TW201924077A - 具有散射圖案之光伏模組 - Google Patents

Abstract

本文提出了一種具有多個光伏單元（2）的光伏模組（1），該等光伏單元（2）定位在前片材（4）與後片材（5）之間的空間中。存在散射層（7），該散射層（7）具有輻射散射圖案，該輻射散射圖案有第一表面區域（7a）及/或第二表面區域（7b），且結合第三表面區域（7c）。該等第一表面區域（7a）於帶體（3）上方對齊，且該等第二表面區域（7b）對齊相鄰的光伏單元（2）之間的空間。該等第三表面區域（7c）對齊該光伏模組（1）的周邊表面區域，該周邊表面區域是在光伏單元（2）所形成的表面區域外側。該散射層（7）包括複數個條狀體及複數個中斷部（8），該等中斷部（8）位在該複數個條狀體的一或多者之間。另外，一種組裝光伏模組（1）的方法包括，將該輻射散射圖案印刷在該前片材（4）及/或後片材（5）的表面上。

Description

具有散射圖案之光伏模組

本發明關於一種具有一或多個光伏單元（photovoltaic cell）的光伏模組，該一或多個光伏單元定位在前片材（sheet）和後片材之間的空間中，該空間進一步包括封裝物材料。在另一態樣中，本發明關於一種用於組裝根據本發明實施例之任一實施例的光伏模組的方法。

美國專利公開案US2007/0125415揭露有改良效率的結晶矽光伏模組。一般而言，在光伏模組中，使用鍍錫的扁平銅線增加匯流條（bus bar）金屬鍍覆（metallization）的導電率，及與相鄰單元互連。在此公開案中，揭露多個實施例，其中，使用金屬成形技術（例如輥軋、衝壓、和拉引）將平的匯流排線圖案化，而具有淺V形溝槽。該等溝槽設計成使得入射光以一內界面角向上朝向模組之玻璃上蓋板（superstrate）反射，該內界面角足夠大，而使得光在玻璃—空氣界面處經歷全內反射，且反射至太陽能電池上。

國際專利公開案WO2008/147209揭露一種反射性結構，該結構應用於相鄰光伏單元之間的光伏模組的多個區域。將液態聚合物施加在光伏單元之間的區域中，固化成V形結構，且由反射層覆蓋。所得的反射V形層允許入射至光伏單元之間的區域上的光被光伏單元（內部）反射和（部分地）轉換成電能。

國際專利公開案WO2011/082806揭露一種太陽能電池模組，該模組有基座，該基座具有光伏活性區和非活性區，且至少一個繞射元件排列在其中一個非活性區上方。揭露了多個範例，其中，繞射元件存在於例如連接元件之頂部上，位於個別單元之間且在PV模組的外緣上。繞射和內部PV模組反射之組合最終確保更多的照射（impinge）光抵達活性區域。

歐洲專利公開案EP-A-2 897 179揭露一種太陽能電池模組，該模組具有在一串複數個太陽能電池之間的第一空間中的第一反射體RF1，以及位於多串之間的第二空間的第二反射體RF2。在圖11所示的實施例中，有另外的反射體RF3（在RF1和RF2反射體之間）和反射體RFEn定位在PV模組的外邊緣上。

本發明尋求提供一種光伏模組，該模組具有改善的效率，但仍然能夠容易且經濟地製造。

根據本發明，提供一種如上文所界定的光伏模組，該光伏模組包括：複數個帶體（ribbon），該複數個帶體提供該一或多個光伏單元的電互連；以及，散射層，該散射層具有輻射散射圖案，該輻射散射圖案包括多個第一表面區域及/或多個第二表面區域，且結合多個第三表面區域。該等第一表面區域在該一或多個光伏單元的個別一個光伏單元上及之間的該複數個帶體上方對齊，該等第二表面區域與該一個或多個光伏單元中的相鄰光伏單元之間的空間對齊，並且該等第三表面區域對齊該光伏模組的周邊表面區域，該周邊表面區域是在該一或多個光伏單元所形成的表面區域外側。該散射層包括複數個條狀體（strip）及複數個中斷部，該等中斷部位在該複數個條狀體的一或多者之間。

