CN113421932B - 一种彩色光伏组件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种彩色光伏组件及其制备方法，所述彩色光伏组件包括前板玻璃层、发电玻璃层和背板玻璃层，发电玻璃层的发电玻璃两面覆有粘贴胶，所述前板玻璃层的前板玻璃上设置有图案，所述图案由数个彩釉色点构成，所述彩釉色点的直径为10～100μm，相邻彩釉色点之间的间隙为50～200μm；所述前板玻璃的厚度为5～6mm。本发明解决了现有的双玻光伏组件色彩单一、美观性能不足、耐冲击性能差、破片率高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏组件及其制备方法，具体涉及一种彩色光伏组件及其制备方法。
背景技术
光伏组件，又称太阳能电池组件，是太阳能发电系统的核心部分，也是BIPV(光伏建筑一体化)领域必要的组成部分。在BIPV领域，传统的光伏组件多采用双玻结构，即由两片玻璃和太阳能电池片组成复合层，电池片之间由导线串、并联汇集到引线端而形成双玻光伏组件。由于太阳能电池片的发电需求，要求玻璃的透光率必须高，一般采用超白钢化玻璃，因此传统光伏组件的颜色呈现的是太阳能电池片本身的色泽，主要为黑色，色彩单一、美观性能不足。而若想丰富光伏组件的色彩，采用彩色玻璃做前板玻璃，由于彩色玻璃的颜色是大面积覆盖在玻璃上的，不利于光线的照射，会对组件的发电功率产生严重影响，因此市场上定制的彩色发电玻璃功率普遍偏低。并且由于光线明暗的变化，彩色覆膜的玻璃更容易引起热斑效应，影响组件的性能，同时彩色玻璃的彩色涂层与胶膜的粘接力较低，长久使用耐候性差，很容易发生脱落现象，对于建筑高层的使用会产生极大的安全隐患，安全性较低。
传统双玻光伏组件的结构一般为3.2mm的发电玻璃中间夹胶与3.2mm的背板玻璃和前板玻璃层压贴合而成，耐冲击性能较差，强度不高，作为BIPV的建筑材料使用多数用于屋顶装饰，在功能上达不到建筑性能，不能完全替代传统的墙体玻璃材料，无法应用于建筑墙体上，并且该厚度的光伏组件容易破碎，破片率较高，导致建筑成本增加。
综上所述，结合市场需求，有必要开发一种彩色光伏组件以适应BIPV市场的需要。
发明内容
有鉴于此，针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种彩色光伏组件及其制备方法，以解决现有的双玻光伏组件色彩单一、美观性能不足，耐冲击性能差、破片率高的问题。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案提供了一种彩色光伏组件，包括前板玻璃层、发电玻璃层和背板玻璃层，发电玻璃层的发电玻璃两面覆有粘贴胶，所述前板玻璃层的前板玻璃上设置有图案，所述图案由数个彩釉色点构成，所述彩釉色点的直径为10～100μm，相邻彩釉色点之间的间隙为50～200μm；所述前板玻璃的厚度为5～6mm。
进一步的，所述发电玻璃层的发电玻璃可以选用硅基薄膜电池片、CIGS薄膜电池片、非晶硅薄膜电池片等，优选碲化镉薄膜电池片。碲化镉薄膜电池光电转换效率高，电池性能稳定，结构简单，制造成本低，容易实现规模化生产。
当发电玻璃选用碲化镉薄膜电池时，由于碲化镉薄膜电池的电池串联采用的是激光刻线技术，因此本发明充分利用了激光刻线的死区，将上述前板玻璃上彩釉色点的位置设置与发电玻璃激光刻线的位置相重合，尽可能的避免了彩釉色点遮挡使得组件的发电面积减小的情况，提高了组件的发电功率。
进一步的，所述彩釉色点的形状为锥形，可以让光线尽可能多的透过彩釉前板玻璃进入到发电玻璃，从而保证组件的发电功率。
进一步的，所述前板玻璃为超白钢化玻璃。超白钢化玻璃透光率高，强度高，使用安全，可以保证组件中发电玻璃的功率得到更高的保留。
