CN109817743A - 一种下板式晶体硅光伏组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种下板式晶体硅光伏组件，特别是使用其储能模量有特殊性质的改性有机硅作封装材料，并同时使用光电池片间重叠的排布方法，以克服下板式光伏组件由于热失配而导致组件失效的固有缺陷，从而制造出有实际应用意义的下板式晶体硅光伏组件。

Description

一种下板式晶体硅光伏组件
技术领域
本发明涉及一种下板式晶体硅光伏组件，特别是一种同时改变封装材料和电池片排列方式的光伏组件。
背景技术
晶体硅光电池是一种非常脆弱的薄片晶体，在一般的情况下是需要使用弹性体进行封装并使用刚性的材料进行支撑才能使用。光伏组件的设计可分为上板式和下板式：上板式组件是指晶体硅电池的支撑是由玻璃或其他透明材料作为面板而实现的；下板式组件是指晶体硅电池的支撑是由铁板、铝板、玻璃纤维板、玻璃等各式不透明或不必要透明的板材作为底板而实现的。
上世纪70年代，地面光伏刚诞生的时候，出于对晶体硅电池的低成本的追求，人们最先使用了下板式光伏组件进行不同的实验，后来，这种下板式晶体硅光伏组件由于层间粘合不牢、不便清洁、抗冲击力差等原因，特别是不同材料之间的热膨胀系数的差异而造成的热失配的原因，最终让位于由玻璃面板为主的上板式光伏组件设计，上板式的玻璃，由于其较小的热膨胀系数，能够自然地与晶体硅电池片的热性能相匹配，所以除了涂锡带与电池片存在热失配缺陷以外，在热性能上是很一致的。很长一段时间以来，人们选择上板式玻璃组件设计的一个更重要的原因在于，虽然下板式设计的整体成本要低于上板式，但是由于当年的光伏电池的晶硅材料十分昂贵，支撑材料的成本相对于总组件的成本只占很小一部分，故工业设计者们十分自然地完全转向于玻璃作面板的上板式设计。与此同时，随着工业化的大规模生产，玻璃面板及层压式的制造设备成本也逐渐下降，因此经过几十年的发展，上板式的光伏组件设计几乎成了完全的主流产品。
而如今随着晶体硅电池的成本逐年下降，以玻璃为面板的上板式光伏组件中的支撑材料的成本比例上升到了一个较高的地步，成为约束光伏组件成本继续下降的主要障碍之一。同时，上板式光伏组件所使用的玻璃面板的不安全性更是限制了光伏组件在更广泛的领域内的进一步应用；同时，玻璃面板的厚重性也使施工铺设过程中的人力成本居高不下；众所周知，随着社会的进步，人力安装成本，特别是在分布式电站中的人力安装成本，几乎成了光伏应用费用中占主导地位的部分。
综上所述，发展下板式光伏组件是光伏工业更大地降低成本并且在更广泛领域中推广应用和更大地降低成本的主要途径。其实，随着几十年以来材料工业和随之相关的工艺技术的发展，上文中所提到的以往对下板式光伏组件设计的研究所遇到的困难，即板材层间粘合不牢、表面不便清洁、抗冲击力差等问题，都可以得到克服，而不同材料之间的热膨胀系数的差异所造成的热失配的缺陷成了设计下板式光伏组件的主要技术难关。
晶体硅光电池的热膨胀系数为3*10-6/℃，除了玻璃以外，可能作为底板的，价格可以被市场接受的材料，如金属、玻纤、石墨纤维以及它们的复合物等的热膨胀系数都远大于这个数值。这将导致组件因日夜温差而产生更高的热应力，导致晶体硅电池片间的涂锡带，在热应力的作用下不断伸缩疲劳以致断裂。实验证明，在热循环试验中，这样的组件失效在小于TC50的情况下就会发生。
成功设计下板式光伏组件的关键在于尽可能地减小由于底板热应变而传递给晶体硅电池的热应力，传统工艺中所使用的封装材料EVA、PVB、TPU等是热塑性粘弹体，他们的储能模量在光伏工作温度区间内并非恒量，在低温时急剧上升，这样的光热特性很难成功地制造出下板式光伏组件。有机硅是一种热固性粘弹体，其储能模量远小于EVA、PVB、TPU等，并且经过改性的有机硅可以在光伏组件的工作温度范围内保持恒定。使用改性有机硅作为封装材料是可能制造成功下板式光伏组件的一个重要技术措施，然而，由于有机硅材料是液态，在光伏工艺中实现高效的封装仍然存在困难。最近，本发明的作者提出了使用一种特殊的浇铸-层压混合式冷封装工艺，成功地使有机硅用于光伏电池的封装得以工业化，为本发明提供了重要的可实现的手段。