本發明的實施例允許提供具有改善效率的光伏模組，這是因為，照射在光伏模組上的更多輻射被朝向光伏模組的活性區域散射並轉換成電能。該散射層中的複數個條狀體之一或多者之間的中斷部允許藉由在將該等層積層在一起時使空氣從各個層之間逸出而有效率地製造該光伏模組。這與先前技術的光伏模組不同，該先前技術的光伏模組在帶體的頂部上使用V形反射體，這些反射體是針對垂直照射在玻璃表面上的光進行了最適化，但本發明的實施例對於任意入射角都是有效的。

在進一步的態樣中，本發明關於如上文所界定的方法，該方法包括，使用墨水或網印（screen print）材料（例如糊狀物）和無機或有機黏結劑材料在前片材及/或後片材的表面上印刷輻射散射圖案；及積層後片材、一或多個光伏單元、封裝物材料、和前片材。相較於用於光伏模組的習知組裝方法，僅需要非常簡單的附加步驟以提供增強的效率。

現今，廣泛使用具有一或多個光伏單元的光伏模組，並且在建築物和生活區域中的進一步整合繼續推動獲得更有效的光伏模組。

圖1顯示光伏模組1的分層結構的局部剖面視圖，該光伏模組1包括：（從底部到頂部）後片材5；包括封裝物材料6的封裝物層，其中嵌有一或多個光伏單元2，以及前片材4。作為替代方案，一或多個光伏單元2可以夾在兩個封裝物材料層之間，在將該層堆疊從封裝物層積層到光伏模組1中之後。每一光伏單元2在頂部上設置有匯流條，用於收集來自光伏單元2的電荷載子，還具有帶體3（或凸片），該帶體3與一個或多個光伏單元2之相鄰光伏單元互連。大致上，帶體3使用焊接連接/層連接到匯流條。應注意，在實際的實施方式中，層堆疊可包括甚至更多層，例如抗反射塗層（ARC）層（例如，在前片材4之頂部上）。同樣，已知光伏模組1使用雙面光伏單元2，然後在光伏單元2的下側和後片材5之間設置有進一步的封裝物層。

本發明實施例藉由利用具有輻射散射圖案的散射層7提高光伏模組1的效率，允許使用更多的（光）輻射，該（光）輻射照射在光伏模組的表面上以由光伏單元2轉換成電能。在如圖1所示的特定實施例中，顯示第一表面區域7a，該第一表面區域7a與光伏單元2上/之間的帶體3對齊，也顯示第二表面區域7b，該第二表面區域7b與各個光伏單元2之間的空間（即單元間的區域）對齊。在進一步的實施例中，也將第三表面區域7c設置成為散射層7的一部分，該第三表面區域7c與一或多個光伏單元2外側的光伏模組表面的一部分對齊。

一般而言，本發明實施例關於具有一或多個光伏單元2的光伏模組，該一或多個光伏單元2定位在前片材4和後片材5之間的空間中，該空間進一步包括封裝物材料6。該光伏模組1包括：複數個帶體3，該複數個帶體3提供一或多個光伏單元2的電互連；以及，具有輻射散射圖案的散射層7。該輻射散射圖案包括第一表面區域及/或第二表面區域，且結合第三表面區域。該第一表面區域7a在一或多個光伏單元2中的個別一個光伏單元上和之間的複數個帶體3上方對齊，該第二表面區域7b與該一或多個光伏單元2中的相鄰光伏單元之間的空間對齊。該第三表面區域7c與由一或多個光伏單元2形成的表面區域外側的光伏模組1的周邊表面區域對齊。該光伏模組1的周邊表面區域是其中不存在光伏單元2的光伏模組1的前（或後）表面邊緣區域。

