RU2813103C1 - Photovoltaic module and method of its manufacturing - Google Patents
Photovoltaic module and method of its manufacturing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813103C1 RU2813103C1 RU2023120271A RU2023120271A RU2813103C1 RU 2813103 C1 RU2813103 C1 RU 2813103C1 RU 2023120271 A RU2023120271 A RU 2023120271A RU 2023120271 A RU2023120271 A RU 2023120271A RU 2813103 C1 RU2813103 C1 RU 2813103C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photovoltaic module
- encapsulating material
- composite
- glass
- layer
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 31
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 103
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 70
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims abstract description 20
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 claims abstract description 19
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 44
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 24
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 19
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 13
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 12
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 7
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 6
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 6
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims description 6
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 4
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims description 4
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 4
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 3
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000464 lead oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920001558 organosilicon polymer Polymers 0.000 claims description 3
- YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N oxolead Chemical compound [Pb]=O YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 3
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 claims description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 2
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 claims description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 2
- 239000004760 aramid Substances 0.000 claims description 2
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 2
- 239000012799 electrically-conductive coating Substances 0.000 claims description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 2
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 claims description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000191 radiation effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 33
- 238000001424 field-emission electron microscopy Methods 0.000 description 23
- 239000004812 Fluorinated ethylene propylene Substances 0.000 description 19
- 229920009441 perflouroethylene propylene Polymers 0.000 description 19
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 5
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 5
- 230000004224 protection Effects 0.000 description 5
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 3
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000003851 corona treatment Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 150000003961 organosilicon compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 2
- 101100533504 Arabidopsis thaliana SIEL gene Proteins 0.000 description 1
- 101100502609 Caenorhabditis elegans fem-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100334582 Drosophila melanogaster Fem-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000006750 UV protection Effects 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 239000002318 adhesion promoter Substances 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N ethene;prop-1-ene Chemical group C=C.CC=C HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 1
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 description 1
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000004634 thermosetting polymer Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области космической солнечной энергетики, в частности, к технологиям создания и сборки фотоэлектрических модулей (ФЭМ) для систем электроснабжения космических аппаратов. Данное изобретение может применяться для изготовления фотоэлектрических модулей на основе фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) любого типа и с любым способом их коммутации, способных работать в условиях интенсивного протонного, электронных потоков и УФ излучения космического пространства. Изобретение имеет перспективы использованиях в модулях, предназначенных для размещения на космических аппаратах, применяемых, прежде всего, для низкоорбитальной эксплуатации.The invention relates to the field of space solar energy, in particular, to technologies for creating and assembling photovoltaic modules (PVM) for power supply systems of spacecraft. This invention can be used for the manufacture of photovoltaic modules based on photoelectric converters (PVCs) of any type and with any method of switching them, capable of operating under conditions of intense proton and electron flows and UV radiation from outer space. The invention has prospects for use in modules intended for placement on spacecraft used primarily for low-orbit operation.
Уровень техники.State of the art.
Из уровня техники известно – US8974899 10.03.2015 «Псевдоморфозное стекло для космических солнечных батарей» принятое за ближайший аналог.It is known from the prior art - US8974899 03/10/2015 “Pseudomorphic glass for space solar panels” taken as the closest analogue.
Изобретение включает защитное композиционное покрытие фотоэлементов, состоящее из стеклошариков, погруженных в полимерное связующее. Стеклошарики размером 20-40 мкм, состоящие из допированного церием боросиликатного стекла или кварцевого стекла, распределены в связующем, которое представляет собой кремнийорганический или полиимидный компаунд отверждаемый путем добавления катализатора или путем нагревания до заданной температуры. The invention includes a protective composite coating of photocells consisting of glass beads immersed in a polymer binder. Glass beads 20-40 microns in size, consisting of cerium-doped borosilicate glass or quartz glass, are distributed in a binder, which is an organosilicon or polyimide compound cured by adding a catalyst or by heating to a given temperature.
Способ формирования защитного покрытия предполагает приготовление жидкого компаунда, с массовым соотношением стеклошариков к компаунду до 1.8:1.0. Сборка фотоэлектрического модуля происходит следующим образом. Вначале матрица фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) фиксируется на подложке с помощью дополнительного слоя адгезива, а затем защитный компаунд наносится с фронтальной стороны любым из известных способов, например, распылением или трафаретной печатью.The method of forming a protective coating involves preparing a liquid compound with a mass ratio of glass beads to compound up to 1.8:1.0. The photovoltaic module is assembled as follows. First, the matrix of photoelectric converters (PVCs) is fixed on the substrate using an additional layer of adhesive, and then a protective compound is applied from the front side by any of the known methods, for example, spraying or screen printing.
Недостатком является технологическая сложность работы с жидким компаундом, а также необходимость использования дополнительного адгезива для фиксации ФЭП на подложке. Предложенные приемы изготовления ФЭМ основаны на применении жидких компаундов, что ограничивает возможности создания высокопроизводительного автоматизированного технологического процесса, когда требуется достичь высоких значений производительности выпуска солнечных модулей. Работа с жидкими компаундами требует применения специальной оснастки для заливки ФЭП (прессформ) и сопровождается многочисленными производственными затруднениями, связанными со смещениями ФЭП, дефектами заливки (неоднородности мест заполнения, недоливы и прочее). Технологическим недостатком процесса, организованного по схеме с жидким компаундом, является существенный брак в готовых ФЭМ, при этом их ремонт или вторичное применение невозможно. Предлагаемые в данном изобретение способы формирования защитного покрытия ка распыления компаунда или трафаретная печать также не могут рассматриваться как высокопроизводительные производственные процессы.The disadvantage is the technological complexity of working with a liquid compound, as well as the need to use additional adhesive to fix the FEP to the substrate. The proposed methods for manufacturing FEMs are based on the use of liquid compounds, which limits the possibilities of creating a high-performance automated technological process when it is necessary to achieve high productivity values for the production of solar modules. Working with liquid compounds requires the use of special equipment for filling FEP (molds) and is accompanied by numerous production difficulties associated with FEP displacements, filling defects (inhomogeneity of filling locations, underfilling, etc.). The technological disadvantage of the process organized according to the scheme with a liquid compound is a significant defect in the finished FEM, while their repair or secondary use is impossible. The methods proposed in this invention for forming a protective coating by spraying a compound or screen printing also cannot be considered as high-performance production processes.
