CN202332866U - 太阳能光伏发电组件 - Google Patents

太阳能光伏发电组件 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种太阳能光伏发电组件,包括:太阳能电池板组件,所述太阳能电池板组件包括前表面和后表面,所述前表面为太阳光入射表面;以及覆盖在太阳能电池板组件的前表面上的光选择性膜。通过光选择性膜对入射太阳光的选择性反射、吸收和透过,使有利于光伏发电的光谱到达太阳能电池板组件的光伏发电组件进行发电,而不利于光伏发电的光谱则不能到达太阳能电池板组件,从而有利于降低太阳能电池板组件的温度,提高光伏发电效率。

Description

太阳能光伏发电组件
技术领域
本实用新型涉及太阳能光伏发电技术,尤其涉及一种能够提高太阳能光伏发电效率的太阳能光伏发电组件。
背景技术
随着人类对能源利用的需求不断增长,太阳能作为一种可再生及清洁能源,其开发利用已经得到越来越多的重视。利用太阳能来发电是一种常见的利用太阳能的方式。太阳能光伏发电经常用于光伏建筑一体化系统中。
光伏建筑一体化系统是一种以太阳光为能量输入端,以建筑为作用对象、以光伏发电为实现方式的一种可再生及清洁能源利用、未来绿色建筑节能的新型能源利用系统。作为光伏建筑一体化系统的核心即光伏发电技术直接影响着太阳能利用的程度和发展趋势,直接关系到太阳能是否可作为一种成熟的、高效的、可推广的新型能源应用于社会日常生活中去。
光伏发电的核心设备则是光伏组件,其是由钢化玻璃将P-N结夹胶而成,然而目前光伏发电过程中面临如下难题:1、随着光伏发电过程的进行,有近80%的太阳能以热量的形式产生,这就造成了光伏板背板温度升高,光伏发电效率的降低;2、采用液冷或空冷方式对光伏板进行冷却将大大增加设备的成本,系统结构及管路连接较为复杂,体积及重量较大,对挂载件及支架的承载能力要求较高,安装难度较高,所带来的系统复杂性和风险性增强;3、现有光伏发电技术中未充分考虑太阳能量转换效率损失,尤其是反射损失等方面的问题,大量的可用波长的太阳光谱被反射损失掉,而产热却无益于光伏发电的光谱被光伏组件吸收,而使光伏组件的温度升高,能量转换效率低。
另外,已知有部分现有技术考虑了对太阳光谱的选择性利用。如CN101520520A设备中涉及增透膜结构,但其只是作为光学设备(照相机)的光谱过滤的增透膜,并非用于光伏电池中提高光伏发电效率,且只能采用在线镀膜方式在照相机的生产线上完成镀膜。CN100468782C在光伏盖板上表面采用选择性涂层以过滤部分光谱,提高光伏发电效率,CN1818499A设备中也涉及类似结构,但二者均存在如下问题:1、在钢化玻璃上表面上涂层,则由于紫外线对涂层的破坏,使其抗老化能力下降,寿命减少,且容易磨损,最终影响光伏发电效率;2、涂层仅为单一材料,其对可利用波长的增透作用不明显。CN101533861A提到了覆盖在光伏组件的上表面上的三层膜结构,其是应用于III-V族化合物太阳电池,也存在上述的易被紫外线破坏、寿命短、易破损等问题,且此结构对光伏的过滤作用不明显,尤其是小区间内波长的反射过滤较差。
实用新型内容
本实用新型致力于解决上述现有技术中的至少一个问题,提高光伏发电效率,简化光伏发电设备结构。
根据本实用新型,提出一种太阳能光伏发电组件,包括:太阳能电池板组件,所述太阳能电池板组件包括前表面和后表面,所述前表面为太阳光入射表面;覆盖在太阳能电池板组件的前表面上的光选择性膜,其中,所述光选择性膜包括对入射太阳光进行选择性反射、吸收和透过的多层膜。
根据本实用新型的一个实施例的太阳能光伏发电组件,其中,所述光选择性膜包括至少一层二氧化硅气凝胶层。
根据本实用新型的一个实施例的太阳能光伏发电组件,其中,所述光选择性膜包括至少一层二氧化硅气凝胶层和用于连接至太阳能电池板组件的前表面的基层。
