CN108352419B - 包括由玻璃或聚合物制成的前层以及具有凸起部的后层的轻量级光伏模块 - Google Patents

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Abstract

本发明的主题在于一种轻量级光伏模块(1)，包括：形成正面的第一透明层(2)；光伏电池(4)；封装光伏电池(4)的组件(3)；以及形成背面并且包括内表面(8i)和外表面(8e)的第二层(5)。封装组件(3)和光伏电池(4)布置在第一层(2)和第二层(5)之间。该模块的特征在于：第一层(2)由玻璃和/或聚合物材料制成并且具有小于或等于1.1mm的厚度(e2)；内表面(8i)基本上是平面；并且第二层(5)包括从外表面(8e)上突出的凸起部(9)，所述外表面(8e)和凸起部(9)一起限定了光伏模块(1)的可见的背部外表面。

Description

包括由玻璃或聚合物制成的前层以及具有凸起部的后层的轻 量级光伏模块
技术领域
本发明涉及光伏模块的领域，该光伏模块包括彼此电连接的一组光伏电池，优选地为“晶态”光伏电池，换言之，基于微晶硅或多晶硅的光伏电池。
本发明可以用于许多应用，尤其涉及要求使用下述轻量级光伏模块的应用，该轻量级光伏模块的重量尤其小于或等于7kg/m2、特别地小于或等于6kg/m2或者甚至小于或等于5kg/m2，且其机械强度性能符合标准IEC 61215和标准IEC 61730。因此，本发明可以特别地应用于住宅或工业场所(第三产业、商业等) 之类的建筑物，例如用于构建它们的屋顶，用于设计城市设施、例如用于公共照明、路标或者用于给电动汽车充电，或者甚至还用于移动应用、特别是用于集成到汽车、公共汽车、船只等上。
因此，本发明公开了一种光伏模块以及一种制造这种光伏模块的方法，所述光伏模块包括形成该模块的正面的第一层和形成该模块的背面的第二层，所述第一层由玻璃和/或聚合物材料制成，所述背面上包括在其外表面上的凸起部。
背景技术
光伏模块是一种光伏电池组件，光伏电池并排布置在形成该光伏模块的正面的第一透明层和形成该光伏模块的背面的第二层之间。
有利地，形成该光伏模块的正面的第一层是透明的以使得光伏电池可以接收光通量。传统上该第一层由通常厚度介于2mm和4mm之间、典型地为3mm 厚的单个玻璃板制成。
形成该光伏模块的背面的第二层可以尤其基于玻璃、金属或塑料等材料来制成。该第二层通常由基于电绝缘聚合物的聚合物结构组成，该电绝缘聚合物例如为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚酰胺(PA)类型的聚合物，该电绝缘聚合物可以由基于诸如聚氟乙烯(PVF)或聚偏二氟乙烯(PVDF)之类的氟化聚合物的一个或多个层来保护，且该第二层的厚度约为400μm。
光伏电池可以通过前电接触元件和后电接触元件来彼此电连接，该前电接触元件和后电接触元件被称为连接导体，例如由与每个光伏电池的正面(面向光伏模块的将接收光通量的正面)和背面(面向光伏模块的背面)接触的镀锡铜条形成。
此外，可以对位于第一层和第二层之间的光伏电池进行封装，该第一层和第二层分别形成光伏模块的正面和背面。常规地，所选择的封装剂是弹性体型聚合物(或橡胶)，并且例如可以包括使用两个聚(乙烯醋酸乙烯酯)(EVA) 层(或膜)，光伏电池和电池连接导体布置在该两个层之间。每个封装层的厚度可以至少为0.2mm且在室温下通常具有介于2MPa和400MPa之间的杨氏模量。
因此，在图1和在图2的分解视图中部分且概略地示出了包括晶态光伏电池4的光伏模块1的传统示例。
如上文所提及的，光伏模块1包括正面2，该正面通常由约3mm厚的透明钢化玻璃制成，以及背面5，该背面例如由不透明的或透明的单层或多层片组成，在室温下具有超过400MPa的杨氏模量。
光伏电池4布置在光伏模块1的正面2和背面5之间，并且通过嵌入在封装材料的前层3a和后层3b两个层之间的连接导体6电连接在一起，这两个层形成封装组件3。
此外，图1和图2还示出了光伏模块1的将容置使用该模块所必需的线的接线盒7。一般来说，该接线盒7由塑料或橡胶制成，并提供完全密封。
通常情况下，制造光伏模块1的方法包括下述步骤：在大于或等于120℃、或者甚至大于或等于140℃、或甚至更好地大于或等于150℃，且小于或等于 170℃、典型地介于145℃和160℃之间的温度下，并在至少持续10分钟、或者甚至15分钟的层压周期期间对上述不同的层进行层压(被称为真空层压)。
在该层压步骤期间，封装材料的层3a和层3b熔融并包围光伏电池4，并且同时在以下层之间的所有界面上形成粘合，即正面2和封装材料的前层3a之间、封装材料的前层3a和光伏电池4的正面4a之间、光伏电池4的背面4b和封装材料的后层3b之间以及封装材料的后层3b和光伏模块1的背面5之间。之后，所获得的光伏模块1通常被铝型材包围。
这种结构现在已成为一种标准：由于使用由厚玻璃制成的正面2而具有高机械强度，在大多数情况下能够满足标准IEC 61215和标准IEC 61730。
不过，根据现有技术中已知的经典设计的这种光伏模块1具有下述缺点：该光伏模块很重，特别是该光伏模块每单位面积的重量约为12kg/m2，因此这种光伏模块不适于某些优先考虑轻量级的应用。
光伏模块的重量大主要是由于存在厚度约3mm的厚玻璃来形成正面2，玻璃的密度高，约为2.5kg/m2/mm。对玻璃进行加固以使得能够在制造期间抵抗应力并且还出于安全原因的考虑，例如由于切割的风险。然而，热加固的工业基础设施被配置成处理不小于3mm厚的玻璃。此外，使玻璃厚度约为3mm的选择与5.4kPa的标准压强下的机械强度密切相关。事实上，仅玻璃因此就占了光伏模块1几乎70％的重量，而且玻璃加上光伏模块1周围的铝框占了该光伏模块80％以上的重量。
