CN116314408A - 一种轻型光伏真空玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻型光伏真空玻璃，包括真空玻璃和轻质光伏组件，在薄膜电池背板层一侧嵌上光伏薄膜型电池，在电池两侧用PVB分别和聚合物多层膜、薄膜电池背板层进行层压，聚合物多层膜起到普通光伏真空玻璃的外层钢化玻璃的作用，这种聚合物多层膜可以有抗反射、紫外线和高透过率的功能，取代光伏玻璃外侧钢化浮法玻璃和抗反射镀膜的作用，解决普通光伏真空玻璃因多层结构导致不好安装和运输的问题。可以大大减轻光伏真空玻璃的重量，并且可以通过增加真空玻璃的层数大大降低光伏真空玻璃的U值，使组件既有极低U值又不会有很重的重量。本发明使用、应用范围广、隔热隔音性能好、节能环保、轻便。
Description
技术领域
本发明涉及一种轻型光伏真空玻璃。
背景技术
光伏真空玻璃以其独特的隔热、自发电、隔音等优点，在建筑和汽车应用中显示出非凡的节能潜力，近年来受到越来越多的关注。光伏玻璃和真空玻璃结合就是为了利用真空玻璃的隔音、隔热效果，让光伏玻璃的效率可以提高，使光伏组件的应用领域逐渐从单一的地面电站、屋顶分布式电站扩展到交通、汽车、船舶。轻量化是制约光伏真空玻璃应用的主要因素之一。虽然各种多层光伏真空玻璃的隔热、隔音、发电性能很好，但多层玻璃结合的高成本和多层玻璃的高重量阻碍了其商业应用和场景应用。正常情况下，玻璃光伏组件的玻璃重量占整个光伏组件的70%左右。因此，对于光伏真空玻璃因其多层玻璃结构导致制作成本高、应用范围小，本发明提出一种光伏真空玻璃，将光伏真空玻璃的光伏电池外层覆盖玻璃通过聚合物多层膜、背板材料替代，这种方式可以有效解决真空光伏玻璃组件的重量问题。
发明内容
本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种轻型光伏真空玻璃。
本发明所采用的技术方案有：
一种轻型光伏真空玻璃，包括
真空玻璃，所述真空玻璃包括钢化玻璃和支撑柱，两块钢化玻璃之间通过支撑柱撑开并形成真空腔，在两钢化玻璃之间涂上密封材料并形成密封层，由此形成对真空腔四周的密封，在两钢化玻璃的内端面上均涂有降低辐射传热的涂层；
轻质光伏组件，所述轻质光伏组件包括层压板、PVB夹胶、薄膜太阳能电池、聚合物多层膜和侧边接线盒，层压板与薄膜太阳能电池之间，以及薄膜太阳能电池与聚合物多层膜之间均设有PVB夹胶，真空玻璃中一侧钢化玻璃与层压板之间设置EVA夹胶，薄膜太阳能电池与侧边接线盒相连。
进一步地，所述层压板包括由从里到外分层布置外板和内板，所述外板和内板之间设有EVA夹胶。
进一步地，所述外板为环氧树脂玻璃刚性布板，或者外板的材质采用碳纤维增强聚合物或者聚氟乙烯基板。
进一步地，所述内板的材质为乙烯三氟氯乙烯共聚物。
进一步地，所述聚合物多层膜由聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯交替叠加构成。
进一步地，所述钢化玻璃的厚度为4mm，真空腔的内部压力应该为1-10pa，真空间隙为0.4mm。
进一步地，所述钢化玻璃内端面上的涂层材质为氧化铟或氧化镉锡或氧化铟锡或采用物理气相沉积法生产的ZnS/Ag/ZnS涂层。
进一步地，形成密封层的密封材料为V2O5–TeO2–Bi2O3、V2O5–B2O3–TeO2、V2O5–P2O5–TeO2、TeO2–V2O5–CuO中的一种。
进一步地，所述支撑柱的材质为不锈钢或者气凝胶，支撑柱极限抗压强度大于100Mpa, 横截面形状为圆形，直径为3mm，排列方式为正方形排布，各个支撑柱之间的布放间距为60mm。
本发明通过聚合物多层膜代替普通光伏真空玻璃最外层钢化玻璃和抗反射薄膜的作用，使本发明的光伏真空玻璃比普通的少一层玻璃。同时，采用聚合物多层膜作为前覆盖层，因为聚合物多层膜具有良好的柔韧性，可以很好地附着在物体表面，因此光伏组件可以省去铝框架，并且光伏电池后面用特殊的背板材料，从而制备出轻型光伏真空玻璃。与钢化玻璃作为覆盖层和保护层的传统光伏真空玻璃相比，这种设计的组件重量可大大降低，改善了光伏真空玻璃因为层数多而笨重的弊端。使光伏真空玻璃可以应用于更多的领域，不止应用于幕墙建筑上，还可以应用于汽车交通领域上。