Из уровня техники известно – US9230698 05.01.2016 «Радиационно-стойкий экран». Изобретение включает защитное композиционное покрытие фотоэлементов, состоящее из стеклянных микрохлопьев, погруженных в полимерное связующее. Стеклянные хлопья имеют толщину от 3 до 500 мкм и поперечные размеры от 0.5 до 1.0 мм. Указанные хлопья могут состоять из боросиликатного стекла, в том числе стекла допированного церием или из кварцевого стекла. Хлопья распределены в связующем, которое представляет собой кремнийорганический компаунд, фторированный этиленпропиленовый полимер или полиимид.It is known from the prior art - US9230698 01/05/2016 “Radiation-resistant screen”. The invention includes a protective composite coating of photocells consisting of glass microflakes immersed in a polymer binder. Glass flakes have a thickness from 3 to 500 microns and transverse dimensions from 0.5 to 1.0 mm. These flakes may consist of borosilicate glass, including cerium doped glass, or quartz glass. The flakes are distributed in a binder, which is an organosilicon compound, fluorinated ethylene propylene polymer or polyimide.
Данный материал может быть использован только с применением традиционного подхода к сборке ФЭМ, который включает приклеивание ФЭП на подложку и нанесение композитного компаунда на фронтальную сторону. Эффективная радиационная защита ФЭП данным способом может быть реализована только при условии однородного совмещения большего числа хлопьев во фронтальной от ФЭП плоскости для образования большого числа перекрытий. Изобретение не описывает процесс сборки модуля с применением указанного защитного фронтального покрытия.This material can only be used using the traditional approach to assembling FEM, which includes gluing the FEP to the substrate and applying a composite compound to the front side. Effective radiation protection of solar cells using this method can only be realized if a large number of flakes are homogeneously combined in the plane frontal to the solar cell to form a large number of overlaps. The invention does not describe the process of assembling a module using the specified protective front coating.
Недостатком является необходимость использования адгезива для фиксации ФЭП, а также технологическая сложность работы с жидким компаундом. С точки зрения сборочного процесса, предложенная технология не отличается от распространённой, т.к. использование жидкого компаунда имеет ограничение в тех случаях, когда требуется достичь высоких значений производительности выпуска модулей.The disadvantage is the need to use an adhesive to fix the FEP, as well as the technological complexity of working with a liquid compound. From the point of view of the assembly process, the proposed technology does not differ from the common one, because the use of liquid compound is limited in cases where it is necessary to achieve high module production rates.
Из уровня техники известно – US10276736 B1. 30.04.2019 «Гибкая солнечная батарея». Изобретение предполагает способ сборки ФЭМ космического назначения путем фиксации ФЭП на гибкой подложке, содержащей систему контактирования с применением материала, близкого по структуре к двухстороннему скотчу. С фронта ФЭМ содержит стандартное защитное стекло, которое фиксируется при помощи тонкого слоя кремнеорганического адгезива. Таким образом, с точки зрения сборочного процесса, предложенная технология не отличается от распространённой и не позволяет создать высокопроизводительный процесс производства модулей для космических применений.It is known from the prior art - US10276736 B1. 04/30/2019 “Flexible solar battery.” The invention involves a method for assembling photovoltaic cells for space purposes by fixing the photocell on a flexible substrate containing a contacting system using a material similar in structure to double-sided tape. On the front, the FEM contains standard protective glass, which is fixed using a thin layer of organosilicon adhesive. Thus, from the point of view of the assembly process, the proposed technology does not differ from the common one and does not allow creating a high-performance process for the production of modules for space applications.
Сущность изобретения.The essence of the invention.
В основу настоящего изобретения положена задача разработки простой в реализации и надежной в эксплуатации конструкции модуля с высокой степенью автоматизируемости сборочного процесса и невысокой стоимостью. Высокопроизводительная технология сборки решает задачу насыщения низкоорбитальной спутниковой группировки необходимым количеством фотоэлектрических модулей.The present invention is based on the task of developing a module design that is easy to implement and reliable in operation with a high degree of automation of the assembly process and low cost. High-performance assembly technology solves the problem of saturating a low-orbit satellite constellation with the required number of photovoltaic modules.
Технической задачей заявляемого изобретения является разработка технологии сборки ФЭМ для применений в космических условиях, которая позволяет сформировать защитное покрытие для ФЭП в автоматизированном высокопроизводительном режиме, обеспечение надежного электрического соединения ФЭП без потери эффективности токосъема, достижение термомеханической устойчивости, достижение радиационной защиты ФЭП.The technical objective of the claimed invention is to develop a technology for assembling photovoltaic cells for applications in space conditions, which allows the formation of a protective coating for photovoltaic cells in an automated high-performance mode, ensuring a reliable electrical connection of solar cells without loss of current collection efficiency, achieving thermomechanical stability, and achieving radiation protection of solar cells.
Техническим результатом изобретения является упрощение традиционной технологии ламинирования ФЭП для космических применений, снижение вероятности возникновения дефектов при сборке модуля, снижение массы фотоэлектрического модуля, повышение его надежности в процессе эксплуатации, снижение вероятности выхода из строя модуля в результате механических, термомеханических и радиационного воздействий.The technical result of the invention is to simplify the traditional technology of PV lamination for space applications, reduce the likelihood of defects during module assembly, reduce the weight of the photovoltaic module, increase its reliability during operation, and reduce the likelihood of module failure as a result of mechanical, thermomechanical and radiation effects.
Технический результат достигается за счет того, что фотоэлектрический модуль, содержит по меньшей мере один фотоэлектрический преобразователь, при этом с фронтальной и тыльной сторон упомянутый преобразователь заламинирован в композиционный инкапсулирующий материал, содержащий стекловолоконный материал, пропитанный полимерным связующим, причем фронтальный слой композиционного инкапсулирующего материала содержит распределенные в объеме частицы радиационно-защитного материала с наибольшим размером 100 мкм, а с тыльной стороны от тыльного слоя композиционного инкапсулирующего материала расположена плата, которая содержит на внутренней поверхности нанесенные на ней металлические контакты, к которым присоединены контактные шины от фотоэлектрических преобразователей.The technical result is achieved due to the fact that the photovoltaic module contains at least one photoelectric converter, while on the front and back sides the said converter is laminated into a composite encapsulating material containing fiberglass material impregnated with a polymer binder, and the front layer of the composite encapsulating material contains distributed in the volume of a particle of radiation-protective material with a maximum size of 100 microns, and on the back side of the back layer of the composite encapsulating material there is a board that contains metal contacts deposited on it on the inner surface, to which contact bars from photoelectric converters are connected.
