CN114256371A - 一种轻量化光伏组件及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种轻量化光伏组件及其制备方法和应用，所述轻量化光伏组件包括组件前板和组件后板，所述组件前板包括依次层叠设置的耐候性透明薄膜、第一胶膜层、透明背板、第二胶膜层、太阳能电池片和第三胶膜层，所述组件后板包括依次层叠设置的绝缘层、第四胶膜层和蜂窝板，其中，第三胶膜层和绝缘层相邻设置。在本发明中，先制备得到组件后板，然后将组件前板叠层件和组件后板层压复合、急速冷却层压塑形，得到的光伏组件外观挺拔平整美观，可靠性优异，并且该制备方法简单、更易操作。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种轻量化光伏组件及其制备方法和应用。
背景技术
目前，常规的太阳能组件由于具有刚化的玻璃层和铝合金边框导致组件的质量较大，大约在15Kg/m2左右，这严重限制了光伏组件在承重能力较弱的屋顶上的使用。目前，业内已经开发了轻量化组件，但多为柔性光伏组件，此类柔性光伏组件往往无法通过动载静载的严苛测试，实际使用中，存在可靠性风险。而刚性轻量化组件因其材料特性差异大，组件可靠性问题解决难度较大，且工艺操作复杂，步骤多。因而，目前开发刚性轻量化组件的总体难度较高，开发一款工艺便捷，可靠性优越的轻量化组件具有广阔的市场前景。
CN111584677A公开了一种具备有坚硬特性的轻量化光伏组件制备方法，第一步：先将多块太阳能电池片串接并形成太阳能电池片阵列；第二步：然后由下而上依次叠放聚合物背板和第一封装板，再叠放发泡聚合物，所述发泡聚合物的下方和/或上方放置至少一层第一网格板，之后再继续叠放，第二封装板和第一步中所完成的太阳能电池片阵列，最后继续叠放第三封装板及最后的一层透明板；第三步：将第二步中完成的层叠件翻转，使原有向上的一面朝下，并放入层压机中完成热层压工序。该发明制成的光伏组件具有良好的机械强度，并且兼具轻量化。但该发明的工艺较为复杂。
因此，在本领域中，开发一款刚性、工艺步骤简单、性能可靠的轻量化光伏组件迫在眉睫。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种轻量化光伏组件及其制备方法和应用。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种轻量化光伏组件，所述轻量化光伏组件包括组件前板和组件后板，所述组件前板包括依次层叠设置的耐候性透明薄膜、第一胶膜层、透明背板、第二胶膜层、太阳能电池片和第三胶膜层，所述组件后板包括依次层叠设置的绝缘层、第四胶膜层和蜂窝板，其中，第三胶膜层和绝缘层相邻设置。
在本发明中，采用耐候性蜂窝板材料作为组件后板，提供刚性支撑的同时，可以兼顾光伏组件轻量化。
优选地，所述耐候性透明薄膜的材质包括PVDF或ETFE。
优选地，所述耐候性透明薄膜的厚度为25-100μm，例如25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm或100μm等。
优选地，所述第一胶膜层、第二胶膜层、第三胶膜层和第四胶膜层的材质各自独立地包括EVA、POE、环氧树脂或丙烯酸树脂中的任意一种。
优选地，所述第一胶膜层和第四胶膜层的克重各自独立地为180-220g/m2，例如180g/m2、185g/m2、190g/m2、195g/m2、200g/m2、205g/m2、210g/m2、215g/m2或200g/m2等。
优选地，所述第二胶膜层和第三胶膜层的克重各自独立地为400-500g/m2，例如400g/m2、410g/m2、420g/m2、430g/m2、440g/m2、450g/m2、460g/m2、470g/m2、480g/m2、490g/m2或500g/m2等。
优选地，所述透明背板的材质为透明PET、透明玻璃纤维或透明PC中的任意一种。
优选地，所述透明背板的厚度不小于160μm，例如160μm、200μm、240μm、260μm、280μm、300μm、400μm、600μm或700μm等，优选160-600μm。
优选地，所述绝缘层的材质包括PET。
优选地，所述绝缘层的厚度不小于160μm，例如160μm、180μm、200μm、220μm、240μm、280μm、300μm或400μm等，优选160-240μm。
优选地，所述蜂窝板包括金属材质蜂窝板、PP材质蜂窝板或PET材质蜂窝板中的任意一种，优选铝质蜂窝板。
