CN115101616A - 一种具有照明功能的光伏组件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有照明功能的光伏组件及其制备方法，包括：发光单元、发电单元和储能单元；发电单元发电通过所述储能单元进行储存；储能单元用于为发光单元提供照明所需电能；发光单元设置于发电单元的上方；发光单元包括：前玻璃和若干LED灯；前玻璃上设置有若干灯槽；灯槽中印刷有导电线路；LED灯对应设置于灯槽中，并与导电线路形成电性连接；发电单元包括依次设置的：正面玻璃、正面封装胶膜、电池层、背面封装胶膜以及背面玻璃。本发明提供的光伏组件，其结构设计简单，并且该具有照明功能的光伏组件在夜间能够充分利用LED发射的光发电，提高其夜晚的照明时长，解决了现有照明模块照明时间短的问题，实用性高且整体制造成本较低。

Description

一种具有照明功能的光伏组件及其制备方法
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种具有照明功能的光伏组件及其制备方法。
背景技术
随着太阳能电池组件的使用场景多元化，例如，幕墙，高速公路、城市道路、路标、路牌等，这些适应场景在夜晚需要照明功能。然而，现有的光伏电池组件无法单独完成照明作业，需要外接光源板来达到其照明作用。此种照明模块和发电模块的结合，存在结合复杂，制作成本和运输成本明显增高等缺陷，并且发电模块只能白天利用太阳光线充电，夜间无法进行自体充电，导致照明模块的照明时间短。同时，公路、机场、建筑幕墙等一些对于光污染环境要求较高的特定区域使用中，为了保证人员和周边环境的安全，对组件眩光、美观也有一定的要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的照明模块和发电模块存在结合复杂、制作成本高以及照明模块的照明时间短等缺陷，而提供一种具有照明功能的光伏组件及其制备方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种具有照明功能的光伏组件，其特征在于，所述的光伏组件包括：发光单元、发电单元和储能单元；所述的发电单元发电通过所述储能单元进行储存；所述的储能单元用于为所述发光单元提供照明所需电能；所述的发光单元设置于所述发电单元的上方；
所述的发光单元包括：前玻璃和若干LED灯；所述的前玻璃上设置有若干灯槽；所述的灯槽中印刷有导电线路；所述的LED灯对应设置于所述灯槽中，并与所述导电线路形成电性连接；
所述的发电单元包括依次设置的：正面玻璃、正面封装胶膜、电池层、背面封装胶膜以及背面玻璃。
具体的，本发明中所述的发电单元可以理解为光伏发电组件。本发明中所述的电池层由若干双面电池片连接形成，在本发明中所述的LED灯排布在电池片间隙和互联条的上方，保证各电池片有效发电区域均设置在上层LED灯的垂直投影以外区域。
具体的，本发明中所述的发光单元中除导电线路回路外，其他区域都是高透光区域，不影响太阳光线进入到发电单元中；同时导电线路也可以印刷成具有一定透光率的导电线路。
具体的，本发明所述的具有照明功能的光伏组件中的发光单元和发电单元，分别通过接线装置接入储能单元的输出端和充电端，本发明提供的光伏组件的发电单元白天利用太阳光充电且存储到储能单元中，晚上利用储能单元输出电能提供给发光单元点亮LED灯层进行照明。同时，LED灯点亮后通过正面玻璃上设置的高散射结构修正光线成均匀面光源分布至发电单元的电池层上，使电池层利用LED灯发出的光线二次工作产生电能进行充电存储，形成循环供电的光伏组件。其中：LED灯提供的光源的光谱贴近于太阳光光谱，且亮度越亮夜间产生的电量越多，照明组件可根据应用场景的要求，进行发光单元和发电单元的串联或者并联后接入储能单元中。