Кроме того, с фронтальной стороны от фронтального слоя композиционного инкапсулирующего материала может быть расположен дополнительный защитный лист из устойчивого к радиации стекла или слой защитного покрытия.In addition, an additional protective sheet of radiation-resistant glass or a layer of protective coating may be located on the front side of the front layer of the composite encapsulating material.
Кроме того, в качестве фотоэлектрического преобразователя могут использоваться моно-, поликристаллический кремний, кремний по гетероструктурной технологии.In addition, mono-, polycrystalline silicon, and silicon using heterostructure technology can be used as a photoelectric converter.
Кроме того, в качестве полимерного связующего могут использоваться термо- или фотоотверждаемые соединения на основе полиакрилатов, полиимидов, фторированного полимера этилена и пропилена, кремнийорганических полимеров, эпоксидных смол, полиолефинов, полиуретанов полиамидов.In addition, thermo- or photocurable compounds based on polyacrylates, polyimides, fluorinated polymers of ethylene and propylene, organosilicon polymers, epoxy resins, polyolefins, polyurethane polyamides can be used as a polymer binder.
Кроме того, в качестве частиц радиационно-защитного материала, используются частицы таких материалов, как цериевое стекло, оксид церия, оксид висмута, оксид свинца, оксид вольфрама, оксид цинка, оксид алюминия, оксид бора, оксид кремния с размерами до 100 микрометров и с массовым содержанием в связующем до 50%.In addition, particles of materials such as cerium glass, cerium oxide, bismuth oxide, lead oxide, tungsten oxide, zinc oxide, aluminum oxide, boron oxide, silicon oxide with sizes up to 100 micrometers and with mass content in the binder up to 50%.
В частном случае в качестве стекловолоконного материала использована стеклоткань, стекломат, стеклохолст, смешанные со стекловолокном материалы, содержащие арамидные, керамические, углеродные волокна.In a particular case, glass fabric, glass mat, fiberglass, materials mixed with fiberglass and containing aramid, ceramic, and carbon fibers are used as fiberglass material.
Также заявлен способ изготовления фотоэлектрического модуля, включающий в себя этапы, на которых:Also claimed is a method for manufacturing a photovoltaic module, which includes the steps of:
подготавливают стекловолоконный материал путем его обработки повышенной температурой, дополнительными реагентами;prepare fiberglass material by treating it at elevated temperatures and additional reagents;
подготавливают полимерное связующее путем введения компонентов в виде частиц материала, экранирующего радиацию, затем распределяют упомянутые частицы по всему объему связующего;preparing a polymer binder by introducing components in the form of particles of radiation-shielding material, then distributing the said particles throughout the entire volume of the binder;
изготавливают композиционный инкапсулирующий материал путем пропитывания упомянутым связующим стекловолоконного материала;producing a composite encapsulating material by impregnating the glass fiber material with said binder;
подготавливают фотоэлектрический преобразователь или матрицу фотоэлектрического преобразователя путем последовательных операций нарезки фотоэлектрического преобразователя в размер, полировки краев, пассивации краев, отмывки от крошки, формирования на фотоэлектрическом преобразователе токосъемных выводов, в одном из вариантов басбарной проволоки, припаивание к выводам контактных шин;preparing a photoelectric converter or a matrix of a photoelectric converter by successive operations of cutting the photoelectric converter to size, polishing the edges, passivating the edges, washing away crumbs, forming current-collecting leads on the photoelectric converter, in one of the variants of basbar wire, soldering contact busbars to the leads;
подготавливают полуфабрикат фотоэлектрического модуля, путем послойной укладки фронтального композиционного инкапсулирующего материала, матрицы фотоэлектрического преобразователя, тыльного инкпсулирующего материала;prepare a semi-finished photovoltaic module by layer-by-layer laying of the front composite encapsulating material, the photoelectric converter matrix, and the rear encapsulating material;
ламинируют по меньшей мере один фотоэлектрический преобразователь между слоями композиционного инкапсулирующего материала;laminating at least one photovoltaic converter between layers of composite encapsulating material;
обрабатывают кромки фотоэлектрического модуля;process the edges of the photovoltaic module;
измеряют характеристики модулей при стандартной спектральной плотности энергетической освещенности AM 1.5.measure the characteristics of modules at standard spectral irradiance density AM 1.5.
В частном случае исполнения способа ламинирование проводят совместно с дополнительным защитным фронтальным стеклом.In a particular case of the method, lamination is carried out together with additional protective front glass.
В частном случае исполнения способа ламинирование проводят совместно с дополнительной тыльной подложкой, на внутренней стороне которой нанесены металлизированные контакты, а контактные шины фотоэлектрического преобразователя омически зафиксированы на металлизированной поверхности тыльной подложки.In a particular case of the method, lamination is carried out together with an additional rear substrate, on the inside of which metallized contacts are applied, and the contact bars of the photoelectric converter are ohmically fixed on the metallized surface of the rear substrate.
В частном случае исполнения способа после этапа ламинирования проводится этап, на котором на наружную поверхность фронтального композиционного слоя дополнительного светопрозрачного защитного электропроводящего покрытия.In a particular case of the method, after the lamination stage, a stage is carried out in which an additional translucent protective electrically conductive coating is applied to the outer surface of the front composite layer.
Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:The invention is illustrated by drawings, which do not cover and, especially, do not limit the entire scope of claims of this technical solution, but are only illustrative materials of a particular case of implementation:
Фиг.1 – схема фотоэлектрического модуля.Figure 1 – diagram of a photovoltaic module.
1 – фотоэлектрический преобразователь,1 – photoelectric converter,
2 – фронтальный инкапсулирующий слой,2 – front encapsulating layer,
3 – тыльный инкапсулярующий слой,3 – rear encapsulating layer,
4 – контактные шины фотоэлектрического преобразователя,4 – contact bars of the photoelectric converter,
Фиг.2 – схема варианта фотоэлектрического модуля.Fig. 2 – diagram of a variant of a photovoltaic module.
1 – фотоэлектрический преобразователь,1 – photoelectric converter,
2 – фронтальный инкапсулирующий слой,2 – front encapsulating layer,
3 – тыльный инкапсулярующий слой,3 – rear encapsulating layer,
4 – контактные шины фотоэлектрического преобразователя,4 – contact bars of the photoelectric converter,
5 – тыльная защитная подложка (плата),5 – rear protective substrate (board),
Фиг. 3 – схема варианта фотоэлектрического модуля.Fig. 3 – diagram of a photovoltaic module variant.
