，根据透光率的需求，电池片与电池片间距通常在5～20mm。透光率由电池片与电池片的间距即透光区域和电池片即不透光区域的宽度来定义。以图2为例，电池片E的宽度w1为6mm，电池片和电池片之间的间距d1为12mm，则透光率为67％。根据后窗玻璃片的尺寸设计太阳能电池串的排布，通常对于梯形的后窗，最小电池串间距为3mm，电池串间距随着玻璃宽度的增加而变大，从而保证均匀加热的效果。

S3.太阳能组件的铺设

图3为本发明一实施例提供的太阳能电池加热玻璃的结构示意图。其中，太阳能电池设于所述上片玻璃16和所述下片玻璃11之间，所述太阳能电池与所述上片玻璃16和所述下片玻璃11通过胶膜层进行粘接。具体地，如图3所示，在下片玻璃11上铺设胶膜12，在胶膜12之上铺设电池串13，电池串与电池串之间的串并联按照步骤S2的设计进行连接，串并联通过焊带14实现连接，引线留出玻璃边缘，这里也可以采用导电胶带代替焊带14；在电池串13上方铺设胶膜15；在胶膜15之上放置上片玻璃16，上下片玻璃对齐，太阳能电池位于两片玻璃之间的透光区域。其中，胶膜15采用高透光的胶膜，其在可见光区即380～780nm的范围的透光率大于90％，在近红外区即780～1100nm的范围内的透光率大于90％；胶膜12可以是普通的透光胶膜，也可以是带颜色的胶膜，其根据车身的设计而定，胶膜的厚度为0.3～0.5mm。这里，胶膜12和胶膜15采用聚乙烯醇缩丁醛(英文简称PVB)，也以用乙烯-醋酸乙烯共聚物(英文简称EVA)替代，还可以采用透光率更高的有机硅材料。

S4.合片

将步骤S3中的层叠件放在层压机预压，预压的过程中采用与玻璃曲率形状一样的磨具进行，预压的作用是抽出片层之间的空气，使得胶膜和各层材料初步粘结，预压需要在30～70Kpa的压力下，加热到PVB胶膜的融化温度130～160℃进行；预压结束后再将层叠件放入高压釜进行合片，合片的压力在5～11个大气压，加热到PVB胶膜的融化温度130～160℃进行。

S5.封边

对合片后的组件边缘采用封边胶17进行密封，以防止外部水汽进入两片玻璃之间导致导线或者电池氧化；封边胶17的材料采用丁基橡胶等透水率低的材料，当然，也可以采用有机硅或者环氧树脂材料。陶瓷层18印刷在下片玻璃11远离上片玻璃16的一侧表面，用以提供下片玻璃与车身的粘接处。

将采用上述方法步骤制得的晶硅太阳能电池加热玻璃应用于汽车天窗，晶硅电池的宽度为6mm，电池间距为12mm，采用恒定电流6.09A，不同电压的设计来加热汽车天窗，其加热实测效果如图4～图6所示，测试数据见表1～表3。其中，不同的电压是通过改变太阳能电池的串并联加以实现的。

(1)图4和表1分别为在测试环境温度为20℃时，在晶硅太阳能电池加热玻璃的结构上施加125W/m²的平均加热功率时玻璃表面的温度随时间的变化曲线和测试数据。结合图4和表1可以看出，加热5分钟时升温2℃左右，60分钟后升温只有5～6℃。

结论：对于玻璃加热的应用，此加热功率过低。

表1平均加热功率为125W/m²的太阳能电池加热玻璃升温情况

(2)图5和表2分别为在测试环境温度为20℃时，在晶硅太阳能电池加热玻璃的结构上施加240W/m²的平均加热功率时玻璃表面的温度随时间的变化曲线和测试数据。结合图5和表2可以看出，5分钟升温6～7℃左右，15分钟后升温12～13℃。

结论：此功率为除霜化冰最低的功率需求。

表2平均加热功率为240W/m²的太阳能电池加热玻璃升温情况

(3)图6和表3分别为在测试环境温度为20℃时，在晶硅太阳能电池加热玻璃的结构上施加470W/m²的平均加热功率时玻璃表面的温度随时间的变化曲线和测试数据。结合图6和表3可以看出，5分钟升温16～17℃左右，15分钟后升温22～25℃，60分钟后升温速率降低，玻璃表面温度稳定在50～60℃。

