CN109247060A - 可通风的太阳能电池以及太阳能电池模块 - Google Patents

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Abstract

适用本发明之一实施例的配备有通孔的太阳能电池，包括：电池基板；以及，光电转换层，形成于上述电池基板上，用于将太阳能转换成电能；其中，在上述电池基板以及光电转换层中配备有用于形成贯通正面以及背面的空气通道的多个通孔。

Description

可通风的太阳能电池以及太阳能电池模块
技术领域
本发明涉及一种可通风的太阳能电池以及太阳能电池模块，尤其涉及一种能够通过在太阳能电池以及太阳能电池模块中配备通孔而使其实现通风效果并借此提升太阳能电池以及太阳能电池模块的冷却效率的太阳能电池以及太阳能电池模块。
背景技术
全球范围内的气候变化导致了环境破坏危机以及高油价时代的到来，与此同时，伴随着石油能源的枯竭以及环境污染的加速，新再生能源以及相关装置的开发需求变得越来越迫切。
在这种情况下，技术开发活动的方向主要集中于利用如风能、潮汐能、太阳能、水能等自然能源的新再生能源的开发，其中最具代表性的是太阳能电池。
太阳能电池的类型分为基于硅的单晶以及多晶太阳能电池，包括基于化合物的薄膜太阳能电池即CIGS(Copper indium gallium selenide thin-film solar cells，硒化铟镓薄膜太阳能电池)，以及其他有机物、染料敏化、纳米粒子太阳能电池，但是如上所述的所有太阳能电池以及太阳能电池模块都具有在温度上升时发电效率大幅下降的问题。
如图1所示，虽然直流电压以及直流电流都会随着温度的变化而发生改变，但是可以发现直流电流的变化程度大于直流电压。即，因为在韩国的正午时分直接受到太阳的直射光线照射的太阳能电池或太阳能电池模块的表面温度最高能够达到约55度左右，因此会因为在太阳能电池或太阳能电池模块中所生成的电流相对低于所生成的电压而导致发电效率大幅下降的问题。
在如上所述的情况下，能够以较少的成本投入提升直流电流的方法为利用风与风之间的压力差异进行自然冷却的方法，但是现有的太阳能电池或太阳能电池模块均属于无法实现通风的结构。
作为相关的专利技术，在韩国公开专利第10-2016-0022662号(公开日期：2016年03月02日)中公开了一种在太阳能电池与配置在太阳能电池上部的盖板之间配备通风空间的特征，但是因为上述结构并不能生成贯通太阳能电池的正面以及背面的风，因此其冷却效率增加效果比较有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够通过在太阳能电池或太阳能电池模块的基板上配备通孔而实现风的贯通效果并借此提升自然冷却效率的太阳能电池以及太阳能电池模块。
适用本发明之一实施例的配备有通孔的太阳能电池，包括：电池基板；以及，光电转换层，形成于上述电池基板上，用于将太阳能转换成电能；其中，在上述电池基板以及光电转换层中配备有用于形成贯通正面以及背面的空气通道的多个通孔。
适用本发明之另一实施例的配备有通孔的太阳能电池模块，包括：模块基板；以及，多个太阳能电池，配备在上述模块基板上；其中，在上述模块基板中配备有用于在上述多个太阳能电池之间的区域形成贯通正面以及背面的空气通道的多个通孔。
本发明能够通过在太阳能电池或太阳能电池模块的基板上形成通孔而使风穿过太阳能电池或太阳能电池模块的中心部分并借此在不配备单独的冷却装置的情况下提升其自然冷却效率。通过提升冷却效率，能够提升太阳能电池以及太阳能电池模块的效率。进而，能够通过将漏斗状结构的部件插入到通孔中而增加穿过通孔的风力的压力差异，从而提升光的入射面及其相反面之间的压力以及温度差异并借此进一步提升冷却效率。
此外，能够设计成可以承受比现有的太阳能电池或太阳能电池模块更强的风力荷载。
