TW201440239A - 塑料外框及具有塑料外框之太陽能光伏模組及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明係為關於一種塑料外框以及利用塑料外框包覆所成之太陽能光伏模組。藉由塑料材所組成的外框包覆太陽能板，可解決習知因金屬外框滲水、鏽蝕問題，與太陽能板間的電極作用所導致之氧化問題，並且其生產製造方式簡易，可增加太陽能光伏模組發電效能與使用壽命，大幅降低製造與施工成本，克服了習知技術之困擾。

Description

塑料外框及具有塑料外框之太陽能光伏模組及其製造 方法

本發明係有關於一種太陽能光伏模組，尤指一種結合塑料外框之太陽能光伏模組。

在石化能源短缺以及能源需求量與日俱增的情況下，再生能源(Renewable energy)的開發成為當今非常重要的課題之一。再生能源泛指永續且無污染的天然能源，例如太陽能、風能、水利能、潮汐能或是生質能等。其中，以太陽能裝置為例，其藉由光伏電池(photovoltaic cell,PV cell)，而可直接將太陽能轉換為電能，更是近幾年在能源開發的研究上相當重要且受歡迎的一環。

因為太陽能電池片本身有：1、機械強度弱，且易碎；2、電池的電極易氧化，導致電池的效率下降等問題。所以目前「太陽能光伏模組」(PV module)是由強化玻璃、EVA膜、太陽能電池片、EVA膜、背板、接線盒與鋁框等集合而成之組成，以保護光伏模組於各種天候(如：強風、冰雹、沙塵暴、高溫或下雪…等)影響下皆能保持正常的效能運作。其中鋁框係以壓出或抽出成型方式製成所需外框之鋁擠型料，再加以切割、焊接、螺接、黏接嵌合或卡合方式併接而成。

現有太陽能光伏模組(PV module)之鋁框雖有機械強度高與質較輕的優點，但卻有著金屬材料其它的問題：1、活性高易氧化，造成與其他異質金屬構造(如鋼構)面接觸之電位差、鏽蝕問題，須另經表面陽極處理，造成工序與成本增加；2、硬度高(摩式硬2.75)，為避免與其他高硬度材質(如 強化玻璃、金屬構件…等)直接結合、碰撞，需再另加裝膠條、墊片以隔離，造成工序與成本增加；3、熱傳導性高，於陽光照射環境溫度易生高，受日照常態下鋁料溫度一般均高於太陽能電池片溫度，因此產生高溫(鋁料)向低溫(電池片、下方空間)擴散，造成電池片與下方空間溫度升高(隔熱性差)，而導致電池的效率下降等問題；4、熔點高(660℃)，無法採澆鑄式或擠出方式製成一體成型材，須採鋁擠型料切割、焊接、螺接、黏接、嵌合或卡合方式併接而成，其結合性、水密性、氣密性均較差，而有漏水、隔音性差等問題。

緣是，本發明人有感上述問題之可改善，乃潛心研究並配合學理之運用，而提出一種設計合理且有效改善上述問題之本發明。

為使本發明之結構名稱定義明確，於此先行敘明「太陽能板」係指以太陽能電池片(光電半導體薄片)為主所組成用以將太陽光轉換成電能的板體，例如由強化玻璃、EVA膜、太陽能電池片與EVA膜之各相關元件組合而成用以轉換太陽能為電能之板體，而「太陽能光伏模組」為於「太陽能板」周緣結合框架形成之。再次強調，太陽能板並非僅能有上述元件而組成，此僅為其中一例。

本發明之主要目的在於提供一種具有塑料外框之太陽能光伏模組，其係於太陽能板之周緣裝設一塑料外框，藉以可使太陽能光伏模組達到克服習知技術缺點之功效。

為了實現上述目的，本發明提供一種塑料外框，其係由一塑料材組成，塑料外框包含二第一側板及二第二側板，各第一側板與各第二側板相互連接，用以包覆一太陽能板之周緣。

較佳地，塑料材可為熱塑性塑膠或擬熱塑性塑膠或其 複合材料。

較佳地，各第一側板與各第二側板可為一體成型或擠出成型結構。

較佳地，更可包含一第一支撐側板及一支撐底板，第一支撐側板與支撐底板係相互連接，且成為一L型結構，第一支撐側板係分別連接於各第一側板，藉以支撐太陽能光伏模組，並可用以與其他的鋼構件結合之用。

為了實現上述目的，本發明更提供一種太陽能光伏模組，其包括一太陽能板與一塑料外框；塑料外框由一塑料材組成，包含二第一側板及二第二側板，各第一側板與各第二側板相互連接，用以包覆太陽能板。

