CN108666384A - 光伏发电装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏发电装置及其制造方法，光伏发电装置包括：光伏组件(3)，包括绝缘导热陶瓷背板(31)；和集热器(4)，设置于所述光伏组件(3)的背光侧，并与所述绝缘导热陶瓷背板(31)导热连接。本发明在光伏组件中采用绝缘导热陶瓷背板，并使集热器与绝缘导热陶瓷背板的表面导热连接，利用绝缘导热陶瓷背板的良好导热能力将光伏组件的热量传导给具有较大接触表面的集热器进行收集，从而确保更为高效的热传导作用，进而有效地减少光伏组件在接收太阳能时从背光侧散失的热能，使得光伏发电装置以多种形式更充分地利用太阳能，充分利用空间。

Description

光伏发电装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能利用领域，尤其涉及一种光伏发电装置及其制造方法。
背景技术
太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太阳能电池发电是根据特定材料的光电性质制成的。太阳辐射出不同波长的电磁波，如红外线、紫外线、可见光等等。当这些射线照射在不同导体或半导体上，光子与导体或半导体中的自由电子作用产生电流。射线的波长越短，频率越高，所具有的能量就越高，例如紫外线所具有的能量要远远高于红外线。但是并非所有波长的射线的能量都能转化为电能，值得注意的是光电效应于射线的强度大小无关，只有频率达到或超越可产生光电效应的阈值时，电流才能产生。
按照制作材料分为硅基半导体电池、CdTe薄膜电池、CIGS薄膜电池、染料敏化薄膜电池、有机材料电池等。其中硅电池又分为单晶电池、多晶电池和无定形硅薄膜电池等。对于太阳电池来说最重要的参数是转换效率，在实验室所研发的硅基太阳能电池中，单晶硅电池效率为25.0％，多晶硅电池效率为20.4％，CIGS薄膜电池效率达19.6％，CdTe薄膜电池效率达16.7％，非晶硅(无定形硅)薄膜电池的效率为10.1％。
现有太阳能电池的利用光能的效率普遍不高，在实际应用中单位面积上的太阳能电池除了转化的光能之外，其他能量以反射、热量等其他形式散失。从而导致不能充分利用光能，造成了空间的浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种光伏发电装置及其制造方法，该装置能够以多种形式利用太阳能，充分利用空间。
基于上述目的，本发明提供了一种光伏发电装置，包括：
光伏组件，包括绝缘导热陶瓷背板；和
集热器，设置于所述光伏组件的背光侧，并与所述绝缘导热陶瓷背板导热连接。
可选地，所述集热器通过导热胶带或导热粘胶与所述绝缘导热陶瓷背板的表面粘接，并与所述绝缘导热陶瓷背板的表面形成面接触或多点接触。
可选地，所述光伏发电装置还包括：
保温层，位于所述集热器远离所述光伏组件的一侧。
可选地，所述光伏发电装置还包括：
盖板玻璃，位于所述光伏组件的受光侧；
其中，在所述盖板玻璃与所述光伏组件的受光侧表面之间设置有中空层结构。
可选地，所述中空层结构包括：
支撑物，位于所述盖板玻璃与所述光伏组件的受光侧表面之间，用于支撑所述盖板玻璃和所述光伏组件的中空间隙；和
密封胶，涂布在所述盖板玻璃与所述受光侧表面之间，用于实现中空间隙的密封。
可选地，在所述中空层结构内填充有分子筛。
可选地，所述光伏组件包括：
所述绝缘导热陶瓷背板；
CIGS膜层，设置在所述绝缘导热陶瓷背板远离所述集热器的一侧；和
前板玻璃，设置在所述CIGS膜层远离所述集热器，并通过胶膜与所述CIGS膜层进行封装。
可选地，所述光伏发电装置还包括：
封装框架，
其中，所述光伏组件和集热器设置在所述封装框架内。
为实现上述目的，本发明还提供了一种前述的光伏发电装置的制造方法，包括：
提供包括绝缘导热陶瓷背板的光伏组件；
在所述光伏组件的背光侧设置集热器，并使所述集热器与所述绝缘导热陶瓷背板导热连接。
可选地，在提供光伏组件的操作之后，还包括：
在所述光伏组件的出光侧设置盖板玻璃，并使所述盖板玻璃与所述光伏组件的受光侧表面之间形成中空层结构。