优选地，所述金属材质蜂窝板的重量密度为2.95kg/m2。
优选地，所述金属材质蜂窝板的上下金属板的厚度均为0.28-0.34mm，例如0.28mm、0.29mm、0.30mm、0.31mm、0.32mm、0.33mm或0.34mm等，内部蜂窝芯为中空六棱柱形状，蜂窝芯的高度为9-10mm，例如9mm、9.5mm或10mm等，蜂窝芯的边长为6mm(六棱柱边长)，壁厚为0.05mm(六棱柱壁厚)。
优选地，所述金属蜂窝板表面经压花处理，提高了整体外观质感及美观度。蜂窝板经过了预先开孔及边角倒角，简化了后续的组件生产操作工序。
第二方面，本发明提供一种第一方面所述的轻量化光伏组件的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将蜂窝板、第四胶膜层和绝缘层层压复合，后处理，得到组件后板；
(2)使用钢化玻璃作为组件前板的承载，从下至上依次叠放耐候性透明薄膜、第一胶膜层、透明背板、第二胶膜层、太阳能电池片和第三胶膜层，得到组件前板叠层件；
(3)将组件前板叠层件和组件后板层压复合，得到复合件，其中，第三胶膜层和组件后板的绝缘层相邻放置；
(4)将步骤(3)的复合件急速冷却层压塑形，得到所述轻量化光伏组件。
在本发明中，组件前板叠层过程中，使用钢化玻璃作为组件前板的承载(也可以使用耐候性蜂窝板作为组件前板承载)，便于组件在流水线上的正常流转及叠层操作，同时不影响光伏组件EL的正常测试。
相比于一步层压法，即，将所有的材料层依次叠放，然后一步层压，本发明先制备得到组件后板，然后将组件前板叠层件和组件后板层压复合，制备过程更为简单，更易操作。
在本发明中，步骤(4)中的急速冷却层压塑形的操作，释放了组件内各材料间的热收缩力，冷却完毕出料的组件，外观挺拔平整美观，可靠性优越。
在本发明中，急速冷却层压塑形指的是，将步骤(3)中的复合件从135-165℃的环境迅速转移至10-40℃的环境，并在10-40℃下冷却层压90-510s。
优选地，步骤(1)所述层压复合的温度为115-135℃，例如115℃、120℃、125℃、130℃或135℃等，层压复合的时间为90-240s，例如90s、120s、150s、180s、200s或240s等。
优选地，步骤(1)所述层压复合的压力为20-70kPa，例如20kPa、30kPa、40kPa、50kPa、60kPa或70kPa等。
优选地，步骤(1)所述后处理包括倒角开孔。
优选地，步骤(3)所述层压复合的温度为135-165℃，例如135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃或165℃等，层压复合的时间为360-510s，例如360s、380s、400s、420s、440s、460s、480s、500s或510s等。此时组件前板叠层件和耐候性蜂窝板均已达到可靠交联条件。
优选地，步骤(3)所述层压复合的压力为20-70kPa，例如20kPa、30kPa、40kPa、50kPa、60kPa或70kPa等。
优选地，步骤(4)所述冷却层压的温度为10-40℃，例如10℃、20℃、30℃或40℃等，冷却层压的时间为90-510s，例如90s、120s、180s、210s、240s、300s、330s、360s、420s、450s、480s、500s或510s等。
第三方面，本发明提供第一方面所述的轻量化光伏组件在屋顶或路灯中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)在本发明中，采用耐候性蜂窝板材料作为组件后板，提供刚性支撑的同时，可以兼顾光伏组件轻量化。
(2)在本发明中，先制备得到组件后板，然后将组件前板叠层件和组件后板层压复合、急速冷却层压塑形，得到的光伏组件外观挺拔平整美观，可靠性优异(功率衰减：1.01％-1.62％)，并且该制备方法简单、更易操作。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的轻量化光伏组件的结构示意图。
其中，1-耐候性透明薄膜、2-第一胶膜层、3-透明背板、4-第二胶膜层、5-太阳能电池片、6-第三胶膜层、7-绝缘层、8-第四胶膜层、9-蜂窝板。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