較佳地，塑料材可為熱塑性塑膠或擬熱塑性塑膠或其複合材料。

較佳地，塑料外框更可向下延伸一支撐架，藉以支撐太陽能光伏模組。

為了實現上述目的，本發明還提供一種於太陽能板周緣裝設塑料外框之製造方法，係包括下列步驟：於一太陽能光伏模組之周緣設置複數個塑料射出成型機；藉由各該塑料射出成型機，使其射出之塑料密封貼附於該太陽能光伏模組之周緣。

較佳地，更可包含下列步驟：依序將強化玻璃、頂面封裝膜、電池片、底面封裝膜及背板，加壓、黏固成該太陽能光伏模組；將該太陽能光伏模組固定於一工作台上，將其四周分別套以一射出成型模具，由數處注射的膠口(Gate)，經射出(塑料充填、壓縮、及保壓)、冷卻(塑膠固化)及開模程序，使其射出之塑料密封貼附於該太陽能光伏模組之周緣。

本發明具有以下有益的效果：

1、塑料外框之活性低，相較於金屬外，塑料外框無氧化、鏽蝕問題。

2、塑料外框硬度低，具柔韌性，無須再另加裝膠條、墊片以防護設置於其內之太陽能光伏模組。

3、塑料材熱傳導性低，受日照常態下塑料溫度一般均低於太陽能電池片溫度，因此當電池片產生高溫時，其熱能會向相對低溫的塑料外框擴散傳遞，可降低太陽能電池片溫度，提升電池的發電效率。

4、熔點低，可直接採取塑膠射出成型或3D電腦數值控制(CNC 3D)雕刻或3D印刷立體成型方式，製成一體成型太陽能光伏塑框模組(Plastic PV module)，其結合性、水密性、氣密性均較優，而無漏水或隔音、隔熱性差的問題。

5、質量輕，塑料比重僅0.9~1.5克/立方厘米，較鋁比重2.7克/立方厘米，輕了1/2~1/3倍。

10‧‧‧塑料外框

101‧‧‧第一側板

102‧‧‧第二側板

103‧‧‧底板

11‧‧‧支撐架

111‧‧‧第一支撐側板

112‧‧‧支撐底板

20‧‧‧太陽能板

201‧‧‧玻璃板

202‧‧‧頂面封裝膜

202A‧‧‧底面封裝膜

203‧‧‧電池片

30‧‧‧透光蓋

第1圖為本發明之塑料外框之組裝立體示意圖。

第2圖為本發明之塑料外框之組裝俯視示意圖。

第3圖為本發明之塑料外框之組裝剖面示意圖。

第4圖為本發明之塑料外框結合支撐架之剖面示意圖。

第5圖為本發明之塑料外框結合支撐架之立體示意圖。

第6圖為本發明之於太陽能光伏模組周緣裝設塑料外框之製造方法之流程圖。

為使本發明之結構名稱定義明確，於此再次敘明「太陽能板」係指以太陽能電池片(光電半導體薄片或薄膜或塗層或染敏層)為主所組成用以將太陽光轉換成電能的板體，例如由強化玻璃、EVA膜、太陽能電池片與EVA膜之各相關元件組合而成用以轉換太陽能為電能之板體，而「太陽能光伏模組」為於「太陽能板」周緣結合框架形成之。再次強調，太陽能板並非僅能有上述 元件而組成，此僅為其中一例。

請參閱第1圖，其係為本發明之塑料外框之組裝示意圖。如圖所示，塑料外框10由二第一側板101及二第二側板102相互連接組成，藉以包覆於一太陽能光伏模阻20之周緣。較佳地，第一側板101及第二側板102可以是一體成型之結構；其可以是熱塑性塑膠(Thermo-Plastics)材質，或擬熱塑性塑膠(Pseudo Thermoplastic)材質，或塑鋼(剛性熱可塑性塑膠，含PVC/POM/HDPE/PMMA/ABS/PS)擠出成型。

其中，熱可塑性塑膠(Thermo-Plastics)或擬熱塑性塑膠(Pseudo Thermoplastic)經加熱和加壓，可使得分子熔融並固化在一起，它們可重複利用加熱或冷卻使材料熔化或固化，而不損及材料之性質，並具有：質輕(比重0.9~1.5克/立方厘米)、絕緣、防鏽蝕、熔點低(80℃到200℃)等優點。