根据本实用新型的一个实施例的太阳能光伏发电组件,其中,所述光选择性膜包括至少一层二氧化硅气凝胶层、中间层和基层,其中所述基层与太阳能电池板组件的前表面连接,所述中间层位于所述至少一层二氧化硅气凝胶层和所述基层之间。
根据本实用新型的一个实施例的太阳能光伏发电组件,其中,所述光选择性膜顺次包括二氧化硅气凝胶层、氧化锆中间层和氧化铝基层,其中所述氧化铝基层与太阳能电池板组件的前表面连接。
根据本实用新型的一个实施例的太阳能光伏发电组件,其中,所述光选择性膜顺次包括二氧化硅气凝胶层、氟化镁中间层和氧化铝基层,其中所述氧化铝基层与太阳能电池板组件的前表面连接。
根据本实用新型的一个实施例的太阳能光伏发电组件,其中,所述光选择性膜顺次包括二氧化硅气凝胶层、氧化锆中间层和PE(聚乙烯)基层,其中所述PE基层与太阳能电池板组件的前表面连接。
根据本实用新型的一个实施例的太阳能光伏发电组件,其中,所述光选择性膜顺次包括二氧化硅气凝胶层、氟化镁中间层和PE基层,其中所述PE基层与太阳能电池板组件的前表面连接。
根据本实用新型的一个实施例的太阳能光伏发电组件,其中,所述二氧化硅气凝胶层的层数为1-7层。
根据本实用新型的一个实施例的太阳能光伏发电组件,其中,所述二氧化硅气凝胶层的层数为3-5层。
根据本实用新型的一个实施例的太阳能光伏发电组件,其中,所述太阳能电池板组件包括两层钢化玻璃盖板和夹在两层钢化玻璃盖板中间的光伏发电装置,所述光伏发电装置通过粘结剂与两层钢化玻璃盖板连接在一起。
根据本实用新型的一个实施例的太阳能光伏发电组件,其中,所述太阳能电池板组件的前表面处的钢化玻璃盖板为钢化超白玻璃盖板。
根据本实用新型的一个实施例的太阳能光伏发电组件,其中,所述光伏发电装置为单晶硅、多晶硅或非晶硅PN结组件。
根据本实用新型的一个实施例的太阳能光伏发电组件,其中,所述粘接剂为PVB(聚乙烯醇缩丁醛)或EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)夹胶。
本实用新型通过在太阳能电池板组件的光入射表面上附加光选择性膜,通过光选择膜的选择性反射、吸收和透过作用将产热且无益于光伏发电的波长范围内的太阳光谱反射出去或吸收,而将有利于光伏发电的波长范围内的太阳光谱保留下来并增透照射到太阳能电池板组件上,因此一方面无需冷却装置即可降低光伏板温度,另一方面提高了有用光谱的利用率,从而从总体上提高光伏发电的效率,降低辅助设备成本,简化光伏发电系统结构。
另外,本实用新型采用特定的多层膜结构,因此能够提高光选择性膜的总体抗老化和抗磨损能力,提高膜的寿命,并且,通过多层膜的逐层选择性反射、吸收和透过作用,能够增强波长选择和过滤作用,提高光伏发电效率。
为了使本实用新型的目的、特征及优点能更加明显易懂,下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
附图说明
图1是根据本实用新型的一个实施例的太阳能光伏发电组件的结构示意图。
图2为图1所示的太阳能光伏发电组件中的光选择性膜的一个示例的结构示意图。
图3为图1所示的太阳能光伏发电组件中的光选择性膜的另一示例的结构示意图。
图4为图1所示的太阳能光伏发电组件中的光选择性膜的另一示例的结构示意图。
图5为图1所示的太阳能光伏发电组件中的光选择性膜的另一示例的结构示意图。
具体实施方式
以下仅通过例子说明本实用新型的具体实施方式,具体实施例并非用于限制本实用新型。本实用新型亦可通过其它不同的方式加以施行或应用,本说明书中的各项细节可在不背离本实用新型的总体构思的情况下进行各种调整与变更。再者,附图仅以示意方式说明本实用新型的基本构想,故图示不一定按比例绘制,并且图示中仅显示与本实用新型有关的部件,但显然本实用新型可根据实际应用包括其它的部件。在各视图中,相同的附图标记表示相同或类似的部件。