在本实施例中提供一种如图1所示的轻量化光伏组件，所述轻量化光伏组件包括组件前板和组件后板，所述组件前板包括依次层叠设置的耐候性透明薄膜1、第一胶膜层2、透明背板3、第二胶膜层4、太阳能电池片5和第三胶膜层6，所述组件后板包括依次层叠设置的绝缘层7、第四胶膜层8和蜂窝板9，其中，第三胶膜层6和绝缘层7相邻设置。
其中，所述耐候性透明薄膜的材质为PVDF，厚度为50μm；第一胶膜层、第二胶膜层、第三胶膜层和第四胶膜层的材质均为EVA；第一胶膜层和第四胶膜层的克重均为200g/m2；第二胶膜层和第三胶膜层的克重均为450g/m2；透明背板的材质为透明PET，厚度为260μm；绝缘层的材质为PET，厚度为160μm；蜂窝板为铝质蜂窝板，重量密度为2.95kg/m2，上下铝皮的厚度为0.32mm，内部蜂窝芯为中空六棱柱形状，蜂窝芯的高度为9.5mm，蜂窝芯的边长为6mm(六棱柱边长)，壁厚为0.05mm(六棱柱壁厚)。
制备方法包括以下步骤：
(1)将蜂窝板、第四胶膜层和绝缘层在125℃下层压复合160s，压力为50kPa，倒角开孔，得到组件后板；
(2)使用钢化玻璃作为组件前板的承载，从下至上依次叠放耐候性透明薄膜、第一胶膜层、透明背板、第二胶膜层、太阳能电池片和第三胶膜层，得到组件前板叠层件；
(3)将组件前板叠层件和组件后板在150℃下层压复合440s，压力为50kPa，得到复合件，其中，第三胶膜层和组件后板的绝缘层相邻放置；
(4)将步骤(3)的复合件急速冷却层压塑形，冷却层压的温度为20℃，冷却层压的时间为300s，得到所述轻量化光伏组件。
实施例2
在本实施例中提供一种轻量化光伏组件，所述轻量化光伏组件包括组件前板和组件后板，所述组件前板包括依次层叠设置的耐候性透明薄膜、第一胶膜层、透明背板、第二胶膜层、太阳能电池片和第三胶膜层，所述组件后板包括依次层叠设置的绝缘层、第四胶膜层和蜂窝板，其中，第三胶膜层和绝缘层相邻设置。
其中，所述耐候性透明薄膜的材质为PVDF，厚度为25μm；第一胶膜层、第二胶膜层、第三胶膜层和第四胶膜层的材质均为POE；第一胶膜层和第四胶膜层的克重均为200g/m2；第二胶膜层和第三胶膜层的克重均为400g/m2；透明背板的材质为透明PC，厚度为400μm；绝缘层的材质为PET，厚度为180μm；蜂窝板为铝质蜂窝板，重量密度为2.95kg/m2，上下铝皮的厚度为0.32mm，内部蜂窝芯为中空六棱柱形状，蜂窝芯的高度为9.5mm，蜂窝芯的边长为6mm，壁厚为0.05mm。
制备方法包括以下步骤：
(1)将蜂窝板、第四胶膜层和绝缘层在115℃下层压复合240s，压力为70kPa，倒角开孔，得到组件后板；
(2)使用钢化玻璃作为组件前板的承载，从下至上依次叠放耐候性透明薄膜、第一胶膜层、透明背板、第二胶膜层、太阳能电池片和第三胶膜层，得到组件前板叠层件；
(3)将组件前板叠层件和组件后板在135℃下层压复合510s，压力为70kPa，得到复合件，其中，第三胶膜层和组件后板的绝缘层相邻放置；
(4)将步骤(3)的复合件急速冷却层压塑形，冷却层压的温度为10℃，冷却层压的时间为510s，得到所述轻量化光伏组件。
实施例3
在本实施例中提供一种轻量化光伏组件，所述轻量化光伏组件包括组件前板和组件后板，所述组件前板包括依次层叠设置的耐候性透明薄膜、第一胶膜层、透明背板、第二胶膜层、太阳能电池片和第三胶膜层，所述组件后板包括依次层叠设置的绝缘层、第四胶膜层和蜂窝板，其中，第三胶膜层和绝缘层相邻设置。
其中，所述耐候性透明薄膜的材质为ETFE，厚度为100μm；第一胶膜层和第四胶膜层的材质均为EVA；第二胶膜层和第三胶膜层的材质均为POE；第一胶膜层和第四胶膜层的克重均为200g/m2；第二胶膜层和第三胶膜层的克重均为500g/m2；透明背板的材质为透明PC，厚度为600μm；绝缘层的材质为PET，厚度为200μm；蜂窝板为铝质蜂窝板，重量密度为2.95kg/m2，上下铝皮的厚度为0.32mm，内部蜂窝芯为中空六棱柱形状，蜂窝芯的高度为9.5mm，蜂窝芯的边长为6mm，壁厚为0.05mm。
制备方法包括以下步骤：
(1)将蜂窝板、第四胶膜层和绝缘层在135℃下层压复合90s，压力为20kPa，倒角开孔，得到组件后板；
(2)使用钢化玻璃作为组件前板的承载，从下至上依次叠放耐候性透明薄膜、第一胶膜层、透明背板、第二胶膜层、太阳能电池片和第三胶膜层，得到组件前板叠层件；
(3)将组件前板叠层件和组件后板在165℃下层压复合360s，压力为20kPa，得到复合件，其中，第三胶膜层和组件后板的绝缘层相邻放置；
(4)将步骤(3)的复合件急速冷却层压塑形，冷却层压的温度为40℃，冷却层压的时间为90s，得到所述轻量化光伏组件。
实施例4