还需要找到一种对在模块的正面上使用约3mm厚的玻璃的替代方案，以使光伏模块的重量显著减小，从而使得该光伏模块可以在对重量有严格要求的新应用中被使用。
为了实现上述目的，专利文献中提出了开发其他类型的不需要金属框架的柔性且重量轻的光伏模块的解决方案，从基于GIGS(铜、铟、镓和硒)合金或基于薄层硅化物的电池开始，通过重量更轻且更薄的聚合物材料来替代正面上的玻璃。因此，例如，存在专利申请FR 2955051A1、美国专利申请US 2005/0178428A1以及国际申请WO 2008/019229A2和WO2012/140585A1。
所获得的光伏模块每单位面积的重量比正面由厚玻璃制成的传统光伏模块每单位面积的重量小得多。然而，这些光伏模块的机械性能不足以抵抗应力，特别是根据标准IEC 61215施加的机械应力。
根据现有技术的其他方案将薄玻璃应用在光伏模块的正面上。若是使用化学加固工艺对这种薄玻璃事先进行了“硬化”，这种薄玻璃就可以应用于光伏模块。然后能够容易地获得显著减轻的重量。可以在国际专利WO 2010/019829A1、 WO 2013/024738A1和WO2008/139975A1以及欧洲专利申请EP 2404321A1中找到关于该主题的信息。
然而，简单地用薄玻璃来替换光伏模块的正面上的厚度约3mm的厚玻璃降低了该模块的机械强度性能，使得该模块不再具有能够抵抗应力、特别是根据标准IEC 61215施加的机械应力的结构。
用于克服上述问题的一些方案包括通过金属横梁来加强安装有金属框的光伏模块的背面，以防止当机械负荷施加到该光伏模块上时该光伏模块发生弯曲。例如，可以参见欧洲专利EP 2702613A1。
然而，尽管这些方案可以减小光伏模块的重量并考虑了所施加的有关机械性能的标准，但是当所使用的玻璃的厚度大于或等于1.1mm时，仍需要对框架进行大的加强并且这种类型的光伏模块每单位面积的重量仍高于7kg/m2。
发明内容
因此，需要设计一种替选方案，将光伏模块设计成足够轻以适于某些应用，同时具有使得光伏模块可以符合标准IEC 61215和标准IEC 61730的机械性能。
本发明的目的在于至少部分地满足上述需求并补救根据现有技术的实施例的缺点。
因此，本发明的一个方面的目的在于一种光伏模块，该光伏模块包括：
-第一透明层，其形成所述光伏模块的将接收光通量的正面，
-多个光伏电池，该多个光伏电池并排布置且电连接在一起，
-封装所述多个光伏电池的组件，
-第二层，其形成所述光伏模块的背面，所述第二层包括与所述封装组件接触的内表面，以及与所述内表面相对的外表面，所述封装组件和所述多个光伏电池布置在所述第一层和所述第二层之间，
其特征在于，所述第一层由玻璃和/或至少一种聚合物材料制成并且所述第一层的厚度小于或等于1.1mm，
所述第二层的内表面基本上是平面，
并且其特征在于，所述第二层还包括在所述第二层的外表面上的凸起部，所述外表面和所述凸起部一起限定了所述光伏模块可见的背部外表面。
因此，有利地，本发明的原理包括：采用更薄的玻璃层和/或至少一种聚合物材料来替代传统光伏模块中通常所使用的厚度约3mm的标准厚玻璃，以及修改该光伏模块的背面以包括三维结构，该三维结构包括从该光伏模块的第二层的外表面上突出的凸起部。换言之，与根据现有技术的光伏模块的二维外表面不同，所述光伏模块的背面的外表面是三维的。
如下文将通过本发明的优选实施例所解释的，光伏模块的第二层可以由一个或多个部分来形成。换句话说，光伏模块的第二层可以由包括所述凸起部的单个单层或多层组成，或者可以由包括至少两个层的组件组成，该至少两个层中的一个层包括所述凸起部，所述至少两个层中的每一个是单层或多层，并且它们的组合形成第二层。特别地，以单个部分形式出现的第二层可以包括放置成与封装组件接触的三维加强件，并且以多个部分形式出现的第二层可以包括与形成根据现有技术的经典设计的光伏模块的背面的层类似的单个单层或多层，以及三维加强件形式的第二层。
术语“透明”指的是形成光伏模块的正面的第一层的材料对可见光至少部分是透明的，以使得至少约80％的可见光能够通过。
此外，术语“封装”或“封装的”指的是将多个光伏电池置于例如密封以防止液体进入的容积内，该容积至少部分地通过封装材料的至少两个层形成，该两个层在经层压之后彼此连接以形成封装组件。
最初，换言之在任何层压操作之前，封装组件由封装材料的至少两个层(被称为核心层)组成，多个光伏电池布置在该至少两个层之间。然而，在层压操作期间，封装材料的层熔融，使得在层压动作之后仅形成单个凝固层(或组件)，光伏电池嵌入在该单个凝固层中。
因此，本发明使得能够获得一种新型的刚性光伏模块，其重量远小于如上文所描述的传统光伏模块的重量，特别地与约12kg/m2的传统模块相比较而言，本发明的光伏模块的重量实际为该传统模块的重量的一半，即重量小于或等于 7kg/m2、或6kg/m2或者甚至5kg/m2。此外，本发明提出的光伏模块保持了与在正面上使用约3mm厚的厚玻璃的传统光伏模块的性能相当的机械性能。
根据本发明的光伏模块还可以包括可以单独采用或以任何可能的技术组合采用的以下特征中的一个或多个。
因此，第一层可以由有凸起部或没有凸起部的玻璃制成，特别地由硬化玻璃制成。
第一层还可以由例如有凸起部或没有凸起部的至少一种聚合物材料制成，该至少一种聚合物材料特别地选自：聚碳酸酯(PC)；聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)，特别是单相(非冲击)PMMA或多相(冲击)PMMA，例如
Figure GDA0003178200390000061
Figure GDA0003178200390000062
在
Figure GDA0003178200390000063