进一步的，所述粘贴胶选用厚度为0.5mm的POE或PVB胶膜。POE胶膜是乙烯和辛烯的共聚物，具有优异的耐老化性和优良的界面粘结性。PVB胶膜是由PVB树脂加增塑剂生产而成的一种热塑性树脂膜，相较光伏组件常用的EVA膜，安全性更高，耐候性、长久稳定性更好，可耐黄变。
进一步的，所述前板玻璃层的前板玻璃上的图案采用丝印或喷绘釉漆制成，釉漆为与玻璃相同材料的无机色釉，具有不褪色、不脱落的特点。
更优的是，本发明还提供了上述彩色光伏组件的制备方法，它包括以下步骤：
(1)制备彩釉前板玻璃：采用丝网印刷设备或数码喷绘设备，将彩釉色点印刷或喷涂在前板玻璃上；彩釉色点的直径、间隙以及位置分布可通过丝网印刷设备的网版实现或直接将上述数据输入数码喷绘设备的计算机即可。
(2)发电玻璃电路连接，测试连接后的发电玻璃确保电性能符合设计要求；
(3)依次铺设彩釉前板玻璃、POE或PVB胶膜、发电玻璃、POE或PVB胶膜、背板玻璃完成合片后，将铺设完成的合片在层压机中层压胶合形成组件；
(4)层压后的组件四周涂覆丁基胶密封；
(5)安装接线盒。
与现有技术相比，本发明提供了一种彩色光伏组件及其制备方法，它通过在前板玻璃上设置由数个彩釉色点构成的图案实现了光伏组件色彩的多样化，而设计图案的构成元素为彩釉色点，在保证图案色彩细腻饱和度高的同时还可以保证光线的均匀入射，降低了发电玻璃热斑效应发生的可能性，并且彩釉色点构成的图案相比现有技术的彩色涂层可以尽可能多的让光线透过前板玻璃进入到发电层，同时彩釉色点还可折射光线，增加光线的吸收，提升前板玻璃的透光率，从而保证了组件的发电功率。
彩釉色点由釉漆经丝印或数码印刷在前板玻璃上，釉漆为与玻璃相同材料的无机色釉，不褪色、不脱落；彩色釉漆经过620～720℃高温烧结数码印刷或固化温度在200℃的丝网印刷，釉漆内部的玻璃粉与前板玻璃融合，可保证彩色釉漆在前板玻璃上的牢固性，防止图案褪色,提高了图案色彩的持久度，从而延长了组件作为建筑材料使用的使用寿命。
前板玻璃的彩色图案与胶膜面接触，设计彩色图案由彩釉色点构成，相比现有技术的彩色涂层，可增大与胶膜的接触面积，提升剥离强度，从而极大的提升了组件的安全性能。
前板玻璃的厚度和选型会对组件的抗压强度产生较大的影响，本发明增大了前板玻璃的厚度至5～6mm从而提高了组件的抗压强度，并且由于前板玻璃上带有彩釉色点构成的图案，其凹凸不平的结构使前板玻璃产生了陷光效果，从而在增大玻璃厚度的情况下保证了组件的光电转换效率。本发明胶合材料选取0.5mmPOE或PVB胶膜，保证了前板玻璃和背板玻璃与发电玻璃的胶合稳固，结合前板玻璃厚度的增加，相较传统的双玻光伏组件，本发明组件的强度得到较大提升，安全性能得到提升，满足了建筑性能的需求，可以替代传统的墙体玻璃材料使用。
综上，本发明提供的彩色光伏组件，相较传统的双玻光伏组件，其耐冲击性能提升约50％，机械载荷能力得到大幅提升，强度高，外观色彩丰富美观，图案硬度高抗划擦，颜色持久度可保证25年以上，使用寿命长，并且彩釉色点图案的透光率最高可达91.2％，发电玻璃保留功率高，光伏组件的光电转换效率得到保障。并且本发明光伏组件的制备方法，操作简单、易于控制，可以根据建筑的外观要求，调整彩釉色点之间的间隙可得到不同密度图案的产品，颜色、尺寸、图案均可定制以满足BIPV市场的需求。本发明光伏组件所用材料均选用防火材料，层压后的组件四周涂覆丁基胶密封大大提升了组件的防水性，其防水防火性能完全可以满足建筑材料的要求。
附图说明
图1为本发明彩色光伏组件的结构示意图。
图中标记：