在本实施例中提供一种轻量化光伏组件，所述轻量化光伏组件包括组件前板和组件后板，所述组件前板包括依次层叠设置的耐候性透明薄膜、第一胶膜层、透明背板、第二胶膜层、太阳能电池片和第三胶膜层，所述组件后板包括依次层叠设置的绝缘层、第四胶膜层和蜂窝板，其中，第三胶膜层和绝缘层相邻设置。
其中，所述耐候性透明薄膜的材质为ETFE，厚度为40μm；第一胶膜层和第四胶膜层的材质均为POE；第二胶膜层和第三胶膜层的材质均为EVA；第一胶膜层和第四胶膜层的克重均为200g/m2；第二胶膜层的克重为480g/m2，第三胶膜层的克重为440g/m2；透明背板的材质为透明PET，厚度为280μm；绝缘层的材质为PET，厚度为220μm；蜂窝板为铝质蜂窝板，重量密度为2.95kg/m2，上下铝皮的厚度为0.32mm，内部蜂窝芯为中空六棱柱形状，蜂窝芯的高度为9.5mm，蜂窝芯的边长为6mm，壁厚为0.05mm。
制备方法包括以下步骤：
(1)将蜂窝板、第四胶膜层和绝缘层在120℃下层压复合180s，压力为40kPa，倒角开孔，得到组件后板；
(2)使用钢化玻璃作为组件前板的承载，从下至上依次叠放耐候性透明薄膜、第一胶膜层、透明背板、第二胶膜层、太阳能电池片和第三胶膜层，得到组件前板叠层件；
(3)将组件前板叠层件和组件后板在145℃下层压复合480s，压力为40kPa，得到复合件，其中，第三胶膜层和组件后板的绝缘层相邻放置；
(4)将步骤(3)的复合件急速冷却层压塑形，冷却层压的温度为30℃，冷却层压的时间为400s，得到所述轻量化光伏组件。
实施例5
在本实施例中提供一种轻量化光伏组件，所述轻量化光伏组件包括组件前板和组件后板，所述组件前板包括依次层叠设置的耐候性透明薄膜、第一胶膜层、透明背板、第二胶膜层、太阳能电池片和第三胶膜层，所述组件后板包括依次层叠设置的绝缘层、第四胶膜层和蜂窝板，其中，第三胶膜层和绝缘层相邻设置。
其中，所述耐候性透明薄膜的材质为ETFE，厚度为80μm；第一胶膜层、第二胶膜层、第三胶膜层和第四胶膜层的材质均为EVA；第一胶膜层和第四胶膜层的克重均为200g/m2；第二胶膜层的克重为460g/m2，第三胶膜层的克重为480g/m2；透明背板的材质为透明PET，厚度为300μm；绝缘层的材质为PET，厚度为240μm；蜂窝板为铝质蜂窝板，重量密度为2.95kg/m2，上下铝皮的厚度为0.32mm，内部蜂窝芯为中空六棱柱形状，蜂窝芯的高度为9.5mm，蜂窝芯的边长为6mm，壁厚为0.05mm。
制备方法包括以下步骤：
(1)将蜂窝板、第四胶膜层和绝缘层在130℃下层压复合120s，压力为60kPa，倒角开孔，得到组件后板；
(2)使用钢化玻璃作为组件前板的承载，从下至上依次叠放耐候性透明薄膜、第一胶膜层、透明背板、第二胶膜层、太阳能电池片和第三胶膜层，得到组件前板叠层件；
(3)将组件前板叠层件和组件后板在155℃下层压复合400s，压力为60kPa，得到复合件，其中，第三胶膜层和组件后板的绝缘层相邻放置；
(4)将步骤(3)的复合件急速冷却层压塑形，冷却层压的温度为25℃，冷却层压的时间为450s，得到所述轻量化光伏组件。
对比例1
本对比例与实施例1不同之处仅在于，将蜂窝板替换为厚度为3.2mm的钢化玻璃，其他条件均与实施例1相同。
对比例2
本对比例与实施例1不同之处仅在于，将蜂窝板替换为厚度为0.15mm的单层铝皮，其他条件均与实施例1相同。
对比例3
本对比例与实施例1不同之处仅在于，制备方法中不包括步骤(4)，即，步骤(3)中将组件前板叠层件和组件后板在层压复合后直接得到轻量化光伏组件。
对比例4
本对比例与实施例1不同之处仅在于，制备方法中步骤(4)的冷却层压的温度为50℃。
对实施例1-5以及对比例1-4提供的光伏组件按照IEC61215 10.16要求进行机械负载测试。
性能测试结果如表1所示。
表1
由表1可以看出，本发明实施例1-5制备的刚性轻量化组件即使遭受了5400Pa的载荷，其外观及性能方面依然表现优秀(功率衰减：1.01％-1.62％)。相比传统光伏组件(对比例1)，本发明的光伏组件重量大幅下降的同时，其负载能力却没有降低。相比其他品类的柔性轻量化组件(对比例2)，本发明的光伏组件的负载能力大幅提升，组件可靠性优异。而对比例3和对比例4制备的光伏组件的外观均不合格。表明采用本发明的工艺制成的光伏组件具有很好的抗负载性能，能够有效保证光伏组件的正常运行。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的轻量化光伏组件及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种轻量化光伏组件，其特征在于，所述轻量化光伏组件包括组件前板和组件后板，所述组件前板包括依次层叠设置的耐候性透明薄膜、第一胶膜层、透明背板、第二胶膜层、太阳能电池片和第三胶膜层，所述组件后板包括依次层叠设置的绝缘层、第四胶膜层和蜂窝板，其中，第三胶膜层和绝缘层相邻设置。