品牌下销售的纳米结构的冲击PMMA；聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；聚酰胺(PA)；氟化聚合物，特别是聚氟乙烯(PVF) 或聚偏二氟乙烯(PVDF)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、乙烯三氟氯乙烯(ECTFE)、聚四氟乙烯(PTFE)和/或聚三氟氯乙烯(PCTFE)。
根据本发明的第一实施例，第二层可以由与封装组件接触的至少一个第一后层和第二三维后层的组件组成，使得所述第一后层被放置在所述封装组件和所述第二后层之间，所述第二层的内表面由所述第一后层的与所述封装组件接触的内表面形成，所述第二层的外表面由所述第二后层的外表面形成，该第二后层上包括从所述外表面突出的凸起部。
第二层还可以包括介于第一后层和第二后层之间的粘合层，以将所述第二后层组装到所述第一后层上。
“粘合层”指的是在由第一层、封装组件、光伏电池和第一后层组成的组件被制成之后，能够使第二后层接合到第一后层上的层。由此得到的结果是实现第一后层和第二后层之间的化学相容性和粘附性的层。特别地，该粘合层可以特别是硅胶。该粘合层也可以是对压力灵敏的粘合剂，又称为PSA(压敏粘合剂)。PSA由具有低分子量的粘性热塑性树脂的弹性体基体(例如酯)组成。该弹性体基体可以例如是丙烯酸、橡胶(丁基、天然的或硅胶)、腈、苯乙烯嵌段共聚物(SBC)(例如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)、苯乙烯-乙烯/丙烯(SEP)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS))或乙烯醚。弹性体基体也可以由具有高含量醋酸乙烯酯的乙烯醋酸乙烯酯(EVA) 制成。
此外，第一后层可以是单层聚合物或多层聚合物。
优选地，第一后层包括
Figure GDA0003178200390000071
/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/
Figure GDA0003178200390000072
(TPT)后层。第一层还可以包括基于聚烯烃的聚合物膜，特别是基于聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)和聚乙烯(PE)的复合多层膜，例如由雷诺丽特公司销售的
Figure GDA0003178200390000073
系列中的膜。第一后层还可以包括基于聚酰胺接枝聚烯烃的聚合物膜，例如从Juraplast公司销售的Jurasol BS1系列获得的膜。
一般来说，第一后层还可以像采用传统设计、即尤其基于玻璃、金属或塑料等材料制成的光伏模块的后层一样被制成。例如，该第一后层可以由基于电绝缘聚合物的聚合物结构形成，该电绝缘聚合物例如为聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)、聚酰胺(PA)或聚丙烯(PP)类型，该电绝缘聚合物可以被基于诸如聚氟乙烯(PVF)或聚偏二氟乙烯(PVDF)之类的氟化聚合物的一个或多个层所保护。
此外，第一后层的厚度可以介于150μm和600μm之间，特别地约为400μm。
有利地，第一后层包括与封装组件接触的内表面，该内表面基本上是平面；以及与第二后层接触的外表面，该外表面基本上是平面。
优选地，第二后层可以由至少一种复合材料制成，特别地为例如环氧树脂/ 玻璃纤维的聚合物/玻璃纤维型的复合材料。
有利地，第二后层因此形成固定到第一后层的机械加强件。换言之，第二后层形成了为光伏模块提供机械强度的部件。
优选地，第二后层的尺寸至少等于光伏模块的第一后层的尺寸。
此外，第二后层可以优选地包括在其外表面上的凸起部，所述凸起部由在所述第二后层的内表面上制成的凹槽形成。
因此，第二后层可以在其外表面上具有由凸起部的存在引起的垂直尺寸，而该垂直尺寸在其内表面上可以不存在，这是由于中空部分不会从该内表面突出。有利地，可以通过位于第一后层和第二后层之间的粘合层至少部分地填充该凹槽。
此外，第二后层可以包括多个附接点，该多个附接点将光伏模块固定到支撑横梁以形成光伏模块面板，该多个附接点被配置成使所述支撑横梁的间距例如介于735mm和1045mm之间。
此外，根据本发明的第二实施例，第二层可以由与封装组件接触的单个三维后层组成，所述三维后层的内表面基本上是平面并且所述三维后层的外表面形成在所述外表面上凸起的部分。
优选地，所述三维后层可以由至少一种复合材料制成，特别地为例如聚酰胺/玻璃纤维型或环氧树脂/玻璃纤维型的复合材料。
有利地，所述三维后层形成固定到封装组件的机械加强件。换言之，所述三维后层形成为光伏模块提供机械强度的部件。
此外，光伏模块每单位面积的重量优选地小于或等于7kg/m2，特别地小于或等于6kg/m2，更特别地小于或等于5kg/m2。优选地，这种光伏模块例如包括约六十个尺寸为156mm×156mm的晶体硅光伏电池。然而，本发明不限于固定数量的电池并且可以应用于具有更多或更少电池的模块。
此外，上文所描述的第二后层和三维后层中的每一个的每单位面积的重量可以小于或等于2kg/m2，特别地小于或等于1.8kg/m2，更特别地小于或等于 1.5kg/m2。
特别地，所述第二后层每单位面积的重量可以小于或等于所述三维后层每单位面积的重量。
所述第二层的外表面的凸起部可以有利地为细长肋状。
该细长肋状物的厚度可以介于5mm和60mm之间，优选地介于20mm和 60mm之间，甚至更优选地介于35mm和55mm之间。