总的来说,本实用新型是在现有光伏发电技术的基础上,根据不同材料的光伏发电装置对不同太阳光谱的利用情况,利用在线或离线镀膜技术在太阳能电池板组件的外表面镀膜,该膜是一种光谱选择性膜,通过多层膜的选择性反射、吸收和透过作用将光伏发电无法利用并影响光伏发电效率的波长范围内的光谱(例如,超过光伏电池禁带宽度的光线,如远红外线及部分紫外线)反射出去或吸收,只将不影响光伏发电(如硅电池的响应光谱,420至1100纳米范围内)的太阳光谱保留下来并增透照射到光伏发电的P-N结上,从而无需光伏组件冷却装置即可降低光伏板温度,因此能够以较小的成本和代价,获得较高的光伏发电效率。
如图1所示,根据本实用新型的一个实施例的太阳能光伏发电组件包括太阳能电池板组件1,所述太阳能电池板组件1包括前表面11和后表面12,所述前表面11为太阳光入射表面,其上覆盖着光选择性膜2。如图2和3所示,光选择性膜2包括对入射太阳光进行选择性反射、吸收和透过的多层膜,从而通过多层膜的逐层选择性反射、吸收和透过,使有利于光伏发电的波长范围内的光谱透过多层膜到达太阳能电池板组件1,用于进行光伏发电,而不利于光伏发电的波长范围内的光谱则大部分被反射出去,少量在光选择性膜中以热量形式被吸收并通过与环境作用散发掉,最终不会到达太阳能电池板组件1,从而避免使太阳能电池板组件1产热,影响光电转换效率,或产生其它不利影响。
如图1所示,根据一个实施例的太阳能电池板组件1包括在前表面11处的前钢化玻璃盖板3和在后表面12处的后钢化玻璃盖板4。前钢化玻璃盖板3可采用钢化超白玻璃。光伏发电装置5夹在前钢化玻璃盖板3和后钢化玻璃盖板4之间,通过粘结剂6与两层钢化玻璃盖板连接在一起。钢化玻璃盖板主要用于增加光伏组件强度,支撑光伏组件,光线可透过前面的钢化超白玻璃照射在光伏发电组件P-N结上,以进行太阳能光伏发电。
粘结剂6例如可采用PVB或EVA夹胶。PVB或EVA夹胶作用是为了将光伏发电P-N结两侧粘结到前后钢化玻璃上,使整个光伏发电组件成为一体,同时其具有导热绝缘作用,可将热量及时从光伏发电件中导出,又可避免漏电问题。该夹胶应具有较高的耐老化性能,可避免长时间光线照射产生脱落得问题。这里,EVA是一种热熔胶,以乙烯和醋酸乙烯在高压下共聚而成的树脂为基本树脂,具有良好的缓冲、抗震、隔热、防潮、抗化学腐蚀等优点,且无毒、不吸水。可采用真空层压法,通过层压机在真空条件下对EVA进行加热加压,实现EVA的固化,达到对太阳电池密封的目的。PVB是由聚乙烯醇缩丁醛树脂经增塑剂DHA(二酸二正己酯)塑化挤压而成型的一种高分子材料。
根据一个实施例,光伏发电装置5可以为单晶硅、多晶硅或非晶硅PN结组件,其利用太阳光子产生光生伏打效应而进行发电,并通过预设在一端的导线将产生的电压输出。对于硅基光伏发电装置,其可利用的太阳光谱的波书馆长范围大致在420-1100纳米的范围内。因此,对于此种硅基光伏发电装置,透过光选择性膜2的太阳光谱的波长应保证在大约420-大约1100纳米的范围内。
根据本实用新型的一个实施例,光选择性膜2包括至少一层二氧化硅气凝胶层。
根据本实用新型的一个实施例,光选择性膜2包括至少一层二氧化硅气凝胶层和用于连接至太阳能电池板组件的前表面的基层。
根据本实用新型的一个实施例,光选择性膜2包括至少一层二氧化硅气凝胶层、中间层和基层,其中所述基层与太阳能电池板组件的前表面连接,所述中间层位于所述至少一层二氧化硅气凝胶层和所述基层之间。
图2-5示出了光选择性膜的一些具体示例。如图2所示,光选择性膜2顺次包括9层二氧化硅气凝胶层7、1层氧化锆中间层8和1层氧化铝基层9,其中所述氧化铝基层9与太阳能电池板组件的前表面11连接。
如图3所示,光选择性膜2顺次包括5层二氧化硅气凝胶层7、1层氧化锆中间层8和1层聚乙烯(PE)基层9’,其中PE基层9’与太阳能电池板组件1的前表面11连接。
如图4所示,光选择性膜2顺次包括7层二氧化硅气凝胶层7、1层氟化镁中间层8’和1层氧化铝基层9,其中所述氧化铝基层9与太阳能电池板组件的前表面11连接。
