CN216597608U - 一种光伏组件 - Google Patents

Abstract

一种光伏组件，其向光面分成N个区域，并且N大于等于二，其中至少有二个区域A和B，具有以下特点：(1)A、B两个区域的颜色不同。(2)A、B两个区域中的光伏电池类型相同且数量相等。(3)A、B两个区域中的光伏电池形成的电路拓扑相同。(4)A区电路和B区电路并联。本技术解决了现有的不同颜色光伏组件不能串联在同一组串中的问题，同时给设计师提供了比单色光伏组件更多的光伏方阵外观。

Description

一种光伏组件

技术领域

本实用新型涉及光伏建筑一体化领域，具体涉及一种向光面分成两个区域且两个区域的颜色不同的光伏组件。

背景技术

光伏电池，是利用光生伏打效应将光能转换为电能的器件。根据光伏电池的光电转换材料的不同，光伏电池分为单晶硅电池，多晶硅电池，非晶硅/微晶硅电池，碲化镉电池，黄铜矿(例如铜铟镓硒)电池，染料敏化电池，钙钛矿电池，III-V族电池，钙钛矿-单晶硅叠层电池的多种类型。

光伏电池容易受到外部气候因素，例如氧气、水蒸气、紫外线、外力、雷电等的影响而老化以至于失效；因此光伏电池需要用封装材料封装后才能长期使用。由于单个光伏电池的电压较低，通常需要把多个光伏电池串联在一起来获得更高的电压。上述光伏电池之间的串联，是指将一块光伏电池的正极与另一块光伏电池的负极通过导体连接。同理，为了增大电流，可以将多个光伏电池并联。上述光伏电池之间的并联，是指将一块光伏电池的正极和负极，依次分别与另一块光伏电池的正极和负极通过导体连接。如果要同时获得更高的电压及更大的电流，可以采取将串联的光伏电池串并联，或者将并联的光伏电池组串联的方式。通常采用导电材料例如铜质镀锡焊带来连接光伏电池，形成上述的串联及并联。具有封装及内部联结，能单独提供直流电输出的最小不可分割的光伏电池组合装置被称为光伏组件。

采用单晶硅光伏电池的光伏组件简称单晶硅组件。采用碲化镉薄膜电池的的光伏组件简称碲化镉薄膜组件。采用钙钛矿电池的光伏组件简称钙钛矿组件。

光伏组件具有层状结构。从向光面到背光面依次是前板，光伏电池，背板。在前板和光伏电池之间可以选择性地增加前封装胶膜。在光伏电池和背板之间，可以选择性地增加后封装胶膜。

采用彩色的前板或彩色的前封装胶膜作为封装材料，或者在光伏电池表面形成彩色镀膜，可制成从组件正面观察呈现出不同于传统光伏组件颜色的彩色光伏组件。关于这类技术，目前已经有较多的案例。例如CN201811180951.6“有色太阳能板及包括该有色太阳能板的结构”，CN201920619706.4“彩色光伏组件”，CN201822157234.3“一种彩色光伏组件及光伏幕墙”，CN201611215902.2 “一种彩色光伏组件及其制备方法”，CN201220432249.6“一种彩色太阳能电池光伏组件”，CN201880014107.8“玻璃装置单元、其制造方法及其用途”。

建筑集成光伏发电系统，又被称为光伏建筑一体化，是指光伏发电设备例如光伏组件，作为建筑构件，在建筑上应用的形式。彩色光伏组件不同于传统晶硅组件的外观，使其在光伏建筑一体化中有非常广阔的应用前景。

在光伏建筑一体化设计中，由于实际的需求，经常会需要在同一个光伏系统中使用不同颜色的彩色光伏组件。然而，即使在完全相同的光照条件下，由于不同颜色的材料对太阳光谱的透过率有较大的差异，采用相同功率档位电池制作的不同颜色的彩色光伏组件的最大功率点电流之间存在较大的差异，因此不适合串联在逆变器的同一个组串中。这就给光伏建筑一体化系统的电气设计带来困难。

与此同时，光伏组件通常呈现矩形的外形，且其长边的长度明显大于短边。用这样的光伏组件做为建筑表皮的设计元素，其排列组合形成的图案受到光伏组件长短边不一致的约束，限制了建筑设计师的创作灵活性。

实用新型内容

本实用新型提供一种光伏组件，其向光面分成N个区域，并且N大于等于二，其中至少有二个区域A和B，具有以下特点：(1)A、B两个区域的颜色不同。(2)A、B两个区域中的光伏电池类型相同且数量相等。(3)A、B两个区域中的光伏电池形成的电路拓扑相同。(4)A区电路和B区电路并联。

为了描述方便，将上述A、B区域的向光面的颜色分别表示为X色和Y色。

由于光伏电池的最大攻略点工作电压(以下简称工作电压)相比于最大攻略点工作电流(以下简称工作电流)，对入射光强的变化不敏感。因此上述A、B 两个区域的不同颜色，主要导致A、B区域的光伏电池的工作电流的差异，而A、 B区域的光伏电池的工作电压差异很小。基于此原理，由于A、B区域的光伏电池数量相同，电路拓扑相同，因此A区电路的工作电压与B区电路的工作电压差异很小，因此将A区电路与B区电路并联是可行的，且并联后的光伏组件总工作电流等于A区工作电流和B区工作电流之和。