根据本发明的一个实施例，所述细长肋状物包括所谓的主细长肋状物和所谓的辅细长肋状物，所述辅细长肋状物的厚度小于所述主细长肋状物的厚度。
在这种情况下，所述主肋状物的厚度可以介于20mm和60mm之间，优选地介于35mm和55mm之间。
所述辅肋状物的厚度还可以介于5mm和20mm之间，优选地介于5mm 和10mm之间。
此外，根据本发明的一个实施例，所述细长肋状物的至少一部分、特别是主细长肋状物位于所述第二层的外表面的外周上，以至少形成所述第二层的外表面的部分外周框架。
该外周框架可以优选地是部分的，以留出没有任何细长肋的空间用于集成接线盒，以容置使用光伏模块所必需的线。
此外，根据本发明的一个实施例，至少第一细长肋状物、特别地第一主细长肋状物从所述第二层的外表面外周的第一角部延伸，并且至少一个第二细长肋状物、特别地第二主细长肋状物从所述第二层的外表面的外周的第二角部延伸，特别地，所述第一角部和所述第二角部是围绕所述第二层的外表面的外周的连续角部，所述至少一个第一细长肋状物和第二细长肋状物向彼此延伸以至少相交于一个交点。有利地，所述至少一个交点有利地位于穿过围绕所述第二层的外表面的外周彼此相对的至少两个附接点的轴线上，该两个附接点将用来将光伏模块固定到支撑横梁以形成光伏模块面板。
此外，封装组件可以由从以下材料中选择的至少一种聚合物材料制成：酸共聚物、离聚物、聚(乙烯醋酸乙烯酯)(EVA)、诸如聚乙烯醇缩丁醛(PVB) 之类的乙烯醇缩醛、聚氨酯、聚氯乙烯、诸如低密度线性聚乙烯之类的聚乙烯、聚烯烃弹性体共聚物、诸如乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯共聚物之类的α-烯烃和α-、β-羧酸与乙烯酯类的聚合物、硅弹性体和/或环氧树脂等。
优选地，封装组件可以由厚度至少等于200μm的两个聚乙烯醋酸乙烯酯 (EVA)层制成，光伏电池布置在这两个层之间。
光伏电池可以选自：基于单晶硅(c-Si)和/或多晶硅(mc-Si)的同质结光伏电池或异质结光伏电池、和/或包括从非晶硅(a-Si)、微晶硅(μC-Si)、碲化镉(CdTe)、铜铟硒(CIS)和铜铟镓硒(CIGS)等材料中选择的至少一种材料的光伏电池。
此外，光伏电池的厚度可以介于1μm和300μm之间。
光伏模块还可以包括接线盒，在该接线盒中安装有操作该光伏模块所必需的线。
此外，当形成光伏模块的正面的第一层是透明的时，形成该光伏模块的背面的第二层可以是透明的或者不是透明的，特别地可以是不透明的。
此外，两个靠近的、连续的或相邻的光伏电池之间的间距可以大于或等于 1mm，特别地介于1mm和30mm之间，优选地等于3mm。
而且，本发明的另一方面的另一目的在于一种制造如上文所限定的光伏模块的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：在等于或大于120℃的温度下对形成所述光伏模块的层中的至少一些层进行层压周期时长至少为10分钟的的热层压。
根据第一变型，所述方法可以用于制造如上文根据本发明的第一实施例所描述的光伏模块，然后可以包括以下两个连续步骤：
a)在大于或等于120℃的温度下，对由第一层、封装组件、光伏电池和第一后层形成的组件进行层压周期时长至少等于10分钟的的热层压，以获得光伏层压件；
b)利用粘合层将第二后层组装到所述光伏层压件上、特别地组装到所述第一后层上。
根据第二变型，本发明可以用来制造如上文根据本发明的第二实施例所描述的光伏模块，然后可以包括在大于或等于120℃的温度下对由第一层、封装层、光伏电池和第二层形成的组件进行层压周期时长至少为10分钟的单个热层压的步骤。
此外，本方法然后可以在该单个层压步骤期间使用与所述第二层的外表面接触的背衬模具，该背衬模具与由第二层的外表面上的凸起部形成的凸起部具有相反的几何形状。
所述背衬模具可以由至少一种金属材料、特别是铝和/或钢制成。
根据本发明的光伏模块及其制造方法可以包括前面所述描述特征中的任何一个特征，这些特征单独采用或与其他特征进行任何可能的技术组合来使用。
附图说明
在阅读了本发明的以下非限制性示例性实施例的详细描述以及对附图中的概略视图和部分视图的解释之后，将更好地理解本发明，在附图中：
-图1示出了包括晶态光伏电池的光伏模块的传统示例的剖面图；
-图2示出了图1的光伏模块的分解图；
-图3为根据本发明的光伏模块的第一示例性实施例的分解剖视图；
-图4A和图4B是分别部分地示出了图3中的光伏模块的第二后层的内表面和外表面的前视图；
-图5A至图5D示出了按照本发明的用于制造与图3、图5B和图5D的剖视图及组装视图、图5A的分解图以及图5C的部分分解图所示的光伏模块类似的光伏模块的方法的第一示例的不同步骤；
-图6为根据本发明的光伏模块的第二示例性实施例的分解剖视图；
-图7示出了图6中的光伏模块的三维后层的外表面的前视图，在该外表面上示出有支撑横梁；以及
-图8A和图8B示出了按照本发明的用于制造与图6、图8A的分解图以及图8B的组装视图所示的光伏模块类似的光伏模块的方法的第二示例的不同步骤。
在所有这些附图中，相同的标记可以指代相同或相似的元件。
此外，为使附图更易于理解，附图中所示的不同部分不一定全部处于相同的尺度。
具体实施方式
在背景技术部分已经描述了图1和图2。
图3、图4A、图4B、图5A至图5D涉及本发明的第一实施例，并且图6、图7、图8A和图8B涉及本发明的第二实施例。
针对这两个实施例中的每个实施例，认为通过焊锡铜带互连的光伏电池4 是“晶态”电池，换言之，光伏电池4是基于单晶硅或多晶硅的，并且认为光伏电池4的厚度介于1μm和300μm之间。
此外，封装组件3被选择成由两个聚(乙烯醋酸乙烯酯)(EVA)层制成，光伏电池4布置在该两个层之间，每个层的最小厚度为300μm、或者甚至为200μm。作为变型，该封装组件3还可以是如上文所描述的热塑性弹性体。