结论：此功率下除霜化冰的效果明显。

表3平均加热功率为470W/m²的太阳能电池加热玻璃升温情况

总结：从上述内容可见，加热的功率密度应该控制在250～500W/m²之间，可以得到理想的除霜化冰效果。通常，设置有太阳能电池片的位置玻璃温度将高于未设置电池片的位置，如果加热功率密度过高，温差过大，升温速率过快，容易因为玻璃局部受热不均匀增加玻璃破裂的风险。加热的功率密度过低，散失到外界的热量高于本身玻璃电加热得到的热量，玻璃加热的效果差。

实施例2：

在其他优选的实施例中，太阳能电池可采用薄膜电池，薄膜太阳能电池其导电层均匀分布在汽车玻璃的整个透光区域，利用薄膜太阳能电池来进行电加热，可以得到更加均匀升温的效果。以汽车后窗为例，如图7所示，图7为本发明又一实施例提供的汽车后窗投影到平面的示意图。在透光区域中，上宽W3为988mm，下宽W4为1102mm，高度H2为651mm的梯形区域内布置太阳能电池，太阳能电池有效面积为0.630平方米。其中，汽车玻璃除霜化冰需要的能量密度为300～1000W/m²，薄膜太阳能电池布置于透光区域中，优选的功率密度为300W/m2，对于60V的加热电压，平均电流为3.2A。基于上述的规格，所述加热控制器5需要将12V的蓄电池输出电压升高到60V，同时在放电回路上，需考虑安装10A的熔断器。为了能够在正向偏压60V下实现3.2A的电流，薄膜太阳能电池串并联也需要专门的设计。其中，开路电压的大小设计在45～50V，薄膜电池的发电峰值功率为50～60W，短路电流为1.5A，薄膜电池的可见光透光率约为15％。

其中，上述薄膜太阳能电池加热玻璃的制作方法如下：

S1.汽车玻璃的选择

取后窗玻璃一片，作为上片玻璃，玻璃的厚度为3.0～5.0mm的钢化玻璃，玻璃采用高透光率的玻璃，可见光区即在380～780nm的范围内的透光率大于90％，近红外区即在780～1100nm的范围内的透光率大于90％。这里，上片玻璃也可以用聚碳酸酯等可见光和红外透光率在85％以上的塑料材质替代。采用塑料材质时，塑料外表面需做好硬化处理，以提高塑料材质的抗刮性能，同时还需做好抗紫外的处理，防止塑料材质在长期紫外辐照下透光度发生改变。

S2.透光太阳能组件的设计和制作

在薄玻璃衬底上沉积薄膜太阳能电池，薄玻璃的厚度在0.4～0.7mm，此厚度的薄玻璃具有一定的弯曲能力，通过玻璃的弯曲可以完全贴合到后窗玻璃上。这里，薄玻璃衬底也可以采用可见光和红外透光率在85％以上的塑料材质替代，如PET膜或者乙烯-四氟乙烯薄膜(简称ETFE)，厚度在0.3～2mm。若采用柔性衬底，薄膜电池可以采用卷对卷的方式制备。薄膜电池可以是非晶硅薄膜电池、微晶硅薄膜电池、非晶硅锗薄膜电池中的一种或多种；当然，薄膜电池也可以是其他有机或者无机半导体。制备薄膜电池的具体步骤如下：

a)将薄玻璃衬底21清完后，依次沉积透明导电氧化物下电极22，光电转化层23，透明导电氧化物上电极24。

b)根据后窗玻璃片上透光区域的尺寸，对薄玻璃进行切割，采用激光切割的方式，激光从玻璃面入射，激光切割的深度控制在薄玻璃衬底以内，依靠激光脉冲的瞬间热量使玻璃自行解离，激光脉冲宽度在纳秒或者皮秒，可以有效控制玻璃的边缘损伤，得到高质量的玻璃边缘，防止合片过程中的破裂。

c)在薄膜电池的正负极上粘接导电胶带25或者焊接焊带，焊带或者导电胶带25的长度以排版后伸出后窗玻璃的边缘为宜。导电胶带或者焊带的厚度和宽度根据实际电路承载的电流进行选择。