这种新型的覆盖薄膜是由聚碳酸酯(PC)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)组成的聚合物多层膜，聚合物多层膜（PMF）只反射紫外波段，而其他波长波段可以被光伏电池吸收。并且，该PMF的耐光老化性能适合户外长期部署，制造这种薄膜所需的材料和工艺适合大规模生产，在保证太阳能转化效率的前提下，减轻重量将大大扩展光伏组件的使用场景。众所周知，光伏电池与PV组件边缘之间存在一些间隙。这个缝隙部分的光伏模具背面会受到阳光的照射，采用对紫外波段高反射的PMF作为覆盖层，有助于延长背板的使用寿命。同时，采用PMF作为薄膜型光伏真空玻璃的覆盖层，使这种光伏真空玻璃比普通的轻了许多，让这种新型光伏真空玻璃可以应用于许多领域，比如可以紧紧附着在光伏汽车的车顶和光伏船的甲板上。由此产生的有益效果为：
1、使用寿命长：光伏真空玻璃中的光伏电池会受紫外线的影响导致光伏电池寿命降低，本发明中使用的聚合物多层膜所用的材料PC和PMMA都有较强的抗紫外线的能力，并且聚合物多层膜通过多层共挤工艺，使这两种材料周期性的交替层压在一起，因为PC和PMMA的折射率不同，通过多层光学干涉的物理原理和合理的厚度设计，在层与层之间的界面处选择性地反射紫外线，所以提高了聚合物多层膜的抗紫外线性能。紫外线被反射出去而不是像普通光伏玻璃一样紫外线被吸收，从而可以延长组件的使用寿命。
2、安全可靠：真空玻璃采用的是钢化玻璃，轻质光伏组件的前后材料都是采用的抗压强度、抗拉强度较高的高分子聚合材料，并且聚合物多层膜具有良好的半柔韧性，可以贴在建筑或其他应用场景上，这种安装方式大大增强了光伏真空玻璃的刚性，同时真空柱也是使用的抗压强度高的不锈钢支撑柱，提高了使用的安全性和可靠性。
3、应用范围广：这种光伏真空玻璃有发电、隔热、隔音、轻便、易安装等性能，是很优异的节能光伏玻璃组件，可以在汽车、建筑、各种玻璃幕墙领域大量使用。比如对于普通光伏玻璃不能应用的光伏汽车、光伏船上，本发明的光伏真空玻璃因为重量轻，不会导致汽车或船只负载过重，所以就可以使用。
4、隔热隔音性能好：本发明的光伏真空玻璃含有真空层和真空腔内两层都有的低发射率涂层，比普通的光伏真空玻璃有更低的传热系数和更好的隔音效果。
5、发电效率高：通过适当调节PMF的高折射率层和低折射率层，使其具有优异的抗紫外线和高透过率性能。一些波长的光被强烈反射，而另一些波长的光则通过薄膜传播，对光伏电池所需要的波长范围内的太阳光有较强的透过率，发电效率高。
6、成本低：本发明的聚合物多层膜中的聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料都比玻璃的成本低，所以制造出的光伏真空玻璃比普通的要低。并且制造这种聚合物多层膜所需的材料和工艺适合大规模生产，从而使成本降低。
附图说明
图1为本发明结构图。
图2为真空玻璃的结构图。
图3为轻质光伏组件的结构图。
图4为真空玻璃与轻质光伏组件的连接结构图。
实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1至图4，本发明一种轻型光伏真空玻璃，包括真空玻璃和轻质光伏组件。
如图2，真空玻璃包括钢化玻璃1a和支撑柱3，两块钢化玻璃1a之间通过支撑柱3撑开并形成真空腔，在两钢化玻璃1a之间涂上密封材料并形成密封层4，由此形成对真空腔四周的密封，在两钢化玻璃1a的内端面上均涂有降低辐射传热的涂层。
真空玻璃内部有低表面发射率low-e涂层，并且真空玻璃内部的真空腔两面都有涂层,起到降低辐射传热的作用。
钢化玻璃1a的厚度为4mm，使用钢化玻璃可以增加柱的分离，从而减少通过柱阵列的热传导。真空玻璃内真空空腔的内部压力应该为1-10pa，真空间隙为0.4mm，保证隔热隔音效果。
真空玻璃因为内部涂覆着low-e涂层，所以密封材料应该采用低熔点玻璃密封材料，并在较低的温度(360℃-420℃)下实现真空玻璃的封接。
真空玻璃内真空空腔的支撑柱为不锈钢材料，支撑柱极限抗压强度应该大于100Mpa,弥补本发明中因取消了两块玻璃而可能带来的整体机械强度小的问题。
支撑柱横截面形状为圆形，直径为3mm，排列方式为正方形排布，各个支撑柱之间的布放间距为60mm,支撑柱的这种几何分布可以保证通过真空腔所传导的热通量较少，光伏真空玻璃的整体隔热性能更好。