此外，尽管图3至图8B未示出，但是每个光伏模块1可以包括与图1和图2所示的接线盒7类似的接线盒，该接线盒将容置操作光伏模块1所必需的线。该接线盒可以由塑料或橡胶制成，并且完全是密封的。
光伏电池4、封装组件3和接线盒7在组成光伏模块1时形成所谓的“不可压缩”元件。它们每单位面积的组合重量约为1.5kg/m2。
有利地，本发明包括具体选择形成光伏模块1的正面和背面的材料，以获得每单位面积的重量小于或等于7kg/m2、优选地小于或等于6kg/m2、或者甚至小于或等于5kg/m2的轻量级光伏模块1。特别地，本发明使得能够去除正面上的厚度约为3mm的厚玻璃层并且去除该光伏模块的金属框架，该厚玻璃层和金属框架通常约占该光伏模块总重量的80％。
因此，在下文所描述的两个实施例中，形成光伏模块的正面的第一层2是厚度e2小于或等于1.2mm、使用化学加固工艺事先“硬化”了的玻璃层。
显然，这些选择如上文所描述绝非是限制性的。
第一实施例
首先参见图3，图3为示出根据本发明的光伏模块1的第一示例性实施例的分解剖视图。
应注意的是，图3对应于在根据本发明的方法的第一示例的层压步骤之前的光伏模块1的分解图，随后参照图5A至图5D来描述该方法。一旦完成该层压实现了真空热压，不同的层实际上就相互叠置在一起了。
因此，光伏模块1包括第一透明层2、并排放置且彼此电连接的多个光伏电池4以及封装该多个光伏电池4的组件3，该第一透明层由厚度小于或等于 1.1mm的薄玻璃制成、形成光伏模块1的将接收光通量的正面。
根据本发明，光伏模块1还包括形成该光伏模块1的背面的第二层5，在该示例中，该第二层5由与封装组件3接触的第一后层5a和第二三维后层5b 的组件组成，使得第一后层5a位于封装组件3和第二后层5b之间。
第一后层5a的与封装组件3接触的内表面8i基本上是平面，使得在下文所描述的层压操作期间第一后层5a可以接合到封装组件3。
另一方面，第二后层5b的外表面8e包括从该外表面8e突出的凸起部9，外表面8e和凸起部9一起限定了光伏模块1的可见背部外表面。因此，外表面 8e赋予了第二后层5b上的三维结构或三维加固。
此外，为了在第一后层5a和形成加强件3D的第二后层5b之间形成可能的接合，形成第二层的该组件5包括位于第一后层5a和第二后层5b之间的粘合层10。优选地，该粘合层10可以是硅有机树脂胶。
该第一后层5a可以以与传统的光伏模块1的后层类似的方式被制成。优选地，第一后层5a被选择成单层聚合物膜或多层聚合物膜、特别地为
Figure GDA0003178200390000131
/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/
Figure GDA0003178200390000132
型，又称为TPT。
该第一后层5a的厚度e5a可以介于150μm和600μm之间，特别地约为 400μm。
有利地，第一后层5a包括与封装组件3接触的基本上是平面的内表面8i，以及与第二后层5b接触的基本上是平面的外表面。
此外，形成3D加强件的第二后层5b有利地由复合材料(环氧树脂/玻璃纤维)制成。这保证了光伏模块1的机械强度。
有利地，第二后层5b的尺寸至少等于光伏模块1的第一层2的尺寸。
图4A和图4B是分别部分地示出了图3中的光伏模块1的第二后层5b的内表面11i和外表面8e的前视图。
如这些图中可见，第二后层5b包括处于其外表面8e上的细长肋状的凸起部9，这些凸起部从该外表面8e上突出。这些凸起部9实际上是由在第二后层 5b的内表面11i上制成的互补形状的凹槽12形成的。因此，第二后层5b由于存在突出的凸起部9而在其外表面8e上具有垂直尺寸。
而且，在该第一实施例中，由第二后层5b形成的3D加强件具有非平面的内表面11i和外表面8e。
此外，还如在第二后层5b的内表面11i和外表面8e的外围可见，该第二后层还包括多个附接点13，该多个附接点用于将光伏模块1附接到与关于第二实施例的图7所示的那些支撑横梁14类似的支撑横梁上以形成光伏模块1的面板，并且被配置成使所述支撑横梁的间隔例如介于735mm和1045mm之间。
在图4A和图4B的示例性实施例中，细长肋状物9呈两种类型的细长肋状物形式，即首先是所谓的主细长肋状物9a，其次是所谓的辅细长肋状物9b。
有利地，如图4B可见，主细长肋状物9a的厚度E1大于辅细长肋状物9b 的厚度E2。
特别地，主细长肋状物9a的厚度E1介于20mm和60mm之间，优选地介于35mm和55mm之间。辅细长肋状物9b的厚度E2介于5mm和20mm 之间，优选地介于5mm和10mm之间。
应该注意的是，根据图4A和图4B的一个变型，细长肋状物9可以仅包括主细长肋状物9a而不包括辅细长肋状物9b。
此外，如图4A和图4B可见，主细长肋状物9a的一部分位于第二后层5b 的外表面8e的外周Pi上，以形成用于第二后层的外围框架。
然而，该外围框架是部分的，这是由于该外围框架包括不存在细长肋状物 9的间隔ES，该间隔ES设置成用于如图2所示集成接线盒7，该接线盒将容置使用光伏模块1所必需的线。
此外，在图4A和图4B的该示例性实施例中，第一主细长肋状物9a1从外表面8e的外周Pi的第一角部CO1向外表面8e的中心部分斜向延伸，且第二主细长肋状物9a2从外表面8e的外周Pi的第二角部CO2向外表面8e的中心部分斜向延伸。第一角部CO1和第二角部CO2是沿外表面8e的外周Pi的连续角部。
有利地，这些第一主细长肋状物9a1和第二主细长肋状物9a2斜横地延伸且彼此相交于第一交点P1，该第一交点位于连接位于外表面8e的两个侧边缘上的附接点13的轴线T上。
