CN209626241U

CN209626241U - 光伏电池组件

Info

Publication number: CN209626241U
Application number: CN201920710275.2U
Authority: CN
Inventors: 郑分刚; 郑诚
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2019-11-12
Anticipated expiration: 2029-05-17

Abstract

本实用新型涉及一种光伏电池组件，包括至少一个电池片，电池片的上方和下方各设有交联胶膜层，交联胶膜层设有至少一个镂空部，电池片正对镂空部设置，沿水平方向上，镂空部的面积不小于电池片的面积，以使得所述电池片的上方和下方无交联胶膜覆盖。本实用新型能有效提高太阳光利用率，提升光伏组件的转换效率同时避免发生PID效应；同时本实用新型技术方案工艺简单，成本较低。

Description

光伏电池组件

技术领域

本实用新型涉及光伏组件封装和光伏组件发电效率领域，尤其涉及一种抗PID效应的光伏电池组件。

背景技术

太阳能单体电池一般不直接作为电源使用，通常是将玻璃、交联胶膜(EVA、PVB、PVF等)和电池片等封装成光伏组件，光伏组件是光伏发电系统中的关键部分。在光伏发电系统中，由于光伏组件常年工作在户外，潮湿、高温的环境容易产生水蒸气，如果水汽深入组件内部，那么封装材料的导电率上升，相应组件的泄漏电流增大，会造成组件表面极化现象，即PID效应。PID效应又称电势诱导衰减，是电池组件的封装材料和其上表面及下表面的材料、电池片与其接地金属边框之间的高电压作用下出现离子迁移，而造成组件性能衰减的现象，因此，组件发生PID效应会导致组件输出功率大大受损。PID效应产生的真正原因到目前为止没有明确的定论，但各个光伏电池组件厂和研究机构的数据表明，PID与电池、玻璃、胶膜、温度、湿度和电压有关。

现有的抗PID技术以下几种：选择特殊高抗PID交联胶膜、在玻璃电池片之间增加一层抗PID膜、或者增加额外电学装置消除诱导电势等，这些技术是否真实有效还有待进一步验证，并且工业上如果采用这些技术无疑会大幅增加生产成本，因此可以说当前还没有一种有效的低成本抗PID技术。目前可以非常明确是，玻璃和胶膜对PID现象的发生有明确的关系。用于光伏组件的玻璃是含钠离子的玻璃，有文献报道，在高温高湿情况下硅酸盐玻璃表面会有碱析出，主要成分是Na₂O、MgO。但要降低玻璃中钠、镁离子的含量，成本非常高，可行性不大；而当把玻璃更换成石英玻璃后，在同样的测试条件下，没有发现PID现象。由于电池片非常脆弱，长时间暴露在空气中容易氧化，必须用交联胶膜和光伏玻璃封装电池片，那么交联胶膜就处于电池片和玻璃之间，无形中充当了钠、镁离子从玻璃迁移到电池片的介质。另外，交联胶膜的透明性也会影响组件的发电能力，且长时间的户外工作会使交联胶膜性能变差，透明度变低，产生黄斑变性等风险，严重影响电池表面的光吸收能力。但是，即使市场上透明度最好的交联胶膜(透过率大于90％)，也能吸收10％的太阳光功率，这部分太阳光不能被电池片有效利用。另外，光伏玻璃的透光率也只有90％左右，这也会影响了光伏组件的发电能力。

为了提高光伏电池片对太阳光中300-1100nm波长范围光的吸收能力，生产过程中会在玻璃上表面沉积减反膜(增透膜)，从而增加太阳光的透射率。CN105130205B提供了一种高耐候型光伏玻璃增透膜，在保持增透膜硬度较高的基础上，提高了膜层在高湿度条件下的光透过率。公开号为CN104628265A的中国专利提供了一种多层宽光谱疏水型增透膜，这种复合薄膜提升了可见光范围内的增透波长范围，同时具有一定疏水性能。公开号为CN103943691A的专利提供了一种用磁控溅射制备二氧化硅/二氧化钛复合减反膜，在800-900nm光波区透过率达98％，同时利用二氧化钛的光催化自洁功能达到自清洁的效果。上述几种方法都是在光伏玻璃上的膜层进行改进，有一定效果。但是，对于EVA透明度的改进研究较少，目前对于EVA的研究都是在不影响透过率的情况下提升其耐紫外光性能和交联性能，而交联膜EVA的透过率仍在90％左右。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种光伏电池组件，本实用新型能有效提高太阳光利用率，提升光伏组件的转换效率同时避免发生PID效应。

