CN114843362A - 一种制冷结构、光伏组件以及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制冷结构、光伏组件以及制备方法。该制冷结构应用于光伏组件，包括：透射波长为0.3μm～1.1μm光线的反射层，其中，反射层包括有叠层设置的第一金属氧化层、金属纳米颗粒层以及第二金属氧化层，金属纳米颗粒层设置于第一金属氧化层和第二金属氧化层之间；反射层可被设置于光伏组件的盖板上表面至光伏组件的电池片的上表面之间的任一平面上。该制冷结构能够有效地反射未参与光电转换的光线，减少光伏组件废热的产生，以有效地提高对光伏组件的降温效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种制冷结构、光伏组件以及制备方法。
背景技术
在光伏组件的光电转化过程中，不能被光伏组件所使用的光能，特别地，对于特定波段的光线(比如波长在1.1μm以上的光线)其几乎不能被光伏组件所使用，这些光线将在光伏组件内转化成热量，造成光伏组件的温度升高。因此，为了避免温度升高对光伏组件性能以及使用寿命的影响，需要为光伏组件散热。
目前，光伏组件的散热方式主要是通过设置于光伏组件背板上的导热材料比如金属板等吸收热量，并借助导热材料与环境之间的温度差散热，以实现光伏组件的降温。现有的这种光伏组件的降温方式，仍然不可避免地使各种波段的光进入到光伏组件中，引起光伏组件升温，导致降温效果较差。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种制冷结构、光伏组件以及制备方法，该制冷结构能够有效地反射未参与光电转换的光线，减少光伏组件废热的产生，以有效地提高对光伏组件的降温效果。
为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种制冷结构，应用于光伏组件，包括：透射波长为0.3μm～1.1μm光线的反射层，其中，
所述反射层包括有叠层设置的第一金属氧化层、金属纳米颗粒层以及第二金属氧化层，所述金属纳米颗粒层设置于所述第一金属氧化层和所述第二金属氧化层之间；
所述反射层可被设置于所述光伏组件的上表面至所述光伏组件的电池片的上表面之间的任一平面。
第二方面，本发明实施例提供一种光伏组件，包括：盖板、电池片、封装层、背板以及第一方面实施例提供的制冷结构，其中，
所述制冷结构包括的反射层设置于所述盖板的上表面至所述电池片的上表面之间的任一平面；
所述封装层，用于将所述电池片形成的电池单元封装于所述盖板与所述背板之间。
第三方面，本发明实施例提供一种制冷结构的制备方法，包括：
筛选出制备反射层包括的金属纳米颗粒层所需的纳米颗粒种类，以及制备所述反射层包括的第一金属氧化层和第二金属氧化层所需的金属氧化物；
通过仿真方式确定所述第一金属氧化层、所述第二金属氧化层以及所述金属纳米颗粒层的厚度；
基于确定出的所述金属氧化物以及所述纳米颗粒种类，在盖板的上表面至所述电池片的上表面之间的任一平面制备所述制冷结构包括的反射层。
第四方面，本发明实施例提供一种光伏组件的制备方法，包括：第三方面实施例提供的制冷结构的制备方法。
上述发明的第一方面的技术方案具有如下优点或有益效果：
本发明提供的应用于光伏组件的制冷结构，由于其包括有透射波长为0.3μm～1.1μm光线的反射层，其可使参与光伏组件的光电转化的0.3μm～1.1μm光线透过，即不会影响光伏组件的光电性能。同时，反射层中的金属纳米颗粒层可以有效地反射太阳光中的1.1μm以上波段的光线，通过反射层中的第一金属氧化层以及第二金属氧化层的设置，一方面可以对金属纳米颗粒层进行保护，另一方面可以进一步提高针对1.1μm以上波段的光线的反射率，因此，通过将反射层设置于光伏组件的盖板上表面至光伏组件的电池片的上表面之间的任一平面上，可以使不参与光电转换的光线(1.1μm以上波段的光线)在进入电池片之前即被反射到外接环境中，有效地减少光伏组件废热的产生，以提高对光伏组件的降温效果。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的一种制冷结构的剖面示意图；
图2是根据本发明实施例提供的第一种光伏组件的剖面示意图；
图3是根据本发明实施例提供的第二种光伏组件的剖面示意图；
图4是根据本发明实施例提供的第三种光伏组件的剖面示意图；
图5是根据本发明实施例提供的第四种光伏组件的剖面示意图；
图6是根据本发明实施例提供的第五种光伏组件的剖面示意图；
图7是根据本发明实施例提供的另一种制冷结构的剖面示意图；
图8是根据本发明实施例提供的第六种光伏组件的剖面示意图；
图9是根据本发明实施例提供的第七种光伏组件的剖面示意图；
图10是根据本发明实施例提供的第八种光伏组件的剖面示意图；
图11是根据本发明实施例提供的第九种光伏组件的剖面示意图；
图12是根据本发明实施例提供的不同金属氧化物的波长-反射率曲线图；
图13是根据本发明实施例提供的不同金属氧化物的波长-透光率曲线图；
图14是根据本发明实施例提供的PC材料在0.3～20μm波段的折射率的示意图；
图15是根据本发明实施例提供的PC材料在0.3～20μm波段的消光系数的示意图；
图16是根据本发明实施例提供的光伏组件和PC膜的光谱发射率的示意图；