此外，第三主细长肋状物9a3也从外表面8e的外周Pi的第一角部CO1向外表面8e的中心部分斜向延伸，且第四主细长肋状物9a4也从外表面8e的外周Pi的第二角部CO2向外表面8e的中心部分斜向延伸。
有利地，这些第二主细长肋状物9a2和第三主细长肋状物9a3斜横地延伸且彼此相交于第二交点P2，该第二交点大致位于连接位于外表面8e的两个侧边缘上的附接点13的轴线T上，换言之靠近轴线T。
还有利地，这些第一主细长肋状物9a1和第四主细长肋状物9a4斜横地延伸且彼此相交于第三交点P3，该第三交点大致位于连接位于外表面8e的两个侧边缘上的附接点13的轴线T上，换言之靠近轴线T。
图5A至图5D示出了按照本发明的用于制造与图3、图5B和图5D的剖视图及组装视图、图5A的分解图以及图5C的部分分解图所示的光伏模块类似的光伏模块1的方法的第一示例的不同步骤。
图5A是示出在进行层压之前包括第一层2、封装组件3和光伏电池4以及第一后层5a的光伏结构的分解图。
在图5B中，在大于或等于120℃的温度下并且在至少10分钟的层压周期期间进行热层压步骤a)然后获得了光伏层叠件之后来表示该相同的结构。
图5C示出了通过使用粘合层10将第二后层5b接合到第一后层5a上进行图5B中的光伏层叠件的组装步骤。
最后，图5D示出了按照本发明获得的光伏模块1。
光伏模块1每单位面积的重量小于7kg/m2。在5400Pa压力下的测试之后在中心处观察到挠度小于40mm且不超过25mm。
第二实施例
现在参见图6，图6为示出了根据本发明的光伏模块1的第二示例性实施例的分解剖视图。
还应当注意，图6对应于在下文参照图8A和图8B所描述的根据本发明的方法的第二示例的层压步骤之前光伏模块1的分解图。一旦完成该层压实现了真空热压，不同的层实际上就相互叠置在一起。
因此，光伏模块1包括第一透明层2、并排放置且彼此电连接的多个光伏电池4和封装该多个光伏电池4的组件3，该第一透明层由厚度小于或等于1.1 mm的薄玻璃制成、形成光伏模块1的将用于接收光通量的正面。
根据本发明，光伏模块1还包括形成该光伏模块1的背面的第二层5，在该示例中该第二层5由与封装组件3接触的单个三维后层5组成。
该三维后层5的内表面8i基本上是平面的，使得该内表面可以在层压操作期间接合到封装组件3，并且三维后层5的外表面包括相对于该外表面8e形成突出的凸起部9。
图7示出了图6中的光伏模块1的三维后层5的外表面8e的前视图，还示出了用于将光伏模块1附接到光伏面板的支撑横梁14。
有利地，该三维后层5形成由复合材料、特别是聚合物/玻璃纤维型的复合材料制成的3D结构。这保证了光伏模块1的机械强度。
该三维后层5的外表面8e和凸起部9一起限定了光伏模块1的可见背部外表面。
与在图4A和图4B中所表示的第一实施例中的第二后层5b不同，图7所表示的第二实施例的三维层5具有基本上是平面的内表面且设置有凸起部9的外表面8e。这是为什么该层可以在层压操作期间直接接合到封装组件3，而第一实施例中的第二后层5b由于其内表面不是平面而不能直接接合到封装组件的原因，这证明了采用粘合层10的第二接合步骤。
此外，如图7可见，三维后层5包括以从外表面8e上突出的细长肋状的凸起部9。因此，该三维后层在其外表面8e上具有由凸起部9引起的垂直尺寸，而该垂直尺寸在其基本上是平面的内表面上不存在。如上文所提及的，细长肋状物9的厚度可以是如上文所描述的，并且可能如上文所描述包括所谓的主细长肋状物和所谓的辅细长肋状物。
应注意，图7中可见的由三维后层5的外表面8e上的凸起部9形成的一般图案也可以用作图4B中可见的由第二后层的外表面8e上的凸起部9形成的一般图案，反之亦然。
图8A和图8B示出了按照本发明的用于制造与图6、图8A的分解图以及图8B的组合视图所示的光伏模块类似的光伏模块1的方法的第二示例的不同步骤。
图8A是示出在进行层压之前包括第一层2、封装组件3和光伏电池4以及三维后层5的光伏结构的分解图。
在图8B中，在大于或等于120℃的温度下在该结构上进行层压周期时长至少等于10分钟的单个热层压步骤以获得根据第二实施例的光伏模块1之后来表示该相同的结构。
在该单个层压步骤期间，由于第二层5的外表面8e上包括凸起部9而不是平面的事实，所以优选地使用与第二层5的外表面8e接触的背衬模具。该背衬模具的几何形状与三维后层5的外表面8e上的凸起部9的几何形状相反。因此，它与层压机中的层堆叠的几何形状匹配。该背衬模具优选地为良好的热导体，因此由金属材料(例如铝和/或钢)制成。
此外，对于上文设想的两个实施例，第二后层5b和三维后层5中的每一者的每单位面积的重量优选地小于或等于2kg/m2，特别地小于或等于1.8kg/m2，更特别地小于或等于1.5kg/m2。第二后层5b每单位面积的重量可以小于或等于三维后层5每单位面积的重量。
有利地，由于使用了由厚度小于或等于1.1mm的玻璃或聚合物制成的正面，所以光伏模块1每单位面积的重量可以小于或等于7kg/m2，优选地小于或等于 6kg/m2，或者甚至小于或等于5kg/m2，即不超过传统的光伏模块每单位面积的重量的一半。
这种显著的重量减轻使得能够在不能使用重量约12kg/m2的标准模块的应用上安装根据本发明的光伏模块1。
此外，由于使用了复合材料来制作第二层5，更精确地制作第二后层5b和三维后层5，因此根据本发明的光伏模块1保持了其机械性能以抵抗按标准IEC 61215和标准IEC61730的应力。
所获得的模块还与用于制造标准光伏模块的工业线兼容。
显然，本发明不限于上文所描述的示例性实施例。本领域的专家可以对本发明进行各种改型。

Claims (52)

1.一种光伏模块(1)，包括：
第一透明层(2)，所述第一透明层形成所述光伏模块(1)的将接收光通量的正面，
多个光伏电池(4)，所述多个光伏电池并排布置且电连接在一起，