1 – фотоэлектрический преобразователь,1 – photoelectric converter,
2 – фронтальный инкапсулирующий слой,2 – front encapsulating layer,
3 – тыльный инкапсулярующий слой,3 – rear encapsulating layer,
4 – контактные шины фотоэлектрического преобразователя,4 – contact bars of the photoelectric converter,
6 – Фронтальный защитный слой (стекло или прозрачное покрытие),6 – Front protective layer (glass or transparent coating),
Фиг. 4 – Блок-схема процесса сборки фотоэлектрического модуля.Fig. 4 – Flow diagram of the photovoltaic module assembly process.
7 – операции подготовки стекловолоконного материала,7 – operations for preparing fiberglass material,
8 – операции подготовки полимерного связующего,8 – operations for preparing the polymer binder,
9 – изготовление композиционного инкапсулирующего материала,9 – production of composite encapsulating material,
10 – подготовка ФЭП и их коммутация,10 – preparation of solar cells and their switching,
11 – операция сборки полуфабриката,11 – semi-finished product assembly operation,
12 – ламинирование полуфабриката,12 – lamination of semi-finished product,
13 – операция обрезки кромок,13 – edge trimming operation,
14 - измерение характеристик модулей при стандартной спектральной плотности энергетической освещенности АМ 1,5.14 - measurement of module characteristics at standard spectral irradiance density AM 1.5.
Осуществление изобретения.Implementation of the invention.
Предлагаемая в заявке технология основана на применении композиционного инкапсулирующего материала для проведения ламинирования на стандартном и широко распространенном для солнечной энергетики оборудовании – вакуумном мембранном ламинаторе. Композиционный инкапсулирующий материал содержит стекловолоконный материал, который обеспечивает его целостность и простоту обращения с ним, а также повышает общие механические свойства модулей. Композиционный инкапсулирующий материал также содержит связующий полимерный материал, в который в свою очередь может быть введены необходимые добавки для обеспечения стойкости к УФ воздействию, радиационной стойкости, промоутеры адгезии и другие добавки.The technology proposed in the application is based on the use of a composite encapsulating material for lamination on standard and widely used equipment for solar energy - a vacuum membrane laminator. The composite encapsulation material contains glass fiber material, which ensures its integrity and ease of handling, and also improves the overall mechanical properties of the modules. The composite encapsulating material also contains a polymeric binder material, which in turn may contain the necessary additives to provide UV resistance, radiation resistance, adhesion promoters and other additives.
Для повышения радиационной стойкости композиционных материалов возможно применение пассивной защиты такое как экранирование или физико-химическая модификация материала. Использование защитного экранирования снижает степень воздействия ионизирующего излучения на материал. Экранирование прозрачного композиционного инкапсулирующего материала может быть реализовано путем фиксации с фронтальной стороны специального радиационно-стойкого стекла, например, К-208 или путем нанесения на его поверхность защитного светопропускающего покрытия. Физико-химическая модификация заключается во введении во фронтальный инкапсулирующий слой частиц цериевого стекла, нано- и микрочастиц оксидов металлов, таких как оксиды вольфрама, висмута, свинца, церия, алюминия, цинка и др.To increase the radiation resistance of composite materials, it is possible to use passive protection such as shielding or physicochemical modification of the material. The use of protective shielding reduces the degree of exposure to ionizing radiation on the material. Shielding of a transparent composite encapsulating material can be realized by fixing a special radiation-resistant glass, for example, K-208, on the front side or by applying a protective light-transmitting coating to its surface. Physico-chemical modification consists of introducing cerium glass particles, nano- and microparticles of metal oxides, such as oxides of tungsten, bismuth, lead, cerium, aluminum, zinc, etc. into the front encapsulating layer.
Для решения поставленной задачи предлагается конструкция ФЭМ (Фиг.1), в которой ФЭП (1) заламинирован между фронтальным (2) и тыльным (3) слоями композиционного инкапсулирующего материала на основе стекловолоконного материала, в частном варианте осуществления выбрана стеклоткань. Контактная шина (4) проходит между слоями инкапсулирующего материала и выводится через край ФЭМ. To solve this problem, a FEM design is proposed (Figure 1), in which the FEM (1) is laminated between the front (2) and back (3) layers of a composite encapsulating material based on fiberglass material; in a particular embodiment, fiberglass is selected. The contact bus (4) passes between the layers of encapsulating material and is brought out through the edge of the FEM.
В другом частном варианте осуществления изобретения (Фиг. 2) контактная шина (4) может быть выведена через прорезь в тыльном слое композиционного материала (3) и зафиксирована на тыльном материале (5) любым из известных способов формирования омического контакта к контактным дорожкам тыльного материала (например, сваркой, пайкой).In another particular embodiment of the invention (Fig. 2), the contact bus (4) can be brought out through a slot in the back layer of the composite material (3) and fixed on the back material (5) by any of the known methods of forming an ohmic contact to the contact tracks of the back material ( for example, welding, soldering).
В другом варианте (Фиг. 3) для обеспечения дополнительной защиты ФЭМ с фронтальной стороны от фронтального слоя композиционного материала (2) размещается дополнительный защитный слой (6), состоящий из радиационно-защитного материала, например, стекла К-208 или нанесенного прозрачного защитного покрытия (6), например, ITO. In another embodiment (Fig. 3), to provide additional protection of the FEM from the front side of the front layer of composite material (2), an additional protective layer (6) is placed, consisting of a radiation-protective material, for example, K-208 glass or an applied transparent protective coating (6), for example, ITO.
В процессе пропитки стеклоткани ее плотность, количество и вязкость связующего, технологический режим пропитки подобраны таким образом, чтобы обеспечить высокое светопропускание, отсутствие пустот и связность фронтального и тыльного слоев композиционного инкапсулирующего материала. Температура, при которой обеспечивается пропитка стекловолоконного материала не должна инициировать реакцию сшивания термореактивного связующего, и оптимально она составляет 60-110°С.During the impregnation of glass fabric, its density, quantity and viscosity of the binder, and the technological mode of impregnation are selected in such a way as to ensure high light transmission, the absence of voids and the coherence of the front and back layers of the composite encapsulating material. The temperature at which the fiberglass material is impregnated should not initiate the crosslinking reaction of the thermosetting binder, and optimally it is 60-110°C.