本实用新型提供了一种可采用传统的热压方式封装的光伏电池组件，包括至少一个电池片，电池片的上方和下方各设有交联胶膜层，交联胶膜层设有至少一个镂空部，电池片正对镂空部设置，沿水平方向上，镂空部的面积不小于电池片的面积，以使得所述电池片的上方和下方无交联胶膜覆盖。

交联胶膜层设有至少一个镂空部，是指在整张交联胶膜层中去除部分交联胶膜，使其形成带有镂空结构的网状膜；镂空部的形状可与电池片相同，也可以不同，只需保证镂空部的面积等于或略大于电池片面积，使得封装后电池片上下表面没有交联胶膜。

进一步地，交联胶膜层为EVA、PVB或PVF。

进一步地，光伏电池组件还包括一上基底层和一背板层，上基底层和背板层分别位于交联胶膜层远离电池片的一侧。

进一步地，上基底层的上表面和下表面设有增透膜A；增透膜A的折射率为1.15-1.46；优选为1.28。

进一步地，上基底层为透明玻璃；背板层为玻璃或TPT、TPE、PET、AAA等类型的高分子背板。

进一步地，电池片的上表面还设有增透膜B，增透膜B层的折射率为1.15-1.75；优选为1.36。

进一步地，增透膜B的面积不小于电池片的面积。

上述技术方案中，对增透膜A和增透膜B的要求除了膜厚和折射率之外，没有其他特殊要求。其材质可选择MgF₂(折射率1.38)、CaF₂(折射率1.43)、SiO₂(折射率1.45)、KCl(折射率1.49)、EVA(折射率1.50)、Si₃N₄(折射率2.0)、TiO₂(折射率2.55)等一种或几种复合薄膜，也可以选择其他具有增加光透射率的薄膜。

为了节约成本，本实用新型中的增透膜A采用酸、碱催化的TEOS混合溶胶，其制备方法如下：

将无水乙醇、正硅酸乙酯、水和盐酸混合，摩尔比为n_HCl:n_H2O:n_TEOS:n_EtOH＝0.01:0.1:0.05:2，常温搅拌4h后陈化5天备用，得到酸催化TEOS溶胶。

将无水乙醇、正硅酸乙酯、水和氨水混合，摩尔比n_NH4OH：n_H2O:n_TEOS:n_EtOH＝0.032:0.1:0.05:2，常温搅拌4h后再80℃水浴24h以去除多余的氨，同时补充除氨过程中蒸发的部分乙醇，最后陈化5天备用，得到碱催化TEOS溶胶。

将上述得到的酸催化溶胶和碱催化溶胶按体积比混合(优选的V_酸：V_碱＝1:4)混合常温搅拌1h，制得备增透膜A膜液。然后在上基底层上制备增透膜A，将上述所得镀膜液在上基底层上用浸渍提拉法镀膜，通过控制提拉速度控制增透膜A的厚度，提拉速度越快，膜厚越厚。例如：提拉速度为2mm/s，浸入镀膜液时间为60s，提拉结束晾干后制得镀膜光伏玻璃在600-900nm波长的透过率达到98％以上。

本实用新型中的增透膜B采用酸、碱催化的TEOS和TiO₂混合溶胶。其中，酸、碱催化的TEOS溶胶的制备方法与增透膜A相同；TiO₂溶胶的制备方法如下：将含Ti的有机酯类物质，如钛酸四丁酯、异丙醇钛等溶于乙二醇甲醚，加入适量乙酸作为稳定剂，优选的乙二醇己醚与乙酸的比例为1:1；TiO₂溶胶的浓度为0.2mol/L。将酸、碱催化TEOS混合溶胶与TiO₂溶胶按需要的比例混合，可以得到不同折射率(1.15～2.55)的增透膜B。

进一步地，光伏电池组件还包括正对电池片下方的反光层，反光层的面积不小于电池片的面积。反光层的作用是将透过电池片的透射光线再次反射回电池片，从而提高太阳光的利用率。反光层可以是白纸、白色涂料、也可以是带金属光泽的薄膜等，无其他特殊要求。从成本和效果考虑，优选为金属铝箔。

