CN108598200A - 太阳能晶硅电池片组热塑封膜封装制作方法 - Google Patents

Abstract

一种太阳能晶硅电池片组热塑封膜封装制作方法，克服晶硅电池现有封装工艺复杂，重量重，造价高，不能弯曲，怕震动，顶面玻璃易破损的缺点，使太阳能晶硅电池片组在保留光电高转换效率的前提下，造价更低，封装制作工艺更简单，安装拆卸方便，还具有薄膜电池的重量轻，可弧形弯曲新特性，使太阳能晶硅电池片组可以取代太阳能薄膜电池，很方便运用在太阳能充电供电电动自行车、摩托车、货运三轮车，甚至小车、中巴、大巴车、机动船、游艇、无人机等上。该发明极大地拓扩了太阳能晶硅电池的应用领域，是一次太阳能晶硅片组封装技术的重大革新，对推动人类普及利用环保能源太阳能意义深远。

Description

太阳能晶硅电池片组热塑封膜封装制作方法

发明领域：一种太阳能晶硅电池片组热塑封膜封装制作方法，属太阳能晶硅电池片组封装制作工艺领域。

技术背景：

随着科技的进步，太阳能利用愈来愈广泛。现有太阳能电池已工业化生产的有晶硅电池和薄膜电池两大类：占主导地位的是太阳能晶硅电池片(单晶硅、多晶硅)。太阳能晶硅电池片优点是：太阳能转换效率高，工业化生产最新上市单晶硅产品光电转换率已达到21％。具体应用以电动自行车为例：电动自行车驱动功率是150-200瓦，如采用光电转换率为21％的单晶硅电池片，标准规格156毫米X156毫米面积，最大功率可达5瓦，32片串联组合，理论上最大功率可达160瓦(实测150瓦)。用32片单晶硅电池片组作为电动自行车顶棚吸收太阳能，面积为0.75米，车顶棚能够最大限度制作面积约0.8平方米，产生的光电转换电能已经能达到150瓦，基本上能够驱动电动自行车行驶。但是迄今为止，市面还没有真正能够仅靠太阳能就能直接供电驱动的电动自行车。现有媒体上厂家宣称的太阳能电动车，在宣传上让人产生错觉，认为该车仅靠太阳能供电就能驱动运行，实际上厂家混淆了能用太阳能充电与能用太阳能供电的概念。充电是指电动车在行驶过程中能给电动车充一部分电，延长自带蓄电池供电行程，伸缩性很大，行驶过程中利用太阳能给蓄电池充电最多只能延长自带电池供电三分之一的行程，所以这类产品只能算是在行驶过程中给电动车充一小部分电。供电是指太阳能提供的电力已经够驱动电动车行驶，电动车自带蓄电池电量实际上没用或用得很少，自带蓄电池起到的是阴雨天气作备用动力电源作用。由此可见，充电与供电是两码事。实际上，仅靠太阳能供电就能给电动车提供足够动力，这样的电动车至今没有发明出来，更没有上市。究其原因是：由于晶硅电池片致命弱点是厚度只有0.3毫米，很脆，怕震动，稍微受力弯曲震动就破碎，不可直接用于电动车顶棚吸收太阳能，必须通过专门技术封装方可使用。现有太阳能晶硅片组工业化封装产品，封装技术通常是上面压一块2-3毫米厚的玻璃透光、兼顾隔绝雨水保护太阳能晶硅片，还要用金属件方框固定，边沿涂胶防水，底面再涂上绝缘胶漆保护晶硅片，工序多，制作工艺复杂，重量重，成品有20斤左右，不能弯曲，顶面玻璃震动易破损，这样的封装工艺难以将太阳能晶硅片组设计在电动自行车、摩托车、电动货三轮车上面，更不能进一步创新设计在电动小车、中巴、机动船、游艇乃至无人机等上做未来太阳能充电供电用，只适合安装在静止的直面阳光的房顶或空旷地面。还有一种是采用树脂水晶滴胶单片封装，抗震，不易破碎，但制作成本高，价格贵，大面积应用难推广。正因这些难以逾越的障碍限制了太阳能晶硅电池片的应用，人们在电动车、太阳能无人机等上，要利用太阳能只能放弃光电转换效率高的晶硅电池片，采用太阳能薄膜电池，克服晶硅电池片组诸多弱点。但太阳能薄膜电池虽然有重量轻，能变形弯曲，不易破碎抗震动的优点，也有致命弱点：价格高，光电转换效率低，与晶硅电池片同等面积，已经工业化生产的最新产品光电转换率只有9-11％，比晶硅电池片低一倍。因转换效率低，在电动自行车、摩托车只能提供0.8平方米的面积上，产生功率最大约60瓦，远远满足不了行驶所需驱动功率，只能补充小部分电，这就是现有太阳能充电电动车难以采用晶硅电池片充电供电，只能采用薄膜电池充电，功率低，电力远不足够给电动车行驶供电，迈不过去的坎。