从上述发明实施例可以看出，本发明在光伏组件中采用绝缘导热陶瓷背板，并使集热器与绝缘导热陶瓷背板导热连接，利用绝缘导热陶瓷背板的良好导热能力将光伏组件的热量传导给集热器进行收集，从而确保更为高效的热传导作用，进而有效地减少光伏组件在接收太阳能时从背光侧散失的热能，使得光伏发电装置以多种形式更充分地利用太阳能，充分利用空间。
附图说明
图1为相关技术中CIGS产品的能量散失示意图；
图2为本发明光伏发电装置的一实施例的横截面示意图；
图3为本发明光伏发电装置实施例中光伏组件的横截面示意图；
图4为本发明光伏发电装置的制造方法的一实施例的流程示意图；
图5为本发明光伏发电装置的制造方法的另一实施例的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
经发明人研究发现，相关技术中CIGS产品在使用中能量散失较多，未能得到有效利用。如图1所示，为相关技术中CIGS产品的能量散失示意图。参考图1，在CIGS产品的相关技术中，从左至右分别为基板玻璃a1、CIGS膜层a2、EVA胶膜层a3和前板玻璃a4。100％的太阳入射能量从右射入前板玻璃a4后，大约6％的能量被前板玻璃反射。CIGS膜层a2在接收到太阳入射能量后，大约15％被转化成电能输出，大约79％转化成热能向外散失，这其中大约17.52％从前板玻璃一侧散失，大约61.48％从基板玻璃一侧散失。
有鉴于此，本发明提供一种光伏发电装置及其制造方法，能够以多种形式利用太阳能，充分利用空间。
如图2所示，为本发明光伏发电装置的一实施例的横截面示意图。在图2实施例中，光伏发电装置包括：光伏组件3和集热器4。光伏组件3具有绝缘导热陶瓷背板31。绝缘导热陶瓷背板31具有极高的导热系数，可以将光伏组件3吸收的热能快速的向外传递。另外，绝缘导热陶瓷背板31还能够耐受高温和高电压，因此也提高了光伏组件在运行时的可靠性。
集热器4设置于所述光伏组件3的背光侧，并与绝缘导热陶瓷背板31导热连接。集热器4优选采用具有较大接触面积的管板式集热器。光伏组件3的背光面即为接收太阳入射能量的表面的反向面，在图中对应于光伏组件3的下侧表面。绝缘导热陶瓷背板31与集热器4之间可实现更高效的热传导作用，这样就使得光伏组件3的热量能够经由绝缘导热陶瓷背板31快速且充分地传导到集热器4中，并由集热器4的内部液体吸收，以便进一步通过光伏发电装置中的其他机构收集利用，例如利用这些热能加热冷水来供应给用户家庭使用，或者将这些热能进一步转换成电能或蒸汽能等。这样就实现了多种形式的太阳光能的利用，使得光伏组件所占据的空间得以更充分的利用。
具体来说，可将集热器4通过导热胶带或导热粘胶(例如导热硅胶等)与绝缘导热陶瓷背板31的表面粘接，并与所述绝缘导热陶瓷背板31的表面形成面接触或多点接触，从而使集热器4能够与绝缘导热陶瓷背板31的表面形成充分接触，进而确保了更高效的热传导作用。
参考图2，为了减少集热器4的热量散失，在集热器4远离所述光伏组件3的一侧还可以设置保温层。该保温层能够抑制集热器4的热量向其远离光伏组件一侧散失。
在上述实施例中，光伏组件3优选采用CIGS薄膜电池组件，其具有较高的太阳能转化效率。在其他实施例中，光伏组件3也可采用GaAs薄膜电池组件、GaSb薄膜电池组件或GaInP薄膜电池组件等。
参考图3所示的光伏组件截面示意图，以CIGS薄膜电池组件为例，光伏组件3可具体包括：前面所提到的绝缘导热陶瓷背板31、CIGS膜层32和前板玻璃34。该光伏组件3利用了绝缘导热陶瓷背板31具有极高的导热系数的特性，将光伏组件3吸收的热量快速的向集热器4传递。
CIGS膜层32设置在所述绝缘导热陶瓷背板31靠近所述盖板玻璃1的一侧，能够将接收到的太阳能转化成电能，并通过接线盒9向外输出。该接线盒9与所述光伏组件3电连接，可设置在所述绝缘导热陶瓷背板31远离所述盖板玻璃1的一侧。