图17是根据本发明实施例提供的制冷结构的制备方法主要流程的示意图；
图18是根据实施例1得到的制冷结构应用在光伏组件以及现有的光伏组件的透光率曲线的示意图；
图19是根据实施例1得到的制冷结构应用在光伏组件以及现有的光伏组件的反射率曲线的示意图。
附图标记如下：
10-制冷结构；11-反射层；111-第一金属氧化层；112-金属纳米颗粒层；
113-第二金属氧化层；12-发射层；20-光伏组件；21-盖板；22-电池片；
23-封装层；24-背板。
具体实施方式
本发明实施例所涉及的光伏组件中的一个结构设置于另一个结构，一般是指一个结构位于另一个结构的上方或者下方，且该一个结构与另一个结构直接或间接粘合为一体。其中，另一个结构的上方或者下方，一般基于光伏组件的受光面向上的情况下确定出的。比如，反射层设置于盖板上是指，反射层设置于盖板的上表面的上方和/或设置于下表面的下方，且反射层与盖板直接或者间接粘合为一体。又比如，反射层设置于电池片的上表面是指，反射层设置于电池片的上表面的上方，且反射层与电池片直接或者间接粘合为一体。还比如，发射层设置于盖板上表面是指，发射层设置于盖板上表面的上方，且该发射层与盖板上表面直接粘合为一体或者该发射层通过反射层与盖板上表面粘合为一体。
目前常用的光伏组件中的电池片的光电转化主要借助将波段在0.3～1.1μm范围内的光。太阳光中波段在1.1μm以上的光(基本不参与电池片的光电转化)，对于光伏组件来说弊大于利。
为了解决光伏组件由于未参与光电转换的光进入电池片内，造成光伏组件温度升高的问题。本发明实施例提供一种应用于光伏组件中的制冷结构10。其中，图1至图11示出了制冷结构10的剖面示意图，其中，图1和图7分别示出了两种结构的制冷结构，图2至图6以及图8至图11分别示出了制冷结构应用于光伏组件中的剖面示意图。如图1至图11所示，该制冷结构10，应用于光伏组件20，可包括：透射波长为0.3μm～1.1μm光线的反射层11，其中，
反射层11包括有叠层设置的第一金属氧化层111、金属纳米颗粒层112以及第二金属氧化层113，金属纳米颗粒层112设置于第一金属氧化层111和第二金属氧化层113之间；
反射层11可通过粘接或者磁控溅射方式被设置于光伏组件20的盖板21上表面至光伏组件20的电池片22的上表面之间的任一平面上。因此，制冷结构可以单独形成，然后粘接在光伏组件的任一结构上，也可以在光伏组件的任一结构比如盖板或者电池片制备过程中形成于该结构上。
其中，叠层设置是指第一金属氧化层111、金属纳米颗粒层112以及第二金属氧化层113形成夹心结构，金属纳米颗粒层112为夹心结构中的“心”。具体地，金属纳米颗粒层112的长和宽可以小于第一金属氧化层111和第二金属氧化层113的长和宽，使第一金属氧化层111的边缘和第二金属氧化层113的边缘相贴合。另外，金属纳米颗粒层112的长和宽也可以大于或者等于第一金属氧化层111和第二金属氧化层113的长和宽，使得第一金属氧化层111和第二金属氧化层113完全被金属纳米颗粒层112隔开。
其中，第一金属氧化层111和第二金属氧化层113中的“第一”和“第二”只是为了能够区分分设于金属纳米颗粒层112的相背的两个表面上的不同金属氧化层，其并不是对金属氧化层的个数或者顺序的限制。比如，第一金属氧化层111设于金属纳米颗粒层112的上表面，相应地，第二金属氧化层112设于金属纳米颗粒层112的下表面。又比如，第一金属氧化层111设于金属纳米颗粒层112的下表面，相应地，第二金属氧化层112设于金属纳米颗粒层112的上表面。
其中，反射层11可被设置于光伏组件20的盖板21上表面至光伏组件20的电池片22的上表面之间的任一平面上具体是指，反射层11的第一金属氧化层111或者第二金属氧化层113设置于盖板21上表面至光伏组件20的电池片22的上表面之间的任一平面上。
其中，光伏组件20的盖板21上表面至光伏组件20的电池片22的上表面之间的任一平面上是指，下述结构中的任意一种或多种结构：
光伏组件20的盖板21的上表面、盖板21的下表面、电池片22的上表面以及盖板21与电池片22之间的封装层。
可以理解地，反射层11设置于多种结构是指，每一种结构设置一个反射层，比如，如图5和图11所示，分别在盖板21的上表面和电池片的上表面分别设置反射层11，因此，制冷结构可以包括有多个反射层。另外，两个反射层11还可分别设置于光伏组件20的盖板21的上表面和盖板21的下表面；又比如，两个反射层11还可分别设置于光伏组件20的电池片22的上表面和盖板21与电池片22之间的封装层；还比如，四个反射层11还可同时设置于光伏组件20的盖板21的上表面、盖板21的下表面、电池片22的上表面以及盖板21与电池片22之间的封装层等。一个优选地实施例中，反射层11只设置于上述结构(光伏组件20的盖板21的上表面、盖板21的下表面、电池片22的上表面以及盖板21与电池片22之间的封装层)中的任意一种结构。比如，图2和图8所示，反射层11只设置于光伏组件20的盖板21的上表面，又比如，图6所示，反射层11只设置于光伏组件20的盖板21的下表面，又比如，图4和图5所示，反射层11只设置于光伏组件20的电池片22的上表面，还比如，图3和图9所示，反射层11只设置于盖板21与电池片22之间的封装层。一个更优选地实施例中，反射层11只设置于光伏组件20的盖板21的上表面或者只设置于光伏组件20的盖板21的下表面或者反射层11只设置于光伏组件20的电池片22的上表面。进一步优选地，反射层11只设置于光伏组件20的盖板21的上表面。