发明内容：

本发明采用太阳能晶硅电池片组热塑封膜封装制作方法，改变现有太阳能晶硅电池片组玻璃压顶金属边框固定，绝缘胶漆涂覆封装方法，克服太阳能晶硅电池片组现有封装工艺复杂，沉重，造价高，不能弯曲，顶面玻璃震动易破损的缺点，使太阳能晶硅电池片组在保留光电转换效率高的前提下，造价低，封装工艺简单，还具有薄膜电池重量轻，可弧形弯曲新特性，从此可用在太阳能驱动电动自行车、摩托车、货三轮车，甚至小车、中巴、机动船、游艇等上。尤其是重量轻、可弧形弯曲新特性在翅膀、机身为弧形结构或平面结构的无人机设计上更可取代太阳能薄膜电池，功率却高一倍，实现无人机更长距离飞行、更长久滞空功效，取代飞行距离短、滞空时间短的燃油无人机，在民用、军用方面拓展出新的应用领域。

发明技术方案：

如附图1所示：1为透明热塑封膜上层，2为透明热塑封膜底层，3为太阳能晶硅片组，按照需要的太阳能光电转换输出功率确定晶硅片数量，晶硅片相互之间通过金属导电扁带串联或并联，4为太阳能晶硅片组正极输出端连接点，5为太阳能晶硅片组负极输出端连接点。将所需太阳能光电转换输出功率晶硅片组排列组合、用导电带正负串联或并联连接好，将热塑封机温度调节到适合的温度，再将覆盖有上下夹层塑封膜的太阳能晶硅片组放入热塑封机，经过热塑封机高温挤压，从另一端出来的就是热塑封装好的太阳能晶硅片组，6为与晶硅片组输出端并联，与晶硅片电池组电压相同或相近，储电量很大的法拉电容，用途是利用法拉电容储电量很大，又具有快速充电快速放电的特性，使电动车行驶过程中，在启动或突然刹车，再次启动时，由于瞬间要消耗大量的电，对电池损伤较大甚至动力不足，法拉电容此刻瞬间可以放出大量的电流，利于电动车快速启动，克服启动电流过大对电动车自带蓄电池的损伤，大大延续电动车蓄电池寿命。太阳能晶硅片可根据光电转换功率需要单片热塑封装，也可多片组合热塑封装。热塑膜封装好的太阳能晶硅片组，可横向弧形弯曲，如附图2，也可纵向弧形弯曲，如附图3。

附图说明：

图1为太阳能晶片组整体热塑封装结构图，图2为太阳能晶片组热塑封装横向弯曲图，图3为太阳能晶片组热塑封装纵向弯曲图。

技术效果：

1、太阳能晶硅电池片组热塑膜封装制作方法简单，工序少，制作成本比现有玻璃压顶、金属边框固定、涂覆绝缘胶漆保护层封装工艺成倍降低。封装在塑封膜内的太阳能晶硅片组还有了韧性、可弧形弯曲，既解决了太阳能晶硅电池片薄脆易碎不能弧形弯曲，难以适应更多结构特殊的应用领域难题，又解决了太阳能晶硅电池片组隔雨防水难题。