封装组件(3)，所述封装组件对所述多个光伏电池(4)进行封装，
第二层(5)，所述第二层形成所述光伏模块(1)的背面，所述第二层(5)包括与所述封装组件(3)接触的内表面(8i)，以及与所述内表面(8i)相对的外表面(8e)，所述封装组件(3)和所述多个光伏电池(4)布置在所述第一透明层(2)和所述第二层(5)之间，
其特征在于，所述第一透明层(2)由玻璃和/或至少一种聚合物材料制成，并且该第一透明层的厚度(e2)小于或等于1.1mm，
所述第二层(5)的所述内表面(8i)基本上是平面，
并且其特征在于，所述第二层(5)还包括所述第二层(5)的外表面(8e)上的凸起部(9)，所述外表面(8e)和所述凸起部(9)一起限定了所述光伏模块(1)的可见的背部外表面，所述第二层(5)的外表面(8e)上的所述凸起部(9)呈细长肋状物，
至少一个第一细长肋状物(9a1，9a3)从所述第二层(5)的外表面(8e)的外周(Pi)的第一角部(CO1)延伸，并且至少一个第二细长肋状物(9a2，9a4)从所述第二层(5)的外表面(8e)的外周(Pi)的第二角部(CO2)延伸，所述第一角部(CO1)和所述第二角部(CO2)是围绕所述第二层(5)的外表面(8e)的外周(Pi)的连续角部，所述至少一个第一细长肋状物(9a1，9a3)和第二细长肋状物(9a2，9a4)向彼此延伸以至少相交于至少一个交点(P1，P2，P3)处。
2.根据权利要求1所述的光伏模块，其特征在于，当所述第一透明层(2)由至少一种聚合物材料制成时，该至少一种聚合物材料选自：聚碳酸酯PC；聚甲基丙烯酸甲酯PMMA；聚对苯二甲酸乙二醇酯PET；聚酰胺PA；氟化聚合物。
3.根据权利要求1或2所述的光伏模块，其特征在于，所述第二层(5)由与所述封装组件(3)接触的至少一个第一后层(5a)和第二三维后层(5b)的组件(5)组成，使得所述第一后层(5a)被放置在所述封装组件(3)和所述第二三维后层(5b)之间，所述第二层(5)的内表面由所述第一后层(5a)的与所述封装组件(3)接触的内表面(8i)形成，所述第二层(5)的外表面由所述第二三维后层(5b)的外表面(8e)形成，该第二三维后层包括从所述外表面(8e)突出的凸起部(9)。
4.根据权利要求3所述的光伏模块，其特征在于，所述第二层(5)还包括介于所述第一后层(5a)和所述第二三维后层(5b)之间的粘合层(10)，以将所述第二三维后层(5b)组装到所述第一后层(5a)上。
5.根据权利要求3所述的光伏模块，其特征在于，所述第一后层(5a)是单层聚合物膜或多层聚合物膜。
6.根据权利要求3所述的光伏模块，其特征在于，所述第一后层(5a)的厚度(e5a)介于150μm和600μm之间。
7.根据权利要求3所述的光伏模块，其特征在于，所述第二三维后层(5b)由至少一种复合材料制成，该复合材料为聚合物/玻璃纤维型的复合材料。
8.根据权利要求3所述的光伏模块，其特征在于，所述第二三维后层(5b)包括在其外表面(8e)上从所述外表面(8e)突出的凸起部(9)，所述凸起部(9)由在所述第二三维后层(5b)的内表面(11i)上制成的凹槽(12)形成。
9.根据权利要求3所述的光伏模块，其特征在于，所述第二三维后层(5b)包括多个附接点(13)，该多个附接点会将所述光伏模块(1)固定到支撑横梁上以形成光伏模块面板，并且被配置成使所述支撑横梁的间距介于735mm和1045mm之间。
10.根据权利要求1或2所述的光伏模块，其特征在于，所述第二层(5)由与所述封装组件(3)接触的单个三维后层(5)组成，所述三维后层(5)的内表面(8i)基本上是平面并且所述三维后层(5)的外表面(8e)形成在所述外表面(8e)上凸起的部分(9)。
11.根据权利要求10所述的光伏模块，其特征在于，所述三维后层(5)由至少一种复合材料制成。
12.根据权利要求1或2所述的光伏模块，其特征在于，该光伏模块每单位面积的重量小于或等于7kg/m2。
13.根据权利要求3所述的光伏模块，其特征在于，所述第二三维后层(5b)每单位面积的重量小于或等于2kg/m2。
14.根据权利要求10所述的光伏模块，其特征在于，所述三维后层(5)每单位面积的重量小于或等于2kg/m2。
15.根据权利要求1或2所述的光伏模块，其特征在于，所述细长肋状物(9)的厚度(E1，E2)介于5mm和60mm之间。
16.根据权利要求1或2所述的光伏模块，其特征在于，所述细长肋状物(9)包括所谓的主细长肋状物(9a)和所谓的辅细长肋状物(9b)，所述辅细长肋状物(9b)的厚度(E2)小于所述主细长肋状物(9a)的厚度(E1)。
17.根据权利要求16所述的光伏模块，其特征在于，所述主细长肋状物(9a)的厚度(E1)介于20mm和60mm之间。
18.根据权利要求16所述的光伏模块，其特征在于，所述辅细长肋状物(9b)的厚度(E2)介于5mm和20mm之间。
19.根据权利要求1或2所述的光伏模块，其特征在于，所述细长肋状物(9)的至少一部分位于所述第二层(5)的所述外表面(8e)的外周(Pi)上，以至少形成所述第二层(5)的所述外表面(8e)的部分外周框架。
20.根据权利要求19所述的光伏模块，其特征在于，该外周框架是部分的以留出不存在任何细长肋状物(9)的空间(ES)用于集成接线盒(7)，以容置使用所述光伏模块(1)所必需的线。
21.根据权利要求1所述的光伏模块，其特征在于，所述至少一个交点(P1，P2，P3)位于穿过围绕所述第二层(5)的外表面(8e)的外周(Pi)彼此相对的至少两个附接点(13)的轴线(T)上，该至少两个附接点将用来将所述光伏模块(1)固定到支撑横梁上以形成光伏模块面板。