进一步地，电池片为多个，多个电池片排布成阵列结构。电池片可在基底层和背板层之间排布成3×3阵列、6×6阵列、12×6阵列等。

进一步地，沿光伏电池组件的厚度方向，电池片的厚度不大于镂空部的厚度。由于需要交联胶膜层交联上基底层和背板层，从而保护电池片，因此不能完全去除交联胶膜，而需保留部分交联胶膜。由于电池片的上下表面没有交联胶膜，入射的太阳光可以直接达到电池片，从而提高了太阳光的利用率；另外，由于电池片的厚度不大于镂空部的厚度，上基底层和背板层与电池片之间隔着一层空气或其他保护气体(取决于封装环境)，上基底层和背板层中的钠、镁等金属离子不可能迁移到电池片中，因此，不会发生PID效应。

借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：

1、本实用新型光伏组件中，电池片的上方和下方无交联胶膜覆盖，而利用电池片周围的交联胶膜用于交联组件。由于电池片的表面无交联胶膜吸收入射光，因此提高了电池片的光吸收效率，进而提升电池的转换效率。

2、本实用新型光伏组件上基底层和背板层与电池片之间隔着一层空气或其他保护气体(取决于封装环境)，玻璃中的钠、镁等金属离子不可能迁移到电池片中，因此，不会发生PID效应。

3、本实用新型光伏组件中减少了交联胶膜的使用量，一定程度上降低了生产成本。

4、本实用新型光伏组件中，在上基底层上下表面制备增透膜，在600-900nm光波长下透过率98％以上，在500-1100nm光波长下透过率96％以上。所用材料环保无污染、工艺简单且成本较低，提拉法适于大规模生产。

5、本实用新型光伏组件背板层和电池间增加一层反光层，最大程度的提升了组件的光利用率，增加反光层后光电转换效率提升约0.5％，但几乎不增加成本。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

附图1为带有不同增透膜A的上基底层的透射光谱。

附图2为本实用新型中的入射到电池片(上表面带有增透膜B)表面的反射光谱；

附图3为对比例1的结构示意图；

附图4为本实用新型实施例1的结构示意图；

附图5为本实用新型实施例2的结构示意图；

附图6为本实用新型实施例3的结构示意图；

附图7为本实用新型实施例4的结构示意图；

附图8为本实用新型实施例5的结构示意图；

附图9为对比例1和实施例1-4的I-V曲线；

附图10为实施例5的I-V曲线；

附图11为实施例6的I-V曲线；

附图12为实施例7的I-V曲线；

附图标记说明：

1-增透膜A；2-上基底层；3-EVA层；4-增透膜B；5-电池片；6-反光纸；7-背板层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型实施例与对比例中，选用的单个电池片是面积为2.5×2.5(cm²)的多晶硅电池片。该电池片在标准光源(100mW/cm²)下的参数如下：开路电压约为0.61V，短路电流约为32mA/cm²，串联电阻0.5Ω，并联电阻2000Ω，转换效率约为14.5％。所述电池片按照对比例和实施例封装构成组件后，在标准光源下测试输出特性，得到转换效率；对比例和实施例的抗PID测试条件为：湿度85％、温度85℃下，在组件表面覆盖铝箔并连接200V的正极，电池连接负极，测试时间48小时。

本实用新型以下实施例中，上基底层2和背板层7均选择玻璃。图1为本实用新型具有不同折射率(n)的透明玻璃(上下表面带有增透膜A)的透射光谱，为了作为对比，无增透膜的原玻璃和上表面带增透膜的玻璃的透射光谱也一并画出。在最大增透波长600nm处(对应太阳光谱中最强的谱线)，上下表面带有增透膜A(折射率1.28)的透射率接近100％(理想增透膜A折射率值为1.23)；当增透膜A的折射率偏离1.28时，透射率下降。当增透膜A的折射率为1.46(接近玻璃1.52)时，增透效果明显下降。本实用新型中对比例与全部实施例的增透膜A的折射率选为1.28。

图2为本实用新型中入射到电池片(上表面带有增透膜B)表面的反射光谱，作为对比，原始电池片的反射光谱也一并画出。在最大增透波长600nm处(对应太阳光谱中最强的谱线)，原始电池片的上表面(带有Si₃N₄层，折射率2.0左右)的反射率接近0。当增透膜B的折射率从1.15开始增加时，600nm处的反射率逐渐上升；同时，在400nm左右和700-1100nm范围内的反射率逐渐下降。综合来看，当增透膜B的折射率在1.15-1.75时，增透效果要好于原始电池片，增透膜B的折射率优选为1.36。当增透膜B的折射率大于1.75时，无增透效果。本实用新型中全部实施例的增透膜B选择折射率为1.36。

本实用新型以下实施例和对比例中，所使用的增透膜A为酸、碱催化的TEOS混合溶胶；增透膜B采用酸、碱催化的TEOS和TiO₂混合溶胶。所使用的交联胶膜层为EVA层。