附图说明
图1是与基于日照量以及温度变化的太阳能电池的电流变化相关的图表。
图2是与基于太阳能电池温度的电流/电压特性相关的图表。
图3是对太阳能电池与太阳能电池模块之间的关系进行图示的结构图。
图4a是与适用现有技术的太阳能电池相关的结构图，图4b是与适用现有技术的太阳能电池模块相关的结构图。
图5a是与适用本发明之一实施例的太阳能电池相关的结构图，图5b是与适用本发明之一实施例的太阳能电池模块相关的结构图。
图6a以及图6b是与适用本发明之一实施例的通风强化部件相关的结构图。
图7a是与采用适用本发明之一实施例的通风强化部件的太阳能电池相关的结构图，图7b是与采用适用本发明之一实施例的通风强化部件的太阳能电池模块相关的结构图。
图8是对适用本发明之另一实施例的通孔进行图示的太阳能电池或太阳能电池模块的截面图。
【符号说明】
10、100：太阳能电池
110、210：通孔
20、200：太阳能电池模块
300：通风强化部件
具体实施方式
接下来，为了便于具有本发明所属技术领域之一般知识的人员轻易地实施本发明，将结合附图对适用本发明的实施例进行详细的说明。但是，本发明能够以多种不同的形态实现，并不限定于在下述内容中进行说明的实施例。此外，为了能够结合附图对本发明进行更明确的说明，对与说明无关的部分进行了省略，而且在整个说明书中对类似的部分分配了类似的附图编号。
在整个说明书中，当记载为某个部分“包括”某个构成要素时，除非另有明确的相反记载，否则并不代表排除其他构成要素，而是代表还能够包括其他构成要素。
接下来，将结合附图对适用本发明的一实施例进行详细的说明。
首先，如图2所示，太阳能电池或太阳能电池模块的电压以及电流特性会伴随其温度而发生变化。通常，当温度较高时，其电压特性将降低且发电效率也将随之下降。借此可以确认，当太阳能电池或太阳能电池模块的温度因为长时间暴露于太阳光线的照射下而升高时，其发电效率也将有所下降。
通常，太阳能电池以及太阳能电池模块的构成如图3所示。
如图3所示，太阳能电池模块20，包括：模块基板；以及，多个太阳能电池10(或太阳能电池10单元)。多个太阳能电池10以矩阵结构排列并形成于模块基板上。例如，能够以围棋盘形状配置。
当对各个太阳能电池10进行放大时，能够是如图3的左侧图片所示的结构。
太阳能电池10是一种能够利用当光线照射到形成pn结的半导体层中时生成电子的光伏效应(photovoltaic effect)将太阳光直接转换成电力的半导体元件。
此时，太阳能电池10，包括：电池基板；以及，光电转换层，形成于电池基板上，用于将太阳能转换成电能。
虽然有多种不同类型的太阳能电池10存在，但是一般的硅太阳能电池10的电池基板能够是p型的硅基板。此外，光电转换层，能够包括：n型半导体层，通过5价元素的热扩散而形成于硅基板的正面上；借此，将在硅基板上形成p-n结。接下来，光电转换层，还能够包括：反射防止膜，由氮化硅薄膜构成，形成于n型层上。
此外，光电转换层，还能够包括：电极，用于将通过光转换而产生的电子传递到负载中；其中，电极包括形成于光电转换层的上部以及下部方面的正面电极以及背面电极。
对于硅基板，反射防止膜上的正面电极，能够包括：金属手指(Finger bar)，由极薄且宽度约为70～100μm的多个平行线构成；以及，多个母线(Busbar)，具有较宽的宽度(1.5～2m)。如图3中的左侧图片所示，金属手指沿着纵向方向在未绘制图案的区域形成。母线沿着与金属手指垂直的横向方向在未绘制图案的区域形成。如图3所示，可以发现母线的形成面积大于金属手指。
如上所述的正面电极，是利用高温的银浆通过丝网印刷方式印刷形成。背面电极是通过在整个硅基板上涂布铝浆而形成，但是因为当铝背面电极的表面发生氧化时可能会导致与用于在电池单元之间进行连接的金属带的电子/机械接触不良的问题发生，因此背面电极上的背面母线，是利用铝浆通过丝网印刷方式印刷形成。正面以及背面的电极浆料是以800℃以上的温度焙烧形成，此时，正面电极中的银浆将穿透反射防止膜并与n型层连接。