這造成散射層7非常有效率並且在有效散射面積方面最適化，這是藉由與不主動將輻射轉換成電能的光伏模組1之區域對齊而達成。輻射散射圖案的散射作用的結果是，照射的輻射在不同方向上反射及/或漫射（例如各向同性地散射），並且直接或間接地（透過內反射，例如在前片材4及（空氣）環境之間的界面處）照射在一或多個光伏單元2的活性表面上。輻射散射（白）圖案將進入的光朝光伏模組1的能量產生部分（即，活性光伏單元2表面）漫射。輻射散射圖案的散射效應是基於遠離非有效產生電能的光伏模組1之區域的（內）反射及/或漫射。

圖2顯示根據本發明另一實施例的光伏模組1的頂視圖，其具有6×10光伏單元2之佈局。在此實施例中，所論述的所有三種類型的表面區域7a-7c是散射層7的輻射散射圖案的一部分。詳言之，對於此實施例，第三表面區域7c延伸多達光伏模組1的預定外邊緣表面區域9，從而使光伏模組1的外邊緣區域的條狀體沒有散射層材料。這容許適當的積層製程，因為在前片材4（及/或後片材5）上可以得裸露的周緣（bare circumference）以用於黏結封裝物材料6之層。預定的外邊緣表面區域9的寬度在圖2中以w表示，且例如為在3毫米和30毫米之間。

在本發明的進一步的實施例中，第三表面區域包括匯流排上方的光伏模組的至少一表面區域，該匯流排電互連該複數個光伏單元的一或多者的多個串列。這樣的匯流排通常是存在於光伏模組1的一側上，例如，光伏模組1的多個短側邊的一者上。在圖2所示的實施例中也是如此，其中左側第三表面區域7c比在光伏模組1上側、右側和下側上的第三表面區域7c寬，正如圖所示。在更進一步的實施例中（例如，在使用一半尺寸的光伏單元2的對稱光伏模組1中），該匯流排也可存在於光伏模組1的中間，在兩個鏡像群組的光伏單元組之間，然後可使第二表面區域7b（單元間的區域）之其中一者加寬，以覆蓋與匯流排相聯的所有非活性光伏模組區域。

為了提供具有增強效率的光伏模組1的實施例，輻射散射圖案為（至少部分地）反射性，例如，藉由具有白色而達成。這確保了能由一或多個光伏單元2轉換成電能的輻射（大致上是在300-1100nm的波長範圍內）從光伏單元2的非活性區域散射到活性區域。

在進一步的實施例中，輻射散射圖案包括輻射散射材料，例如白色顏料，這是一種有效的輻射散射材料。該輻射散射材料包括下述材料之群組中的一或多種：矽藻土；二氧化矽；碳酸鈣；重晶石；黏土（clay）；矽酸鎂；鋅鋇白；氧化鋅；氧化銻；硫化鋅；二氧化鈦（銳鈦礦）；二氧化鈦（金紅石）；和滑石。為了進一步增強輻射散射圖案的反射和散射特性，在進一步的實施例中，除了輻射散射材料之外，輻射散射圖案可以由玻璃料形成，其中玻璃料熔融而形成基質結構，且包括輻射散射材料。

進一步態樣中，本發明關於一種用於組裝根據本文所述實施例之任一者的光伏模組1的方法，該方法包括：使用墨水、網印材料（例如糊狀物）和無機或有機黏結劑材料在前片材4及/或後片材5的表面上印刷輻射散射圖案；以及積層後片材5、一或多個光伏單元2、封裝物材料6（一層或兩層）、及前片材4。這意味著僅需要非常簡單的附加步驟以提供本發明的光伏模組1中的增強效率。

能夠用於將輻射散射圖案施加到前片材4及/或後片材5的製程包括但不限於：噴墨印刷、絲網印刷、模板印刷、滾筒印刷、衝壓轉印印刷（tampon printing）、移印印刷、粉末塗佈、雷射燒結、熱印刷。