前板玻璃34设置在所述CIGS膜层32靠近所述盖板玻璃1的一侧，并通过胶膜33与所述CIGS膜层32进行封装。该胶膜33可采用热固性胶膜，例如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(Ethylene Vinyl Acetate，简称EVA)胶膜等。
仍参考图2，在一些实施例中，光伏发电装置还可以包括盖板玻璃1。盖板玻璃1位于所述光伏组件3的受光侧。在所述盖板玻璃1与所述光伏组件3的受光侧表面之间设置有中空层结构2。
光伏组件3的受光面即为接收太阳入射能量的表面，在图中对应于光伏组件3的上侧表面。而通过将中空层结构2设置在盖板玻璃1与所述光伏组件3的受光侧表面之间，可以有效地减少光伏组件3在接收太阳能时从受光侧散失的热能。
具体来说，中空层结构2可包括支撑物21和密封胶。支撑物21位于所述盖板玻璃1与所述光伏组件3的受光侧表面之间，用于支撑所述盖板玻璃1和所述光伏组件3的中空间隙。支撑物21可以采用不锈钢、碳化钨钢、铬钢、铝合金、镍、钼、钽或陶瓷等材料制成，其结构可以为长条形或圆柱体等。制造者可根据需要将多个支撑物21根据需要设置在光伏组件3的受光侧表面靠近边缘的部位，或者间隔散布在光伏组件3的受光侧表面。
当盖板玻璃1叠置到光伏组件3的受光侧表面上方，并由支撑物21所支撑后，盖板玻璃1与光伏组件3的受光侧表面之间形成了中空间隙。而密封胶可涂布在所述盖板玻璃1与所述受光侧表面之间，实现中空间隙的密封。密封胶优选采用丁基密封胶，也可采用环氧密封胶、氯丁密封胶或PVC密封胶等。在另一些实施例中，该中空层结构2也可以是独立于盖板玻璃1和光伏组件3的部件。
为了提高中空层结构的隔热能力，在一些实施例中，可向中空层结构内填充分子筛来吸收中空层结构内空气中的水分，确保中空层结构内的空气保持干燥，从而有效地降低中空层的导热能力。在另一些实施例中，中空层结构内也可被抽吸成真空或充入其他气体。
通过在光伏组件3的两侧分别设置中空层结构2和集热器4，能够在抑制光伏组件吸收的热量向外散失的同时，使热量更加充分地吸收到集热器4中进一步利用，从而更进一步地提高了光伏发电装置对太阳入射能量的利用效率。
在光伏发电装置的封装方面，可通过封装框架对光伏发电装置中的各个部件进行封装。例如，将光伏组件3和集热器4设置在所述封装框架内，并进行封装。在另一些实施例中，封装框架内还可以设置保温层、盖板玻璃或中空层结构等。参考图2，封装框架可具体包括位于保温层5的下方的底板6，以及设置在侧边和顶部的质轻且强度优良的铝合金边框7和铝合金压条8。底板6可采用金属或陶瓷底板等。
本发明除了提供上述光伏发电装置的多个实施例之外，还提供了光伏发电装置对应的制造方法。如图4所示，为本发明光伏发电装置的制造方法的一实施例的流程示意图。在本实施例中，光伏发电装置的制造方法包括：
步骤100、提供包括绝缘导热陶瓷背板31的光伏组件3；
步骤200、在所述光伏组件3的背光侧设置集热器4，并使所述集热器4与所述绝缘导热陶瓷背板31导热连接。
在步骤100中，光伏组件3可采用已生产或已购买的现有光伏组件，也可在制造光伏发电装置时自行制备光伏组件，并且该光伏组件3中具有绝缘导热陶瓷背板31。参考图3，制备光伏组件3的操作可具体包括：提供绝缘导热陶瓷背板31，并在所述绝缘导热陶瓷背板31靠近所述盖板玻璃1的一侧的表面沉积CIGS膜层32，然后通过胶膜33将前板玻璃34与所述CIGS膜层32进行封装。另外，还将接线盒9设置在所述绝缘导热陶瓷背板31远离所述盖板玻璃1的一侧。
在步骤200中进行集热器4设置时，可将集热器4通过导热胶带或导热粘胶(例如导热硅胶等)与绝缘导热陶瓷背板31的表面粘接，并与绝缘导热陶瓷背板31的表面形成面接触或多点接触。利用集热器4较大的接触表面，可实现与绝缘导热陶瓷背板31的表面的充分接触，以确保更高效的热传导作用，从而使光伏组件3的热量能够经由绝缘导热陶瓷背板31快速且充分地传导到集热器4中，由集热器4的内部液体吸收，以便进一步充分利用。
另外，在设置集热器4之后，还可以包括在所述集热器4远离所述光伏组件3的一侧设置保温层5的操作，以减少集热器4的热量散失。
如图5所示，为本发明光伏发电装置的制造方法的另一实施例的流程示意图。与上一实施例相比，本实施例在步骤100提供光伏组件3的操作之后，还可以包括：
