CN205081130U - 一种具有光伏组件的结构件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有光伏组件的结构件。该结构件由成型件和设置在所述成型件上的光伏组件构成，所述光伏组件由电池组件和分别设置在所述电池组件两个相对表面的内表面封装层和外表面封装层构成，所述内表面封装层朝向所述成型件。本实用新型的结构件重量轻、结构简单，并且具有良好的力学性能和光伏特性。

Description

一种具有光伏组件的结构件

技术领域

本实用新型涉及一种结构件，具体涉及一种具有光伏组件的结构件。

背景技术

近年来，随着全球能源日趋紧张，太阳能作为一种新型的清洁能源被大力开发，光伏组件(又称太阳能电池组件)也因此被广泛应用于日常生活、电力驱动等各个方面。然而，光伏组件的薄、脆、易氧化等物理缺陷限制了其在不同环境下的大规模应用。正因如此，光伏组件的保护性封装和固定成为其工业化生产和大规模使用的关键技术之一。

如图1所示，现有的具有光伏组件的结构件通常由依次设置的光伏组件、基板14、粘结层16和成型件15构成，光伏组件由电池组件11和分别设置在电池组件11两个相对表面的内表面封装层12和外表面封装层13构成，内表面封装层12朝向基板14。该结构件在制备时，通常先对电池组件11进行物理封装，即在电池组件11的两个相对表面上分别设置内表面封装层12和外表面封装层13，从而形成光伏组件，随后将该光伏组件胶接固定在基板14上，并制备成型件15，最后将光伏组件通过粘结层16与成型件15进行粘结固定，从而形成具有光伏组件的结构件。

上述结构件表面会存在因固定光伏组件而形成的凸起，如果要使结构件表面光滑，则需要在成型件表面设置厚度与光伏组件相应的凹槽，因此结构和工艺流程相对复杂、加工困难、制作成本高。而将光伏组件固定于基板上会导致整个结构件的重量大、柔度小、尺寸受限，不利于其在车辆、航空等领域曲面封装上的应用；并且，利用粘结层进行粘结无法较好地满足光伏组件与成型件之间的粘结强度；此外，由于常规封装机器的规模限制，光伏组件无法进行大面积一次性封装而需要被迫设计工艺分离面，从而造成封装工序翻倍、成本上升、重量增加等缺陷。

实用新型内容

本实用新型提供一种具有光伏组件的结构件，用于解决现有技术中光伏组件结构复杂、重量大、成型件与光伏组件之间的粘结强度较差等技术缺陷。

本实用新型提供一种具有光伏组件的结构件，由成型件和设置在所述成型件上的光伏组件构成，所述光伏组件由电池组件和分别设置在所述电池组件两个相对表面的内表面封装层和外表面封装层构成，所述内表面封装层朝向所述成型件。

在本实用新型中，成型件为利用模具进行成型的构件，对成型件的具体结构无严格限制，其可以为任意需要安装光伏组件的构件，特别是安装面(即安装光伏组件的表面)为曲面的构件。

在一实施方式中，所述成型件具有曲面，所述光伏组件设置在所述成型件的曲面上。

此外，本实用新型对光伏组件的结构无严格限制，可以为本领域常规的光伏组件。其中，光伏组件的内表面封装层和外表面封装层均可以为本领域的常规结构；特别是，为了更好地适应曲面封装需求，所述内表面封装层和外表面封装层可由柔性材料形成。

在一实施方式中，所述内表面封装层为聚四氟乙烯层。

进一步地，所述内表面封装层的厚度为0.1-1mm。

在一实施方式中，所述外表面封装层为聚四氟乙烯层。

进一步地，所述外表面封装层的厚度为0.1-1mm。

上述聚四氟乙烯层不仅防水，而且可耐高温150℃；此外，上述内表面封装层和外表面封装层可以通过常规方式进行成型，例如真空层压热熔成型。

在本实用新型中，所述成型件为航空器的壳体。

进一步地，所述成型件为飞机的机翼。

本实用新型的上述结构件可通过如下方式进行制备：

在模具上涂上脱模剂，将光伏组件固定在模具中，并将制备成型件的原料成型于光伏组件上，形成制件，其中，所述原料包括树脂和纤维增强材料；

对所述制件进行共固化，随后脱模，制得上述具有光伏组件的结构件。

本实用新型对制备所述成型件的原料无严格限制，在一实施方式中，所述成型件可由纤维增强复合材料制备；特别是，本实用新型的结构件可以通过将制备所述成型件的原料成型后与光伏组件共固化所制得。具体地，制备所述成型件的原料可以包括树脂和纤维增强材料，并且所述结构件是将所述原料成型后与所述光伏组件共固化所制得。

