CN116435396A - 光伏背板、光伏背板的制作方法及光伏组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光伏背板、光伏背板的制作方法及光伏组件，光伏背板包括从内至外依次设置的胶膜层、内保护层、金属薄膜和外保护层，金属薄膜上开设有若干第一预制孔，胶膜层、内保护层和外保护层上开设有与第一预制孔一一对应的若干第二预制孔，第二预制孔贯穿光伏背板，第二预制孔与第一预制孔的中心相同，且第一预制孔的尺寸大于第二预制孔的尺寸；金属薄膜的尺寸小于胶膜层、内保护层和外保护层的尺寸，且金属薄膜的边缘与胶膜层、内保护层和外保护层的边缘之间具有第一间距。本发明的光伏背板、光伏背板的制作方法以及光伏组件，使金属膜缩进胶膜层和内外保护层内，以避免发生短路，提升运行安全性。

Description

光伏背板、光伏背板的制作方法及光伏组件
技术领域
本发明涉及太阳电池技术领域，更具体地涉及一种光伏背板、光伏背板的制作方法及光伏组件。
背景技术
随着经济社会的发展，电力需求越来越多，太阳能无处不在，取之不尽用之不竭，清洁无污染，是最理想最可持续的可再生能源。太阳电池直接将光能转变为电能，是太阳能利用的一种重要方式。目前太阳电池类型较多，包括晶体硅太阳电池、钙钛矿太阳电池、铜铟镓硒薄膜太阳电池、碲化镉薄膜太阳电池、砷化镓太阳电池等。由于太阳电池为多种半导体材料构成，PN结和各种镀膜易受到恶劣环境的影响，尤其是硅异质结太阳电池(HJT)和钙钛矿太阳电池(PSC)对水汽比较敏感，为了增强太阳电池抵抗恶劣环境影响的能力，增加在各种环境中使用可靠性，需要对太阳电池进行封装保护，即采用封装胶膜、玻璃、背板等封装材料，将串并联后的太阳电池封装在内部，形成保护装置，隔绝空气和水汽影响，提升太阳电池的可靠性。
光伏组件(即太阳电池组件)的封装材料，在太阳电池的入光面通常采用透光性较好的玻璃，而背光面则会采用玻璃或者光伏背板材料。背板材料由于重量较轻非常适合于屋顶等承重能力较小的应用场景。但是由于常规光伏背板材料通常为多层结构的高分子有机材料，如涂层背板、复合背板等，阻水性能较差，水汽透过率在2.5g/m2/d左右，会导致HJT和钙钛矿太阳电池等电池材料性能劣化，电池的长期可靠性受到影响。因此，在背板中添加铝膜薄层，增强背板的阻水性能，使得背板的水汽透过率可以降低3个数量级，到0.005g/m2/d左右，提升背板光伏组件的使用寿命和可靠性。
但是在铝膜背板使用过程中也出现了较多问题，影响了铝膜背板的大量使用和推广。铝膜背板是一种复合结构背板，在铝膜的背面和正面分别设置有抗老化涂层和胶膜粘接层。在铝膜背板使用过程中，需要在背板上进行打孔用于太阳电池汇流条引出，但是由于汇流条和背板中的铝膜都具有较好的导电性，汇流条很容易在背板引出线打孔处与背板中的铝膜形成短路，导致组件失效甚至出现安全事故。此外，由于铝膜背板在使用过程中需要根据组件尺寸进行切割，切割后铝膜也会在背板侧面暴露，而组件制作过程中金属边框安装于铝背板侧面，暴露的铝膜与组件金属边框会形成导电通道，造成短路，影响组件和光伏系统的运行安全。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏背板、光伏背板的制作方法以及光伏组件，使金属膜缩进胶膜层和内外保护层内，以避免发生短路，提升运行安全性。