通常，能够通过单个的硅太阳能电池10单元得到的电压为1V以下，远低于可实际使用的水准。因此，利用太阳能电池10生成电力的硅太阳能电池模块20为了能够生成特定的电压以及电流，以对多个太阳能电池10进行串联以及并联连接的方式制造。
此外，适用本发明之一实施例的太阳能电池除了如上所述的硅太阳能电池之外还能够包括其他所有类型的太阳能电池。
此外，关于太阳能电池10的结构，还能够以与上述结构不同的、在没有经过杂质处理的如玻璃、金属或塑料等基板上形成包括构成pn结的半导体层的光电转换层的形态构成。
如图4a所示，现有的太阳能电池10中的电池基板一体形成，在电池基板上并没有执行用于形成小孔的任何加工处理。因此，即使是在有空气沿着图4a中的箭头方向流动的情况下，也没有任何可供空气通多的区域，因此风将无法贯通太阳能电池10。
此外，如图4b所示，现有的太阳能电池模块20中的模块基板同样一体形成，在模块基板上并没有执行用于形成小孔的任何加工处理。因此，即使是在有空气沿着图4b中的箭头方向流动的情况下，风也将无法贯通太阳能电池模块20。
即，因为现有的太阳能电池10以及太阳能电池模块20采用的是风无法贯通电池或模块的结构，因此不仅无法自然生成风力，而且即使是有从外部吹过来的风力也无法贯通太阳能电池10的表面，因此其冷却效果并不良好。此外，因此需要直接承受从外部吹过来的风力所造成的压力，因此需要承受非常大的风力荷载。
因此，适用本发明的一实施例能够通过在太阳能电池100以及太阳能电池模块200上配备通孔110而自然地形成风力，且能够通过使所生成的风贯通太阳能电池100的表面而提升其冷却效率，同时还能够降低所承受的风力荷载的影响。
如图5a所示，在适用本发明之一实施例的太阳能电池100中，以贯通电池基板以及光电转换层的方式形成多个通孔110。借此，能够形成贯通太阳能电池100的正面以及背面的空气通道。如图5a所示，在空气通道上流动的风的方向能够是正面方向或背面方向等。
此时，多个通孔110能够以相互间隔相同距离的方式形成。此外，多个通孔110能够以矩阵结构形成，且能够以行间距大于列间距的方式形成。
通孔110能够形成于太阳能电池100的电极上。具体来讲，太阳能电池100的正面电极，能够包括：多个母线，以相互间隔一定距离的方式横向排列；以及，多个金属手指，以相互间隔一定距离的方式纵向排列；其中，通孔110能够以如图5a所示的方式在多个母线上形成。此外，虽然并未图示，也能够在多个金属手指上形成。
在如上所述的情况下，如果通孔110以与金属手指以及母线宽度相同的直径形成，则可能会导致电力传递到外部负载中的路径断开的问题发生。因此，通孔110以小于金属手指以及母线宽度的直径形成为宜。
如图5b所示，适用本发明之一实施例的太阳能电池模块200，包括：模块基板；以及，多个太阳能电池100，配置在模块基板上。此时，在模块基板中能够配备有用于在多个太阳能电池100之间的区域形成贯通正面以及背面的空气通道的多个通孔210。
多个通孔210能够以相互间隔一定距离的方式形成，在上下、左右方面能够以相互间隔一定距离的方式形成。
具体来讲，多个太阳能电池100以矩阵结构配置，多个通孔210能够在四个太阳能电池100相互相接的各个顶点区域形成。即，在图5b中是对太阳能电池100相互相接的状态进行了图示，但是实际上也能够以相互间隔一定距离的方式配置。在如上所述的情况下，在间隔空间上能够不形成如半导体层或电极等光电转换相关的构成，此时能够在上述区域上形成通孔210。
通常，在太阳能电池100或太阳能电池模块200中与太阳相向的正面会直接受到太阳的辐射热，但是背面却不会直接受到辐射热，因此背面的温度会相对低于正面的温度。如果在如上所述的环境下配备通孔210，则在温度差异所造成的对流影响下，空气将自然地通过通孔210进行移动，因此能够实现自然生成风力的效果。