如图5所示,光选择性膜2顺次包括3层二氧化硅气凝胶层、1层氟化镁中间层8’和1层PE基层9’,其中所述PE基层9’与太阳能电池板组件1的前表面11连接。
在各示例光选择性膜中,二氧化硅气凝胶层对于波长在420-1100纳米范围及附近的光谱具有较低的折射率和较高的增透性能,而对于其它波长的光谱则具有较好的反射性能,而且其可进行疏水化,具有较好的耐水性。因此,通过多层二氧化硅气凝胶层的逐层处理后,不利于光伏发电的光波大部分被反射,少量被吸收并作为热量辐射掉,而有利于光伏发电的光波则最大可能地被透过,到达太阳能电池板组件用于进行光伏发电。因此,二氧化硅气凝胶层对于硅基光伏发电装置具有优良的光波选择透过性能,能够极大地提高光伏发电的效率。另外,二氧化硅气凝胶层可滤除部分紫外线和大部分远红外线,从而能够防止光选择性膜的内部各层老化,并防止太阳能电池板组件中的粘结剂如PVB或EVA夹胶在紫外线的照射下老化,以保证整个光伏组件的长期稳定性能。
氧化锆中间层或氟化镁中间层为最终的光波重整过滤层,其可对通过二氧化硅气凝胶层的光波进行最终的微调和重整透过,将波长尽可能地保持在420到1100纳米范围内,而且光波重整透过层对波长在420到1100纳米范围内的光谱具有优良的光线透过性能,具有较低的反射及折射响应,较低的光波吸收率。因此,通过氧化锆中间层或氟化镁中间层的处理后,进一步保证了有利于光伏发电的光波最大可能地被透过,用于进行光伏发电。
紧贴于钢化玻璃板外表面的氧化铝基层或PE基层具有较高的粘结性、宽波长范围内的高透过率、高硬度、耐磨耗性和耐老化性能,而且对光波色谱具有优异的屏蔽性,能够防止基材变色。采用氧化铝基层对应于在线镀膜工艺,通过层镀的方式在太阳能电池板组件的生产线上将光选择性膜镀在前钢化超白玻璃的表面上,可在工厂生产出模块化的太阳能光伏发电组件,但需具有系统的生产线,系统化的制作流程,具有较高的工艺要求,但其成型性较好,模块制作完成后不易损坏,性能较高。采用PE基层则对应于离线镀膜工艺,其是采用PE材质作为基材,在其上独立进行层镀工艺,形成光选择性膜,然后将镀好的光选择性膜粘结到太阳能电池板组件的钢化玻璃板上,以构成太阳能光伏发电组件,最终应用于光伏建筑一体化(BIPV)系统中。由于可以在安装现场实施粘结,离线镀膜工艺具有更大的操作灵活性。
实践中可根据不同的需求和安装条件,采用在线镀膜或离线镀膜技术对太阳能电池板组件前玻璃板外表面进行镀膜,既可简化工艺,提高可操作性和维护问题,同时也可为光伏组件的应用建立不同的工艺方案。
需要说明的是,虽然图2-5示出了具体的光选择性膜的示例,但光选择性膜的结构不限于此。例如,可以针对不同类型的光伏发电装置采用不同的光选择性膜的各层的材料,各层的材料可以具有不同的光选择透过性能,使最终到达光伏发电装置的光具有期望的波长范围。光选择性膜的各层也可以是能够进行波长转化的功能膜,其将入射的具有一定波长的光波通过功能膜转化为另外的可利用波长。另外,各层的层数也不限于图示的实施例。例如,可以只有一层二氧化硅气凝胶层,但是,优选采用1-7层二氧化硅气凝胶层,更优选采用3-5层二氧化硅气凝胶层。中间层的材料也不限于氧化锆或氟化镁。中间层的层数也不限于1层,根据需要可以为多层,也可以没有中间层。基层也可以采用其它适当的材料。各层的层数选择应以达到最好的光波选择透过性能为准。
如上所述,根据本实用新型,将光选择性膜与太阳能电池板组件结合,可滤除不需要的光谱,使照射到光伏发电P-N结上的光谱在设定的范围内,这样既可降低光伏组件温度,又可提高光伏发电效率,使单位面积内的太阳能利用率得以提高。
与现有的光伏电热联用模块相比,本实用新型的太阳能光伏发电组件结构简单,制造工艺简易,制造成本低、膜的层数和厚度具有可调性,无需考虑对挂载件或支撑件所造成的负荷问题。因而从提高光伏发电效率、增加其可推广性和适用性方面具有重要意义。