其中，透明导电氧化物为掺锡氧化铟、掺铝氧化锌、掺硼氧化锌、掺镓氧化锌、掺氟氧化锡等可见光透光率在85％以上并且具有足够横向导电能力的导电氧化物薄膜，薄膜的方块电阻在2～20ohm/sq。

光电转化层23包括非晶硅N层，I层和P层。薄膜电池的透光可以通过两种方法来实现，一种是通过减薄吸收层I层的厚度，从而降低薄膜对可见光的吸收，提高可见光透光率；另一种是通过激光去除薄膜上的部分区域内的非晶硅N层，I层和P层，从而形成透光的通路，通常激光透光划刻的线宽在50～100um，透光线和线的间距在0.5～1.0mm。

薄膜电池的开路电压和短路电流，也是通过电池制作工艺中的激光划线来定义的。通过P1，P2，P3的激光划线，可以定义节宽，并且使节与节之间实现串联连接，在本实施例中，电池的节宽为11mm，开路电压的大小在45～50V，薄膜电池的发电峰值功率在50～60W左右，短路电流为1.5A。

S3.太阳能组件的铺设

图8为本发明又一实施例提供的太阳能电池加热玻璃的结构示意图。如图8所示，薄玻璃衬底21和上片玻璃26相对设置，在上片玻璃26的朝向薄玻璃衬底21的一侧铺设PVB胶膜27，在PVB胶膜27之上铺设薄膜太阳能电池，薄膜太阳能电池的膜面朝向上片玻璃26靠近薄玻璃衬底21的一侧，这样太阳能薄膜部分设于上片玻璃26和薄玻璃衬底21之间，保证了更好的耐候性。薄膜太阳能电池的铺设必须对准后窗玻璃的透光区域，为了防止透光区域边缘漏光，通常薄膜电池长宽尺寸大于透光区域5mm或者更多。

S4.合片

将步骤S3中的层叠件放在层压机预压，预压的过程中采用与玻璃曲率形状一样的磨具进行，预压的作用是抽出片层之间的空气，使得胶膜和各层材料初步粘结，预压需要在30～70Kpa的压力下，加热到PVB胶膜的融化温度130～160℃进行；预压结束后再将层叠件放入高压釜进行合片，合片的压力在5～11个大气压，加热到PVB胶膜的融化温度130～160℃进行。

S5.封边

对合片后的组件边缘采用封边胶28进行密封，以防止外部水汽进入两片玻璃之间导致导线或者电池氧化；封边胶28的材料采用丁基橡胶等透水率低的材料，当然，也可以采用有机硅或者环氧树脂材料。陶瓷层29印刷在上片玻璃26靠近薄玻璃衬底21的一侧表面，用以提供上片玻璃26与车身的粘接处，同时起到遮挡导电胶带25或焊带的作用。

将采用上述方法步骤制得的薄膜太阳能电池加热玻璃应用于汽车天窗，其加热实测效果如图9～图11所示，测试数据见表4～表6。

(1)图9和表4分别为在测试环境温度为20℃、恒定电流2.6A、不同电压的条件下，在薄膜太阳能电池加热玻璃的结构上施加250W/m²的平均加热功率时玻璃表面的温度随时间的变化曲线和测试数据。结合图9和表4可以看出，加热5分钟可以从20℃左右升温到30℃，20分钟基本饱和在38℃左右。

表4平均加热功率为250W/m²的太阳能电池加热玻璃升温情况

(2)图10和表5分别为在测试环境温度为20℃、恒定电流4.5A、不同电压的条件下，在薄膜太阳能电池加热玻璃的结构上施加480W/m²的平均加热功率时玻璃表面的温度随时间的变化曲线和测试数据。结合图10和表5可以看出，加热5分钟从20℃左右升温到36℃，20分钟从20℃左右升高到50℃，仍然未饱和。

表5平均加热功率为480W/m²的太阳能电池加热玻璃升温情况

(3)上述采用的都是恒定电流加热的方式，然而在实际使用中，车载的电压通常是固定的，比如12V，48V，60V等。图11和表6分别为在测试环境温度为20℃、恒定电压60V、不同电流的条件下，在薄膜太阳能电池加热玻璃的结构上施加300W/m²的平均加热功率时玻璃表面的温度随时间的变化曲线和测试数据。结合图11和表6可以看出，加热5分钟从20℃升高到32℃左右，20分钟升高到45℃左右，并且未呈现饱和趋势。