基于上述目的，本发明一方面提供一种光伏背板，包括从内至外依次设置的胶膜层、内保护层、金属薄膜和外保护层，所述金属薄膜上开设有若干第一预制孔，所述胶膜层、所述内保护层和所述外保护层上开设有与所述第一预制孔一一对应的若干第二预制孔，所述第二预制孔贯穿所述光伏背板，所述第二预制孔与所述第一预制孔的中心相同，且所述第一预制孔的尺寸大于所述第二预制孔的尺寸；所述金属薄膜的尺寸小于所述胶膜层、所述内保护层和所述外保护层的尺寸，且所述金属薄膜的边缘与所述胶膜层、所述内保护层和所述外保护层的边缘之间具有第一间距。
进一步地，所述第一预制孔与所述第二预制孔的尺寸之差为0.01-50mm；所述第一间距为0.01-200mm。
进一步地，所述第一预制孔和所述第二预制孔为圆形、椭圆形或方形。
进一步地，所述胶膜层为单层或多层结构，所述胶膜层由POE材料、EVA材料中的一种或多种制成；所述内保护层为单层或多层结构，所述内保护层由PET材料制成；所述外保护层为单层或多层结构，所述外保护层由含氟涂层、含氟薄膜、釉质涂层、PET材料中的一种或多种制成。
进一步地，所述金属薄膜为铝薄膜、铜薄膜或不锈钢薄膜；所述金属薄膜的厚度为1-200微米。
本发明的光伏背板，根据光伏组件的版型和尺寸预制金属薄膜的图形，并在其上开设第一预制孔，胶膜层、内保护层和外保护层上则开设第二预制孔，第一预制孔的尺寸大于第二预制孔的尺寸，使得金属薄膜内缩在胶膜层和内外保护层内，避免其与金属引出线接触，降低短路风险；在背板的周侧减小金属薄膜尺寸，使其内缩进胶膜层和内外保护层内，避免其与背板周侧的金属边框连接而造成短路，从而提高光伏组件和系统的运行安全性。
本发明另一方面提供一种光伏背板的制作方法，包括步骤：
S102：在待加工金属薄膜上开设多个第一预制孔，然后裁切所述待加工金属薄膜，得到多个具有若干第一预制孔的金属薄膜；
S104：将多个金属薄膜均匀间隔铺设在待加工外保护层上，使任意相邻两个金属薄膜之间的间距为第一间距的两倍，金属薄膜的边缘与待加工外保护层的边缘的间距为第一间距，然后在多个金属薄膜上依次层叠待加工内保护层和待加工胶膜层，并使待加工外保护层、多个金属薄膜、待加工内保护层和待加工胶膜层之间相互固定成型，得到待加工光伏背板；
S106：在待加工光伏背板上开设多个第二预制孔，然后再对待加工光伏背板进行裁切，得到多个光伏背板，其中，第二预制孔的中心与第一预制孔相同，且第二预制孔的尺寸小于第一预制孔的尺寸，裁切位置为任意两个相邻的金属薄膜的边缘线之间的中心线位置。
本发明的光伏背板的制作方法，通过对大尺寸的待加工金属薄膜、待加工胶膜层、待加工外保护层和待加工内保护层进行裁切、开孔和层叠等操作，可以实现光伏背板的批量化生产，效率高，成本低。
本发明又一方面提供一种光伏组件，包括太阳电池、封装胶膜、封装玻璃、金属引出线和如上所述的光伏背板，所述封装胶膜固定在所述光伏背板的胶膜层上，所述太阳电池固定在所述封装胶膜中，所述封装玻璃固定在所述封装胶膜上，所述金属引出线的一端与所述太阳电池电连接，所述金属引出线的另一端穿过所述光伏背板的第二预制孔，并延伸至所述光伏背板外；所述光伏背板、所述封装胶膜和所述封装玻璃的边缘均被密封。
进一步地，光伏组件还包括边框和接线盒，所述边框包裹所述光伏背板、所述封装胶膜和所述封装玻璃的边缘以及所述封装玻璃和所述光伏背板的外保护层的表面，且所述边框覆盖所述外保护层的尺寸大于所述光伏背板的第一间距；所述接线盒固定在所述外保护层的外侧并覆盖所述光伏背板的第一预制孔和第二预制孔，且所述接线盒的尺寸大于所述第一预制孔的尺寸；所述金属引出线延伸至所述光伏背板外的一端位于所述接线盒中。
进一步地，所述边框覆盖所述外保护层的尺寸与所述第一间距之差大于0.01mm；所述接线盒的尺寸与所述第一预制孔的尺寸之差大于0.01mm。
进一步地，所述接线盒与所述外保护层之间以及所述边框与所述光伏背板、所述封装胶膜和所述封装玻璃之间均通过硅胶或丁基胶进行密封。