支撑柱还可以用气凝胶材料，使用气凝胶材料支撑柱可以起到增强真空玻璃隔热效果的作用，对于一些对隔热效果有很大要求的场景和建筑，使用气凝胶支撑柱可以显著降低柱间传导的热量。
钢化玻璃1a内端面上的涂层材质为氧化锡,也可用下列透明半导体材料：氧化铟、氧化镉锡和氧化铟锡，还有采用物理气相沉积法生产的ZnS/Ag/ZnS涂层也可用于本发明。
形成密封层4的密封材料为V2O5–TeO2–Bi2O33、V2O5–B2O3–TeO2、V2O5–P2O5–TeO2、TeO2–V2O5–CuO中的一种，使用该类材料制备的真空玻璃平均抗剪强度可达4.31 MPa，具有317.3℃的超低转变温度和124.9 × 10−7/℃的较低热膨胀系数，生成的低熔点玻璃与钢化玻璃之间的复合部分可以提高真空腔内低辐射涂层镀膜的粘结强度。
如图3，轻质光伏组件的厚度为8mm，包括层压板、PVB夹胶7、薄膜太阳能电池8、聚合物多层膜9和侧边接线盒10，层压板与薄膜太阳能电池8之间，以及薄膜太阳能电池8与聚合物多层膜9之间均设有PVB夹胶7，真空玻璃中一侧钢化玻璃1a与层压板之间设置EVA夹胶，接线盒连接薄膜光伏电池，将电池因光伏效应产生的电能输送到外部。
层压板由三部分组成，由从里到外分层布置的外板6a、EVA夹胶和内板6c，
外板6a采用环氧树脂玻璃刚性布（EPGC），可以由下列材料替代:碳纤维增强聚合物(CFRP)、聚氟乙烯基板（PVF）。环氧树脂玻璃刚性布由无碱玻璃布浸以环氧树脂，经热压而成，具有较高的力学性能和电气性能，热态机械强度保持率高。垂直层向弯曲强度大于250 MPa，冲击强度大于37GB。所以用于和真空玻璃相连接的部分，可以提供很高的强度和刚性，使整体结构在安装和运输时保持良好。
环氧树脂玻璃刚性布可以由碳纤维增强聚合物、聚氟乙烯基板替代。这两种材料替代制成的层压板可以达到本发明中轻型光伏真空玻璃的机械强度和性能要求。其中碳纤维增强聚合物以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以碳或石墨化的树脂作为基体，是良好的轻量化材料。具有较高的比强度、比刚性，优异的力学性能和热物理性能，轻量化效果十分明显。聚氟乙烯基板由氟和氟碳分子的共聚体挤压而成，比任何聚合物具有更大的化学结合力和结构稳定性。高透明度、高电绝缘性能、高坚韧性、优良耐化学品、抗老化和耐腐蚀性能。使用聚氟乙烯基板可以使轻质光伏组件对日照、化学溶剂、酸碱腐蚀、湿气和氧化作用的抵抗力和耐久性显著提高。
内板6c采用乙烯三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）组成。与薄膜太阳能电池8相连接的是内板6c（即乙烯三氟氯乙烯共聚物），这种乙烯三氟氯乙烯共聚物半成品膜强度、耐磨性、抗蠕变性高，在室温和高温下耐大多数腐蚀性化学品和有机溶剂，并且介电常数低，在很宽的温度和频率范围内性能稳定。抗环境应力开裂大于96hr，抗张强度19.3MPa。用这种材料可防止薄膜电池被环境侵蚀，起到隔离的作用，使薄膜电池有更长的使用寿命，所以用于离薄膜电池更近的部位。
其中通过层压EPGC和ECTFE这两种材料而制成层压板，中间的层压材料是EVA夹胶材料，使其具有半柔性和刚性，可以更好的保护光伏电池且和真空玻璃进行联接。
薄膜太阳能电池8被PVB夹胶7包覆着，薄膜太阳能电池8可以为下列的一种：硅基薄膜太阳能电池（a-Si）、铜铟镓硒薄膜太阳能电池（CIGS）、碲化镉薄膜太阳能电池（CdTe）、有机薄膜太阳能电池、钙钛矿薄膜太阳能电池。
薄膜太阳能电池8和层压板、聚合物多层膜9之间均通过聚乙烯醇缩丁醛酯（PVB）夹胶7进行压和联接。
聚合物多层膜9（PMF）由聚碳酸酯(PC)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)交替叠加构成，使这种聚合物多层膜有一定的太阳光透射能力和抗紫外线能力，在320-400nm具有优异的反射率(R>90%)，在420-1200 nm具有较高的透过率(T>90%)，可以很好地满足光伏电池对光的需求，从而提升组件的转换效率和输出功率，并且优异的抗紫外线能力可以延长这种光伏真空玻璃的使用寿命。
