CN113270511A - 一种光伏与储能电池复合结构及其制备方法 - Google Patents

一种光伏与储能电池复合结构及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种光伏与储能电池复合结构及其制备方法，所述光伏与储能电池复合结构包括：从上至下依次设置的窗口层、第一黏贴层、光伏电池层、第二黏贴层、柔性衬底层、第三黏贴层、储能电池层、第四黏贴层和保护层。本申请提供的一种光伏与储能电池复合结构及其制备方法的有益效果是：轻薄、可靠性高；可利用太阳能发电；可根据负载需求灵活组串、可根据需求灵活赋形；可用于需求光伏发电的设备、汽车、无人机，赋形在不规则表面，提供可再生能源。

Description

一种光伏与储能电池复合结构及其制备方法
技术领域
本发明属于光储供电系统技术领域，具体涉及一种光伏与储能电池复合结构及其制备方法。
背景技术
目前无人机、能源车、个人用电设备等领域对于全天候、长时间、结构化等供能需求越来越高，对于设备的使用时长、可靠性、便携性等都具有极高的要求，为适应未来用电设备的发展趋势，研发高度适应性的新能源模组尤为迫切。相对而言，我国在相关领域的研究与世界领先水平还有一定差距。
电能源组件过于单一是限制我国电子信息设备使用范围的重要因素之一。单一光伏电池或单一化学电源无法为设备提供独立持久的电能源支持，削弱了设备的续航能力。因此，亟待开发发电储能一体化系统，以此满足全天候、远距离、长期独立连续供能的需求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种光伏与储能电池复合结构,包括：从上至下依次设置的窗口层、第一黏贴层、光伏电池层、第二黏贴层、柔性衬底层、第三黏贴层、储能电池层、第四黏贴层和保护层。
优选地，所述窗口层、所述柔性衬底层和所述保护层为预设厚度的乙烯-四氟乙烯共聚物。
优选地，所述第一黏贴层和所述第二黏贴层均为预设厚度的POE胶膜。
优选地，所述第三黏贴层为预设厚度的双面贴合胶。
优选地，所述第四黏贴层包括：从上至下依次设置的POE胶膜、PI膜和POE胶膜。
优选地，所述窗口层为12.5微米，所述柔性衬底层为25微米，所述保护层为25微米。
优选地，每层所述POE胶膜的厚度为50微米。
本发明还提供了一种光伏与储能电池复合结构的制备方法,所述光伏与储能电池复合结构包括如上述中任一所述的光伏与储能电池复合结构,所述方法包括步骤：
获取光伏电池串并联约束公式和储能电池串并联约束公式；
获取光伏电池层的光伏需求电压和铺装面积；
获取储能电池层的负载需求电压；
根据所述光伏电池串并联约束公式、所述光伏需求电压和所述铺装面积确定所述光伏电池层的光伏电池串并联结构；
按照所述光伏电池串并联结构连接各所述光伏电池；
根据所述储能电池串并联约束公式和所述负载需求电压确定所述储能电池层的储能电池串并联结构；
按照所述储能电池串并联结构连接各所述储能电池；
准备窗口层、第一黏贴层、第二黏贴层、柔性衬底层、第三黏贴层、第四黏贴层和保护层；
采用低压高温方式封装各所述光伏电池并得到光伏电池层；
将所述窗口层、所述第一黏贴层、所述光伏电池层、所述第二黏贴层和所述柔性衬底层从上至下依次复合并得到复合体；
采用欠压高温方式封装各所述储能电池并得到储能电池层；
将所述复合体、所述第三黏贴层、所述储能电池层、所述第四黏贴层和所述保护层从上至下依次复合。
优选地，所述光伏电池串并联约束公式的表达式为：
Figure BDA0003046103250000031
其中，Vphi表示光伏电池串中第i片光伏电池的工作点电压，Vp表示光伏需求电压，S表示铺装面积，a表示光伏电池宽度，b表示光伏电池长度，m表示光伏电池的串联数，n表示光伏电池的并联数。
优选地，所述储能电池串并联约束公式的表达式为：
Figure BDA0003046103250000032
其中，Vbati表示单个储能电池的标准电压，Vb表示负载需求电压，k表示储能电池的串联数。
本申请提供的一种光伏与储能电池复合结构及其制备方法的有益效果是：
(1)轻薄、可靠性高；
(2)可利用太阳能发电；
(3)可根据负载需求灵活组串、可根据需求灵活赋形；
(4)可用于需求光伏发电的设备、汽车、无人机，赋形在不规则表面，提供可再生能源。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种光伏与储能电池复合结构的正面示意图；
图2是本发明提供的一种光伏与储能电池复合结构的背面示意图；
图3是本发明提供的一种光伏与储能电池复合结构的断面示意图。