在本实用新型中，所述原料包括制备纤维增强复合材料的常规原料，其不限于树脂和纤维增强材料，还可以包括不对所述结构件的性能造成不利影响的其它辅助剂，例如固化剂、引发剂、促进剂、稀释剂、增韧剂、增塑剂、触变剂、填料、颜料等。此外，对原料的成型方式不作严格限定，可以为本领域的常规成型方式，例如手糊成型、注射成型、喷射成型、模压成型、拉挤成型、压力袋成型等，也可根据实际需要选择两种以上成型方式。

进一步地，所述树脂在所述原料中的质量含量可以为本领域的常规范围，例如25～40％。

本实用新型对所述树脂和纤维增强材料的种类不作严格限制，树脂可以为不饱和聚酯树脂、环氧树脂等，纤维增强材料可以为碳纤维、玻璃纤维等。在一实施方式中，所述树脂为环氧树脂，所述纤维增强材料为碳纤维或玻璃纤维。

上述模具主要用于成型所述成型件，可以根据产品要求来设计适宜的模具；在进行共固化后，所述原料成型为成型件。具体地，模具可以为复合材料模具；其短期耐温值可达120℃，表面粗糙度Ra可达3.2um以上，在真空压力下不漏气，在0.3MPa以下模具形状无变形，并且外型尺寸能够较好地符合产品设计要求。

在使用模具前，需对模具进行清洗并涂刷脱模剂，从而便于产品脱模，脱模剂可采用本领域常规的脱模剂，例如脱模剂FREKOTE44-NC等。具体地，首先可以采用丙酮等溶剂将模具表面擦洗干净，晾干后，可在温度为50℃的条件下，每隔30min用毛刷均匀涂刷脱模剂FREKOTE44-NC一次，总共可涂刷6次脱模剂。

在将光伏组件固定于模具中时，可以先在模具上标记光伏组件位置，随后按照标记位置将光伏组件铺放好，在固定时可采用双面胶进行固定，贴胶位置要求能够保证在后续工序中光伏组件的位置不会发生移动即可。双面胶具体可以为3M3702双面胶带，其为透明，长期耐温性达120℃，短期耐温性达140℃，厚度为0.205mm，并且具有良好的热稳定性、化学稳定性、抗溶剂，对粘贴表面无损伤并且撕下后无残留痕迹，能够良好地满足光伏组件的固定。

对包括树脂和纤维增强材料的原料的成型可采用本领域常规方式。在一实施方式中，所述成型包括依次进行的手糊成型和压力袋成型；其中，手糊成型是以手工作业为主成型复合材料构件，其通常一边手工铺设纤维增强材料一边涂刷由树脂制成的胶液，反复进行，直至达到预设厚度；压力袋成型主要是通过在柔韧袋中产生均匀真空，以一定压力使置于模具内的材料压实成型；上述两种成型方式均为本领域的常规成型方式。

进一步地，所述手糊成型可以包括：

1)对纤维增强材料进行预处理，并将树脂制成胶液；

2)在所述光伏组件上刷涂所述胶液，随后铺设预处理后的纤维增强材料；

3)重复步骤2)直至达到预设厚度，再依次铺设增强层、隔离层和表面层，形成预制件。

其中，对纤维增强材料进行预处理具体为对纤维增强材料进行剪裁，并且可以采用常规方式将树脂制成胶液。

上述增强层主要作为承载层；上述隔离层用于隔离增强层和表面层；上述表面层主要用于防止表面形成富树脂层而使产品渗漏，进一步提高耐腐蚀性；各层均可为本领域的常规材料。在一实施方式中，所述增强层可以为扒皮布，所述表面层可以为透气毡。

进一步地，进行所述手糊成型的环境温度可以为18-30℃，相对湿度不大于75％。

上述压力袋成型也可采用本领域常规方式进行，例如压力袋成型可以包括：将真空袋套设于所述预制件上，对所述真空袋进行抽真空至0.08MPa以下，并保持一段时间(例如5-15min)，形成制件。进一步地，可以采用真空泵抽真空，真空泵例如可以为2X-15型旋片式真空泵。