1-前板玻璃层，2-发电玻璃层，3-背板玻璃层，4、5-粘贴剂，6-彩釉色点。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参见图1，本发明提供了一种彩色光伏组件，包括前板玻璃层1、发电玻璃层2和背板玻璃层3，发电玻璃层的发电玻璃两面覆有粘贴胶4和5，粘贴胶优选厚度为0.5mm的POE或PVB胶膜使用，所述前板玻璃层的前板玻璃上设置有图案，所述图案由数个彩釉色点6构成，所述彩釉色点的直径为10～100μm，相邻彩釉色点之间的间隙为50～200μm；所述前板玻璃的厚度为5～6mm。优选的是，彩釉色点6的形状设计为锥形，可以让光线尽可能多的透过彩釉前板玻璃进入到发电玻璃，从而保证组件的发电功率。
上述发电玻璃层的发电玻璃可以选用硅基薄膜电池片、CIGS薄膜电池片、非晶硅薄膜电池片等，优选碲化镉薄膜电池片。
当发电玻璃选用碲化镉薄膜电池时，由于碲化镉薄膜电池的电池串联采用的是激光刻线技术，因此本发明充分利用了激光刻线的死区，将上述前板玻璃上彩釉色点的位置设置与发电玻璃激光刻线的位置相重合，尽可能的避免了彩釉色点遮挡使得组件的发电面积减小的情况，提高了组件的发电功率。
优选的是，前板玻璃选用超白钢化玻璃。根据所需产品不同强度和透光率的需求，前板玻璃也可采用普通钢化玻璃、普通半钢化玻璃、超白半钢化玻璃等。同样，背板玻璃也可在上述玻璃种类中选用，并且根据建筑需求，也可在背板玻璃上设置与前板玻璃同样构造的图案，以满足建筑的需求。
进一步的，上述彩色光伏组件的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备彩釉前板玻璃：采用丝网印刷设备或数码喷绘设备，将彩釉色点印刷或喷涂在前板玻璃上；彩釉色点的直径、间隙以及位置分布可通过丝网印刷设备的网版实现或直接将上述数据输入数码喷绘设备的计算机即可。
(2)发电玻璃电路连接，测试连接后的发电玻璃确保电性能符合设计要求；
(3)依次铺设彩釉前板玻璃、POE或PVB胶膜、发电玻璃、POE或PVB胶膜、背板玻璃完成合片后，将铺设完成的合片在层压机中层压胶合形成组件；
(4)层压后的组件四周涂覆丁基胶密封；
(5)安装接线盒。
下面用具体的实施例对本发明效果进行说明。
一、机械载荷能力试验
按照IEC 61215-2标准和IEC 61730标准中所提出的光伏组件机械载荷标准测试规则对下述光伏组件进行静态机械载荷能力测试，测试结果见下表所示：
从上表中可以得到，通过增大前板玻璃厚度以及更换胶合材料，光伏组件的静态载荷能力得到大幅度提升，全部可以通过2400Pa/5400Pa/7200Pa的测试。
二、发电功率试验、透光率实验
1、最大功率测试
(1)辐照源1，稳态太阳模拟器或自然光，辐照度不低于700W/㎡，不均匀度不超过±2％，瞬时不稳定度在±5％以内。
(2)辐照源2，C类(或更好)的稳态太阳模拟器或自然光，其辐照度为1000W/㎡±10％。
(3)太阳电池组件I-V曲线测试仪，测试其最大功率。
2、透光率测试
采用手持式透光率测试仪，波长范围选取(200～1064nm)，将发电玻璃放置在测试仪中，进行透光率测试。
按照上述方法和条件对各个实施例进行发电功率和透光率测试，结果如下：
从上表中可以得到，通过由特定直径和间隙的彩釉色点组成的图案设置在前板玻璃上，相较现有技术的彩色涂层，组件的发电功率得到明显提高。
三、热斑耐久试验
确定太阳电池组件承受热斑加热能力的检测试验叫"热斑耐久试验"。热斑耐久试验过程需严格遵循国际标准IEC 61215-2005，试验内容大致如下:
1.装置
(1)辐照源1，稳态太阳模拟器或自然光，辐照度不低于700W/㎡，不均匀度不超过±2％，瞬时不稳定度在±5％以内。
(2)辐照源2，C类(或更好)的稳态太阳模拟器或自然光，其辐照度为1000W/㎡±10％。
(3)太阳电池组件I-V曲线测试仪。
(4)一组对试验太阳电池组件遮光增量为5％的不透明盖板。
(5)一个适当的温度探测器。
2.程序
在太阳电池组件试验前应安装厂商推荐的热斑保护装置。
(1)将不遮光的组件在辐照源1下照射，测试其I-V特性和最大功率点。