В качестве связующего для изготовления композиционного инкапсулирующего материала могут быть использованы термо- или фотоотверждаемые полимерные соединения на основе полиакрилатов, кремнеорганических соединений, полиимидов, эпоксидных смол, фторполимеров, полиолефинов, полиуретанов. Во время сборки композиционного инкапсулирующего материала и ламинации ФЭП отверждение может обеспечиваться под действием различных внешних факторов, например, температуры или света. В процессе ламинирования связующее сшивается, образуя со стекловолоконным материалом монолитную структуру с высоким значением светопропускания. Сборка фотоэлектрического модуля (ламинирование) может быть проведена с применением фронтального защитного стекла и с применением тыльного защитного материала, например, текстолита. Клеящие свойства связующего должны обеспечивать высокий уровень адгезии к фронтальной и тыльной подложкам.Thermo- or photocurable polymer compounds based on polyacrylates, organosilicon compounds, polyimides, epoxy resins, fluoropolymers, polyolefins, and polyurethanes can be used as a binder for the manufacture of composite encapsulating material. During assembly of the composite encapsulating material and lamination of the FEP, curing can be achieved by various external factors, such as temperature or light. During the lamination process, the binder is cross-linked, forming a monolithic structure with high light transmittance with the fiberglass material. Assembly of a photovoltaic module (lamination) can be carried out using front protective glass and using rear protective material, for example, textolite. The adhesive properties of the binder must ensure a high level of adhesion to the front and rear substrates.
Сборка ФЭМ с помощью композитных фронтального и тыльного слоев позволяет получить легковесные, высокопрочные, стойкие к термомеханическим нагрузкам фотоэлектрические модули. В качестве дополнительного фронтального защитного материала можно использовать специализированные стекла К-208, а также композиционные фронтальные защитные листы на основе полиимидов, кремнеорганических полимеров. На фронтальную поверхность фронтального композитного слоя ФЭП можно нанести дополнительное композиционное покрытие, обеспечивающее повышенную защиту от разрушающих факторов космического пространства.Assembling FEMs using composite front and back layers makes it possible to obtain lightweight, high-strength photovoltaic modules that are resistant to thermomechanical loads. As an additional frontal protective material, you can use specialized K-208 glass, as well as composite frontal protective sheets based on polyimides and organosilicon polymers. An additional composite coating can be applied to the front surface of the front composite FEP layer, providing increased protection from the destructive factors of outer space.
Преимуществом применения технологии композиционных инкапсулирующих материалов для сборки ФЭМ космического применения является возможность осуществлять сборку модуля без применения жидкого отверждаемого компаунда. При сборке ФЭМ с применением композиционных инкапсулирующих материалов полимерное связующее стеклоткани в процессе ламинирования расплавляется и отверждается, тем самым создавая инкапсулирующий эффект для системы контактирования и коммутации ФЭП. В ходе этого же процесса ламинирования полимерное связующее обеспечивает адгезию к дополнительному фронтальному защитному материалу (стеклу) и к тыльному материалу (например, к текстолиту). The advantage of using the technology of composite encapsulating materials for assembling FEMs for space applications is the ability to assemble the module without the use of a liquid curable compound. When assembling FEMs using composite encapsulating materials, the polymer binder of the glass fabric is melted and solidified during the lamination process, thereby creating an encapsulating effect for the contacting and switching system of the FEM. During the same lamination process, the polymer binder provides adhesion to the additional front protective material (glass) and to the rear material (for example, textolite).
Предлагаемая технология сборки монолитных солнечных модулей может быть использована для ламинирования ФЭП любого типа, в т.ч. из монокристаллического и поликристаллического кремния, а также ФЭП на основе гетероструктурной технологии.The proposed technology for assembling monolithic solar modules can be used for laminating any type of solar cells, incl. from monocrystalline and polycrystalline silicon, as well as solar cells based on heterostructure technology.
Способ изготовления фотоэлектрического модуля для космических применений характеризуется совокупностью следующих последовательных операций (Фиг.4):The method for manufacturing a photovoltaic module for space applications is characterized by a set of the following sequential operations (Figure 4):
1) Операция подготовки стекловолоконного материала (7), которая включает обработку повышенной температурой, дополнительными реагентами, другие виды воздействий; 1) The operation of preparing fiberglass material (7), which includes treatment with elevated temperatures, additional reagents, and other types of influences;
2) Операция подготовки полимерного связующего (8), которая включает создание композиции с необходимыми свойствами, 2) The operation of preparing a polymer binder (8), which includes creating a composition with the necessary properties,
3) Операция изготовления фронтального и тыльного композиционных инкапсулирующих материалов (9), которая включает пропитку стекловолоконного материала полимерным связующим.3) The operation of manufacturing front and rear composite encapsulating materials (9), which includes impregnation of fiberglass material with a polymer binder.
4) Операция подготовки ФЭП или матрицы ФЭП (10), которая состоит из нескольких стадий, включающих нарезку ФЭП в размер, полировку краев, пассивацию краев, отмывку от крошки, формирование токосъемных выводов (басбарной проволоки), припаивание контактных шин, коммутацию ФЭП, и другое.4) The operation of preparing a photovoltaic cell or a solar cell matrix (10), which consists of several stages, including cutting the photocell to size, polishing the edges, passivating the edges, washing off crumbs, forming current-collecting leads (bass wire), soldering contact bars, switching the solar cell, and other.
5) Операция сборки полуфабриката ФЭМ (11), которая заключается в послойной укладке фронтального композиционного инкапсулирующего материала, матрицы ФЭП, тыльного инкпсулирующего материала. 5) The operation of assembling a semi-finished FEM product (11), which consists of layer-by-layer laying of the front composite encapsulating material, the FEP matrix, and the rear encapsulating material.
6) Операция ламинирования ФЭМ (12), которая заключается в нагреве полуфабриката в условиях вакуума с приложением давления до 1000 мбар.6) The operation of laminating FEM (12), which consists of heating the semi-finished product under vacuum conditions with the application of pressure up to 1000 mbar.
7) Обработка кромок ФЭМ (13).7) Processing of FEM edges (13).
8) Измерение характеристик модулей при стандартной спектральной плотности энергетической освещенности AM 1.5 (14).8) Measurement of module characteristics at standard spectral irradiance density AM 1.5 (14).
Опционально к процессу сборки может быть добавлены:Optionally, the following can be added to the build process:
1) Операция подготовки фронтального защитного материала (например, радиационно-стойкого стекла), которая включает обработку плазмой, дополнительными реагентами (активаторами адгезии), или другие виды воздействий с целью улучшения адгезии материалов к композиционному инкапсулирующему материалу.1) The operation of preparing frontal protective material (for example, radiation-resistant glass), which includes treatment with plasma, additional reagents (adhesion activators), or other types of influences in order to improve the adhesion of materials to the composite encapsulating material.
2) Пайка контактных шин. При необходимости вывода контактных шин выпускаются через прорези в композиционном инкапсулирующем материале.2) Soldering contact bars. If necessary, the contact bars are released through slots in the composite encapsulating material.