熱可塑性塑膠或擬熱塑性塑膠另可利用其結晶性質來 限制主幹鏈之運動，像聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯(PVC)；或以側鏈群分子介入主鏈，如聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，除增加分子間的作用力，並限制主幹分子鏈之運動。而其機械性質、耐高溫性、及耐溶劑性大幅提高，以得到得到硬質性高分子，俗稱塑鋼或剛性熱可塑性塑膠。亦可加入纖維材料，生產機械性質更強之纖維強化複合材料(如纖微素類樹脂)。

如第3圖所示，其係為本發明之塑料外框之組裝剖面示意圖。較佳地，各第一側板101與各第二側板102可以是利用塑膠射出成型方式或是3D電腦數值控制(CNC 3D)雕刻或3D印刷立體成型方式，一次性地一體成型。

利用熱塑性塑膠或是擬熱性塑膠之優點在於活性低，無氧化、鏽蝕問題；具柔韌性，無須再另加裝膠條、墊片以隔離碰撞；熱傳導性低、比熱高，受日照常態下塑料溫度一般均低於太陽能電池片溫度，因此產生高溫(電池片)向低溫(塑料、下方空 間)擴散，可降低太陽能電池片溫度，提升電池的發電效率；熔點低(80℃到200℃)，得採一、塑膠射出成型或3D電腦數值控制(CNC 3D)雕刻或3D印刷立體成型方式，其結合性、水密性、氣密性均為習知技術所使用之金屬框所無法達到。

另，於本實施例所述之熱塑性塑膠或擬熱塑性塑膠的材質可包含：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS樹脂)、耐龍(Nylon)、聚苯乙烯(Polystyrene)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(Polycarbonate)、聚乙烯(Polyethylene)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)、聚丙烯(Polypropylene)、乙烯類樹脂(Vinyl)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、壓克力樹脂(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、氟類樹脂、纖微素類樹脂…等及其複合材料。

再者，本實施例所述之塑鋼係為剛性熱可塑性塑膠，可包含聚氯乙烯(PVC)樹脂或聚甲醛(POM)或高密度聚乙烯(HDPE)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS樹脂)或聚苯乙烯(PS)或聚碳酸脂…等及其複合材料為主要原料，加上少量的稳定劑、着色劑、填充劑、紫外線吸收劑(或玻璃纖維)等，加溫、熔融後經擠型機擠壓之擠出或抽出製程作成型材(擠型材)，然後通過切割、焊接、螺接、黏接、嵌合或卡合的方式制成。

另外，本實施例中的塑料內亦可另添加纖維材料，製成機械性質更強之纖維強化複合材料，可增加塑料外框的強度。

請參閱第4圖與第5圖所示，其係為本發明之塑料外框之另一組裝剖面示意圖。本實施例進一步增設支撐架11，藉由支撐架11與建築物上之鋼構結構結合，增進組裝之便利性。

其中，支撐架11可以包含一第一支撐側板111與一支撐底板112；第一支撐側板111與支撐底板112相互連接，且成為一L型結構。較佳地，支撐架11之各構件，可以是一體成型之結 構，或著可以組接之結構。其中支撐架11可以是金屬材料，或者可以是與上述塑料外框10一體成型之材料結構。在另外的實施態樣中，上述支撐架11可以是多向性(例如：垂直、水平)的框架，例如L型、T型、C型、I型、H型、ㄈ型、等角型、田字型、亞字型或凹型。

另外，支撐架11亦可以是與上述塑料外框10透過各種連接方式(焊接、螺接、黏接、嵌合、卡合等)相互連接。值得一提的是，藉由支撐架11之架設，其可與太陽能板底部之間形成有一容置空間。在實際應用中，太陽能光伏模組20所轉換產生之電能，需透過相關電連接裝置及控制裝置，以儲存傳送電能，而該些相關裝置，可以放置於該容置空間中。

請參閱第3圖所示，太陽能光伏模組包含一塑料外框10及一太陽能板20。塑料外框10之相關結構與前述相似，於此不再贅述。需特別注意的是，於此所述之塑料外框10，可以是利用射出成型或3D電腦數值控制(CNC 3D)雕刻或3D印刷立體成型之方式，於太陽能板20之周緣直接成型。也就是說，相較於前述之塑料外框10可以是另外套設之形式，於此特別強調，在較佳地實施態樣中，可以是利用塑膠射出成型機或是3D電腦數值控制(CNC 3D)雕刻或3D印刷立體成型機，直接形成具有塑料外框之太陽能光伏模組。其中，如第5圖所示，太陽能板20可以包含有一玻璃板201、頂面封裝膜202、底面封裝膜202A、一電池片203及一背板204；於此圖中，僅為示範態樣，實際應用並不以此為限，其相關組層可以依據需求加以增減。關於太陽能板20之相關技藝，為本領域之技術人員所熟知，於此不多加著墨。另外，圖式中所顯示之支撐架11其可以是另外裝設於上述具有塑料外框之太陽能光伏模組，藉以與其他結構組裝。