(2)使组件短路，组件在稳定的辐照源1照射下，用适当的温度探测器测定最热的电池单片。
(3)完全挡住选定的电池单片，用辐照源2照射组件。在此过程中组件的温度应该在50℃±10℃。
(4)保持此状态经过5小时的曝晒。
(5)再次测定组件的I-V特性和最大功率点。
按照上述程序对实施例4、实施例5.2、实施例6.2进行热斑耐久试验，结果如下：
| 实施例序号 | 最大功率 | 温度 |
| 实施例4 | 45W | 70℃ |
| 实施例5.2 | 220W | 50℃ |
| 实施例6.2 | 200W | 65℃ |
从上述结果可以得到，彩釉色点组成的图案设置在前板玻璃上，相较现有技术的彩色涂层，热斑效应发生的可能性得到明显降低。
四、胶膜剥离强度试验
1、制样准备：取300×300×3.2mm钢化玻璃，300×300mm胶膜，通过层压机加热后进行粘合；
2、用取样刀将胶膜裁切为1cm宽度，30cm长条试样，每个样品各制取5个试样；
3、试样夹持：取玻璃与胶膜复合后的试样，于二者的交接开口处进行预玻璃处理，将胶膜剥开的一端弯曲180°，夹装于拉力机下的夹头。背板剥开端夹紧于上夹头。夹持期间要使夹头间试样定位准确，以保证所施加的拉力均匀分布在试样的宽度上。
4、开始测试：在拉力机操作系统中选择180°剥离实验，设置实验速度为100±10mm/min,启动实验，使上下夹头以恒定的速率分离，当至少有125mm胶膜被剥离时，停止实验。系统会自动显示剥离强度等数据。
按照上述方法对实施例4、实施例5.2、实施例6.2进行胶膜剥离强度试验，结果如下：
| 实施例序号 | 剥离强度 |
| 实施例4 | 40N/cm |
| 实施例5.2 | 90N/cm |
| 实施例6.2 | 60N/cm |
从上述结果可以得到，彩釉色点组成的图案设置在前板玻璃上，相较现有技术的彩色涂层，胶膜剥离强度得到明显提升，极大的提升了产品的安全性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种彩色光伏组件，包括前板玻璃层、发电玻璃层和背板玻璃层，发电玻璃层的发电玻璃两面覆有粘贴胶，其特征在于：所述前板玻璃层的前板玻璃上设置有图案，所述图案由数个彩釉色点构成；所述发电玻璃为碲化镉薄膜电池片，所述彩釉色点的位置与发电玻璃激光刻线的位置相重合。
2.根据权利要求1所述的一种彩色光伏组件，其特征在于：所述彩釉色点的直径为10～100μm，相邻彩釉色点之间的间隙为50～200μm。
3.根据权利要求1或2所述的一种彩色光伏组件，其特征在于：所述彩釉色点的形状为锥形。
4.根据权利要求1所述的一种彩色光伏组件，其特征在于：所述前板玻璃的厚度为5～6mm。
5.根据权利要求1或4所述的一种彩色光伏组件，其特征在于：所述前板玻璃为超白钢化玻璃。
6.根据权利要求1所述的一种彩色光伏组件，其特征在于：所述粘贴胶选用POE或PVB胶膜。
7.根据权利要求1所述的一种彩色光伏组件，其特征在于：所述前板玻璃层的前板玻璃上的图案采用丝印或喷绘釉漆制成。
8.一种制备权利要求1所述的彩色光伏组件的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：
（1）制备彩釉前板玻璃：采用丝网印刷设备或数码喷绘设备，将彩釉色点印刷或喷涂在前板玻璃上得到彩釉前板玻璃；
（2）发电玻璃电路连接，测试连接后的发电玻璃确保电性能符合设计要求；
（3）依次铺设彩釉前板玻璃、POE或PVB胶膜、发电玻璃、POE或PVB胶膜、背板玻璃完成合片后，将铺设完成的合片在层压机中层压胶合形成组件；
（4）层压后的组件四周涂覆丁基胶密封；
（5）安装接线盒。
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