通过对单层反射层和多层反射层对比发现，相比于在光伏组件20设置多层反射层11，只设置一层反射层11，可以减少反射层11对光电转换效率的影响，该一层反射层11甚至能够使0.3～1.1μm波段的光线透射率高达0.9及以上。
上述应用于光伏组件的制冷结构，由于其包括有透射波长为0.3μm～1.1μm光线的反射层，其可使参与光伏组件的光电转化的0.3μm～1.1μm光线透过，即不会影响光伏组件的光电性能。同时，反射层中的金属纳米颗粒层可以有效地反射太阳光中的1.1μm以上波段的光线，通过反射层中的第一金属氧化层以及第二金属氧化层的设置，一方面可以对金属纳米颗粒层进行保护，另一方面可以进一步提高针对1.1μm以上波段的光线的反射率，因此，通过将反射层设置于光伏组件的盖板上表面至光伏组件的电池片的上表面之间的任一平面上，可以使不参与光电转换的光线(1.1μm以上波段的光线)在进入电池片之前即被反射到外接环境中，有效地减少光伏组件废热的产生，以提高对光伏组件的降温效果。
在本发明实施例中，如图8至图11所示，上述制冷结构10还可进一步包括：设置于盖板21上表面的发射层12，其中，
发射层12包括有能够将光伏组件20的热能以电磁波的形式向外太空辐射的材料。通过该发射层能够将光伏组件产生的热量以电磁波的形式向外太空辐射的材料，达到比较好的制冷目的。进一步地，通过反射层和发射层结合，一方面反射层反射不会参与光电转化波段的光线，避免无用光进入电池片，以减少废热产生，另一方面发射层将电池片产生的热量辐射到外太空，达到制冷，从而进一步降低光伏组件的工作温度，以有效地延长光伏组件的使用寿命。进一步地，通过研究发现，反射层对1.1μm以上波段(特别地1.1～4.0μm波段)光线的折射率接近空气，使1.1μm以上波段(特别地1.1～4.0μm波段)光线从发射层进入反射层是从光密介质到光疏介质，发射层的设置，能够使反射层对一定角度的1.1μm以上波段(特别地1.1～4.0μm波段)光线实现全反射，即发射层的设置有助于增强反射层对1.1μm以上波段(特别地1.1～4.0μm波段)光线的反射，进一步降低废热产生，从而进一步降低光伏组件的工作温度。因此，一个优选地实施例中，如图8所示，反射层11设置于盖板21的上表面，发射层12贴附于反射层11的上表面。具体地，在反射层11的第一金属氧化层111设置于盖板21的上表面的情况下，发射层12贴附于反射层11的第二金属氧化层112的上表面；在反射层11的第二金属氧化层112设置于盖板21的上表面的情况下，发射层12贴附于反射层11的第一金属氧化层111的上表面。
在本发明实施例中，上述金属纳米颗粒层112可包括纳米银颗粒。具体地，金属纳米颗粒层112还可包括金、铜、铝中的任意一种纳米颗粒或多种的纳米颗粒的组合。一个优选地实施例中，金属纳米颗粒层112是由纳米银颗粒通过磁控溅射的方式形成的。更优选地实施例中，金属纳米颗粒层112是由粒径为2～8nm(0.002～0.008μm)的纳米银颗粒通过磁控溅射的方式形成的。其中，粒径为2～8nm(0.002～0.008μm)的纳米银颗粒是指粒径在2～8nm范围内的任意一种粒径或者多种粒径组合。比如，2.5nm、3nm、3.5nm、4nm、4.5nm、5nm、6nm、7nm、7.5nm等中的任意一种粒径或多种粒径组合的纳米银颗粒层通过磁控溅射的方式形成的。值得说明的是，该粒径的具体数值仅是示例性地给出，只要粒径在2～8nm范围内的任意值均在本申请的保护范围内。
在本发明实施例中，该金属纳米颗粒层112的厚度为0.002～0.008μm。即金属纳米颗粒层112的厚度可以控制在0.002～0.008μm范围内。比如，金属纳米颗粒层112的厚度可以为0.003μm、0.0035μm、0.0045μm、0.005μm、0.0055μm、0.006μm、0.007μm等。值得说明的是，该厚度的具体数值仅是示例性地给出，只要厚度在0.002～0.008μm范围内的任意值均在本申请的保护范围内。一个优选地实施例中，金属纳米颗粒层112由单层的金属银纳米颗粒组成。通过将由金属银纳米颗粒形成的金属纳米颗粒层112的厚度控制在0.002～0.008μm范围内，可以保证反射层11针对0.3～1.1μm波段内的光的透光率，同时能够有效地提高对1.1-4.0μm波段下光线的反射率。