基于相同功率档位的光伏电池制成的多个上述光伏组件，其A区域均为X 色，B区域均为Y色。由上述分析可知，在相同的太阳辐照下，这些光伏组件的工作电流基本一致，都等于各自的A区工作电流与B区工作电流之和。因此这些光伏组件可以串联在同一个组串中接入逆变器。与此形成对比的，A、B区域均为X色的一块组件，与A、B区域均为Y色的另一块组件，其最大功率点工作电流不一致，因此不适合串联在一起。

本实用新型所述的光伏组件，包括：A、B区域面积相等的光伏组件，A、B 区域面积有明显差异的光伏组件，A区电池与B区电池尺寸大小相同的光伏组件， A区电池与B区电池尺寸大小不同的光伏组件，A区和B区的光伏电池各自形成的电路拓扑均为串联的光伏组件，A、B区域的电路拓扑均为串并联的光伏组件，晶硅组件，薄膜组件，钙钛矿组件，钙钛矿-晶硅叠层组件，以及其它满足前述特点(1)-(4)的全部光伏组件。

本实用新型所述的光伏组件，根据实际需要，可以设置边框，封边胶，封边胶带，接线盒，旁路二极管，线缆及连接器。相关技术属于本领域专业人士所熟知的常识，在此不一一赘述。

本实用新型中的光伏组件，具有至少一层前板和至少一层背板。上述光伏组件包括将常规光伏组件与其它玻璃合片后制成的建材类光伏构件，例如5mm 玻璃+1.52mmPVB+双玻光伏组件+1.5mmPVB+5mm玻璃制成的光伏幕墙组件。上述双玻光伏组件的结构为2mm玻璃+0.7mmEVA+单晶硅电池+0.7mmEVA+2mm玻璃。上述PVB即聚乙烯醇缩丁醛,EVA即乙烯醋酸乙烯共聚物，5mm代表玻璃厚度为5 毫米，1.52mm代表PVB胶膜的厚度为1.52毫米。上述光伏构件中的5mm玻璃 /1.52mmPVB/2mm玻璃/0.7mmEVA构成了第一前板/第一前封装胶膜/第二前板/第二前封装胶膜的结构。上述光伏构件的背板与后封装胶膜也构成类似的结构，在此不一一赘述。

构成本实用新型所述的光伏组件向光面颜色的材料，包括彩色前板，彩色前封装胶膜，彩色光伏电池，彩色后封装胶膜，彩色背板中的一种或几种。上述彩色后封装胶膜和彩色背板，优选地搭配双面晶硅光伏电池使用。上述彩色前板，包括彩色玻璃前板，彩色聚合物前板，以及在光伏组件层压后存在于前封装胶膜与组件向光面之间的具有多层结构的彩色叠层前板。

本实用新型所述的彩色材料的显色原理，包括化学色和结构色两种。上述化学色指在材料中掺入各种染料，颜料，或者荧光物质来显色。结构色指在材料上制备，涂覆或掺入具有干涉显色或衍射显色功能的结构或物质。常见的结构色的例子包括在光伏电池表面制备氮化硅薄膜，以及在封装胶膜中掺入镀有金属氧化物纳米薄膜的合成云母珠光粉体。本实用新型所述的光伏组件包括在组件向光一侧采用结构色前板或结构色前封装胶膜，同时在组件背光一侧采用黑色背板或黑色后封装胶膜的组件。

本实用新型所述的光伏组件，包括满足前述特点(1)-(4)，同时具有下列特征的光伏组件：所述区域中至少有一个区域，其中的光伏组件背板朝向光伏电池一侧的颜色，在所述光伏电池的间隙处为黑色。本实用新型中的光伏组件，包括满足前述特点(1)-(4)，同时具有下列特征的光伏组件：所述区域中至少有一个区域，其中的光伏电池间隙处的光伏组件颜色为无色透明。

本实用新型的光伏组件中，对于光伏建筑一体化应用特别有益的是具有下列特征的光伏组件：向光面整体呈现矩形外观，且矩形的长宽比在1.6到2.4 之间，向光面沿矩形长边方向分成两个区域A和B，且区域A和B的面积比在 0.95到1.05之间。在一块上述光伏组件上有不同颜色的两个形状接近于正方型的色块。将多个上述组件排列组合在一起，可以借助两种颜色的规则排列或随机排列，形成建筑外表皮的韵律。

上述光伏组件包括下列组件版型：(1)由144个半片晶硅电池构成的竖版型半片晶硅组件，A、B区域各有6排12列电池片。(2)由96个1/3片晶硅电池构成的竖版型3分片晶硅组件，A、B区域各有4排12列电池片。(3)长1200mm 宽约600mm，组件沿长边方向分A、B两个区域且A、B区域相互并联的薄膜组件。