进一步的，一种具有照明功能的光伏组件：通过压延成型方式在所述前玻璃压制出所述灯槽。具体的，其制作过程为：玻璃原料混合均匀,在玻璃窑炉融化后,将熔制好的玻璃液经过窑口送进入成型压延机成型，成型压延机为一个辊面上均布有若干形状、尺寸均相同的灯槽纹和陷光纹的双辊压延机，然后压制成一个表面具有灯槽，另一表面具有陷光结构的前玻璃(玻璃基板)，并在玻璃基板上通过机械或者激光打孔方式开设LED灯导电线路的正、负极引线出线孔。
进一步的，一种具有照明功能的光伏组件：所述的发光单元设置于所述发电单元的上方，且所述的发光单元与所述发电单元之间设置有中空间隔条，且在所述中空间隔条上涂布有密封胶进行封装。
进一步的，一种具有照明功能的光伏组件：所述的发光单元设置于所述发电单元的上方，且所述的发光单元与所述发电单元之间通过封装胶膜进行密封粘接，且所述封装胶膜的厚度为0.5- 10mm。
具体的，在发光单元与发电单元之间通过中空间隔条以及涂布于中空间隔条上的密封胶进行封装，在该照明光伏组件的四周处填充密封胶对其边缘进行密封与粘接；发光单元与发电单元之间也可以通过封装胶膜进行密封与粘接。
进一步的，一种具有照明功能的光伏组件：所述的电池层由若干电池片串联或并联连接形成；所述的LED灯设置于所述电池片的上方，且所述电池片的有效发电区域位于所述LED灯的投影区域外。此设计，既可以起到遮蔽焊带的效果，从而降低眩光带来的危害；又不会影响发电单元中电池片接受光线进行发电。
进一步的，一种具有照明功能的光伏组件：所述的正面玻璃上靠近所述正面封装胶膜的一面设置有扩散层。
具体的，所述的扩散层用于将所述LED灯发出的光线通过所述正面玻璃变为大角度扩散的光线，利于所述电池层吸收所述LED灯发出的光线进行二次发电，提升所述发电单元的发电量。
进一步的，一种具有照明功能的光伏组件：所述的扩散层设置为高透光率、高散射的涂层，或者所述的扩散层设置为高散射的花纹结构；所述的花纹结构为倒金字塔结构。
进一步的，一种具有照明功能的光伏组件：所述的正面玻璃上还设置有光转换层，所述的光转换层设置于所述正面玻璃上与所述扩散层相对的一面。具体的，设置所述光转换层的作用是将短波光子转换成长波光子或/和将长波光子转换成短波光子，转换后的光子更有利于太阳能电池吸收(即利于夜间照明时LED灯发出光线能够被电池片充分吸收利用)。具体是，通过波长的转移来提高电池片的转换效率，将电池光谱响应差的短波光子转换至电池光谱响应好的长波光子，如吸收小于500nm短波，转化成500-700nm的长波光子，降低晶硅电池片短波能量损失，提高太阳电池光电转化效率。
进一步的，一种具有照明功能的光伏组件：在所述前玻璃上与所述灯槽相对的一面设置有陷光结构，用于降低光线反射。
一种具有照明功能的光伏组件的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、在前玻璃上压制形成灯槽，在所述灯槽中印刷形成导电线路，然后进行固化，将LED灯电性连接在所述导电线路上，形成发光单元；
S2、在正面玻璃上铺设正面封装材料，将电池层铺设在正面封装材料上；在电池层上铺设一层背面封装材料，再将背面玻璃盖在背面封装材料上，然后进行层压，层压后获得发电单元；
S3、将发光单元设置于发电单元的上方；然后将发光单元和发电单元与储能单元进行电性连接，然后进行灌胶、密封，获得具有照明功能的光伏组件。
具体的，本发明提供的具有照明功能的光伏组件：通过压延成型方式来形成具有凹槽结构的玻璃基板(前玻璃)，通过在玻璃基板的凹槽(灯槽)中排布发光LED灯与光伏发电部件(发电单元) 进行结合，形成一体式的具有发电与照明的光伏组件，是一种可以在白天利用太阳光充电、在夜晚利用自身LED光源发出的光线进行二次充电的光伏组件，能够有效提高其夜晚的照明时长，解决了现有的照明模块照明时间短的问题。本发明的实用性高，节省整体制造成本。同时，发光单元中的LED灯设置于电池层的上方，且排布在发电单元中电池层的互联条区域上方和电池片间隙区域上方，可以起到遮蔽焊带的效果，从而降低眩光带来的危害。利用中空结构或层压结构结合玻璃扩散结构，当可见光通过玻璃扩散结构到达电池片金属栅线的阵列时，玻璃扩散结构在人眼观察时会在视觉上相干扰而消除摩尔纹，整体光伏组件的视觉效果。通过发光单元和发电单元的结合处设有空腔(中空间隔条)或贴合封装胶膜，使得本发明具有照明功能的光伏组件能够起到隔音、隔热以及提高发电效率的作用。