上述共固化包括：将所述制件以1-2℃/min的升温速率从室温加热至120℃，保温60-120min后，再以不高于1℃/min的降温速率降温至60℃以下。进一步地，升温速率可以为2℃/min。

在制备时，可以采用辅助工装辅助产品成型。辅助工装可以为钢制密封箱体，其结构牢固可靠，密封性好，可耐受0.17MPa的压力。

本实用新型的上述结构件拉伸强度≥500MPa；拉伸模量≥30GPa；压缩强度≥480MPa；层间剪切强度≥40MPa；光伏组件光伏衰减率小于2％。其中，上述拉伸强度和拉伸模量按照ISO527-4测得；压缩强度按照ISO14126测得；层间剪切强度按照ISO14130测得。

本实用新型的结构件结构简单、制备工艺简便、生产周期短、制作成本低，其无需设置基板和粘结层即可实现光伏组件与成型件的固定，不仅重量大大减轻，减重可达20-30％，光伏组件与成型件之间的粘结强度还提高了20％左右，并且光伏特性良好，光伏组件光伏衰减率小于2％；此外，该结构件可具有复杂或大曲率曲面，并且结构件的尺寸不受限制，应用范围广泛。

附图说明

图1为现有技术的具有光伏组件的结构件的爆炸图；

图2为本实用新型一实施例的具有光伏组件的结构件的爆炸图；

图3为本实用新型一实施例的具有光伏组件的结构件的制备方式的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的附图和实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

本实施例的具有光伏组件的结构件的结构如图2所示，其由成型件24和设置在成型件24上的光伏组件构成，光伏组件由电池组件21和分别设置在电池组件21两个相对表面的内表面封装层22和外表面封装层23构成，内表面封装层22朝向成型件24。

在本实施例中，成型件24具有平面，光伏组件设置在成型件24的平面上。

进一步地，内表面封装层22和外表面封装层23均可以为聚四氟乙烯层。并且，内表面封装层22和外表面封装层23的厚度均可以为0.8mm。

在本实施例中，成型件24可以为飞机的机翼。

在本实施例中，制备成型件24的原料可以包括树脂和纤维增强材料，并且该结构件是将原料成型后与光伏组件共固化所制得。其中：树脂采用9A16环氧树脂，其在原料中的质量含量为38％，纤维增强材料采用W-1011碳纤维。

参见图3，上述结构件可通过如下方式进行制备：

其中，制备所采用的相关设备及其要求和用途说明见表1。

表1相关设备及设备要求和用途

1、准备工作

采用丙酮将模具31表面擦洗干净，晾干后，在温度为50℃的条件下，每隔30min用毛刷均匀涂刷脱模剂FREKOTE44-NC一次，总共涂刷6次脱模剂。

将工具(例如剪刀、钢板尺等)、工作台清理干净，用白纸擦拭至没有污渍，保证工作周围环境无可视灰尘、垃圾等异物。

操作人员穿着整洁衣服，以保证在后续操作过程中无异物掉入产品上。

2、纤维增强材料预处理

按剪裁样板对上述纤维增强材料进行剪裁，剪裁时注意纤维方向，剪裁后进行编号，并将剪裁好的纤维增强材料平放在料架上备用。

3、固定光伏组件

在模具31上标记光伏组件位置后，按照标记位置将光伏组件32铺放好，在固定时可采用双面胶33进行固定，贴胶位置要求能够保证在后续工序中光伏组件32的位置不会发生移动即可。

双面胶33具体可以为3M3702双面胶带，其为透明，长期耐温性达120℃，短期耐温性达140℃，厚度为0.205mm，并且具有良好的热稳定性、化学稳定性、抗溶剂，对粘贴表面无损伤并且撕下后无残留痕迹，能够良好地对光伏组件32进行固定。

4、手糊成型

将上述树脂制成胶液，备用；

在固定好的光伏组件32上刷涂上述胶液，随后铺设剪裁好的纤维增强材料，铺设时注意纤维方向并赶净气泡，重复进行直至达到预设厚度，形成预浸料34，再在预浸料34上依次铺设增强层35、隔离层36和表面层37，形成预制件，其中增强层35为扒皮布，隔离层36为隔离膜，表面层37为透气毡。