本实用新型中的光伏组件，采用与常规光伏组件类似的工艺生产制作，同时在适当工序引入彩色材料：

(1)对于采用二种具有不同颜色的彩色光伏电池制备的光伏组件，将上述二种彩色光伏电池分别部署于A、B区域，使用与常规光伏组件相同的工艺制造。

(2)对于采用彩色封装胶膜的光伏组件，生产时将两块具有不同颜色的封装胶膜，分别对应地铺设在组件的A、B区域，组件合片后得到A、B区域有不同颜色的光伏组件。为了减少A、B交界处的胶膜在层压加热时流动导致交界处色彩掺杂或色彩界限不清，优选预交联或低熔指的封装胶膜。上述方法中的封装胶膜，包括有颜色的胶膜和无色透明的胶膜。

(3)对于采用彩色前板玻璃或彩色背板玻璃的光伏组件，在组件制造前需要先制备双色玻璃。制备双色玻璃的方法为采用丝网印刷中的套印方式，在前板上印出具有不同颜色的A、B区域，经过相应的烘干、钢化等后处理后，得到双色玻璃。然后将上述双色玻璃用于组件制造，采用和常规组件类似的制造工艺即可制成本实用新型的光伏组件。上述双色玻璃也包括A、B区域中一个区域有颜色，另一个区域无色透明的玻璃。

(4)对于采用其它彩色前板或彩色背板材料光伏组件，可以使用上述方法 (2)和(3)中的一种来进行制造，将上述方法(2)，(3)描述中的彩色胶膜, 彩色玻璃替换为(4)中的彩色前板材料或彩色背板材料即可。

(5)对于有至少二层前板的光伏组件，还有一种特殊的制造方法，即在A、 B区域中一个区域有彩色前板材料层，另一区域无这一层材料。

(6)对于有至少二层背板的光伏组件，也有一种与方法(5)类似的制造方法，即在A、B区域中一个区域有彩色背板材料层，另一区域无这一层材料。

(7)对于使用二种或二种以上彩色材料的光伏组件，可以根据情况，综合使用上述方法(1)-(6)中的一种或多种进行制造。

用类似的版型设计方法和生产制造工艺，也可以得到向光面分为两种以上区域，每个区域有各自的颜色，且至少有二个区域的颜色不同的多色组件。其具有以下特点：(1)组件向光面分成N个区域1，2，3……N。(3)N个区域有各自的颜色，且至少二个区域的颜色不同。(4)N个区域中的光伏电池类型相同且数量相等。(5)N个区域中的光伏电池形成的电路拓扑相同。(6)N个区域的电路相互并联。

附图说明

图1为一种本实用新型中的光伏组件的示意图。

图2为一种采用多个本实用新型中的光伏组件并列排布形成的光伏组件方阵示意图。

图3为一种采用多个本实用新型中的光伏组件交错排布形成的光伏组件方阵示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明，但本实用新型要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例一如图1所示，光伏组件的区域1为银白色，区域2为黑色。组件电路版型与常规含有144片半片电池的竖版型半片组件一致。上述光伏组件的前板为2mm厚超白压花半钢化玻璃并仅在其背光面中区域1处丝网印刷了银白色色粉，光伏电池为P型PERC电池，前后封装胶膜均为无色透明聚烯烃弹性体 (POE)，背板为黑色镀釉的2mm厚超白压花半钢化玻璃。上述银白色色粉为结构色颜料颗粒，其表面有TiO2-SiO2-TiO2叠层纳米薄膜。

实施例二如图2所示，光伏组件方阵由上述实施例一中的光伏组件组成，相邻光伏组件并列排布。与每一块组件的银白色区域相邻的其它组件区域均为黑色，反之亦然。

实施例三如图3所示，光伏组件方阵由具有红黑二色的光伏组件组成。组件有二种摆放方式。一种摆放方式如3所示，红色区域在左下方，黑色区域在右上方。另一种摆放方式如4所示，红色区域在右上方，黑色区域在左下方。将多块上述具有红黑二色的光伏组件按照上述二种摆放方式交错排布后，形成具有红黑相间的波纹状外观的光伏组件方阵。

Claims (5)

1.一种光伏组件，其特征是其向光面分成N个区域，N≧2；其中至少有两个区域A和B满足以下条件：A、B两个区域的颜色不同，A、B两个区域中的光伏电池类型相同且数量相等，A、B两个区域中的光伏电池形成的电路拓扑相同，A区电路和B区电路并联。

2.根据权利要求1所述的光伏组件，其特征是所述区域中至少有一个区域，其中的光伏组件背板朝向光伏电池一侧的颜色，在所述光伏电池的间隙处为黑色。

3.根据权利要求1所述的光伏组件，其特征是所述区域中至少有一个区域，其中的光伏电池间隙处的光伏组件颜色为无色透明。

4.根据权利要求1所述的光伏组件，其特征是向光面整体呈现矩形外观，且矩形的长宽比在1.6到2.4之间，向光面沿矩形长边方向分成两个区域A和B，且区域A和B的面积比在0.95到1.05之间。

5.根据权利要求1所述的光伏组件，其特征是A区和B区的光伏电池各自形成的电路拓扑均为串联。

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