本发明是在解决了上述热失配的技术难关后，所设计出来的新的光伏组件，发明者摒弃了传统组件所使用的EVA、PVB、TPU、Ionomer等封装材料，使用改性的液态有机硅进行冷封装。传统封装材料的储能模量大于有机硅，且其模量会随着温度的变化而存在巨大差值，特别是在低温下的储能模量的急剧上升，甚至进入或接近玻璃化区域，这就使得具有较大热膨胀系数的底板的应变会通过封装材料施加到晶体硅电池表面，造成较大的热应力并导致涂锡带的断裂或晶体硅电池的破裂。
发明内容
为了克服上述现有产品的不足，本发明提供了一种下板式晶体硅光伏组件，其特征是，在使用储能模量较低的改性有机硅作为封装材料的同时，使用晶体硅电池片重叠排布的方法，用以克服以往的下板式晶体硅光伏组件由于热失配而导致组件经常失效的固有缺陷。本发明所述的重叠电池片与近期兴起的叠瓦电池有本质的区别：本发明的组件中电池重叠区域不存在任何的电连接，仅仅是重叠排布，其目的在于保护涂锡带不直接在热应力下产生应变和热疲劳；后者的电池在重叠区域存在涂锡带或导电胶进行的电连接，其目的在于增加有效发电面积。
本发明的一种下板式晶体硅光伏组件，包括透明涂层6、改性有机硅3、晶体硅电池4、涂锡带5、聚合物膜2、下板1，其特征在于，所述的下板式组件使用储能模量较低的改性有机硅3作封装材料，并同时使用晶硅电池片间重叠的排布方法。
较佳地，所述的改性有机硅3在保证层间足够的粘合力的情况下，在温度-40℃到85℃的工作范围内，其储能模量小于或等于1Mpa。
较佳地，所述的改性有机硅3在保证层间足够的粘合力的情况下，在温度-40℃到85℃的工作范围内，其储能模量变化范围不大于20%。
较佳地，所述的晶硅电池4是沿着同主栅线垂直的方向进行堆叠排布，并使用传统焊接涂锡带的方法进行片间连接。
较佳地，所述的堆叠排布中，晶硅电池4重叠部分的宽度为0.5mm - 2.5mm，片间间距为负值，以保证片间的涂锡带5受到足够的保护。
以上发明的主要缺点在于光电池的重叠部分会使得晶硅电池片的发电效率能力受到影响，但是这种影响是轻微的，只有0.3%~1.5%之间，这在光电池价格已经大浮下降的情况下是微不足道的，然而，在片间负间距的情况下，使得组件的发电效率有了1%左右的提升。
附图说明
图1是本发明所公开的下板式晶体硅光伏组件的示意图：图中，1为下板，2为聚合物膜，3为改性有机硅，4为晶体硅电池，5为涂锡带，6为透明涂层。

Claims (5)

1.一种下板式晶体硅光伏组件，包括透明涂层、改性有机硅、晶体硅电池、涂锡带、聚合物膜、下板，其特征在于，所述的下板式组件使用储能模量较低的改性有机硅作封装材料，并同时使用晶硅电池片间重叠的排布方法。
2.一种如权利要求1所述的改性有机硅，在保证层间足够粘合力的情况下，于温度-40℃到85℃的光伏组件工作范围内，其储能模量小于或等于1MPa。
3.一种如权利要求1所述的改性有机硅在保证层间足够的粘合力的情况下，于温度-40℃到85℃的光伏组件工作范围内，其储能模量变化范围不大于20%。
4.一种如权利要求1所述的晶硅电池是沿着同主栅线垂直的方向进行堆叠排布，并使用传统焊接涂锡带的方法进行片间串焊。
5.一种如权利要求4所述的堆叠排布中，晶硅电池重叠部分的宽度为0.5mm - 2.5mm，片间间距为负值，以保证片间的涂锡带受到足够的保护。
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