对比例1

如图3所示，本对比例的一种光伏电池组件，包括自上而下依次设置的一上基底层2、EVA层3、一电池片5、EVA层3和一背板层7，电池片5的上方和下方被EVA层3全部覆盖，上基底层2的上表面带有增透膜A 1。

在标准光源下测试得到该对比例的I-V曲线见图9中的曲线1。按照I-V曲线计算得到的光电转换效率为13.8％。经抗PID测试后，光电转换效率明显下降2.6个百分点。

实施例1

如图4所示，本实用新型的一种光伏电池组件，包括自上而下依次设置的一上基底层2、EVA层3、一电池片5、EVA层3和一背板层7，上基底层2的上表面带有增透膜A 1，EVA层3上设有与电池片5面积和形状相同的镂空部，电池片5正对镂空部设置，保证电池片5的上方和下方无EVA覆盖且电池片5周围环绕EVA。沿光伏电池组件的厚度方向，电池片5的厚度小于镂空部的厚度。

在标准光源下测试得到本实施例的I-V曲线见附图9中的曲线2。按照I-V曲线计算得到的光电转换效率为14.3％。与对比例1相比，发电效率增强的原因，主要是由于去掉电池片5上下方的EVA之后，入射太阳光可以直接到达电池片5，从而避免EVA的吸收。经抗PID测试后，光电转换效率无明显下降。

实施例2

如图5所示，本实用新型的一种光伏电池组件，包括自上而下依次设置的一上基底层2、EVA层3、一电池片5、EVA层3和一背板层7，上基底层2的上表面和下表面均带有增透膜A1，EVA层3上设有与电池片5面积和形状相同的镂空部，电池片5正对镂空部设置，保证电池片5的上方和下方无EVA覆盖且电池片5周围环绕EVA。沿光伏电池组件的厚度方向，电池片5的厚度小于镂空部的厚度。

在标准光源下测试得到本实施例的I-V曲线见附图9中的曲线3。按照I-V曲线计算得到的光电转换效率为14.4％。与对比例1相比，发电效率增强的原因，主要是由于上基底层2的下表面同样带有增透膜A 1，入射太阳光在上部玻璃的下表面处的反射减少了，从而增加了入射到电池片5的太阳光。经抗PID测试后，光电转换效率无明显下降。

实施例3

如图6所示，本实用新型的一种光伏电池组件，包括自上而下依次设置的一上基底层2、EVA层3、一电池片5、EVA层3和一背板层7，上基底层2的上表面和下表面均带有增透膜A1，EVA层3上设有与电池片5面积和形状相同的镂空部，电池片5正对镂空部设置，保证电池片5的上方和下方无EVA覆盖且电池片5周围环绕EVA。电池片5的上表面带有增透膜B 4。沿光伏电池组件的厚度方向，电池片5的厚度小于镂空部的厚度。

在标准光源下测试得到本实施例的I-V曲线见附图9中的曲线4。按照I-V曲线计算得到的光电转换效率为14.9％。与对比例相比，发电效率增强的原因，主要是由于上基底层2的下表面同样带有增透膜A 1，以及电池片5上表面的增透膜B 4，增加了入射到电池片5的太阳光。经抗PID测试后，光电转换效率无明显下降。

实施例4

如图7所示，本实用新型的一种光伏电池组件，包括自上而下依次设置的一上基底层2、EVA层3、一电池片5、EVA层3和一背板层7，上基底层2的上表面和下表面均带有增透膜A1，EVA层3上设有与电池片5面积和形状相同的镂空部，电池片5正对镂空部设置，保证电池片5的上方和下方无EVA覆盖且电池片5周围环绕EVA。电池片5的上表面带有增透膜B 4。电池片5的正下方设有反光纸6。沿光伏电池组件的厚度方向，电池片5的厚度小于镂空部的厚度。

在标准光源下测试得到本实施例的I-V曲线见附图9中的曲线5。按照I-V曲线计算得到的光电转换效率为15.4％。与对比例相比，发电效率增强的原因，主要是由于上部玻璃的下表面同样带有增透膜A 1，以及电池片5上表面的增透膜B 4，增加了入射到电池片5的太阳光；同时，穿过电池片5的太阳光被反光纸6再次反射回电池片5，从而提高了太阳光的利用率。经抗PID测试后，光电转换效率无明显下降。