步骤300、在所述光伏组件3的出光侧设置盖板玻璃1，并使所述盖板玻璃1与所述光伏组件3的受光侧表面之间形成中空层结构2。
步骤300在时序上可设置在步骤100和步骤200之间，也可以设置在步骤200之后。
在步骤200中设置所述盖板玻璃1时，可在所述盖板玻璃1与所述光伏组件3之间形成中空层结构2。参考图2所示的光伏发电装置的横截面结构，形成中空层结构2的操作可以具体包括：在所述盖板玻璃1与所述光伏组件3的受光侧表面之间设置支撑物21，并将密封胶涂布在所述盖板玻璃1与所述受光侧表面之间，来实现中空间隙的密封。另外，在形成中空层结构时，还可以在所述中空层结构2内填充分子筛，以便利用分子筛良好的吸湿性能来维持中空层结构内的空气干燥，从而获得良好的隔热效果。
在上述各制造方法的实施例中，均可进一步通过封装框架对各部件进行封装，例如通过铝合金压条8、铝合金边框7和底板6对光伏组件3和集热器4以及其他部件，例如保温层、盖板玻璃或中空层结构等进行整体封装。
基于上述实施例的说明，本发明光伏发电装置的一些实施例能够对原本散失到环境中的热量加以利用，并能够根据需要实现电、热的双重输出，从而提高了太阳能在单位面积上的综合利用效率。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏发电装置，包括：
光伏组件(3)，包括绝缘导热陶瓷背板(31)；和
集热器(4)，设置于所述光伏组件(3)的背光侧，并与所述绝缘导热陶瓷背板(31)导热连接。
2.根据权利要求1所述的光伏发电装置，其中，所述集热器(4)通过导热胶带或导热粘胶与所述绝缘导热陶瓷背板(31)的表面粘接，并与所述绝缘导热陶瓷背板(31)的表面形成面接触或多点接触。
3.根据权利要求1所述的光伏发电装置，还包括：
保温层(5)，位于所述集热器(4)远离所述光伏组件(3)的一侧。
4.根据权利要求1所述的光伏发电装置，还包括：
盖板玻璃(1)，位于所述光伏组件(3)的受光侧；
其中，在所述盖板玻璃(1)与所述光伏组件(3)的受光侧表面之间设置有中空层结构(2)。
5.根据权利要求4所述的光伏发电装置，其中，所述中空层结构(2)包括：
支撑物(21)，位于所述盖板玻璃(1)与所述光伏组件(3)的受光侧表面之间，用于支撑所述盖板玻璃(1)和所述光伏组件(3)的中空间隙；和
密封胶，涂布在所述盖板玻璃(1)与所述受光侧表面之间，用于实现中空间隙的密封。
6.根据权利要求4所述的光伏发电装置，其中，在所述中空层结构(2)内填充有分子筛。
7.根据权利要求1所述的光伏发电装置，其中，所述光伏组件(3)包括：
所述绝缘导热陶瓷背板(31)；
CIGS膜层(32)，设置在所述绝缘导热陶瓷背板(31)远离所述集热器(4)的一侧；和
前板玻璃(34)，设置在所述CIGS膜层(32)远离所述集热器(4)，并通过胶膜(33)与所述CIGS膜层(32)进行封装。
8.根据权利要求1所述的光伏发电装置，还包括：
封装框架，
其中，所述光伏组件(3)和集热器(4)设置在所述封装框架内。
9.一种如权利要求1～8任一所述的光伏发电装置的制造方法，包括：
提供包括绝缘导热陶瓷背板(31)的光伏组件(3)；
在所述光伏组件(3)的背光侧设置集热器(4)，并使所述集热器(4)与所述绝缘导热陶瓷背板(31)导热连接。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其中，在提供光伏组件(3)的操作之后，还包括：
在所述光伏组件(3)的出光侧设置盖板玻璃(1)，并使所述盖板玻璃(1)与所述光伏组件(3)的受光侧表面之间形成中空层结构(2)。
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CN117749081A (zh) * 2023-12-13 2024-03-22 娄底市安地亚斯电子陶瓷有限公司 光伏储能用陶瓷器件

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