2.根据权利要求1所述的轻量化光伏组件，其特征在于，所述耐候性透明薄膜的材质包括PVDF或ETFE；
优选地，所述耐候性透明薄膜的厚度为25-100μm。
3.根据权利要求1或2所述的轻量化光伏组件，其特征在于，所述第一胶膜层、第二胶膜层、第三胶膜层和第四胶膜层的材质各自独立地包括EVA、POE、环氧树脂或丙烯酸树脂中的任意一种。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的轻量化光伏组件，其特征在于，所述第一胶膜层和第四胶膜层的克重各自独立地为180-220g/m2；
优选地，所述第二胶膜层和第三胶膜层的克重各自独立地为400-500g/m2。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的轻量化光伏组件，其特征在于，所述透明背板的材质为透明PET、透明玻璃纤维或透明PC中的任意一种；
优选地，所述透明背板的厚度不小于160μm，优选160-600μm；
优选地，所述绝缘层的材质包括PET；
优选地，所述绝缘层的厚度不小于160μm，优选160-240μm。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的轻量化光伏组件，其特征在于，所述蜂窝板包括金属材质蜂窝板、PP材质蜂窝板或PET材质蜂窝板中的任意一种，优选铝质蜂窝板；
优选地，所述金属材质蜂窝板的上下金属板的厚度均为0.28-0.34mm，内部蜂窝芯为中空六棱柱形状，蜂窝芯的高度为9-10mm。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的轻量化光伏组件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将蜂窝板、第四胶膜层和绝缘层层压复合，后处理，得到组件后板；
(2)使用钢化玻璃作为组件前板的承载，从下至上依次叠放耐候性透明薄膜、第一胶膜层、透明背板、第二胶膜层、太阳能电池片和第三胶膜层，得到组件前板叠层件；
(3)将组件前板叠层件和组件后板层压复合，得到复合件，其中，第三胶膜层和组件后板的绝缘层相邻放置；
(4)将步骤(3)的复合件急速冷却层压塑形，得到所述轻量化光伏组件。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述层压复合的温度为115-135℃，层压复合的时间为90-240s；
优选地，步骤(1)所述层压复合的压力为20-70kPa；
优选地，步骤(1)所述后处理包括倒角开孔；
优选地，步骤(3)所述层压复合的温度为135-165℃，层压复合的时间为360-510s；
优选地，步骤(3)所述层压复合的压力为20-70kPa。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述冷却层压的温度为10-40℃，冷却层压的时间为90-510s。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的轻量化光伏组件在屋顶或路灯中的应用。
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|---|---|---|---|
| CN202111587174.9A CN114256371A (zh) | 2021-12-23 | 2021-12-23 | 一种轻量化光伏组件及其制备方法和应用 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN116190477A (zh) * | 2023-04-17 | 2023-05-30 | 晶科能源(海宁)有限公司 | 一种耐紫外的光伏组件 |
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2021
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