应当理解,虽然已经参照实施例和附图描述了本实用新型,但实施例和附图并非用于限制本实用新型。在不偏离本实用新型的实质的情况下,对本实用新型所作的任何变形都在本实用新型的范围内。

Claims (12)

1.一种太阳能光伏发电组件,其特征在于,包括:
太阳能电池板组件,所述太阳能电池板组件包括前表面和后表面,所述前表面为太阳光入射表面;以及
覆盖在太阳能电池板组件的前表面上的光选择性膜,
其中所述光选择性膜包括对入射太阳光进行选择性反射、吸收和透过的多层膜。
2.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电组件,其特征在于,所述光选择性膜包括至少一层二氧化硅气凝胶层。
3.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电组件,其特征在于,所述光选择性膜包括至少一层二氧化硅气凝胶层和用于连接至太阳能电池板组件的前表面的基层。
4.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电组件,其特征在于,所述光选择性膜包括至少一层二氧化硅气凝胶层、中间层和基层,其中所述基层与太阳能电池板组件的前表面连接,所述中间层位于所述至少一层二氧化硅气凝胶层和所述基层之间。
5.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电组件,其特征在于,所述光选择性膜顺次包括二氧化硅气凝胶层、氧化锆中间层和氧化铝基层,其中所述氧化铝基层与太阳能电池板组件的前表面连接。
6.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电组件,其特征在于,所述光选择性膜顺次包括二氧化硅气凝胶层、氟化镁中间层和氧化铝基层,其中所述氧化铝基层与太阳能电池板组件的前表面连接。
7.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电组件,其特征在于,所述光选择性膜顺次包括二氧化硅气凝胶层、氧化锆中间层和聚乙烯基层,其中所述聚乙烯基层与太阳能电池板组件的前表面连接。
8.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电组件,其特征在于, 所述光选择性膜顺次包括二氧化硅气凝胶层、氟化镁中间层和聚乙烯基层,其中所述聚乙烯基层与太阳能电池板组件的前表面连接。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的太阳能光伏发电组件,其特征在于,所述二氧化硅气凝胶层的层数为1-9层。
10.根据权利要求9所述的太阳能光伏发电组件,其特征在于,所述二氧化硅气凝胶层的层数为3-5层。
11.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电组件,其特征在于,所述太阳能电池板组件包括两层钢化玻璃盖板和夹在两层钢化玻璃盖板中间的光伏发电装置,所述光伏发电装置通过粘结剂与两层钢化玻璃盖板连接在一起。
12.根据权利要求11所述的太阳能光伏发电组件,其特征在于,所述光伏发电装置为单晶硅、多晶硅或非晶硅PN结组件。 
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Patentee after: ENN SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd.

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Granted publication date: 20120711

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