视情况进行抽真空预压实，其中控制真空压力≥0.08Mpa，时间为5min左右。

5、压力袋成型

将气嘴放置预设位置，在模胎周边贴一周密封胶带38后，将真空袋39套设于预制件上，封好真空袋39，并注意防止架桥。

随后将封好的真空袋39接通真空管路，放入辅助工装中，接通真空管路，抽真空至0.08MPa，保持10min，然后关闭真空阀5min后，真空度下降不大于0.01MPa为合格。检验完后，打开真空阀抽真空压力不小于0.08Mpa，封装好辅助工装后加正压0.1Mpa，形成制件。

6、共固化

用小车将辅助工装推入烘箱内，随后进行共固化，共固化条件为：将制件以2℃/min的升温速率从室温加热至120℃，保温120min后，再以1℃/min的降温速率降温至60℃左右。

共固化结束后，打开烘箱，用小车推出辅助工装，卸压，确保气体排尽后，打开辅助工装，进行脱模，修整后，制得上述结构件。

7、检测

按照ISO527-4测定上述结构件的拉伸强度和拉伸模量，按照ISO14126测定上述结构件的压缩强度；按照ISO14130测定上述结构件的层间剪切强度；按照HG/T3052-2008测定上述结构件的粘结强度。

经检测，该结构件光伏组件的光伏衰减率小于2％，光伏特性良好；此外，该结构件的拉伸强度达640MPa，拉伸模量达50GPa，压缩强度达550MPa，层间剪切强度达50MPa，力学性能良好。

实施例2

本实施例的具有光伏组件的结构件由成型件和设置在成型件上的光伏组件构成，光伏组件由电池组件和分别设置在电池组件两个相对表面的内表面封装层和外表面封装层构成，内表面封装层朝向成型件。

在本实施例中，成型件具有曲面，光伏组件设置在成型件的曲面上。

进一步地，内表面封装层和外表面封装层均为聚四氟乙烯层；并且，内表面封装层和外表面封装层的厚度均可以为0.8mm。

在本实施例中，制备成型件的原料可以包括树脂和纤维增强材料，并且该结构件是将原料成型后与光伏组件共固化所制得。其中：树脂采用6511环氧树脂，其在原料中的质量含量为38％，纤维增强材料采用24#E玻璃纤维。

该结构件可以参照实施例1进行制备，其中不同的是，共固化条件为将制件以1℃/min的升温速率从室温加热至120℃，保温90min后，再以1℃/min的降温速率降温至40℃左右。

经检测，该结构件光伏组件的光伏衰减率小于2％，光伏特性和力学性能均良好。

对照例

以传统的具有光伏组件的结构件作为对照例，其结构如图1所示，由依次设置的光伏组件、基板14、粘结层16和成型件15构成，光伏组件由电池组件11和分别设置在电池组件11两个相对表面的内表面封装层12和外表面封装层13构成，内表面封装层12朝向基板14。

制备上述结构件时，先对电池组件11(其结构和尺寸与实施例1的电池组件21相同)进行物理封装，即在电池组件11的两个相对表面上分别设置内表面封装层12和外表面封装层13，形成光伏组件；随后，将该光伏组件胶接固定在基板14上，并制备成型件15，最后将光伏组件通过粘结层16与成型件15进行粘结固定，形成本对照例的具有光伏组件的结构件。

采用实施例1方法对本对照例的结构件进行检测，结果表明：相对于本对照例的结构件，实施例1结构件的重量减轻了27％，实施例1的结构件中光伏组件与成型件之间的粘结强度相对于本对照例的结构件提高了20％。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种具有光伏组件的结构件，其特征在于，由成型件和设置在所述成型件上的光伏组件构成，

所述光伏组件由电池组件和分别设置在所述电池组件两个相对表面的内表面封装层和外表面封装层构成，所述内表面封装层朝向所述成型件。

2.根据权利要求1所述的结构件，其特征在于，所述成型件具有曲面，所述光伏组件设置在所述成型件的曲面上。

3.根据权利要求1所述的结构件，其特征在于，所述内表面封装层为聚四氟乙烯层。

4.根据权利要求3所述的结构件，其特征在于，所述内表面封装层的厚度为0.1-1mm。

5.根据权利要求1所述的结构件，其特征在于，所述外表面封装层为聚四氟乙烯层。

6.根据权利要求5所述的结构件，其特征在于，所述外表面封装层的厚度为0.1-1mm。

7.根据权利要求1至6任一所述的结构件，其特征在于，所述成型件为航空器的壳体。

8.根据权利要求7所述的结构件，其特征在于，所述成型件为飞机的机翼。