根據本文描述的實施例之一的光伏模組1的生產可包括各種步驟，甚至在不同的位置。例如，在第一類模組工廠中，實施下述後續步驟：玻璃（前片材4）清洗；在前片材4（例如玻璃）上進行有機墨水/糊狀物網印；在高溫（例如200℃）下固化，或是UV固化；工廠中堆放/儲存/運輸。在第二種類型的模組工廠中，執行以下步驟：玻璃清洗；在前片材4（例如玻璃）上進行有機墨水/糊狀物網印；一般而言在50-250℃下預固化，或是UV預固化；工廠中堆放/儲存/運輸；在積層—固化製程中實現糊狀物的最終固化，這是在典型的應用於積層的條件進行，即110-120℃的加熱步驟達4-10分鐘；在140至150℃下固化約6至30分鐘（取決於封裝物材料6配方和製程）。

應注意，在所述的方法實施例中，墨水或網印糊狀物能包括有機材料，例如(聚)乙烯-共聚-乙酸乙烯酯（EVA）；聚乙烯醇縮丁醛（PVB）；離子聚合物；聚乙烯/聚辛烯共聚物（PO）；熱塑性聚氨酯（TPU）；聚(二甲基矽氧烷)（PDMS）；聚(二苯基二甲基矽氧烷)（PDPDMS）；聚(苯基-甲基矽氧烷)（PPMS）；矽酮/PU混合物；PMMA，或無機材料：諸如玻璃料/琺瑯印刷。

散射層可設置在前片材4的內表面上，如圖1之局部剖面視圖所示，即，接觸封裝物材料6。作為替代方案，或是另外，可將散射層設置在後片材5的內表面上。在後者情況中，一或多個光伏單元2可以是雙面光伏單元2。因此，本發明的特徵可應用於各種類型的光伏模組1：
-具有透明（玻璃）前片材4、單面光伏單元2、和白色後片材5的光伏模組1（請注意，該輻射散射圖案可來自反射性質比後片材5更佳的材料）；
-具有透明（玻璃）前片材4、透明（玻璃）後片材5、以及雙面或是單面光伏單元2的光伏模組1。

當使用雙面光伏單元2時，優點在於，由於後方照明而有額外的能量產生。其最可能的應用在於商用或公共事業規模的光伏電廠之領域，和平坦的屋頂上，其中系統能夠利用例如工廠屋頂上的屋頂反射的反照率效應。甚至在使用單面光伏單元2時，也獲得增強的效率，且當在將這些技術應用在玻璃—玻璃組裝型態中時，可以獲得延長壽命的附加優點。

在另一組實施例中，提供光伏模組1，其中散射層7包括複數個（矩形）條狀體和複數個中斷部8，該等中斷部8是在複數個條狀體之一或多者之間。在進一步的實施例中，該複數個中斷部8的各個所具有的尺寸小於相聯之條狀體的最大寬度。圖3顯示根據該實施例的光伏模組1的頂視圖。在此，該光伏模組具有1×2光伏單元的佈局，且圖3之實施例顯示光伏單元2以及散射層7的第一、第二、和第三表面區域7a-c。至於上述的光伏模組1之實施例中，光伏模組1之光伏單元2之間（第二表面區域7b）、凸片/帶體3上方（第一表面區域7a）、及邊緣處匯流排頂部上（第三表面區域7c）的反射區域之組合應用確保了增強的效率。

中斷部8的效果如下：來自光伏模組1中的任何點的空氣能夠朝向光伏模組1的邊緣流動，並且這允許在積層期間空氣從形成光伏模組1的層堆疊之側面抽空。當中斷部8的尺寸小於相聯之條狀體的最大寬度時，藉由不具有在那些位置處延伸的輻射散射圖案，而獲得盡可能小的損耗。這也可藉由使中斷部8引導成垂直於條狀體的長度方向來實現。