22.根据权利要求1或2所述的光伏模块，其特征在于，所述封装组件(3)由至少一种聚合物材料制成，所述聚合物材料选自：酸共聚物、离聚物、聚(乙烯醋酸乙烯酯)EVA、乙烯醇缩醛、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚烯烃弹性体共聚物、α-烯烃和α-、β-羧酸与乙烯酯类的共聚物、硅弹性体和/或环氧树脂。
23.根据权利要求22所述的光伏模块，其特征在于，所述封装组件(3)由两个聚(乙烯-醋酸乙烯酯)EVA层制成，所述光伏电池(4)布置在该两个层之间。
24.根据权利要求1或2所述的光伏模块，其特征在于，所述光伏电池(4)选自：基于单晶硅和/或多晶硅的同质结光伏电池或异质结光伏电池、和/或包括下述至少一种材料的光伏电池，该材料选自非晶硅、微晶硅、碲化镉CdTe、铜铟硒CIS和铜铟镓硒CIGS。
25.根据权利要求1或2所述的光伏模块，其特征在于，所述光伏电池(4)的厚度介于1μm和300μm之间。
26.根据权利要求1或2所述的光伏模块，其特征在于，所述光伏模块还包括接线盒(7)，在所述接线盒中容置有操作所述光伏模块(1)所必需的线。
27.根据权利要求2所述的光伏模块，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯PMMA是单相非冲击PMMA或多相冲击PMMA。
28.根据权利要求2所述的光伏模块，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯PMMA是纳米结构的冲击PMMA。
29.根据权利要求2所述的光伏模块，其特征在于，所述氟化聚合物是聚氟乙烯PVF或聚偏二氟乙烯PVDF、乙烯四氟乙烯ETFE、乙烯三氟氯乙烯ECTFE、聚四氟乙烯PTFE和/或聚三氟氯乙烯PCTFE。
30.根据权利要求3所述的光伏模块，其特征在于，所述第一后层(5a)的厚度(e5a)为400μm。
31.根据权利要求7所述的光伏模块，其特征在于，所述复合材料为环氧树脂/玻璃纤维。
32.根据权利要求11所述的光伏模块，其特征在于，所述复合材料为聚酰胺/玻璃纤维型的复合材料。
33.根据权利要求1或2所述的光伏模块，其特征在于，该光伏模块每单位面积的重量小于或等于6kg/m2。
34.根据权利要求1或2所述的光伏模块，其特征在于，该光伏模块每单位面积的重量小于或等于5kg/m2。
35.根据权利要求3所述的光伏模块，其特征在于，所述第二三维后层(5b)每单位面积的重量小于或等于1.8kg/m2。
36.根据权利要求3所述的光伏模块，其特征在于，所述第二三维后层(5b)每单位面积的重量小于或等于1.5kg/m2。
37.根据权利要求10所述的光伏模块，其特征在于，所述三维后层(5)每单位面积的重量小于或等于1.8kg/m2。
38.根据权利要求10所述的光伏模块，其特征在于，所述三维后层(5)每单位面积的重量小于或等于1.5kg/m2。
39.根据权利要求1或2所述的光伏模块，其特征在于，所述细长肋状物(9)的厚度(E1，E2)介于20mm和60mm之间。
40.根据权利要求1或2所述的光伏模块，其特征在于，所述细长肋状物(9)的厚度(E1，E2)介于35mm和55mm之间。
41.根据权利要求16所述的光伏模块，其特征在于，所述主细长肋状物(9a)的厚度(E1)介于35mm和55mm之间。
42.根据权利要求16所述的光伏模块，其特征在于，所述辅细长肋状物(9b)的厚度(E2)介于5mm和10mm之间。
43.根据权利要求22所述的光伏模块，其特征在于，所述乙烯醇缩醛为聚乙烯醇缩丁醛PVB。
44.根据权利要求22所述的光伏模块，其特征在于，所述聚乙烯为低密度线性聚乙烯。
45.根据权利要求22所述的光伏模块，其特征在于，所述α-烯烃和α-、β-羧酸与乙烯酯类的共聚物为乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯共聚物。
46.一种制造根据权利要求1或2所述的光伏模块(1)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：在等于或大于120℃的温度下对形成所述光伏模块(1)的层(2，3，4，5)中的至少一些层进行层压周期时长至少为10分钟的热层压。
47.根据权利要求46所述的方法，其特征在于，当所述方法还用来制造根据权利要求3至9中任一项所述的光伏模块(1)时，所述方法包括以下两个连续步骤：
a)在大于或等于120℃的温度下，对由第一透明层(2)、封装组件(3)、光伏电池(4)和第一后层(5a)形成的组件进行层压周期时长至少等于10分钟的热层压，以获得光伏层压件；
b)利用粘合层(10)将第二三维后层(5b)组装到所述光伏层压件上。
48.根据权利要求46所述的方法，其特征在于，当所述方法还用来制造根据权利要求10或11所示的光伏模块(1)时，所述方法包括如下单个热层压步骤：在大于或等于120℃的温度下对由第一透明层(2)、封装组件(3)、光伏电池(4)和第二层(5)形成的组件进行层压周期时长至少为10分钟的热层压。
49.根据权利要求48所述的方法，其特征在于，在所述单个热层压步骤期间，使用与所述第二层(5)的外表面(8e)接触的背衬模具，该背衬模具与由所述第二层(5)的外表面(8e)上的凸起部(9)形成的凸起部具有相反的几何形状。
50.根据权利要求49所述的方法，其特征在于，所述背衬模具由至少一种金属材料制成。
51.根据权利要求47所述的方法，其特征在于，利用粘合层(10)将第二三维后层(5b)组装到所述第一后层(5a)上。
52.根据权利要求49所述的方法，其特征在于，所述背衬模具由铝和/或钢制成。
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