为了能够进一步降低金属纳米颗粒层112对光伏组件的影响，同时增强0.3～1.1μm波段内的光的透光率，在本发明实施例中，第一金属氧化层111以及第二金属氧化层112包括有下述任意一种或多种金属氧化物：Al2O3，HfO2，TiO2以及ZnO。一个优选地实施例中，第一金属氧化层111以及第二金属氧化层112包括Al2O3，HfO2，TiO2以及ZnO中的一种，其中，第一金属氧化层111以及第二金属氧化层112所包括的金属氧化物可以相同也可以不同。一个更优选地实施例中，为了能够简化第一金属氧化层111和第二金属氧化层113的制备工艺，第一金属氧化层111和第二金属氧化层113有相同的金属氧化物材料制成。其中，如图12和图13分别示出了第一金属氧化层111和第二金属氧化层113为Al2O3，第一金属氧化层111和第二金属氧化层113为HfO2，第一金属氧化层111和第二金属氧化层113为TiO2以及第一金属氧化层111和第二金属氧化层113为ZnO对不同波段光线的反射率以及透光率的对比图，其中，图12示出了不同金属氧化物的波长-反射率(Wavelength-Reflectivity)曲线图，图13示出了不同金属氧化物的波长-透光率(Wavelength-Transmissivity)曲线图。从图12可以看出，Al2O3，HfO2，TiO2以及ZnO均可对1.1μm以上波段的光具有比较好地反射率，其中，HfO2，TiO2以及ZnO的反射率高于Al2O3；从图13可以看出，Al2O3，HfO2，TiO2以及ZnO均可对0.3～1.1μm波段的光具有比较好地透光率，其中，针对0.3～0.4μm波段以及0.7～1.1μm波段的光，Al2O3的透光率明显高于HfO2，TiO2以及ZnO；通过进一步实验对比发现，HfO2，TiO2以及ZnO针对1.1μm以上波段的光的较高的反射率对光伏组件的正向影响，不足以抵消其针对0.3～1.1μm波段的光的透光率对光伏组件的负向影响，而Al2O3针对0.3～1.1μm波段的光比较高的透光率，使Al2O3针对1.1μm以上波段的光的反射率，能够使光伏组件性能更好，同时使用寿命更长，因此，为了能够有效的提高光伏组件的光电转化性能以及光伏组件的使用寿命，进一步优选地，第一金属氧化层111和第二金属氧化层113均包括Al2O3，与其他金属氧化物相比，第一金属氧化层111和第二金属氧化层113均包括Al2O3结合金属纳米颗粒层，可以有效地增强0.3～1.1μm波段内的光的透光率，并使0.3～1.1μm的透光率维持在0.9以上。
在本发明实施例中，上述反射层11的厚度可为0.04～0.1μm中的任意一个值。比如，0.045μm、0.05μm、0.055μm、0.06μm、0.065μm、0.07μm、0.075μm、0.08μm、0.085μm、0.09μm、0.095μm、0.1μm等。通过将反射层11的厚度设定在0.04～0.1μm范围内，可以有助于进一步增强0.3～1.1μm波段内的光的透光率。
可以理解地，在金属纳米颗粒层的厚度为0.002～0.008μm中的任意一个值的情况下，第一金属氧化层111和第二金属氧化层113的综合厚度在0.032～0.098μm范围内的任意一个值。值得说明的是，针对第一金属氧化层111和第二金属氧化层113各自的厚度，可以在综合厚度范围内任意调整。一个优选地实施例中，为了能够有效地简化反射层的制作工艺，选择第一金属氧化层111和第二金属氧化层113的厚度一致，以使第一金属氧化层111和第二金属氧化层113能够通过相同的工艺制备出。
通过针对不同领域的制冷方式调研发现，在航空航天、光学透镜、电子行业、辐射制冷等领域，常选用具有化学稳定性、良好的加工性、密度小和成本较低等特点的有机高分子材料作为制冷材料。并通过进一步调研发现，广泛应用于航空航天和光学透镜等领域的聚碳酸酯(PC)材料，具有良好的透光性，质轻，抗冲击性，耐紫外线辐射以及良好的成型加工性能，在正常的高温环境以及极端高温环境下，PC薄膜能起到较好的辐射制冷效果。但是，将PC材料应用于光伏组件后，其实现辐射制冷效果的发射率高远远不能达到理想的降温效果，这是因为PC针对1.1-4.0μm波段的光的反射率在各个入射角度下都很低，导致大部分热量存储于光伏组件内。而将PC与本发明实施例提供的反射层结合，可以对光伏组件的制冷效果更加明显，使光伏组件降温明显。因此，在本发明实施例中，上述发射层12可包括有聚碳酸酯材料。在发射层12还可包括制备发射层12过程中用于溶解聚碳酸酯材料的、且未完全挥发的溶剂比如环已酮或邻二氯苯等。一个优选地实施例中，发射层12为由聚碳酸酯材料形成的薄膜。通过进一步研究PC材料在0.3～20μm波段的折射率和消光系数以及SiO2平板和PC材料的光谱发射率，分别得到如图14所示的PC材料在0.3～20μm波段的折射率的示意图，图15所示的PC材料在0.3～20μm波段的消光系数的示意图以及图16所示的厚度为2000μm的光伏组件和厚度为200μm的PC膜的光谱发射率的示意图，可知该包括有聚碳酸酯材料的发射层12，利用大气窗口的特性(该大气窗口的特性是指，地表物体由于存在热辐射，因此可以通过热辐射的方式把能量传递到大气层。其中，8～13μm的辐射可以透射大气层到达高层极低温大气和外太空。同时在这个波段，大气又只有很少的能量辐射出来。相等温度下，在该8～13μm的波段下，黑体的向外的辐射功率大于大气对黑体的辐射功率。基于此，如果构造在8～13μm波段接近黑体辐射率的材料(在本申请中该黑体为发射层)，就可以利用辐射输出输入差异实现物体的辐射控温)，在8.0～13.0μm波段下的发射率尽可能接近1.0，将光伏组件的热能以电磁波的形式向外太空辐射，并结合反射层11对未参与光电转换的光的反射，来增强对光伏组件的制冷效果。