本发明的光伏组件，采用上述实施例的光伏背板，并对光伏背板、封装胶膜和封装玻璃的边缘部分进行密封，实现水汽密封隔离和电气绝缘隔离，可以明显改善金属背板的电流短路风险，降低组件水汽透过率，增强光伏组件和光伏系统的可靠性，降低组件重量，扩大光伏组件的使用场景。
附图说明
图1为根据发明实施例的光伏背板的截面图；
图2为根据本发明实施例的光伏背板的俯视图，图中实线表示胶膜层，虚线表示金属薄膜；
图3为根据本发明另一实施例的光伏背板的制作方法的流程图；
图4为根据本发明实施例的光伏背板的制作方法的多个金属薄膜的排布方式示意图；
图5为根据本发明又一实施例的光伏组件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供一种光伏背板100，包括从内至外依次设置的胶膜层110、内保护层120、金属薄膜130和外保护层140，如图2所示，金属薄膜130上开设有若干第一预制孔131，胶膜层110、内保护层120和外保护层140上开设有与第一预制孔131一一对应的若干第二预制孔150，第二预制孔150贯穿光伏背板100，以便金属引出线(电流引出线)通过；第二预制孔150和第一预制孔131同心(即中心相同)，且第一预制孔131的尺寸(例如直径)b大于第二预制孔150的尺寸a，这样，可以使金属薄膜130在第二预制孔150处内缩在胶膜层110、内保护层120和外保护层140中，避免金属薄膜130暴露在第二预制孔150处而与金属引出线接触形成短路；金属薄膜130的尺寸小于胶膜层110、内保护层120和外保护层140，且金属薄膜130的边缘与胶膜层110、内保护层120和外保护层140的边缘之间具有第一间距c，这样，在光伏背板100的四周侧面，金属薄膜130可以内缩在胶膜层110、内保护层120和外保护层140中，避免金属薄膜130暴露在光伏背板100的侧面而与金属边框接触形成短路，从而保证运行安全性。
在一些实施例中，胶膜层110可以为单层或多层结构，材料可以为乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、聚烯烃弹性体(POE)等材料中的一种或多种；内保护层120为单层或多层结构，材料可为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；外保护层140可为单层或多层结构，材料为含氟涂层、含氟薄膜、釉质涂层、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等材料中的一种或多种；金属薄膜130可以为铝薄膜、铜薄膜、不锈钢薄膜或其他任何合适的金属薄膜，金属薄膜130的厚度可以为1-200微米。
在一个示例性的实施例中，胶膜层110可由聚乙烯辛烯共弹性体(POE)材料制成，厚度可为100微米；内保护层120可由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料制成，厚度可为80微米；外保护层为厚度为10微米的氟涂层；金属薄膜130可为铝膜，厚度可为50微米。在另外一个示例性的实施例中，胶膜层110可由乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)材料制成，厚度可为100微米；金属薄膜可为不锈钢膜，厚度可为30微米；外保护层可为PVDF氟膜，厚度可为50微米。