本发明的有益效果：
(1)本发明设计的具有照明功能的光伏组件，其结构设计简单，并且该具有照明功能的光伏组件在夜间能够充分利用LED发射的光发电，提高其夜晚的照明时长，解决了现有照明模块照明时间短的问题，实用性高且整体制造成本较低。
(2)本发明的具有照明功能的光伏组件，通过发光单元和发电单元的结合处设有空腔(中空间隔条)或贴合具有一定厚度的封装胶膜，使得本发明具有照明功能的光伏组件能够起到隔音、隔热以及提高发电效率的作用。
(3)本发明的具有照明功能的光伏组件，能降低眩光带来的危害，消除摩尔纹，提升整体光伏组件的视觉效果。
(4)本发明提供的具有照明功能的光伏组件的制备方法，其工艺流程简单，成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明提供的一种具有照明功能的光伏组件的俯视图；
图2为本发明提供的一种具有照明功能的光伏组件的结构示意图；
图3为本发明提供的一种具有照明功能的光伏组件中发光单元的结构示意图。
图中标记：1发光单元、2发电单元、3中空间隔条、4密封胶、 1-1前玻璃、1-2LED灯、1-3导电线路、2-1正面玻璃、2-2正面封装胶膜、2-3电池层、2-4背面封装胶膜、2-5背面玻璃。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
实施例1
如图1-3所示，一种具有照明功能的光伏组件，包括：发光单元1、发电单元2和储能单元(图中未示出)；所述发电单元2发出的电通过所述储能单元进行储存；所述的储能单元用于为所述发光单元1提供照明所需电能；所述的发光单元1设置于所述发电单元2的上方，且所述的发光单元1与所述发电单元2之间设置有中空间隔条3，且在所述中空间隔条3上涂布有密封胶4进行封装；
所述的发光单元1包括：前玻璃1-1和若干LED灯1-2；所述的前玻璃1-1上通过压延成型方式压制有灯槽；所述的灯槽中印刷有导电线路1-3；所述的LED灯1-2对应设置于所述灯槽中，并通过导电胶或焊接方式与所述导电线路1-3形成电性连接；
所述的发电单元2包括依次设置的：正面玻璃2-1、正面封装胶膜2-2、电池层2-3、背面封装胶膜2-4以及背面玻璃2-5；其中：所述的电池层2-3由若干双面电池片串联或并联并通过互联条连接汇总形成，所述的LED灯1-2设置于所述电池片的上方，并对应设置于电池片间隙和互联条正上方，使所述电池片的有效发电区域位于所述LED灯1-2的投影区域外；优选的，在所述正面玻璃2-1上靠近所述正面封装胶膜2-2的一面设置有扩散层，与之相反的一面设置有光转换层；上述扩散层可以是高透光率、高散射的涂层，还可以是倒金字塔的花纹结构，扩散层的作用是将LED灯1-2发出的光线穿过正面玻璃2-1后变为大角度扩散的光，利于电池片吸收 LED灯的光线进行二次发电，提高发电单元的发电量，延长夜晚的照明时长。备注：在本发明中LED灯1-2提供的光源的光谱贴近于太阳光的光谱，使得夜晚照明时LED灯发出的光线能够同样被电池片吸收转为电能储存至储能单元中。本发明还通过设置光转换层使 LED灯1-2发出的光线经过转换后更有利于太阳能电池吸收，通过 LED灯1-2发出的光线使电池层2-3再次接受光线进行二次发电，提升利用率。
实施例2
如图1-3所示，一种具有照明功能的光伏组件，包括：发光单元1、发电单元2和储能单元(图中未示出)；所述发电单元2发出的电通过所述储能单元进行储存；所述的储能单元用于为所述发光单元1提供照明所需电能；所述的发光单元1设置于所述发电单元2的上方，且所述的发光单元1与所述发电单元2之间设置有中空间隔条3，且所述的发光单元1与所述发电单元2之间通过封装胶膜进行密封粘接，且所述封装胶膜的厚度设置为5.0mm；