实施例5

如图8所示，本实用新型的一种光伏电池组件，包括自上而下依次设置的一上基底层2、EVA层3、9片电池片5、EVA层3和一背板层7，上基底层2的上表面和下表面均带有增透膜A 1，EVA层3上设有与多个镂空部，各镂空部的面积和形状与电池片5相同，各电池片5正对镂空部设置，保证电池片5的上方和下方无EVA覆盖且电池片5周围环绕EVA，这样9片电池片5与上基底层2之间没有EVA胶膜存在。9片电池片5构成3×3阵列，9片电池片5以串联形式连接；各电池片5的上表面都带有增透膜B 4。在各电池片5的正下方各设有一反光纸6。沿光伏电池组件的厚度方向，电池片5的厚度小于镂空部的厚度。

在标准光源下测试得到本实施例的I-V曲线见附图10。按照I-V曲线计算得到的光电转换效率为15.41％。经抗PID测试后，光电转换效率无明显下降。

实施例6

本实用新型的一种光伏电池组件，其结构与实施例5类似，包括自上而下依次设置的一上基底层2、EVA层3、36片电池片5、EVA层3和一背板层7，上基底层2的上表面和下表面均带有增透膜A 1，EVA层3上设有与多个镂空部，各镂空部的面积和形状与电池片5相同，各电池片5正对镂空部设置，保证电池片5的上方和下方无EVA覆盖且电池片5周围环绕EVA，这样36片电池片5与上基底层2之间没有EVA胶膜存在。36片电池片5构成6×6阵列，36片电池片5以串联形式连接；各电池片5的上表面都带有增透膜B 4。在各电池片5的正下方各设有一反光纸6。沿光伏电池组件的厚度方向，电池片5的厚度小于镂空部的厚度。

在标准光源下测试得到本实施例的I-V曲线见附图11。按照I-V曲线计算得到的光电转换效率为15.44％。经抗PID测试后，光电转换效率无明显下降。

实施例7

本实用新型的一种光伏电池组件，其结构与实施例5类似，包括自上而下依次设置的一上基底层2、EVA层3、72片电池片5、EVA层3和一背板层7，上基底层2的上表面和下表面均带有增透膜A 1，EVA层3上设有与多个镂空部，各镂空部的面积和形状与电池片5相同，各电池片5正对镂空部设置，保证电池片5的上方和下方无EVA覆盖且电池片5周围环绕EVA，这样72片电池片5与上基底层2之间没有EVA胶膜存在。72片电池片5构成12×6阵列，72片电池片5以串联形式连接；各电池片5的上表面都带有增透膜B 4。在各电池片5的正下方各设有一反光纸6。沿光伏电池组件的厚度方向，电池片5的厚度小于镂空部的厚度。

在标准光源下测试得到本实施例的I-V曲线见附图12。按照I-V曲线计算得到的光电转换效率为15.46％。经抗PID测试后，光电转换效率无明显下降。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种光伏电池组件，包括至少一个电池片，其特征在于：所述电池片的上方和下方各设有交联胶膜层，所述交联胶膜层设有至少一个镂空部，所述电池片正对所述镂空部设置，沿水平方向上，所述镂空部的面积不小于所述电池片的面积，以使得所述电池片的上方和下方无交联胶膜覆盖。

2.根据权利要求1所述的光伏电池组件，其特征在于：还包括一上基底层和一背板层，所述上基底层和背板层分别位于所述交联胶膜层远离电池片的一侧。

3.根据权利要求2所述的光伏电池组件，其特征在于：所述上基底层的上表面和下表面设有增透膜A；所述增透膜A的折射率为1.15-1.46。

4.根据权利要求2所述的光伏电池组件，其特征在于：所述上基底层为透明玻璃，所述背板层为玻璃背板或高分子背板。

5.根据权利要求2所述的光伏电池组件，其特征在于：所述电池片的上表面还设有增透膜B，所述增透膜B层的折射率为1.15-1.75。

6.根据权利要求5所述的光伏电池组件，其特征在于：所述增透膜B的面积不小于所述电池片的面积。

7.根据权利要求1所述的光伏电池组件，其特征在于：还包括正对所述电池片下方的反光层，所述反光层的面积不小于所述电池片的面积。

8.根据权利要求1所述的光伏电池组件，其特征在于：所述电池片为多个，多个所述电池片排布成阵列结构。

9.根据权利要求1所述的光伏电池组件，其特征在于：所述交联胶膜层为EVA、PVB或PVF。

10.根据权利要求1所述的光伏电池组件，其特征在于：沿所述光伏电池组件的厚度方向，所述电池片的厚度不大于所述镂空部的厚度。