在一些实施例中，胶膜层110、内保护层120、金属薄膜130和外保护层140的任意两层之间均可由胶黏剂黏结固定。在一些实施例中，在光伏背板100的制作过程中，会对各层进行热压操作，使得内保护层120和外保护层140之间形成凹槽，金属薄膜130则容纳在该凹槽内，而在没有金属薄膜130处(例如，第二预制孔150周围以及光伏背板100的四周边缘处)，内保护层120将与外保护层140直接粘接。
在一些实施例中，第一预制孔131和第二预制孔150可以为圆形、椭圆形、方形或其他任意合适的形状。
在一些实施例中，第一预制孔131的尺寸b与第二预制孔150的尺寸a之差可为0.01-50mm，第一间距c可为0.01-200mm。
本发明实施例的光伏背板100，使金属薄膜130在第二预制孔150和背板侧面处内缩在胶膜层110、内保护层120和外保护层140中，从而避免金属薄膜130暴露在第二预制孔150和背板侧面，防止金属薄膜130与汇流条和金属框架接触而形成短路，从而保证运行安全性。
如图3所示，本发明另一实施例提供一种光伏背板的制作方法，包括以下步骤：
S102：在待加工金属薄膜上开设多个第一预制孔131，然后裁切所述待加工金属薄膜，得到多个具有若干第一预制孔131的金属薄膜130。
待加工金属薄膜为尺寸大于光伏背板100的金属薄膜130的尺寸的膜，从中可按光伏背板100的实际尺寸裁切出多个金属薄膜130，以便完成金属薄膜130的批量加工。在制作时，可以先在待加金属薄膜上开设多个第一预制孔131，然后再按需要的尺寸裁切待加工金属薄膜，得到多个具有若干第一预制孔131的金属薄膜130。
在一些实施例中，待加工金属薄膜可以为铝薄膜、铜薄膜、不锈钢薄膜或其他任何合适的金属薄膜，待加工金属薄膜的厚度可以为1-200微米。
第一预制孔131可以为圆形、椭圆形、方形或其他任意合适的形状，其尺寸也可根据实际需要进行选择。在一个示例性的实施例中，第一预制孔131为圆形，直径为19mm。
S104：将多个金属薄膜130均匀间隔铺设在待加工外保护层上，使任意相邻两个金属薄膜130之间的间距为第一间距的两倍，金属薄膜130的边缘与待加工外保护层的边缘的间距为第一间距，然后在多个金属薄膜130上依次层叠待加工内保护层和待加工胶膜层，使待加工外保护层、多个金属薄膜130、待加工内保护层和待加工胶膜层之间相互粘接固定成型，得到待加工光伏背板。
待加工外保护层、待加工内保护层和待加工胶膜层的尺寸相同，且大于外保护层140、内保护层120和胶膜层110的尺寸，以便从其中裁切出多个外保护层140、内保护层120和胶膜层110，实现批量加工。在制作时，如图4所示，先将多个金属薄膜130铺设在待加工外保护层上，然后再将待加工内保护层铺设在多个金属薄膜130上，然后再将待加工胶膜层铺设在待加工内保护层上，完成依次层叠，然后再对其进行热压粘接，使得各层之间固定成型，得到待加工光伏背板。待加工外保护层的尺寸大于待加工金属薄膜，从而可以使多个金属薄膜130可以铺设在其上，且保证待加工外保护层的边缘超过金属薄膜130的边缘。
在一些实施例中，待加工胶膜层可以为单层或多层结构，材料可以为乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、聚烯烃弹性体(POE)等材料中的一种或多种；待加工内保护层为单层或多层结构，材料可为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；待加工外保护层可为单层或多层结构，材料为含氟涂层、含氟薄膜、釉质涂层、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等材料中的一种或多种。
在一些实施例中，第一间距可以为0.01-200mm。在一个示例性的实施例中，第一间距为1.5mm。