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了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1-3，在本申请实施例中，本发明提供了本发明提供了一种光伏与储能电池复合结构,包括：从上至下依次设置的窗口层、第一黏贴层、光伏电池层、第二黏贴层、柔性衬底层、第三黏贴层、储能电池层、第四黏贴层和保护层。
在本申请实施例中，本申请提供的光伏与储能电池复合结构中各层的作用如下：第一层为窗口层，具有良好的透光性，保护光伏电池不受化学物质的侵蚀，并且具有良好的拉伸强度，可以有效的保护外形结构；第二层为黏贴层，在透过光线的同时，可以将上下两层材料良好的复合，并可以阻断水气；第三层为光伏电池层，选用柔性光伏电池，是复合结构的能量来源；第四层为黏贴层，在阻隔水气的同时，将光伏电池与背板良好结合；第五层为柔性衬底层，起到支撑整体组件，提高组件刚度与拉伸度的作用，并且可以阻断光伏电池发电产生的热量，防止其对其他层面产生作用；第六层为黏贴层，主要目的为将储能电池复合于光伏电池背面，并具有绝缘作用；第七层为储能电池层，选用柔性储能电池，是一体化复合结构的储能端，可将光伏电池产生的多余的电量储存，或是在光伏电池供电能力不足的情况下补足负载需求；第八层为黏贴层，起到隔热，保温，应力保护的作用；第九层为保护层，作用为防止储能电池受到外力挤压划伤，也具有绝缘作用，防止储能电池短路。
在本申请实施例中，所述窗口层、所述柔性衬底层和所述保护层为预设厚度的乙烯-四氟乙烯共聚物。
在本申请实施例中，所述第一黏贴层和所述第二黏贴层均为预设厚度的POE胶膜。
在本申请实施例中，所述第三黏贴层为预设厚度的双面贴合胶。
在本申请实施例中，所述第四黏贴层包括：从上至下依次设置的POE胶膜、PI膜和POE胶膜。
在本申请实施例中，所述窗口层为12.5微米，所述柔性衬底层为25微米，所述保护层为25微米。
在本申请实施例中，每层所述POE胶膜的厚度为50微米。
在本申请实施例中，光伏与储能电池复合结构的最上层为窗口层，选择12.5微米厚度的ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)；第二层为粘贴层，选择3层50微米POE胶膜；第三层为光伏电池层，按照确定好的铺装方式铺装光伏电池；第四层为粘贴层，选择2层50微米POE胶膜；第五层为柔性衬底层，选择25微米厚度的ETFE；第六层为粘贴层，选择100微米双面贴合胶；第七层为柔性储能电池，按照确定好的铺装方式铺装储能电池；第八层为粘贴层，选择2层50微米POE胶膜、1层8微米PI膜、1层50微米POE胶膜；第九层为保护层，选择25微米厚度的ETFE。
本发明还提供了一种光伏与储能电池复合结构的制备方法,所述光伏与储能电池复合结构包括如上述所述的光伏与储能电池复合结构,所述方法包括步骤：
获取光伏电池串并联约束公式和储能电池串并联约束公式；
获取光伏电池层的光伏需求电压和铺装面积；
获取储能电池层的负载需求电压；
根据所述光伏电池串并联约束公式、所述光伏需求电压和所述铺装面积确定所述光伏电池层的光伏电池串并联结构；
按照所述光伏电池串并联结构连接各所述光伏电池；
根据所述储能电池串并联约束公式和所述负载需求电压确定所述储能电池层的储能电池串并联结构；
按照所述储能电池串并联结构连接各所述储能电池；
准备窗口层、第一黏贴层、第二黏贴层、柔性衬底层、第三黏贴层、第四黏贴层和保护层；
采用低压高温方式封装各所述光伏电池并得到光伏电池层；
将所述窗口层、所述第一黏贴层、所述光伏电池层、所述第二黏贴层和所述柔性衬底层从上至下依次复合并得到复合体；
采用欠压高温方式封装各所述储能电池并得到储能电池层；
将所述复合体、所述第三黏贴层、所述储能电池层、所述第四黏贴层和所述保护层从上至下依次复合。
在本申请实施例中，所述光伏电池串并联约束公式的表达式为：
Figure BDA0003046103250000061
其中，Vphi表示光伏电池串中第i片光伏电池的工作点电压，Vp表示光伏需求电压，S表示铺装面积，a表示光伏电池宽度，b表示光伏电池长度，m表示光伏电池的串联数，n表示光伏电池的并联数。
在本申请实施例中，所述储能电池串并联约束公式的表达式为：
Figure BDA0003046103250000062
其中，Vbati表示单个储能电池的标准电压，Vb表示负载需求电压，k表示储能电池的串联数。
以太阳能无人机机翼段表面为例，具体包括如下步骤：
(1)铺装方式的确定：
根据光伏需求电压Vp、机翼表面铺装面积S以及光伏电池串并联约束公式确定光伏电池的串并联结构。光伏电池以叠瓦的方式连接在一起，其中，Vphi为一串光伏电池中第i片光伏电池的工作点电压，a为光伏电池宽度，b为光伏电池长度。由光伏电池串并联约束公式得出光伏电池串联数m和并联数n。如图1所示，每一横排为m片光伏电池串联，而后将每一排光伏电池并联在一起，得到输出电压不小于Vp、铺装面积不大于S的铺装方式。