在本发明实施例中，发射层12的厚度为100～400μm中的任意一个值。比如，105μm、110μm、120μm、130μm、150μm、200μm、240μm、260μm、270μm、300μm、320μm、350μm、360μm、380μm以及390μm等，使发射层12的制备工艺简单易操作，同时避免发射层对0.3～1.1μm波段的光的损耗，同时使光线从发射层12进入到反射层11更好地满足从光密介质进入光疏介质，以在一定角度下使反射层11能实现全反射，通过发射层12的设置提升反射层11对1.1μm以上波段的光的反射率，以增强反射层11的反射效果，从而进一步提升对光伏组件的制冷效果。
本发明实施例提供一种光伏组件20。图2至图6以及图8至图11示出了该光伏组件的剖面示意图。如2至图6以及图8至图11所示，该光伏组件20可包括：盖板21、电池片22、封装层23、背板24以及上述任一实施例提供的制冷结构10，其中，
制冷结构10包括的反射层11设置于盖板21的上表面至电池片22的上表面之间的任一平面；
封装层23，用于将电池片22形成的电池单元封装于盖板21与背板24之间。
上述光伏组件，由于其制冷结构包括有透射波长为0.3μm～1.1μm光线的反射层，其可使参与光伏组件的光电转化的0.3μm～1.1μm光线透过，即不会影响光伏组件的光电性能。同时，反射层中的金属纳米颗粒层可以有效地反射太阳光中的1.1μm以上波段的光线，通过反射层中的第一金属氧化层以及第二金属氧化层的设置，一方面可以对金属纳米颗粒层进行保护，另一方面可以进一步提高针对1.1μm以上波段的光线的反射率，因此，通过将反射层设置于光伏组件的盖板上表面至光伏组件的电池片的上表面之间的任一平面上，可以使不参与光电转换的光线(1.1μm以上波段的光线)在进入电池片之前即被反射到外接环境中，有效地减少光伏组件废热的产生，以提高对光伏组件的降温效果。
其中，反射层11在光伏组件中的具体位置，在前面针对制冷结构的实施例中已经详细说明，在此不再赘述。
进一步地，如图8至图11所示，制冷结构10包括的发射层12设置于盖板21的上表面。通过该发射层能够将光伏组件产生的热量以电磁波的形式向外太空辐射的材料，达到比较好的制冷目的。进一步地，通过反射层和发射层结合，一方面反射层反射不会参与光电转化波段的光线，避免无用光进入电池片，以减少废热产生，另一方面发射层将电池片产生的热量辐射到外太空，达到制冷，从而进一步降低光伏组件的工作温度，以有效地延长光伏组件的使用寿命。进一步地，通过研究发现，反射层对1.1μm以上波段(特别地1.1～4.0μm波段)光线的折射率接近空气，使1.1μm以上波段光线从发射层进入反射层是从光密介质到光疏介质，发射层的设置，能够使反射层对一定角度的1.1μm以上波段(特别地1.1～4.0μm波段)光线实现全反射，即发射层的设置有助于增强反射层对1.1μm以上波段(特别地1.1～4.0μm波段)光线的反射，进一步降低废热产生，从而进一步降低光伏组件的工作温度。
一个优选地实施例中，制冷结构10包括的反射层11设置于盖板21的上表面，发射层12设置于反射层11的上表面。进一步地，通过研究发现，反射层对1.1μm以上波段(特别地1.1～4.0μm波段)光线的折射率接近空气，使1.1μm以上波段光线从发射层进入反射层是从光密介质到光疏介质，发射层的设置，能够使反射层对一定角度的1.1μm以上波段(特别地1.1～4.0μm波段)光线实现全反射，即发射层的设置有助于增强反射层对1.1μm以上波段(特别地1.1～4.0μm波段)光线的反射，进一步降低废热产生，从而进一步降低光伏组件的工作温度。
其中，反射层可以通过磁控溅射方式设置于光伏组件，发射层可以通过旋涂或者涂覆方式设置于光伏组件。
本发明实施例提供一种制冷结构的制备方法，如图17所示，该制冷结构的制备方法可包括如下步骤：
步骤S1701：筛选出制备反射层包括的金属纳米颗粒层所需的纳米颗粒种类，以及制备反射层包括的第一金属氧化层和第二金属氧化层所需的金属氧化物；
该步骤主要是对各种金属纳米颗粒、金属氧化物进行模拟计算、仿真、实验对比等方式筛选出。
步骤S1702：通过仿真方式确定第一金属氧化层、第二金属氧化层以及金属纳米颗粒层的厚度；
步骤S1703：基于确定出的金属氧化物以及纳米颗粒种类，在盖板的上表面至电池片的上表面之间的任一平面制备制冷结构包括的反射层。
在本发明实施例中，上述制冷结构的制备方法还可进一步包括：通过构建的一维稳态模型，计算出包括能够将光伏组件的热能以电磁波的形式向外太空辐射的材料的发射层的厚度，其中，一维稳态模型是基于太阳辐射加热功率、引入黑体光谱辐射功率的电池自身对外的热辐射功率、引入黑体光谱辐射功率的大气辐射功率、外界环境和电池之间的非辐射换热的能量以及光电输出功率确定出的，电池自身对外的热辐射功率构建出的；按照计算出的发射层的厚度，通过包括能够将热能以电磁波的形式向外太空辐射的材料在盖板的上表面制备发射层。
其中，一维稳态模型的实现具体：太阳能电池的热效应主要和五个方面有关：太阳辐射加热功率
电池自身对外的热辐射功率Prad(Tcell)；大气辐射功率Patm(Ta)，此处Patm(Ta)指的是太阳能电池吸收的来自大气辐射的能量；外界环境和电池之间的对流、导热等非辐射换热的能量Pcon(Tcell，Ta)，以及光电输出功率Ppv。其中，Tcell为太阳能电池的温度，Ta为大气环境的温度，单位均为K。根据热力学第一定律，可以得到太阳能电池的能量控制方程：