表6平均加热功率为300W/m²的太阳能电池加热玻璃升温情况

总结：若太阳能电池内部存在局部的漏电通道(通常在太阳能电池存在体缺陷或者边缘绝缘不足时会发生)，相比恒定电流加热的方式，在恒定电压加热的方式下工作，容易产生局部过大的电流，而局部过大的电流会造成发热加剧，从而烧毁太阳能电池组件。因此，在电压恒定的工作模式下，需要设计保险丝熔断器进行过载保护。恒定电压加热的好处在于，在相同平均加热功率下，前五分钟的瞬时加热功率相对较低，这样可以降低快速升温导致的玻璃破裂的风险。

对比晶硅太阳能电池形成的加热窗和薄膜太阳能电池形成的加热窗可知：一方面，晶硅太阳能电池加热窗内部的晶硅电池片的宽度只有5～10mm，但是此宽度为肉眼可见，其美观程度略差于薄膜太阳能电池加热窗；薄膜太阳能电池为大面积镀膜形成，外观颜色均匀，其本身的可见光透光率为10～15％，也可以满足后窗的可视要求。另一方面，由于薄膜太阳能电池均匀分布在玻璃的透光表面，加热均匀，其升温效果优于晶硅太阳能电池加热玻璃。

需要注意的是，太阳能电池在反复加热后的发电功率衰减也是此应用需要考虑的问题。以下对多晶硅太阳能加热玻璃进行多次加热循环后太阳能组件的性能进行测试，其测试结果见表7。

表7多晶硅太阳能加热玻璃5次加热循环后太阳能组件的性能测试

序号

状态

Rs

FF

Isc

Voc

Imax

Vmax

Pmax

晶硅6mm-间距12mm-样品A

初始

1

1

1

1

1

1

1

晶硅6mm-间距12mm-样品B

初始

1

1

1

1

1

1

1

晶硅6mm-间距12mm-样品A

5次加热循环

103％

99％

100％

98％

99％

97％

96％

晶硅6mm-间距12mm-样品B

5次加热循环

100％

99％

100％

98％

99％

97％

97％

在表7中，Rs代表串联电阻，FF代表填充因子，Isc代表短路电流，Voc代表开路电压，Imax代表最大电流，Vmax代表最大电压，Pmax代表最大输出功率。由上表可知，加热前和加热后的测试都是按照IEC61215标准，即在AM1.5的光照条件下，在环境温度为25±1℃下进行的。其中，AM为Air Mass的缩写，是指太阳光穿过大气层的光学路径。AM1.5，指天顶角为48度时的太阳光。从加热前的初始状态和5次加热循环后的测试数据上看，两块晶硅太阳能组件A和B的功率分别下降了4％和3％，主要的差异体现在Voc和FF上，可能多次的正向注入引起了晶硅电池表面或者体内缺陷的状态变化，导致表面和体内复合的增加。

表8是非晶硅薄膜太阳能加热玻璃在进行5次加热循环以后，太阳能组件性能的测试结果。加热前和加热后的测试都是按照IEC61215标准，在AM1.5的光照条件下，在环境温度为25±1℃下进行的。从加热前的初始状态和5次加热循环后的测试数据上看，四块薄膜太阳能组件A、B、C、D的功率没有出现明显下降，功率变化在+0％～+3％。从非晶硅薄膜电池特性上看，其具有退火缺陷修复的特点，在长时间的太阳光辐照下，非晶硅薄膜电池的功率特别是FF会随着光照时间而下降，直到稳定在一定的功率区间，此现象被学术界称之为S-W效应，与此同时，S-W效应后的非晶硅薄膜电池，再此进行加热处理，能够修复光照引起的缺陷，使得电池功率回升。经过多次加热以后，非晶硅薄膜电池功率回升可能跟上述机理有关。