2、热塑膜封装制作重量轻。现有功率145瓦左右晶硅电池片组通常由32块晶硅片组成，虽然一块晶硅片只有10克，32块只有320克，但加上压顶玻璃、金属固定边框、绝缘胶涂层、多根扁导线连接、接头等，面积约0.8平米，重10千克。支撑在电动自行车、摩托车顶上骑行者难掌控，且玻璃压顶，行驶坑洼路面剧烈震动易破碎，此法行不通。采用本发明制作的太阳能晶硅片组，32片同规格太阳能晶硅片组最大能产生175瓦电能，面积等同，全部重量600克，是现有玻璃压顶、金属边框固定，涂覆绝缘胶漆封装晶硅片电池组的二十分之一，接近太阳能薄膜电池的重量，很容易设计在电动自行车、摩托车、电动拉货三轮车及船、乃至无人机上作太阳能充电供电。尤其是作无人机太阳能充电供电，由于很轻，接近薄膜太阳能电池重量，又具有可弧形弯曲特性，可适应飞机翅膀、机身的弧形特殊结构，功率又比薄膜太阳能电池大一倍，是将来设计民用、军用无人机远程飞行、长久滞空充电供电，取代现有携带大量笨重燃油、发动机短航程军用无人机新发展方向。

3、在制作实践中还收到意想不到的效果：同样面积太阳能单晶硅片，同样太阳光照度，采用本发明方法封装的太阳能晶硅片组，比起采用玻璃压顶、金属方框固定的晶硅片组，光电转换功率提高4个百分点。标称最大功率为5瓦，32片最大功率为162瓦的太阳能晶硅片组，采用玻璃压顶封装，实测最大功率为145瓦。采用本发明封装，实测最大功率达到175 瓦，等同把现有工业化生产的太阳能晶硅片光电转换率由21％提升到25％。这是一个出人意料的光电转换效率提升。分析其原理是：晶硅电池片表面为了最大限度吸收阳光，提高光电转换率，通常采用光刻技术将电池片表面织构化，制成倒金字塔结构。并在表面制作成氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合。采用本发明热塑封膜封装后，透明塑料膜经高温挤压，高温软化塑料膜经过压辊时，填充了晶硅电池片表面倒金字塔沟槽，朝阳光面平整透明，紧贴晶硅电池片面凹凸不平，光线更不容易从凹凸不平反面直线反射逃逸，这就是毛玻璃漫散射阻止光线直线返回防透视原理。透过薄膜照射到晶硅片表面的光线反射逃逸减弱，使太阳能晶硅电池片吸收的太阳光量更多，由此增加了光电转换效率。另一重要原因是：采用玻璃压顶封装，玻璃通常3毫米厚，玻璃透光率为90％，衰减10％，透明热塑膜主要材料是透明乙烯，透光率与玻璃相等也是90％，透明热塑封膜厚度只有0.1毫米左右，阳光透过厚度只有玻璃三十分之一透明薄膜层，光照度衰减肯定比3毫米厚玻璃少得多，从而又大大降低光线衰减量，明显提高了晶硅电池片光电转换效率。这是此发明技术独特新创技术效果。为提高太阳能光电转换率，全世界科学家们从太阳能晶硅电池片材料、表面结构、收集光电子导线分布上下功夫，可谓步履艰难，这么多年每提升一个百分点都很不容易。本发明另辟蹊径，采用热塑封膜封装工艺方法，既增加光线吸收量，又降低了光线衰减量，意外提高了晶硅电池片转换效率几个百分点，是提高太阳能晶硅电池光电转换率的明显技术进步。