3) Формирование прозрачного защитного композиционного покрытия на фронтальной поверхности ФЭМ.3) Formation of a transparent protective composite coating on the front surface of the FEM.
Автоматизированная линия сборки включает станцию подготовки стеклоткани, станцию подготовки полимерного связующего, машину для изготовления композиционного инкапсулирующего материала, машину резки ФЭП, машину формирования цепочек ячеек, манипуляторы для переноса элементов сборки, станцию штучной подачи листов композиционного инкапсулирующего материала, транспортные системы перемещения изделий, станцию штучной подачи листов композиционного инкапсулирующего материала, станцию штучной подачи текстолита, станцию припайки контактов, станцию ламинирования, транспортную система перемещения ФЭМ, оборудование для автоматизированной проверки картин электролюминесценции и измерения вольт-амперных характеристик.The automated assembly line includes a fiberglass preparation station, a polymer binder preparation station, a machine for the production of composite encapsulating material, a FEP cutting machine, a machine for forming chains of cells, manipulators for transferring assembly elements, a piece feeding station for sheets of composite encapsulating material, transport systems for moving products, a piece station feeding sheets of composite encapsulating material, a station for piece feeding of PCB, a station for soldering contacts, a lamination station, a transport system for moving FEM, equipment for automated checking of electroluminescence patterns and measuring current-voltage characteristics.
Машина для изготовления композиционного инкапсулирующего материала представляет собой прессующее устройство, оснащенное системой термостатирования. Связующее в порошковой или жидкой форме подается через дозирующее устройство на поверхность стеклоткани, которая с помощью приемно-тянущего устройства перемещается в зону горячей припрессовки, после которой сформированный композиционный инкапсулирующий материал может быть смотан в рулон или нарезан в заготовки необходимой длины.The machine for producing composite encapsulating material is a pressing device equipped with a temperature control system. The binder in powder or liquid form is supplied through a dosing device to the surface of the glass fabric, which, using a receiving and pulling device, is moved to the hot pressing zone, after which the formed composite encapsulating material can be wound into a roll or cut into blanks of the required length.
Далее приведены примеры реализации заявленного изобретения, которые не ограничивает объем притязаний настоящего изобретения, а лишь раскрывают частные варианты его реализации.The following are examples of implementation of the claimed invention, which do not limit the scope of the claims of the present invention, but only disclose private options for its implementation.
Пример 1. Изготовление фотоэлектрического модуля без применения фронтального защитного стекла и без тыльной подложки.Example 1. Manufacturing a photovoltaic module without the use of front protective glass and without a rear substrate.
1) Подготовка измельченных частиц из радиационно стойкого стекла К-208 со средним диаметром около100 мкм.1) Preparation of crushed particles from radiation-resistant glass K-208 with an average diameter of about 100 microns.
2) Подготовка механической смеси измельченных частиц К-208 с порошковым термореактивным полимерным материалом полиакриловым полимером производства Freilacke) с массовым соотношением 1:1.2) Preparation of a mechanical mixture of crushed K-208 particles with powdered thermosetting polymer material (polyacrylic polymer produced by Freilacke) with a mass ratio of 1:1.
3) Изготовление фронтального композиционного инкапсулирующего материала, состоящего из стекловолокна, наполненного связующим на основе смеси полимер-стекло и тыльного композиционного инкапсулирующего материала, состоящего из стекловолокна, наполненного тем же полимерным связующим. Композиционный инкапсулирующий материал получали путем спекания порошкообразного полимера со стекловолокном (стеклотканью с плотностью 80 г/м2) под действием прижимающего давления при температуре 100°С,3) Production of a front composite encapsulating material consisting of glass fiber filled with a binder based on a polymer-glass mixture and a rear composite encapsulating material consisting of glass fiber filled with the same polymer binder. The composite encapsulating material was obtained by sintering a powdered polymer with glass fiber (glass cloth with a density of 80 g/ m2 ) under the action of pressing pressure at a temperature of 100°C,
4) Изготовление фотоэлектрического преобразователя (производства Хевел), полученные по гетероструктурной (HJT) технологии на кремниевой подложке р-типа проводимости, в соответствие с требуемым размером с помощью метода лазерной резки,4) Manufacturing of a photoelectric converter (manufactured by Hevel), obtained using heterostructure (HJT) technology on a silicon substrate of p-type conductivity, in accordance with the required size using the laser cutting method,
5) Формирование выводящих контактов с помощью пайки контактной шины к басбарной проволоке ФЭП,5) Formation of output contacts by soldering the contact bus to the FEP base wire,
6) Укладка на фторопластовую подложку первого (фронтального) слоя композиционного инкапсулирующего материала, затем укладка ФЭП, затем укладка второго (тыльного) слоя композиционного инкапсулирующего материала.6) Laying the first (front) layer of the composite encapsulating material on the fluoroplastic substrate, then laying the FEP, then laying the second (rear) layer of the composite encapsulating material.
7) Ламинирование фотоэлектрического преобразователя между слоями композиционного инкапсулирующего материала при температуре около 150°С и давлении 700 мбар в вакуумном мембранном ламинаторе,7) Lamination of the photoelectric converter between layers of composite encapsulating material at a temperature of about 150°C and a pressure of 700 mbar in a vacuum membrane laminator,
8) Обрезка периметра модуля по необходимым размерам с помощью ручного гравера.8) Trimming the perimeter of the module to the required dimensions using a hand engraver.
Пример 2. Изготовление фотоэлектрического модуля с фронтальным защитным стеклом.Example 2. Manufacturing a photovoltaic module with front protective glass.
1) Подготовка полимерного связующего и изготовление фронтального и тыльного композиционных инкапсулирующих материалов состоящих из стекловолокна, наполненного связующим по п.п. 1-3 Примера 1.1) Preparation of a polymer binder and production of front and rear composite encapsulating materials consisting of glass fiber filled with a binder according to paragraphs. 1-3 Examples 1.
2) Изготовление фотоэлектрического преобразователя по п.4 Примера 1. 2) Manufacturing a photoelectric converter according to item 4 of Example 1.
3) Формирование выводящих контактов с помощью пайки контактной шины к басбарной проволоке ФЭП по п.5 Примера 1.3) Formation of output contacts by soldering the contact bus to the FEP base wire according to clause 5 of Example 1.
4) Подготовка фронтального защитного стекла (марки К-208, толщиной 125 мкм) – мойка, сушка и коронная обработка.4) Preparation of front protective glass (grade K-208, thickness 125 microns) - washing, drying and corona treatment.