聚合物多层膜中的材料可以由下列材料替代：聚四氟乙烯（PTFE）/氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚偏二氟乙烯（PVDF）/聚氟乙烯基板（PVF）、乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）/聚四氟乙烯（PTFE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)
钢化玻璃1a与外板6a通过EVA夹胶5层压，形成轻型光伏真空玻璃，将真空玻璃的隔热隔音功能和光伏组件的自发电、节能环保功能结合起来，并且形成的光伏真空玻璃重量轻、结构简洁，易于安装，扩展了应用场景。
传统的光伏玻璃存在于一个铝框架中，该框架包含两块钢化玻璃。光伏玻璃和真空玻璃结合可以达到隔热、隔音、并且光伏电池在工作时产生的热量不会传导到建筑和场景内部。但是这也导致了光伏真空玻璃这种结构包含了多层玻璃，普通的光伏真空玻璃一般含有三到四块玻璃，这导致了光伏真空玻璃笨重不好安装、成本高，限制了它的应用。本发明的轻型光伏真空玻璃把普通光伏玻璃的两块钢化玻璃替换为薄膜型材料和层压板，制成的光伏真空玻璃少了两块玻璃，大大减轻了重量，在保证太阳能转化效率的前提下，减轻重量将大大扩展光伏组件的使用场景。采用聚合物多层膜作为光伏组件的覆盖层，具有良好的半柔韧性，可以紧紧附着在光伏汽车的车顶、光伏船的甲板和建筑幕墙上，这种安装方式可以解决光伏组件刚性不足的问题。该发明还在真空玻璃内部涂覆两层低发射率涂层，降低了光伏真空玻璃的辐射传热。真空玻璃封边材料使用无铅的低熔点玻璃材料，降低制作过程对环境和人体产生的危害。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域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作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种轻型光伏真空玻璃，其特征在于：包括
真空玻璃，所述真空玻璃包括钢化玻璃（1a）和支撑柱（3），两块钢化玻璃（1a）之间通过支撑柱（3）撑开并形成真空腔，在两钢化玻璃（1a）之间涂上密封材料并形成密封层（4），由此形成对真空腔四周的密封，在两钢化玻璃（1a）的内端面上均涂有降低辐射传热的涂层；
轻质光伏组件，所述轻质光伏组件包括层压板、PVB夹胶（7）、薄膜太阳能电池（8）、聚合物多层膜（9）和侧边接线盒（10），
层压板与薄膜太阳能电池（8）之间，以及薄膜太阳能电池（8）与聚合物多层膜（9）之间均设有PVB夹胶（7），真空玻璃中一侧钢化玻璃（1a）与层压板之间设置EVA夹胶，薄膜太阳能电池（8）与侧边接线盒（10）相连。
2.如权利要求1所述的轻型光伏真空玻璃，其特征在于：所述层压板包括由从里到外分层布置外板（6a）和内板（6c），所述外板（6a）和内板（6c）之间设有EVA夹胶。
3.如权利要求2所述的轻型光伏真空玻璃，其特征在于：所述外板（6a）为环氧树脂玻璃刚性布板，或者外板（6a）的材质采用碳纤维增强聚合物或者聚氟乙烯基板。
4.如权利要求2所述的轻型光伏真空玻璃，其特征在于：所述内板（6c）的材质为乙烯三氟氯乙烯共聚物。
5.如权利要求1所述的轻型光伏真空玻璃，其特征在于：所述聚合物多层膜（9）由聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯交替叠加构成。
6.如权利要求1所述的轻型光伏真空玻璃，其特征在于：所述钢化玻璃（1a）的厚度为4mm，真空腔的内部压力应该为1-10pa，真空间隙为0.4mm。
7.如权利要求1所述的轻型光伏真空玻璃，其特征在于：所述钢化玻璃（1a）内端面上的涂层材质为氧化铟或氧化镉锡或氧化铟锡或采用物理气相沉积法生产的ZnS/Ag/ZnS涂层。
8.如权利要求1所述的轻型光伏真空玻璃，其特征在于：形成密封层（4）的密封材料为V2O5–TeO2–Bi2O3、V2O5–B2O3–TeO2、V2O5–P2O5–TeO2、TeO2–V2O5–CuO中的一种。
9.如权利要求1所述的轻型光伏真空玻璃，其特征在于：所述支撑柱（3）的材质为不锈钢或者气凝胶，支撑柱极限抗压强度大于100Mpa, 横截面形状为圆形，直径为3mm，排列方式为正方形排布，各个支撑柱之间的布放间距为60mm。
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