請參閱第6圖，其係為本發明之於太陽能板周緣裝設塑料外框之製造方法流程圖。太陽能板周緣裝設塑料外框之製造 方法，包括下列步驟：步驟S1：依序將強化玻璃、頂面封裝膜、電池片、底面封裝膜及背板，加壓、黏固成太陽能板；步驟S2：於太陽能板之周緣，設置複數個塑料射出成型機；步驟S3：將太陽能板固定於一工作台上，將其四周分別套以一射出成型模具；以及步驟S4：藉由各塑料射出成型機，由數處注射的膠口(Gate)，經射出(塑料充填、壓縮、及保壓)、冷卻(塑膠固化)及開模程序，使其射出之塑料密封貼附於太陽能光伏模組之周緣。

另，亦可透過一種3D電腦數值控制(CNC 3D)雕刻或3D印刷立體成型機，於擬真空節淨空間內，採雕刻或印刷、噴塗方式，經電腦建模、研磨、融化、印刷、層層堆砌、烘乾、固化，將強化玻璃、EVA膜、電池片、EVA膜、背板等五層組織，自四周噴塗黏結鎖固，而可製成本發明之具有塑料外框之太陽能光伏模組。

綜上所述，本發明之具有塑料外框之太陽能光伏模組(Plastic PV module)，其塑料外框具有良好的電絕緣性能(Dielectric Protection)，可防止來自雷擊及系統不當操作時產生瞬間之逆向極大偏壓；亦具有極良好的密封性(Protect Component)，能夠有效防風、防水、防腐蝕、抗氧化及防酸鹼，隔絕各種自然環境下對太陽能電池片的腐蝕，以使太陽能光伏模組工作壽命長。另外，塑料外框於日光曝曬下，相對於電池片之溫度低，可有效地將電池片之熱能向外傳導散出，相較於習知金屬鋁框，會將鋁框之表面熱能回傳至電池片之缺點，本發明之塑料外框可有效提升電池片之工作效率與使用年限。

惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明的專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為 的等效變化，均同理皆包含於本發明的權利保護範圍內，合予陳明。

10‧‧‧塑料外框

101‧‧‧第一側板

102‧‧‧第二側板

20‧‧‧太陽能光伏模組

Claims (10)

1. 一種塑料外框，其係由一塑料材組成，該塑料外框包含：二第一側板及二第二側板，各該第一側板與各該第二側板相互連接，用以包覆一太陽能板之周緣。
2. 如申請專利範圍第1項所述之塑料外框，其中該塑料材係為熱塑性塑膠或擬熱塑性塑膠或其複合材料。
3. 如申請專利範圍第1項所述之塑料外框，其中各該第一側板與各該第二側板係為一體成型結構或擠出成型結構。。
4. 如申請專利範圍第1項所述之塑料外框，其中更包含一第一支撐側板及一支撐底板，該第一支撐側板與該支撐底板係相互連接，且成為一L型結構，各該第一支撐側板係分別連接於各該第一側板。
5. 一種太陽能光伏模組，其包括：一太陽能板；一塑料外框，其係由一塑料材組成，其包含：二第一側板及二第二側板，各該第一側板與各該第二側板相互連接，用以包覆該太陽能板之邊緣。
6. 如申請專利範圍第5項所述之太陽能光伏模組，其中該塑料材係為熱塑性塑膠或擬熱塑性塑膠或其複合材料。
7. 如申請專利範圍第5項所述之太陽能光伏模組，其中該塑料外框更向下延伸一支撐架。
8. 一種於太陽能板周緣裝設塑料外框之製造方法，係包括下列步驟：於一太陽能板之周緣設置至少一塑料射出成型機；藉由各該塑料射出成型機，使其射出之塑料密封貼附於該太陽能板之周緣。
9. 一種於太陽能板周緣裝設塑料外框之製造方法，係包括下列步驟： 於一太陽能板之周緣設置3D電腦數值控制雕刻機或3D印刷立體成型機，採雕刻或印刷、噴塗塑料的方式將一太陽能板之周緣噴塗黏結鎖固。
10. 一種用於太陽能板周緣之塑料外框之製造方法，係包括下列步驟：將熱塑性塑膠或擬熱塑性塑膠，經加溫、熔融後，透過擠型機擠壓之擠出製程或抽出製程成型，然後通過切割、焊接或螺接、黏接、嵌合或卡合的方式制成。