5) Укладка фронтального стекла, затем последовательное размещение фронтального композиционного инкапсулирующего материала, ФЭП и тыльного композиционного инкапсулирующего материала.5) Laying the front glass, then sequentially placing the front composite encapsulating material, FEP and rear composite encapsulating material.
6) Ламинирование фотоэлектрического преобразователя между слоями композиционного инкапсулирующего материала при температуре около 150°С и давлении 700 мбар в вакуумном мембранном ламинаторе,6) Lamination of the photoelectric converter between layers of composite encapsulating material at a temperature of about 150°C and a pressure of 700 mbar in a vacuum membrane laminator,
7) Обрезка периметра модуля по необходимым размерам с помощью ручного гравера.7) Trimming the perimeter of the module to the required dimensions using a hand engraver.
Пример 3. Изготовление модуля с применением тыльного металлизированного текстолита (платы).Example 3. Manufacturing a module using a rear metallized PCB (board).
1) Подготовка полимерного связующего и изготовление фронтального и тыльного композиционных инкапсулирующих материалов состоящих из стекловолокна, наполненного связующим по п.п. 1-3 Примера 1.1) Preparation of a polymer binder and production of front and rear composite encapsulating materials consisting of glass fiber filled with a binder according to paragraphs. 1-3 Examples 1.
2) Изготовление фотоэлектрического преобразователя по п. 4 Примера 1. 2) Manufacturing a photoelectric converter according to point 4 of Example 1.
3) Формирование выводящих контактов с помощью пайки контактной шины к басбарной проволоке ФЭП по п.5 Примера 1.3) Formation of output contacts by soldering the contact bus to the FEP base wire according to clause 5 of Example 1.
4) Укладка на лист с металлизированными контактами (плату) первого (тыльного) слоя композиционного иинкапсулирующего материала, затем последовательная укладка ФЭП и второго (фронтального) слоя композиционного инкапсулирующего материала.4) Laying the first (rear) layer of composite encapsulating material on a sheet with metallized contacts (board), then sequentially laying FEP and the second (front) layer of composite encapsulating material.
5) Фиксация (припайка) контактных шин к плате.5) Fixing (soldering) contact bars to the board.
6) Ламинирование фотоэлектрического преобразователя между слоями композиционного инкапсулирующего материала при температуре около 150°С и давлении 700 мбар в вакуумном мембранном ламинаторе.6) Lamination of the photoelectric converter between layers of composite encapsulating material at a temperature of about 150°C and a pressure of 700 mbar in a vacuum membrane laminator.
7) Обрезка периметра модуля по необходимым размерам с помощью ручного гравера.7) Trimming the perimeter of the module to the required dimensions using a hand engraver.
Пример 4. Изготовление модуля традиционным способом с использованием фронтального стекла, силиконового компаунда и текстолитовой основы.Example 4. Manufacturing a module in the traditional way using front glass, silicone compound and textolite base.
1) Смешивание силикона марки СИЕЛ 159-322А с катализатором в пропорциях 10:1, с предварительно дегазированным катализатором.1) Mixing SIEL 159-322A silicone with a catalyst in a ratio of 10:1, with a pre-degassed catalyst.
2) Изготовление фотоэлектрического преобразователя требуемых размеров по п.4 Примера 1. 2) Manufacturing a photoelectric converter of the required dimensions according to point 4 of Example 1.
3) Очистка поверхностей стекла и текстолитовой платы методом коронной обработки для улучшения адгезии силикона.3) Cleaning the surfaces of glass and textolite board using corona treatment to improve the adhesion of silicone.
4) Формирование оснастки на текстолитовой плате для предотвращения растекания силикона.4) Formation of equipment on a textolite board to prevent silicone from spreading.
5) Нанесение первого слоя силикона на посадочное место текстолитовой платы, с дальнейшим расположением ФЭП на посадочное место текстолитовой платы (толщиной 1 мм).5) Applying the first layer of silicone to the seat of the textolite board, with the further placement of the solar cells on the seat of the textolite board (1 mm thick).
6) Пайка выводов контактных шин ФЭП к текстолитовой плате.6) Soldering the terminals of the FEP contact buses to the textolite board.
7) Нанесение второго слоя силикона.7) Applying a second layer of silicone.
8) Накладывание стекла К-208 на силикон и совмещение стекла с ФЭП, для предотвращения дальнейшего смещения стекла, стекло фиксируется скотчем к оснастке.8) Applying K-208 glass to silicone and combining the glass with FEP, to prevent further movement of the glass, the glass is fixed with tape to the equipment.
9) Ламинирование текстолитовой платы при температуре 100°С в течении 15 минут.9) Lamination of the textolite board at a temperature of 100°C for 15 minutes.
10) Удаление оснастки с текстолитовой платы и очистка наплывшего силикона с рабочей поверхности стекла.10) Removing the equipment from the textolite board and cleaning the accumulated silicone from the working surface of the glass.
В Таблице приведены характеристики ФЭМ, изготовленных по предлагаемой в заявке технологии (Примеры 1-3) и ФЭМ, изготовленному по традиционной технологии с заливкой ФЭП силиконовым компаундом между фронтальным стеклом и тыльным листом текстолита (Пример 4). Видно, что модули, изготовленные по предлагаемой в заявке технологии изготовления демонстрируют преимущество по массе (за исключением примера 3) и времени на сборку по сравнению с ФЭМ, изготовленным с применением силиконового компаунда, что отвечает поставленной технической задаче. По таким параметрам, как стойкость к радиационному воздействию, термоудару, термовакуумированию все испытанные ФЭМ показали сопоставимый уровень деградации характеристик.The Table shows the characteristics of FEMs manufactured using the technology proposed in the application (Examples 1-3) and FEMs manufactured using traditional technology with FEP filled with silicone compound between the front glass and the back sheet of PCB (Example 4). It can be seen that modules manufactured using the manufacturing technology proposed in the application demonstrate an advantage in weight (with the exception of example 3) and assembly time compared to FEM manufactured using silicone compound, which meets the technical task. In terms of parameters such as resistance to radiation exposure, thermal shock, and thermal vacuum, all tested FEMs showed a comparable level of performance degradation.
Таблица 1. Характеристики модулей из Примеров 1-4.Table 1. Characteristics of modules from Examples 1-4.