其中，太阳辐射加热功率
与太阳自身的辐射功率以及太阳能电池对太阳光的吸收率有关，在这个简化模型中，
是加热太阳能电池的唯一热源。
电池自身对外的热辐射Prad(Tcell)由电池的光谱发射率和电池温度决定，具体表达式如下：
Prad(Tcell)＝∫cosθdΩ×∫0 ∞IBB(Tcell，λ)×ε(λ，Ω)dλ
式中，Ω为辐射立体角，IBB(Tcell，λ)是温度为Tcell的黑体光谱辐射功率；ε(λ，Ω)为太阳能电池的定向光谱发射率。根据立体角定义和普朗克定律，可以将辐射立体角的微分dΩ和Tcell下的黑体光谱辐射功率表示为：
式中，θ为纬度角；
为经度角；λ为光的波长；普朗克常数h＝6.626×10-34J·s；光速c＝2.998×108m·s-1；玻尔兹曼常数kB＝1.381×10-23J·K-1。
大气辐射Patm(Ta)主要由电池的光谱吸收率和环境温度决定，具体表达式如下：
Patm(Ta)＝∫cosθdΩ×∫0 ∞IBB(Ta，λ)×α(λ，Ω)×εatm(λ，Ω)dλ
式中，IBB(Ta，λ)是温度为Ta的黑体光谱辐射功率，α(λ，Ω)是太阳能电池的光谱定向吸收率，根据基尔霍夫定律可知：α(λ，Ω)＝ε(λ，Ω)；εatm(λ，Ω)是大气的光谱定向发射率，由于复杂的大气辐射特性，常用经验或半经验公式描述大气辐射，εatm(λ，Ω)可以通过如下表达式描述：
εatm(λ，Ω)＝1-t(λ)1/cosθ
式中，t(λ)为大气层在垂直方向上的光谱透过率，与大气的参数密切相关，比如大气含水量、气凝胶状况以及云层覆盖率等。
太阳能电池与外界环境的对流、导热等非辐射换热的能量Pcon(Tcell，Ta)由电池温度、环境温度以及两者之间的综合换热系数决定。当太阳能电池和环境存在温差时，温度梯度会使两者之间发生热传导和热对流，在此，使用一个综合换热系数来表征这种非辐射换热的强度，具体表达式如下：
Pcon(Tcell，Ta)＝hc(Tcell-Ta)
式中，hc为综合换热系数，由周围气流流动速度、环境温度、设备的结构参数等因素决定。
在吸收的太阳辐射中,波长大于1.2μm的辐射被组件封装材料吸收变为热量，0.3～1.2μm内的辐射则大部分通过硅的光伏效应转换为电能，其对应的光电输出功率Ppv随组件温度Tcell的升高而降低：
Ppv(Tcell)＝η300K×Psolar×[1+β×(Tcell-300K)]
其中，η300K＝20％，Psolar＝1000W·m-2，β＝-0.35％为组件的温度系数。
通过上述过程制备出的制冷结构可以有效地提高对1.1μm以上波段的光的反射，同时针对光伏组件产生的热量以8～13μm波段的电磁波方式辐射到外太空，以增强光伏组件的制冷效果。
本发明实施例进一步提供一种光伏组件的制备方法，该光伏组件的制备方法可包括上述实施例提供的制冷结构的制备方法。具体地，在光伏组件的盖板、电池片或者封装层等的制备过程中可以引入上述的反射层，另外，可以在盖板制备过程中可以引入上述的反射层和/或上述的发射层，以增强光伏组件的制冷效果。
下面以几个具体实施例详细说明光伏组件的制备方法以及光伏组件结构。
实施例1：
A1：将聚碳酸酯粉末加入环已酮或邻二氯苯等溶剂中，溶解后，配置浓度为7％的溶液，经过超声分散溶液，使溶液均匀。
A2：采用磁控溅射的方法在制备好发射层的玻璃的一个主表面上顺序镀Al2O3层、金属银纳米颗粒层以及Al2O3层，得到反射层。
A3：在空气湿度控制在40以下，使用旋转涂覆法将C1制备得到的7％的溶液，在Al2O3层上甩膜，也就是将溶液做成粘稠的液体，把少量的液滴滴在玻璃上，通过玻璃的高速旋转，得到薄膜。这种方法具有工艺简单，成本低等特点。
A4：将旋转涂覆的薄膜烘干固化，固化温度应略高于溶剂的沸点，且低于材料的玻璃化温度。即100℃下烘干1h，再在180℃下烘12h后脱去溶剂，形成聚碳酸酯薄膜(即发射层)。
A5：对具有发射层和反射层的玻璃切割成光伏组件的盖板所需的尺寸。
A6：利用背板、封装层、电池片以及C5的盖板封装成光伏组件，其中，发射层在盖板的上表面。得到如图8所示的光伏组件的结构。
通过实施例制备得到厚度为200μm的发射层、厚度为8nm金属银纳米颗粒层以及厚度为40nm两层Al2O3层，其中反射层的总厚度为48nm。
通过将实施例1得到的制冷结构应用在光伏组件上与市面上的随机选取的一款可用在光伏组件上的辐射制冷薄膜进行了对比，对比结果如图18和图19所示，其中，图18示出了实施例1得到的制冷结构应用在光伏组件后，光伏组件的波长-透光率(Wavelength-Transmissivity)曲线，以及市场上制冷的薄膜应用在光伏组件上，光伏组件的波长-透光率(Wavelength-Transmissivity)曲线；图19示出了实施例1得到的制冷结构应用在光伏组件后，光伏组件的波长-反射率(Wavelength-Reflectivity)曲线，以及市场上制冷的薄膜应用在光伏组件上，光伏组件的波长-反射率(Wavelength-Reflectivity)曲线。对比发现，本申请提供的制冷结构在三个波段的性能均优于选取的市面上的辐射制冷薄膜。在光电转换波段，市面上的辐射制冷薄膜透射率整体低于0.8，不利于电池正常工作。在近红外波段，反射率也明显较低，不能有效反射多余的热量。在第一大气窗口，两者发射率基本相同，但是市面上的辐射制冷薄膜的发射率依然略低于本申请提供的反射层和发射层的复合结构。另外，如图18所示，当光伏组件表面贴上一层制冷膜之后，由于整体透光性的降低，电池效率会不可避免地受到影响。经过计算以及实验发现，市面上的辐射制冷应用于光伏组件，可使光伏组件的电池效率相对减少53.09％，从23.30％变成10.93％。虽然它能在标准工况下降温近30℃，但带来的效率提升只有1.13％，经济效益极低。本申请实施例提供的发射层和反射层复合结构，使电池效率相对降低16.18％。所以，本发明实施例提供的制冷结构对比市面上的辐射制冷薄膜更能达到可靠的效果。