換言之，複數個中斷部8提供從散射層7之側面到第一、第二、和第三表面區域7a-c外側之所有表面區域（即，到輻射散射圖案之非佔據區域）的（空氣）進出路徑。在更進一步的實施例中，複數個中斷部8的一或多者設置在兩個相鄰且不同走向的條狀體附近，例如，更接近較寬的條狀體，這是因為，在這些位置會有更可能的捕捉空氣之空間（見圖3所示的實施例）。在圖4所示的替代性實施例中，中斷部8在條狀體中具有交替位置，而使得人眼對中斷8的可視性降低。再者，該實施例中的交替中斷部8提供從散射層7之側面到第一、第二、和第三表面區域7a-c外側的前片材4的所有表面區域的曲折（meandering）空氣進出路徑。

作為替代方案，或者針對中斷部8的特定次群組，中斷部8的尺寸大於相聯之條狀體的最大寬度。這會允許局部獲得在封裝物材料6和前（玻璃）片材4之間的適當結合。

圖5顯示根據本發明之更進一步實施例的光伏模組1的頂視圖，其中該輻射散射圖案包括第一和第三表面區域7a、7c的組合。這能夠是僅具有單一光伏單元2或具有多個光伏單元2的光伏模組1的實施例，其中帶體3僅以平行的方式施加。如上文參考圖2所示的實施例所述，該等第三表面區域7c之一者（圖5中所示的實施例中的右側的第三表面區域7c）較寬，以覆蓋在光伏模組1的一個（短）端上的下方之多個匯流排（通常，其中也存在接線箱，用於光伏模組1的外部連接）。再者，在此實施例中，中斷部8設置在由第一表面區域7a形成的條狀體的中間，以及在這些條狀體的靠近第三表面區域7c的端部處。

這組實施例解決了下述情況時所發生的問題：在光伏模組1的積層製程的真空階段期間，封裝物材料6（例如EVA）接觸上面印刷（白色）輻射散射圖案的前片材4（例如玻璃板）的表面，於是，在頂片材4、輻射散射圖案和封裝物材料6之間可能包含空氣。這是一個問題，因其導致外觀不佳、進入光伏模組1的光耦合減少，而因此降低功率輸出。此外，由於在使用期間存在氧氣和濕氣，增加了光伏模組1的金屬部件腐蝕的可能性。

一般而言，方法實施例包括額外步驟，該步驟為，從光伏模組1的側面抽空空氣，更詳言之，從前片材4及/或後片材5與封裝物材料6之間（即，存在散射層7之處）抽空空氣。

所提及之問題也可使用更進一步之方法實施例解決，其中光伏模組1進一步包括具有穿孔的封裝物層。穿孔可以與輻射散射圖案的非印刷表面區域對齊。具有穿孔的密封劑層可定位在前片材4/後片材5和一或多個光伏單元2之間，如與上述實施例相關所述。

已經參考如圖式中所示的多個示範性實施例描述本發明。一些部件或元件的修改例和替代實施型態都是可行的，並且上述修改例和替代實施型態都在所附之申請專利範圍中所界定的保護範圍內。

1‧‧‧光伏模組

2‧‧‧光伏單元

3‧‧‧帶體

4‧‧‧前片材

5‧‧‧後片材

6‧‧‧封裝物材料

7‧‧‧散射層

7a、7b、7c‧‧‧表面區域

8‧‧‧中斷部

9‧‧‧外邊緣表面區域

參考所附圖式，下文中將更詳細地論述本發明，其中：

圖1顯示根據本發明實施例的光伏模組的局部剖面視圖；

圖2顯示根據本發明另一實施例的光伏模組的頂視圖，其具有6×10的光伏單元佈局；

圖3顯示根據本發明之又一實施例的光伏模組的頂視圖，其具有1×2的光伏單元佈局；

圖4顯示根據圖3之實施例的替代性實施例的光伏模組的頂視圖；和

圖5顯示根據本發明又一實施例的光伏模組的頂視圖。

國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無

國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無

Claims (17)