接下来，将结合图6a至图7b对适用本发明之另一实施例的通风强化部件300进行详细的说明。图6a以及图6b是通风强化部件300的截面图以及结构图，而在图7a以及图7b中对插入通风强化部件300的太阳能电池100以及太阳能电池模块200的结构图进行了图示。
通风强化部件300与各个通孔110或210对应形成，能够被插入到多个通孔110或210中的至少一个。
通风强化部件300能够以如图所示的漏斗形状形成。
具体来讲，通风强化部件300，能够包括：插入部310，以与通孔110或210对应的筒状形状形成；以及，风压差产生部320，以大于插入部310的直径从插入部310的一侧延长形成。
插入部310如图6a所示，是被插入到太阳能电池100或太阳能电池模块200上的构成，以与通孔110或210相同的形状形成。
风压差产生部320是从太阳能电池100或太阳能电池模块200的表面突出配置的构成，从插入部310的一侧延长形成。具体来讲，能够以在从插入部310向一侧延长的同时直径逐渐变大的方式形成。
在如上所述的情况下，在通风强化部件300的一侧生成的风力P1与在另一侧生成的风力P2之间将产生风压差异。这是因为，在风力P1中空气流过的面积相对大于在风力P2中空气流过的面积，因此会在空气流动时导致压力差异的发生。即，在仅单纯地配备通孔110或210的情况下，虽然能够因为受到温度差异以及小孔的影响而产生强制空气循环，但是在配备有通风强化部件300的情况下，能够使上述空气循环的速度加快并借此进一步提升其自然冷却效果。此外，在如上所述的情况下，当有外部的较强风力吹到太阳能电池100或太阳能电池模块200时，相对于仅配备通孔110或210的情况，通风强化部件300能够使风更加轻易地穿过通孔110或210进行流动，因此能够降低太阳能电池100或太阳能电池模块200的表面所承受的风力载荷。借此，能够改善在发生如台风等风力自然灾害时的安全特性。
作为追加实施例，虽未图示，但是在向太阳能电池100(或太阳能电池模块200)插入多个通风强化部件300时，能够将一部分通风强化部件300以风压差产生部320位于太阳能电池100(或太阳能电池模块200)的正面的方式插入，并将其余通风强化部件300以风压差产生部320位于太阳能电池100(或太阳能电池模块200)的背面的方式插入。即，因为可能会生成分别朝向不同方向的风力，因此能够以相互不同的方向插入通风强化部件300。
如图8所示，在适用本发明的又一实施例中，通孔110或210能够以相对于太阳能电池100或太阳能电池模块200倾斜一定角度的方式贯通形成。通常，太阳能电池100以及太阳能电池模块200相对于地面的倾斜角度θ与上述电池或模块的配置地区的维度之和为15°。如上所述的角度，是能够确保太阳能电池100或太阳能电池模块200长时间垂直受到太阳光线照射的角度。这是因为，在太阳光的入射角度为90°时的发电效率最高。此时，为了确保风能够流畅地贯通太阳能电池100或太阳能电池模块200的通孔110或210，通孔110或210应沿着与地面平行的方向形成。即，通孔110或210以相对于太阳能电池100或太阳能电池模块200的表面倾斜上述角度θ的方式形成为宜。
如上所述的对本发明进行的说明仅为示例性目的，具有本发明所属技术领域之一般知识的人员应能够理解，在不脱离本发明的技术思想或必要特征的情况下还能够轻易地变形为其他具体的形态。因此，在上述内容中所记述的实施例在所有方面仅为示例性目的而非限定。例如，以单一型进行说明的各个构成要素也能够分散实施，同理，以分散型进行说明的构成要素也能够以结合的形态实施。
本发明的范围并不取决于在上述内容中进行的详细说明，而使取决于后续说明的权利要求书的范围，从权利要求书的主旨以及范围及其均等概念导出的所有变更或变形形态均应解释为包含在本发明的范围之内。