实施例2：
B1：将聚碳酸酯粉末加入环已酮或邻二氯苯等溶剂中，溶解后，配置浓度为10％的溶液，经过超声分散溶液，使溶液均匀；
B2：在空气湿度控制在40以下，使用旋转涂覆法将B1制备得到的10％的溶液，在用于制备光伏组件的盖板的玻璃的一个主表面上甩膜，也就是将溶液做成粘稠的液体，把少量的液滴滴在玻璃上，通过玻璃的高速旋转，得到薄膜。这种方法具有工艺简单，成本低等特点。
B3：将旋转涂覆的薄膜烘干固化，固化温度应略高于溶剂的沸点，且低于材料的玻璃化温度。即100℃下烘干1h，再在180℃下烘12h后脱去溶剂，形成聚碳酸酯薄膜(即发射层)。
B4：采用磁控溅射的方法在制备好的电池片的上表面顺序镀Al2O3层、金属银纳米颗粒层以及Al2O3层，得到具有反射层的电池片。
B5：对具有发射层玻璃切割成光伏组件的盖板所需的尺寸。
B6：利用背板、封装层、具有反射层的电池片以及B5的盖板封装成光伏组件，其中，发射层在盖板的上表面。得到如图10所示的光伏组件的结构。
实施例3：
C1：将聚碳酸酯粉末加入环已酮或邻二氯苯等溶剂中，溶解后，配置浓度为7％的溶液，经过超声分散溶液，使溶液均匀；
C2：在空气湿度控制在40以下，使用旋转涂覆法将A1制备得到的7％的溶液，在用于制备光伏组件的盖板的玻璃的一个主表面上甩膜，也就是将溶液做成粘稠的液体，把少量的液滴滴在玻璃上，通过玻璃的高速旋转，得到薄膜。这种方法具有工艺简单，成本低等特点。
C3：将旋转涂覆的薄膜烘干固化，固化温度应略高于溶剂的沸点，且低于材料的玻璃化温度。即100℃下烘干1h，再在180℃下烘12h后脱去溶剂，形成聚碳酸酯薄膜(即发射层)。
C4：采用磁控溅射的方法在制备好发射层的玻璃的另一个主表面上顺序镀Al2O3层、金属银纳米颗粒层以及Al2O3层。
C5：对具有发射层和反射层的玻璃切割成光伏组件的盖板所需的尺寸。
C6：利用背板、封装层、电池片以及A5的盖板封装成光伏组件，其中，发射层在盖板的上表面。
综上，本发明实施例提供的技术方案包括：
技术方案1、一种制冷结构，应用于光伏组件，包括：透射波长为0.3μm～1.1μm光线的反射层11，其中，
所述反射层11包括有叠层设置的第一金属氧化层111、金属纳米颗粒层112以及第二金属氧化层113，所述金属纳米颗粒层112设置于所述第一金属氧化层111和所述第二金属氧化层113之间；
所述反射层11可被设置于所述光伏组件20的盖板21上表面至所述光伏组件20的电池片22的上表面之间的任一平面上。
技术方案2、根据技术方案1所述的制冷结构，还包括：设置于所述盖板21上表面的发射层12，其中，
所述发射层12包括有能够将所述光伏组件20的热能以电磁波的形式向外太空辐射的材料。
技术方案3、根据技术方案1或2所述的制冷结构，
所述金属纳米颗粒层112包括纳米银颗粒、纳米金颗粒以及纳米铜颗粒中的任意一种或多种。
技术方案4、根据技术方案1或2所述的制冷结构，其特征在于，
所述第一金属氧化层111以及所述第二金属氧化层112包括有下述任意一种或多种金属氧化物：
Al2O3，HfO2，TiO2以及ZnO。
技术方案5、根据技术方案1所述的制冷结构，
所述反射层11的厚度为0.04～0.1μm。
技术方案6、根据技术方案2所述的制冷结构，
所述发射层12包括有聚碳酸酯材料。
技术方案7、根据技术方案2或6所述的制冷结构，
针对所述反射层11设置于所述盖板21的上表面的情况，
所述发射层12贴附于所述反射层11的上表面。
技术方案8、根据技术方案2或6所述的制冷结构，
所述发射层12的厚度为100～400μm。
技术方案9、根据技术方案4所述的制冷结构，其特征在于，
所述第一金属氧化层111和所述第二金属氧化层113有相同的金属氧化物材料制成。
技术方案10、根据技术方案5所述的制冷结构，其特征在于，
所述金属纳米颗粒层112的厚度为0.002～0.008μm。
技术方案11、一种光伏组件，包括：盖板21、电池片22、封装层23、背板24以及技术方案1至9任一所述的制冷结构10，其中，
所述制冷结构10包括的反射层11设置于所述盖板21的上表面至所述电池片22的上表面之间的任一平面；
所述封装层23，用于将所述电池片22形成的电池单元封装于所述盖板21与所述背板24之间。
技术方案12、根据技术方案11所述的光伏组件，
所述制冷结构10包括的发射层12设置于所述盖板21的上表面。
技术方案13、根据技术方案12所述的光伏组件，
针对所述反射层11设置于所述盖板21的上表面的情况，
所述发射层12设置于所述反射层11的上表面。
技术方案14、一种制冷结构的制备方法，包括：