所述的发光单元1包括：前玻璃1-1和若干LED灯1- 2；所述的前玻璃1-1上通过压延成型方式压制有灯槽；所述的灯槽中印刷有导电线路1-3；所述的LED灯1-2对应设置于所述灯槽中，并通过导电胶或焊接方式与所述导电线路1-3形成电性连接；
所述的发电单元2包括依次设置的：正面玻璃2-1、正面封装胶膜2-2、电池层2-3、背面封装胶膜2-4以及背面玻璃2-5；其中：所述的电池层2-3由若干双面电池片串联或并联并通过互联条连接汇总形成，所述的LED灯1-2设置于所述电池片的上方，并对应设置于电池片间隙和互联条正上方，使所述的电池片有效发电区域位于所述LED灯1-2的投影区域外；优选的，在所述正面玻璃2-1上靠近所述正面封装胶膜2-2的一面设置有扩散层，与之相反的一面设置有光转换层；上述扩散层可以是高透光率、高散射的涂层，还可以是倒金字塔的花纹结构，扩散层的作用是将LED灯1-2发出的光线穿过正面玻璃2-1后变为大角度扩散的光，利于电池片吸收 LED灯的光线进行二次发电，提高发电单元的发电量，延长夜晚的照明时长。
上述实施例2与实施例1的区别在于，发光单元1与发电单元 2之间的密封方式不同，实施例2通过一体层压密封与粘接，减少玻璃到空气的界面反射，使入射到电池片上的光线量提升(约提升 8％以上)，从而增加发电效率。
上述实施例1提供的一种具有照明功能的光伏组件的制备过程：
S1、将制备前玻璃所需原料混合均匀,在玻璃窑炉融化后,将熔制好的玻璃液经过窑口送进入成型压延机成型，通过压延成型方式在前玻璃1-1上成型带有灯槽的玻璃后，通过印刷和涂布方式在灯槽中形成导电线路1-3，然后进行固化，将LED灯1-2通过导电胶或者焊接的方式电性连接在前玻璃1-1的LED导电线路1-3上；
S2、在正面玻璃2-1上铺设正面封装材料2-2，将焊接好的电池片按串联或并联方式排布在正面封装材料2-2上，对电池片进行焊接连接成电路回路，将预留的汇流条引出，形成电池层2-3；在电池层2-3上铺设一层背面封装材料2-4；再将背面玻璃2-5盖在背面封装材料2-4上，然后进行层压，层压后即可获得发电单元 2；
S3、将发光单元1与发电单元2之间通过中空间隔条3以及涂布与中空间隔条3上的密封胶4进行封装，在四周处进行填充密封胶4对边缘进行密封与粘接；然后进行发光单元1和发电单元2引出线接线、灌胶、密封，获得该具有照明功能的光伏组件；最后将发光单元1和发电单元2与储能单元进行电性连接。
测试：
将本发明的具有照明功能的光伏组件以90°倾角安装时，其中的发电单元2的电池层同一表面按双面电池片正负极交替方式进行串或并联，来保证最优光伏组件发电效率，在该电池层2-3中双面电池片的数量为12片，电池片的效率约为22％，每片电池片的尺寸为158.75mm*158.75mm；模拟计算其发电量：
日发电量＝系统容量×峰值小时数×综合效率是
即日发电量
＝12×0.15875m×0.15875m×22％×1000W/m2×3.5h×(1-0.1)
＝0.2096kw.h(度)。式中：1000W/m2是太阳光辐照度，3.5h大约是该光伏组件接受太阳光照的有效时长，0.1是电路的损耗。
根据实际情况：40W的普通直管日照灯光通量为2400lm(流明) ，目前的LED应用到照明产品上，一般的发光效率可以达到 90lm/W，一颗LED的功率<1W，如夜间辅助照明使用，40W的 LED灯可以达到3600lm，完全可以达到照明要求。
假设，一个LED灯功率1W，40颗LED灯功率40W，每小时耗电约0.04kw.h(度)，由此可以计算出上述发电单元2一天发电量可满足发光单元5.24小时的照明。