S106：在待加工光伏背板上开设多个第二预制孔150，然后再对待加工光伏背板进行裁切，得到多个光伏背板100，其中，第二预制孔150的中心与第一预制孔131相同，且第二预制孔150的尺寸小于第一预制孔131的尺寸，裁切位置为任意两个相邻金属薄膜130的边缘线之间的中心线位置。
第二预制孔150的形状与第一预制孔131相同。第一预制孔131和第二预制孔150的尺寸之差可根据实际需求进行选择，例如为0.01-50mm。在一个示例性的实施例中，第二预制孔150为圆形，直径为16mm，第一预制孔131和第二预制孔150的尺寸之差为3mm。
由于裁切位置位于任意两个相邻金属薄膜130的间距的中心，因此裁切得到的单个光伏背板100中，金属薄膜130与光伏背板100的侧面的间距即为第一间距。
本发明实施例的光伏背板的制作方法，通过对大尺寸的待加工金属薄膜、待加工胶膜层、待加工外保护层和待加工内保护层进行裁切、开孔和层叠等操作，可以实现光伏背板100的批量化生产，效率高，成本低。
如图5所示，本发明又一实施例提供一种光伏组件，包括太阳电池200、封装胶膜300、封装玻璃400、边框500、接线盒600、金属引出线700和上述实施例所述的光伏背板100，其中，封装胶膜300固定在光伏背板100的胶膜层110上，太阳电池200固定在封装胶膜300中，封装玻璃400固定在封装胶膜300上，边框500包裹光伏背板100、封装胶膜300和封装玻璃400形成的层叠件的边缘及部分上下表面(即封装玻璃400和光伏背板100的外保护层140的表面)，且边框500覆盖光伏背板100的外保护层140的尺寸(即边框500在外保护层上延伸的距离)d大于第一间距c；接线盒600固定在外保护层140的外侧并覆盖第一预制孔131和第二预制孔150，且接线盒600的尺寸e大于第一预制孔131的尺寸b；金属引出线700的一端位于光伏背板100外且位于接线盒600中，另一端穿过第二预制孔150并与太阳电池200电连接，从而将电流引出；边框500与光伏背板100、封装胶膜300和封装玻璃400之间以及接线盒600与外保护层140之间均采用硅胶、丁基胶等方式进行密封保护，从而实现水汽密封隔离和电气绝缘隔离，降低短路风险。
在一些实施例中，边框500覆盖外保护层140的尺寸d与第一间距c之差大于0.01mm。接线盒600的尺寸e与第一预制孔131的尺寸b之差大于0.01mm。
在一些实施例中，边框500为U型，其内壁厚度可略大于光伏背板100、封装胶膜300和封装玻璃400的厚度之和，从而使其U型槽可容纳光伏背板100、封装胶膜300和封装玻璃400，然后在其中填充硅胶、丁基胶等即可实现固定和密封。
在一些实施例中，光伏组件还可以不包括边框500和接线盒600，而是只通过硅胶、丁基胶等对光伏背板100、封装胶膜和封装玻璃400的边缘部分(包括第二预制孔150的内边缘部分)进行密封，以实现无金属薄膜130部分的水汽密封隔离和电气绝缘隔离。此时，金属引出线700一端与太阳电池200电连接，另一端则穿过第二预制孔150，位于光伏背板100外侧，以将电流引出。