筛选出制备反射层包括的金属纳米颗粒层所需的纳米颗粒种类，以及制备所述反射层包括的第一金属氧化层和第二金属氧化层所需的金属氧化物；
通过仿真方式确定所述第一金属氧化层、所述第二金属氧化层以及所述金属纳米颗粒层的厚度；
基于确定出的所述金属氧化物以及所述纳米颗粒种类，在盖板的上表面至所述电池片的上表面之间的任一平面制备所述制冷结构包括的反射层。
技术方案15、根据技术方案14所述的制备方法，还包括：
通过构建的一维稳态模型，计算出包括能够将所述光伏组件的热能以电磁波的形式向外太空辐射的材料的发射层的厚度，其中，所述一维稳态模型是基于太阳辐射加热功率、引入黑体光谱辐射功率的电池自身对外的热辐射功率、引入所述黑体光谱辐射功率的大气辐射功率、外界环境和电池之间的非辐射换热的能量以及光电输出功率确定出的；
按照计算出的所述发射层的厚度，通过包括能够将热能以电磁波的形式向外太空辐射的材料在盖板的上表面制备发射层。
技术方案16.一种光伏组件的制备方法，包括：技术方案14或15所述的制冷结构的制备方法。
以上步骤所提供的介绍，只是用于帮助理解本发明的方法、结构及核心思想。对于本技术领域内的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也同样属于本发明权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种制冷结构，其特征在于，应用于光伏组件，包括：透射波长为0.3μm～1.1μm光线的反射层(11)，其中，
所述反射层(11)包括有叠层设置的第一金属氧化层(111)、金属纳米颗粒层(112)以及第二金属氧化层(113)，所述金属纳米颗粒层(112)设置于所述第一金属氧化层(111)和所述第二金属氧化层(113)之间；
所述反射层(11)可被设置于所述光伏组件(20)的盖板(21)上表面至所述光伏组件(20)的电池片(22)的上表面之间的任一平面上。
2.根据权利要求1所述的制冷结构，其特征在于，还包括：设置于所述盖板(21)上表面的发射层(12)，其中，
所述发射层(12)包括有能够将所述光伏组件(20)的热能以电磁波的形式向外太空辐射的材料。
3.根据权利要求1或2所述的制冷结构，其特征在于，
所述金属纳米颗粒层(112)包括纳米银颗粒、纳米金颗粒以及纳米铜颗粒中的任意一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的制冷结构，其特征在于，
所述第一金属氧化层(111)以及所述第二金属氧化层(112)包括有下述任意一种或多种金属氧化物：
Al2O3，HfO2，TiO2以及ZnO。
5.根据权利要求1所述的制冷结构，其特征在于，
所述反射层(11)的厚度为0.04～0.1μm。
6.根据权利要求2所述的制冷结构，其特征在于，
所述发射层(12)包括有聚碳酸酯材料。
7.根据权利要求4所述的制冷结构，其特征在于，
所述第一金属氧化层(111)和所述第二金属氧化层(113)有相同的金属氧化物材料制成。
8.一种光伏组件，其特征在于，包括：盖板(21)、电池片(22)、封装层(23)、背板(24)以及权利要求1至9任一所述的制冷结构(10)，其中，
所述制冷结构(10)包括的反射层(11)设置于所述盖板(21)的上表面至所述电池片(22)的上表面之间的任一平面；
所述封装层(23)，用于将所述电池片(22)形成的电池单元封装于所述盖板(21)与所述背板(24)之间。
9.一种制冷结构的制备方法，其特征在于，包括：
筛选出制备反射层包括的金属纳米颗粒层所需的纳米颗粒种类，以及制备所述反射层包括的第一金属氧化层和第二金属氧化层所需的金属氧化物；
通过仿真方式确定所述第一金属氧化层、所述第二金属氧化层以及所述金属纳米颗粒层的厚度；
基于确定出的所述金属氧化物以及所述纳米颗粒种类，在盖板的上表面至所述电池片的上表面之间的任一平面制备所述制冷结构包括的反射层。
10.一种光伏组件的制备方法，其特征在于，包括：权利要求9所述的制冷结构的制备方法。
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|---|---|---|---|
| CN202210614922.6A CN114843362A (zh) | 2022-06-01 | 2022-06-01 | 一种制冷结构、光伏组件以及制备方法 |
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Publications (1)
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| CN114843362A true CN114843362A (zh) | 2022-08-02 |
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Family Applications (1)
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2022
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