夜晚利用储能单元输出电提供给发光单元1点亮LED灯1-2进行照明，LED灯1-2提供的光源的光谱贴近太阳光光谱，且均匀地照射在发电单元2的电池层2-3上,继续使发电单元2工作产生电能进行循环充电存储，延长照明时长。
上述为本发明的较佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。凡由本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种具有照明功能的光伏组件，其特征在于，所述的光伏组件包括：发光单元(1)、发电单元(2)和储能单元；所述的发电单元(2)发电通过所述储能单元进行储存；所述的储能单元用于为所述发光单元(1)提供照明所需电能；所述的发光单元(1)设置于所述发电单元(2)的上方；
所述的发光单元(1)包括：前玻璃(1-1)和若干LED灯(1-2)；所述的前玻璃(1-1)上设置有若干灯槽；所述的灯槽中印刷有导电线路(1-3)；所述的LED灯(1-2)对应设置于所述灯槽中，并与所述导电线路(1-3)形成电性连接；
所述的发电单元(2)包括依次设置的：正面玻璃(2-1)、正面封装胶膜(2-2)、电池层(2-3)、背面封装胶膜(2-4)以及背面玻璃(2-5)。
2.根据权利要求1所述的一种具有照明功能的光伏组件，其特征在于，通过压延成型方式在所述前玻璃(1-1)压制出所述灯槽。
3.根据权利要求1所述的一种具有照明功能的光伏组件，其特征在于，所述的发光单元(1)设置于所述发电单元(2)的上方，且所述的发光单元(1)与所述发电单元(2)之间设置有中空间隔条(3)，且在所述中空间隔条(3)上涂布有密封胶(4)进行封装。
4.根据权利要求1所述的一种具有照明功能的光伏组件，其特征在于，所述的发光单元(1)设置于所述发电单元(2)的上方，且所述的发光单元(1)与所述发电单元(2)之间通过封装胶膜进行密封粘接，且所述封装胶膜的厚度为0.5-10mm。
5.根据权利要求1所述的一种具有照明功能的光伏组件，其特征在于，所述的电池层(2-3)由若干电池片串联或并联连接形成；所述的LED灯(1-2)设置于所述电池片的上方，且所述电池片的有效发电区域位于所述LED灯(1-2)的投影区域外。
6.根据权利要求1所述的一种具有照明功能的光伏组件，其特征在于，所述的正面玻璃(2-1)上靠近所述正面封装胶膜(2-2)的一面设置有扩散层。
7.根据权利要求6所述的一种具有照明功能的光伏组件，其特征在于，所述的扩散层设置为高透光率、高散射的涂层，或者所述的扩散层设置为高散射的花纹结构；所述的花纹结构为倒金字塔结构。
8.根据权利要求6所述的一种具有照明功能的光伏组件，其特征在于，所述的正面玻璃(2-1)上还设置有光转换层，所述的光转换层设置于所述正面玻璃(2-1)上与所述扩散层相对的一面。
9.根据权利要求1所述的一种具有照明功能的光伏组件，其特征在于，在所述前玻璃(1-1)上与所述灯槽相对的一面设置有陷光结构，用于降低光线反射。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种具有照明功能的光伏组件的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、在前玻璃(1-1)上压制形成灯槽，在所述灯槽中印刷形成导电线路(1-3)，然后进行固化，将LED灯(1-2)电性连接在所述导电线路(1-3)上，形成发光单元(1)；
S2、在正面玻璃(2-1)上铺设正面封装材料(2-2)，将电池层(2-3)铺设在正面封装材料(2-2)上；在电池层(2-3)上铺设一层背面封装材料(2-4)，再将背面玻璃(2-5)盖在所述背面封装材料(2-4)上，然后进行层压，层压后获得发电单元(2)；
S3、将发光单元(1)设置于发电单元(2)的上方；然后将发光单元(1)和发电单元(2)与储能单元进行电性连接。
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