本发明实施例的光伏组件，采用上述实施例的光伏背板100，并对光伏背板100、封装胶膜和封装玻璃400的边缘部分进行密封，实现水汽密封隔离和电气绝缘隔离，可以明显改善金属背板的电流短路风险，降低组件水汽透过率，增强光伏组件和光伏系统的可靠性，降低组件重量，扩大光伏组件的使用场景。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种光伏背板，其特征在于，包括从内至外依次设置的胶膜层、内保护层、金属薄膜和外保护层，所述金属薄膜上开设有若干第一预制孔，所述胶膜层、所述内保护层和所述外保护层上开设有与所述第一预制孔一一对应的若干第二预制孔，所述第二预制孔贯穿所述光伏背板，所述第二预制孔与所述第一预制孔的中心相同，且所述第一预制孔的尺寸大于所述第二预制孔的尺寸；所述金属薄膜的尺寸小于所述胶膜层、所述内保护层和所述外保护层的尺寸，且所述金属薄膜的边缘与所述胶膜层、所述内保护层和所述外保护层的边缘之间具有第一间距。
2.根据权利要求1所述的光伏背板，其特征在于，所述第一预制孔与所述第二预制孔的尺寸之差为0.01-50mm；所述第一间距为0.01-200mm。
3.根据权利要求1所述的光伏背板，其特征在于，所述第一预制孔和所述第二预制孔为圆形、椭圆形或方形。
4.根据权利要求1所述的光伏背板，其特征在于，所述胶膜层为单层或多层结构，所述胶膜层由POE材料、EVA材料中的一种或多种制成；所述内保护层为单层或多层结构，所述内保护层由PET材料制成；所述外保护层为单层或多层结构，所述外保护层由含氟涂层、含氟薄膜、釉质涂层、PET材料中的一种或多种制成。
5.根据权利要求1所述的光伏背板，其特征在于，所述金属薄膜为铝薄膜、铜薄膜或不锈钢薄膜；所述金属薄膜的厚度为1-200微米。
6.一种光伏背板的制作方法，其特征在于，包括步骤：
S102：在待加工金属薄膜上开设多个第一预制孔，然后裁切所述待加工金属薄膜，得到多个具有若干第一预制孔的金属薄膜；
S104：将多个金属薄膜均匀间隔铺设在待加工外保护层上，使任意相邻两个金属薄膜之间的间距为第一间距的两倍，金属薄膜的边缘与待加工外保护层的边缘的间距为第一间距，然后在多个金属薄膜上依次层叠待加工内保护层和待加工胶膜层，并使待加工外保护层、多个金属薄膜、待加工内保护层和待加工胶膜层之间相互固定成型，得到待加工光伏背板；
S106：在待加工光伏背板上开设多个第二预制孔，然后再对待加工光伏背板进行裁切，得到多个光伏背板，其中，第二预制孔的中心与第一预制孔相同，且第二预制孔的尺寸小于第一预制孔的尺寸，裁切位置为任意两个相邻的金属薄膜的边缘线之间的中心线位置。
7.一种光伏组件，其特征在于，包括太阳电池、封装胶膜、封装玻璃、金属引出线和如权利要求1-5任一项所述的光伏背板，所述封装胶膜固定在所述光伏背板的胶膜层上，所述太阳电池固定在所述封装胶膜中，所述封装玻璃固定在所述封装胶膜上，所述金属引出线的一端与所述太阳电池电连接，所述金属引出线的另一端穿过所述光伏背板的第二预制孔，并延伸至所述光伏背板外；所述光伏背板、所述封装胶膜和所述封装玻璃的边缘均被密封。
8.根据权利要求7所述的光伏组件，其特征在于，还包括边框和接线盒，所述边框包裹所述光伏背板、所述封装胶膜和所述封装玻璃的边缘以及所述封装玻璃和所述光伏背板的外保护层的表面，且所述边框覆盖所述外保护层的尺寸大于所述光伏背板的第一间距；所述接线盒固定在所述外保护层的外侧并覆盖所述光伏背板的第一预制孔和第二预制孔，且所述接线盒的尺寸大于所述第一预制孔的尺寸；所述金属引出线延伸至所述光伏背板外的一端位于所述接线盒中。
9.根据权利要求8所述的光伏组件，其特征在于，所述边框覆盖所述外保护层的尺寸与所述第一间距之差大于0.01mm；所述接线盒的尺寸与所述第一预制孔的尺寸之差大于0.01mm。
10.根据权利要求8所述的光伏组件，其特征在于，所述接线盒与所述外保护层之间以及所述边框与所述光伏背板、所述封装胶膜和所述封装玻璃之间均通过硅胶或丁基胶进行密封。
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