1. 一種光伏模組（1），具有一或多個光伏單元（photovoltaic cell）（2）， 該一或多個光伏單元（2）定位在一前片材（4）與一後片材（5）之間的一空間中，該空間進一步包括一封裝物材料（6），該光伏模組（1）包括：複數個帶體（ribbon）（3），該複數個帶體（3）提供該一或多個光伏單元（2）的電互連，以及一散射層（7），具有一輻射散射圖案，該輻射散射圖案包括多個第一表面區域（7a）及/或多個第二表面區域（7b），且結合多個第三表面區域（7c），該等第一表面區域（7a）於該複數個帶體（3）上方對齊，該複數個帶體（3）在該一或多個光伏單元（2）的個別一者上及之間，該等第二表面區域（7b）與該一或多個光伏單元（2）之相鄰的光伏單元（2）之間的空間對齊，以及該等第三表面區域（7c）對齊該光伏模組（1）的一周邊表面區域，該周邊表面區域是在該一或多個光伏單元（2）所形成的一表面區域外側，其中該散射層（7）包括複數個條狀體（strip）及複數個中斷部（8），該等中斷部（8）位在該複數個條狀體的一或多者之間。
2. 如請求項1所述之光伏模組，其中該等第三表面區域（7c）延伸多達該光伏模組（1）之一預定外邊緣表面區域（9）。
3. 如請求項2所述之光伏模組，其中該預定外邊緣表面區域（9）的寬度是介於3mm至30mm之間。
4. 如請求項1所述之光伏模組，其中該等第三表面區域（7c）包括在多個匯流排上方的該光伏模組（1）之至少一表面區域，該等匯流排使該複數個光伏單元（2）的一或多者的串列（string）電互連。
5. 如請求項1所述之光伏模組，其中該複數個中斷部（8）的每一者的尺寸小於相聯之該等條狀體的最大寬度。
6. 如請求項5所述之光伏模組，其中該複數個中斷部（8）提供一進出路徑，該進出路徑是從該散射層（7）之一側至該第一表面區域（7a）、該第二表面區域（7b）、及該第三表面區域（7c）外側的所有表面區域。
7. 如請求項5所述之光伏模組，其中該複數個中斷部（8）的一或多者是設置在接近兩個相鄰且不同走向的條狀體之處。
8. 如請求項1所述之光伏模組，其中該輻射散射圖案為反射性。
9. 如請求項1所述之光伏模組，其中該輻射散射圖案包括一輻射散射材料，例如一白色顏料。
10. 如請求項9所述之光伏模組，其中該輻射散射材料包括下述材料之群組中的一或多者： 矽藻土；二氧化矽；碳酸鈣；重晶石；黏土（clay）；矽酸鎂；鋅鋇白；氧化鋅；氧化銻；硫化鋅；二氧化鈦（銳鈦礦）；二氧化鈦（金紅石）；和滑石。
11. 如請求項1所述之光伏模組，其中該散射層（7）設置在該前片材（4）之一內表面上。
12. 如請求項1所述之光伏模組，其中該散射層（7）設置在該後片材（5）之一內表面上。
13. 如請求項1所述之光伏模組，其中該一或多個光伏單元（2）是雙面光伏單元。
14. 一種用於組裝如請求項1至13之任一項所述的光伏模組（1）的方法，該方法包括： 使用一墨水或一網印（screen print）材料及一無機或有機黏結劑材料，將該輻射散射圖案印刷在該前片材（4）及/或該後片材（5）的一表面上；以及積層該後片材（5）、該一或多個光伏單元（2）、該封裝物材料（6）、及該前片材（4）。
15. 如請求項14所述之方法，其中印刷該輻射散射圖案包括：噴墨印刷、絲網印刷、模板印刷、滾筒印刷、衝壓轉印印刷（tampon printing）、移印印刷（pad printing）、粉末塗佈、雷射燒結、和熱印刷。
16. 如請求項14所述之方法，進一步包括：從該光伏模組（1）之一側抽空空氣。
17. 如請求項14所述之方法，該光伏模組（1）進一步包括一額外的封裝物層，該額外的封裝物層具有多個穿孔。