再根据负载需求电压Vb和储能电池串并联约束公式确定储能电池串联数量。如图2所示，储能电池以S型串联方式铺设于光伏电池组件背面，其中Vbati为单体储能电池标准电压，根据储能电池串并联约束公式计算串联个数k，由此方法得到输出电压不小于Vb的铺装方式。
(2)材料选择：
如图3所示，复合结构最上层为窗口层，选择12.5微米厚度的ETFE。第二层为黏贴层，选择3层50微米POE胶膜。第三层为光伏电池层，按照确定好的铺装方式铺装光伏电池。第四层为黏贴层，选择2层50微米POE胶膜。第五层为柔性衬底层，选择25微米厚度的ETFE。第六层为黏贴层，选择100微米双面贴合胶。第七层为柔性储能电池，按照确定好的铺装方式铺装储能电池。第八层为黏贴层，选择2层50微米POE胶膜、1层8微米PI膜、1层50微米POE胶膜。第九层为保护层，选择25微米厚度的ETFE。
(3)复合封装：
首先将光伏电池采用抽真空、90℃高温的方式封装，将一层到五层结构从上至下堆叠并放入热压机中复合在一起；其次将储能电池采用4kpa，50℃的方式封装，将六层到九层结构与封装好的光伏电池复合在一起。由此得到光伏与储能的复合结构。
本申请提供的一种光伏与储能电池复合结构及其制备方法的有益效果是：
(1)轻薄、可靠性高；
(2)可利用太阳能发电；
(3)可根据负载需求灵活组串、可根据需求灵活赋形；
(4)可用于需求光伏发电的设备、汽车、无人机，赋形在不规则表面，提供可再生能源。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种光伏与储能电池复合结构,其特征在于，包括：从上至下依次设置的窗口层、第一黏贴层、光伏电池层、第二黏贴层、柔性衬底层、第三黏贴层、储能电池层、第四黏贴层和保护层。
2.根据权利要求1所述的光伏与储能电池复合结构,其特征在于，所述窗口层、所述柔性衬底层和所述保护层为预设厚度的乙烯-四氟乙烯共聚物。
3.根据权利要求1所述的光伏与储能电池复合结构,其特征在于，所述第一黏贴层和所述第二黏贴层均为预设厚度的POE胶膜。
4.根据权利要求1所述的光伏与储能电池复合结构,其特征在于，所述第三黏贴层为预设厚度的双面贴合胶。
5.根据权利要求1所述的光伏与储能电池复合结构,其特征在于，所述第四黏贴层包括：从上至下依次设置的POE胶膜、PI膜和POE胶膜。
6.根据权利要求2所述的光伏与储能电池复合结构,其特征在于，所述窗口层为12.5微米，所述柔性衬底层为25微米，所述保护层为25微米。
7.根据权利要求3或5所述的光伏与储能电池复合结构,其特征在于，每层所述POE胶膜的厚度为50微米。
8.一种光伏与储能电池复合结构的制备方法,其特征在于，所述光伏与储能电池复合结构包括如权利要求1-7中任一所述的光伏与储能电池复合结构,所述方法包括步骤：
获取光伏电池串并联约束公式和储能电池串并联约束公式；
获取光伏电池层的光伏需求电压和铺装面积；
获取储能电池层的负载需求电压；
根据所述光伏电池串并联约束公式、所述光伏需求电压和所述铺装面积确定所述光伏电池层的光伏电池串并联结构；
按照所述光伏电池串并联结构连接各所述光伏电池；
根据所述储能电池串并联约束公式和所述负载需求电压确定所述储能电池层的储能电池串并联结构；
按照所述储能电池串并联结构连接各所述储能电池；
准备窗口层、第一黏贴层、第二黏贴层、柔性衬底层、第三黏贴层、第四黏贴层和保护层；
采用低压高温方式封装各所述光伏电池并得到光伏电池层；
将所述窗口层、所述第一黏贴层、所述光伏电池层、所述第二黏贴层和所述柔性衬底层从上至下依次复合并得到复合体；
采用欠压高温方式封装各所述储能电池并得到储能电池层；
将所述复合体、所述第三黏贴层、所述储能电池层、所述第四黏贴层和所述保护层从上至下依次复合。
9.根据权利要求8中所述的光伏与储能电池复合结构的制备方法,其特征在于，所述光伏电池串并联约束公式的表达式为：
Figure FDA0003046103240000021
其中，Vphi表示光伏电池串中第i片光伏电池的工作点电压，Vp表示光伏需求电压，S表示铺装面积，a表示光伏电池宽度，b表示光伏电池长度，m表示光伏电池的串联数，n表示光伏电池的并联数。
10.根据权利要求8中所述的光伏与储能电池复合结构的制备方法,其特征在于，所述储能电池串并联约束公式的表达式为：
Figure FDA0003046103240000022
其中，Vbati表示单个储能电池的标准电压，Vb表示负载需求电压，k表示储能电池的串联数。
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