Вместо частиц К-208, использованных в Примерах 1-3 может быть использован другой радиационно-защитный материал в форме частиц, равномерно распределенных в объеме полимерного связующего. Введение частиц в объем фронтального композиционного инкапсулирующего материала не должно приводить к выраженному понижению его светопропускания. Для этого были приготовлены образцы по аналогии с Примером 1, но вместо частиц К-208, введены оксиды металлов, из тех, которые способны демонстрировать экранирующий радиацию эффект. Установлено, что для разного типа, размера и содержания частиц, наблюдается разное светопропускание фронтального композиционного инкапсулирующего материала. Исходя из требования, чтобы пропускание не было менее 88-90% (в видимом диапазоне длин волн) были определены оптимальные размеры и концентрации частиц (Таблица 2). ФЭМ на их основе композитов, наполненных оксидами, были изготовлены и показано, что они работают аналогично образцу из Примера 1 (Таблица 1). Как видно из таблицы 2, для разных частиц можно выделить соответствующие размеры и концентрации различных частиц способны по-разному вносить вклад в понижение светопропускания композиционного материала. В целом, можно выделить общую тенденцию, что при использовании светопрозрачных частиц (цериевого стекла) светопропускание сохраняется при максимальные размеры частиц 100 мкм и при их массовом наполнении до 50%. Частицы оксидов предпочтительно брать минимального размера (еще предпочтительнее, субмикронные частицы), при этом их концентрация, не приводящая к снижению светопропускания, может достигать 5 %. Однако для каждого материала оптимальное соотношение размер/концентрация должна быть определена путем отдельного исследования.Instead of K-208 particles used in Examples 1-3, another radiation-protective material can be used in the form of particles evenly distributed throughout the volume of the polymer binder. The introduction of particles into the volume of the frontal composite encapsulating material should not lead to a pronounced decrease in its light transmission. For this purpose, samples were prepared by analogy with Example 1, but instead of K-208 particles, metal oxides were introduced, from those that are capable of demonstrating a radiation-shielding effect. It has been established that for different types, sizes and contents of particles, different light transmission of the frontal composite encapsulating material is observed. Based on the requirement that the transmittance should not be less than 88-90% (in the visible wavelength range), the optimal particle sizes and concentrations were determined (Table 2). FEMs based on their oxide-filled composites were fabricated and shown to perform similarly to the sample from Example 1 (Table 1). As can be seen from Table 2, for different particles it is possible to distinguish the corresponding sizes and concentrations of different particles that can contribute differently to a decrease in the light transmittance of the composite material. In general, a general trend can be identified that when using translucent particles (cerium glass), light transmission is maintained at a maximum particle size of 100 microns and when their mass filling is up to 50%. It is preferable to take oxide particles of a minimum size (even more preferably, submicron particles), and their concentration, which does not lead to a decrease in light transmission, can reach 5%. However, for each material the optimal size/concentration ratio must be determined through separate research.
Таблица 2. Зависимость светопропускания от типа частиц, их среднего размера и массового содержания в композиционном инкапсулирующем материале.Table 2. Dependence of light transmission on the type of particles, their average size and mass content in the composite encapsulating material.
Claims (18)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2813103C1 true RU2813103C1 (en) | 2024-02-06 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4147560A (en) * | 1977-03-05 | 1979-04-03 | Licentia Patent-Verwaltungs-G.M.B.H. | Solar cell arrangement for terrestrial use |
| RU2187863C1 (en) * | 2001-04-17 | 2002-08-20 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Solar battery |
| CN102959725A (en) * | 2010-07-08 | 2013-03-06 | 三菱树脂株式会社 | Biaxially oriented white polyethylene terephthalate film and back protective film for use in solar cell modules |
| RU2584184C1 (en) * | 2014-11-20 | 2016-05-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Space-based photovoltaic module design |
| RU198378U1 (en) * | 2020-02-28 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | CONCENTRATOR SOLAR ELEMENT |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4147560A (en) * | 1977-03-05 | 1979-04-03 | Licentia Patent-Verwaltungs-G.M.B.H. | Solar cell arrangement for terrestrial use |
| RU2187863C1 (en) * | 2001-04-17 | 2002-08-20 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Solar battery |
| CN102959725A (en) * | 2010-07-08 | 2013-03-06 | 三菱树脂株式会社 | Biaxially oriented white polyethylene terephthalate film and back protective film for use in solar cell modules |
| RU2584184C1 (en) * | 2014-11-20 | 2016-05-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Space-based photovoltaic module design |
| RU198378U1 (en) * | 2020-02-28 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | CONCENTRATOR SOLAR ELEMENT |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10636923B2 (en) | Photovoltaic module encapsulation | |
| JP5031937B2 (en) | Solar cell module and manufacturing method thereof | |
| KR100325952B1 (en) | Photovoltaic devices and how to manufacture them | |
| KR101476478B1 (en) | Solar cell module manufacturing method | |
| KR101997921B1 (en) | Solar cell module | |
| JP5789544B2 (en) | Conductive composition, silicon solar cell including the same, and manufacturing method thereof | |
| KR101403077B1 (en) | Solar cell module and method for manufacturing same | |
| JP5891375B2 (en) | Photovoltaic module | |
| US20060201545A1 (en) | Fire resistant laminate and photovoltaic module incorporating the fire resistant laminate | |
| US20110232761A1 (en) | Solar photovoltaic devices having optional batteries | |
| WO2005106968A1 (en) | Chalcopyrite type solar cell | |
| KR102231314B1 (en) | Method manufacturing for solar cell string of shingled module structure and solar cell module | |
| CN108258075A (en) | A kind of solar cell module and preparation method thereof | |
| EP2561555A2 (en) | Method and device for producing a solar module comprising flexible thin-film solar cells, and solar module comprising flexible thin-film solar cells | |
| US20110272027A1 (en) | Solar photovoltaic devices and methods of making them | |
| TW201436273A (en) | Module assembly for thin solar cells | |
| CN110521006B (en) | Photovoltaic module, photovoltaic encapsulant and method for producing photovoltaic module | |
| RU2813103C1 (en) | Photovoltaic module and method of its manufacturing | |
| DE112014004866B4 (en) | Process for producing solar cell modules | |
| Ahmad et al. | Encapsulation protocol for flexible perovskite solar cells enabling stability in accelerated aging tests | |
| KR20120100698A (en) | Conducting composition, silicon solar cell comprising the conducting composition, and its preparation for the same | |
| AU2021359793B2 (en) | Solar cell, preparation method for solar cell, and photovoltaic module | |
| KR101747344B1 (en) | Solar cell module | |
| WO2017104417A1 (en) | Connection method | |
| US11804563B2 (en) | Method for binding photovoltaic cells to a substrate impregnated with crosslinkable polymer material |