表8非晶硅薄膜太阳能加热玻璃5次加热循环后太阳能组件的性能测试

序号

状态

Rs

FF

Isc

Voc

Imax

Vmax

Pmax

薄膜样品A

初始

1

1

1

1

1

1

1

薄膜样品B

初始

1

1

1

1

1

1

1

薄膜样品C

初始

1

1

1

1

1

1

1

薄膜样品D

初始

1

1

1

1

1

1

1

薄膜样品A

5个加热循环

101％

99％

101％

100％

100％

100％

100％

薄膜样品B

5个加热循环

101％

99％

101％

100％

100％

100％

100％

薄膜样品C

5个加热循环

98％

102％

101％

100％

102％

101％

103％

薄膜样品D

5个加热循环

98％

101％

101％

100％

102％

101％

103％

总结：无论采用晶硅太阳能电池/组件还是采用薄膜太阳能电池/组件对玻璃进行加热，都具有可行性。通过合理的电压电流设计，配合图1的电路和控制，使得在车载电源或者直流变压器能够供给的低电压下，实现250～500W/m²的加热功率，从而达到快速的升温效果。

尽管本发明的某些方案相当详细地描述了本发明，但其他方案也是可能的，并且通过说明书的阅读，所示方案的改变、变更和等同物对于本领域技术人员将变得明显。另外，可以将本发明中方案的各种特征以各种方式结合，从而提供本发明的另外的方案。此外，某些术语出于描述清楚的目的而使用，而并不限制本发明。因此，任何后附权利要求都不应当被限于本文中包含的优选方案的描述，而应当包括所有落入本发明的真实精神和范围内的改变、变更和等同物。

在现在充分描述了本发明的情况下，本领域普通技术人员应当理解，在不偏离本发明或其任何实施方案的范围的条件下，本发明的方法可以用广泛且等同范围的条件、配方和其它参数进行。

Claims (8)

1.一种用于汽车玻璃的加热系统，其特征在于，包括：

太阳能电池，设于汽车玻璃上；

蓄电池，与所述太阳能电池电性连接；

充电回路，将所述太阳能电池和所述蓄电池串联，用于实现所述太阳能电池对所述蓄电池充电；

放电回路，将所述蓄电池和所述太阳能电池串联，用于实现所述蓄电池对所述太阳能电池放电，以使所述太阳能电池产生热能；

直流电机，与所述放电回路电性连接；

模式选择器，位于所述充电回路和所述放电回路之间；

所述充电回路包括光伏控制器和一个二极管，所述放电回路包括加热控制器和熔断器；

所述光伏控制器位于所述太阳能电池和所述蓄电池之间，用以将所述太阳能电池产生的电转化为可充入所述蓄电池的电；

所述二极管位于所述光伏控制器靠近所述蓄电池一侧的正极线路上；

所述加热控制器位于所述蓄电池和所述太阳能电池之间，用以将所述蓄电池产生的电进行直流变压，以使所述太阳能电池提供250～500W/m²的加热功率，以及所述加热控制器用以采集所述直流电机工作状态的信号，以便于根据所述直流电机工作状态的信号判断是否加热汽车玻璃，从而防止所述蓄电池亏电；

所述熔断器位于所述加热控制器靠近所述蓄电池一侧的正极线路上。

2.根据权利要求1所述的加热系统，其特征在于，所述光伏控制器还包括充电控制模块，用于控制充电的电压。

3.根据权利要求2所述的加热系统，其特征在于，所述光伏控制器还包括所述太阳能电池最佳功率点追踪模块，所述追踪模块用于匹配所述太阳能电池和后端负载，从而使得所述太阳能电池的输出功率最大化。

4.根据权利要求1所述的加热系统，其特征在于，当所述模式选择器与所述充电回路导通时，则实现所述太阳能电池对所述蓄电池充电，当所述模式选择器与所述放电回路导通时，则实现所述蓄电池对所述太阳能电池放电。

5.根据权利要求1所述的加热系统，其特征在于，所述汽车玻璃包括相对设置的上片玻璃和下片玻璃，所述太阳能电池设于所述上片玻璃和所述下片玻璃之间。

6.根据权利要求1所述的加热系统，其特征在于，所述汽车玻璃包括相对设置的上片玻璃和下片玻璃，所述太阳能电池设于所述下片玻璃朝向所述上片玻璃的表面。

7.根据权利要求6所述的加热系统，其特征在于，所述太阳能电池与所述上片玻璃和所述下片玻璃通过胶膜层进行粘接。

8.根据权利要求6所述的加热系统，其特征在于，所述太阳能电池与所述上片玻璃通过胶膜层进行粘接。

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