具体实施方式：

将太阳能晶硅电池片组串或并联，组成需要的电功率晶硅片组，再将组合连接的太阳能晶硅片组放入相应规格透明热塑封膜夹层。因现在的透明热塑封膜都掺有抗老化剂，可大量吸收紫外线抗老化，从而大大延长透明热塑封膜使用寿命。这就是太阳能薄膜电池能够使用 10年以上的道理。此发明使用的热塑封膜材料基质透明乙烯跟太阳能薄膜电池基质透明乙烯一样，所以有同样的使用寿命。热塑封时留好外部正负输出焊头，再将热塑封机调到所需塑封温度，将上下覆盖有透明热塑封膜的晶硅电池片组送入已经达到相应温度的热塑封机，通过热塑封机出来后，太阳能晶硅片组就封装在透明塑料薄膜里面了。业界专家可能有疑问：晶硅太阳能电池片只有0.3毫米左右，稍微施加压力、弯曲力就会破碎，经过热塑封机强大压辊压力挤压，不会压破碎吗？发明人最开始也这样认为，为了攻克太阳能电池晶硅片组现有封装技术诸多缺点，探索了多种改变现有太阳能电池晶硅片组封装技术方案，都失败，几乎绝望放弃，偶然从热塑封照片获得启示，抱着试试的想法实验，意外成功，热塑封装出来的晶硅片组完好无损。现在发明人采用此法已成功做出了热塑膜封装的太阳能晶硅片组，并成功运用于太阳能电动车上，已经进行连续骑行百多公里验证；也成功用于设计在遥控无人机上，把遥控无人机自带电池只能飞行10--20分钟延续到数小时。用于特殊结构制作时，可将热塑封好的太阳能晶硅片组与各种车、船弧形表面，或无人机弧形翅膀或平面机身表面紧密配合，专用粘胶紧贴上，再喷涂专用透明漆覆盖表面固化，使其更牢固美观，经久耐用。

实施意义：

太阳能晶硅电池片组热塑封膜封装制作方法，解决了太阳能晶硅电池现有封装技术诸多应用缺陷难题。既保留了太阳能晶硅电池片光电转换功率高的优点，又兼有了太阳能薄膜电池重量轻，能弯曲，抗震动等优点，使太阳能晶硅电池片从此可以很方便地用于设计太阳能电动自行车、摩托车、货运三轮车，甚至设计在弧面小车、中巴车顶上乃机动船、游艇、民用或军用无人机上用太阳能供电。除了光线弱的雨天外，太阳天转换电能基本上能满足电动车充电、供电需求。发明人原来的电动自行车几乎天天充电，充一次电约骑行30多公里，采用此发明后，太阳天骑行百多公里都没问题，把原来短途骑行几十公里的电动自行车，变成了可远途旅行长途车，只需三四百元成本。既解决了电动车天天交流充电耗时长、等待麻烦难题，还把电动车自带蓄电池寿命数倍延长。电动车自带蓄电池通常一年多就要花六.七百元更换，采用此发明，平时基本上都是用太阳能，自带蓄电池实际上是备用夜晚、阴雨天，平时很少耗电，5-8年都不用更换，数倍降低了用户更换电池几千元使用成本，是城市缓解交通压力、利用环保能源的发展新方向。该发明全方位拓扩太阳能晶硅电池应用领域，是一次太阳能晶硅片组封装技术的重大革新，对推动人类普及利用环保能源太阳能意义深远。

Claims (3)

1.一种太阳能晶硅电池片组热塑封膜封装制作方法，其特征是：1为透明热塑封膜上层，2为透明热塑封膜底层，3为太阳能晶硅片组，按照需要的太阳能光电转换输出功率确定晶硅片数量，晶硅片相互之间通过金属导电扁带串联或并联，4为太阳能晶硅片组正极输出端连接点，5为太阳能晶硅片组负极输出端连接点。将所需太阳能光电转换输出功率晶硅片组排列组合、用导电带正负串联或并联连接好，将热塑封机温度调节到适合的温度，再将覆盖有上下夹层塑封膜的太阳能晶硅片组放入热塑封机，经过热塑封机高温挤压，从另一端出来的就是热塑封装好的太阳能晶硅片组，6为与晶硅片组输出端并联，与晶硅片电池组电压相同或相近，储电量很大的法拉电容，法拉电容连接数量由热塑封膜封装好的太阳能晶硅片组输出电压大小决定，可是单个，也可是多个。

2.正如权利要求1所述的太阳能晶硅电池片组热塑封膜封装制作方法，其特征是：太阳能晶硅片可根据光电转换功率需要单片热塑封装，也可多片组合热塑封装，可串联封装，也可并联封装。

3.正如权利要求1所述的太阳能晶硅电池片组热塑封膜封装制作方法，其特征是：输出端有与晶硅片组输出端并联，与晶硅片电池组电压相同或相近，储电量很大的法拉电容。法拉电容可在太阳能晶硅电池片组热塑封膜封装后配套连接，也可在太阳能晶硅电池片组热塑封膜封装制作完成后，与电动车驱动电路连接时，与驱动电路后续连接。