Claims (17)

1.一种配备有通孔的太阳能电池，其特征在于：
在配备有通孔的太阳能电池中，包括：
电池基板；以及，
光电转换层，形成于上述电池基板上，用于将太阳能转换成电能；
其中，在上述电池基板以及光电转换层中配备有用于形成贯通正面以及背面的空气通道的多个通孔。
2.根据权利要求1所述的配备有通孔的太阳能电池，其特征在于：
上述多个通孔以相互间隔相同距离的方式形成。
3.根据权利要求1所述的配备有通孔的太阳能电池，其特征在于：
上述多个通孔以矩阵结构形成，且以行间距大于列间距的方式形成。
4.根据权利要求1所述的配备有通孔的太阳能电池，其特征在于：
上述光电转换层，包括：半导体层；以及，正面电极，形成于上述半导体层的上部；
其中，上述正面电极，包括：多个母线，以相互间隔一定距离的方式横向排列；以及，多个金属手指，以相互间隔一定距离的方式纵向排列；
其中，上述多个通孔是在上述多个母线或多个金属手指上形成。
5.根据权利要求1所述的配备有通孔的太阳能电池，其特征在于，还包括：
至少一个通风强化部件，被插入到上述多个通孔中的至少一个。
6.根据权利要求5所述的配备有通孔的太阳能电池，其特征在于：
上述通风强化部件，
以漏斗形状形成。
7.根据权利要求5所述的配备有通孔的太阳能电池，其特征在于：
上述通风强化部件，包括：
插入部，以与上述通孔对应的筒状形状形成；以及，
风压差产生部，以大于上述插入部的直径从上述插入部的一侧延长形成。
8.根据权利要求7所述的配备有通孔的太阳能电池，其特征在于：
上述风压差产生部，
以在从上述插入部向一侧延长的同时直径逐渐变大的方式形成。
9.根据权利要求7所述的配备有通孔的太阳能电池，其特征在于：
在将多个通风强化部件插入到上述太阳能电池中的情况下，
将一部分通风强化部件以上述风压差产生部位于上述太阳能电池的正面的方式插入，并将其余通风强化部件以上述风压差产生部位于上述太阳能电池的背面的方式插入。
10.一种配备有通孔的太阳能电池模块，其特征在于：
在配备有通孔的太阳能电池模块中，包括：
模块基板；以及，
多个太阳能电池，配置在上述模块基板上；
其中，在上述模块基板中配备有用于在上述多个太阳能电池之间的区域形成贯通接受太阳光照射的正面以及背面的空气通道的多个通孔。
11.根据权利要求9所述的配备有通孔的太阳能电池模块，其特征在于：
上述多个太阳能电池以矩阵结构配置，
上述多个通孔在上述四个太阳能电池相互相接的各个顶点区域形成。
12.根据权利要求9所述的配备有通孔的太阳能电池模块，其特征在于：
上述多个通孔以相互间隔相同距离的方式形成。
13.根据权利要求1所述的配备有通孔的太阳能电池模块，其特征在于，还包括：
至少一个通风强化部件，被插入到上述多个通孔中的至少一个。
14.根据权利要求12所述的配备有通孔的太阳能电池模块，其特征在于：
上述通风强化部件，包括：
以漏斗形状形成。
15.根据权利要求12所述的配备有通孔的太阳能电池模块，其特征在于：
上述通风强化部件，包括：
插入部，以与上述通孔对应的筒状形状形成；以及，
风压差产生部，以大于上述插入部的直径从上述插入部的一侧延长形成。
16.根据权利要求14所述的配备有通孔的太阳能电池模块，其特征在于：
上述风压差产生部，
以在从上述插入部向一侧延长的同时直径逐渐变大的方式形成。
17.根据权利要求15所述的配备有通孔的太阳能电池模块，其特征在于：
在将多个通风强化部件插入到上述太阳能电池模块中的情况下，
将一部分通风强化部件以上述风压差产生部位于上述太阳能电池模块的正面的方式插入，并将其余通风强化部件以上述风压差产生部位于上述太阳能电池模块的背面的方式插入。
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