TWI657657B - 太陽能電池模組 - Google Patents

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Abstract

一種太陽能電池模組包括：一層疊件，包括：一正面透明板及一背板；至少一太陽能電池，位於該正面透明板與該背板之間；以及一封裝材，也位於該正面透明板與該背板之間，並包覆該至少一太陽能電池；一邊框，配置於該層疊件之周圍處；一熱電轉換單元，配置於該邊框處，並包括相對之一熱端及一冷端，該熱端及該冷端分別具有一第一表面及一第二表面，其中該第一表面與該邊框接觸；以及一散熱單元，配置於該第二表面。

Description

太陽能電池模組
本發明是有關於一種太陽能電池模組，且特別是有關於一種包括有熱電轉換單元之太陽能電池模組。
太陽能電池是一種將光能轉換為電能的光電元件，其由於低污染、低成本加上可利用源源不絕之太陽能作為能量來源，而成為重要的替代能源之一。太陽能電池之基本構造是運用P型半導體與N型半導體接合而成，當陽光照射至具有此P-N接面的太陽能基板時，光能激發出矽原子中之電子而產生電子和電洞的對流，且這些電子及電洞受P-N接面處構成的內建電場影響而分別聚集在負極及正極兩端，使太陽能電池的兩端產生電壓。此時可使用電極連接太陽能電池的兩端於一外部電路，以形成迴路，進而產生電流，此過程即為太陽電池發電的原理。
太陽能電池模組包括許多材料，如玻璃、上述太陽能電池、封裝(Encapsulant)材料、導線、接線盒、鋁框、背板等。太陽能電池模組於發電時，除發電時因光伏作用等因素所產生之熱量外，也會因受紅外光等之作用產生熱量，而太陽能電池模組上面若累積過多之熱量時，會使模組溫度提昇，而溫度過高之太陽能電池模組的發電效率也會隨之降低。因此，現有技術中有些提出於模組背板上增加一些散熱設計，例如在背板上添加金屬導熱層，或是在背板上添加相變散熱材質，以期透過一些散熱方式降低太陽能電池模組整體之溫度，確保模組發電之電性效果。
前述的散熱設計雖可降低太陽能電池模組整體之溫度，以確保太陽能電池模組發電之電性效果，但是不能同時將散 失之熱能轉電能。
因此，便有需要一種太陽能電池模組，能克服上述問題。
本發明之一目的是提供一種包括有熱電轉換單元之太陽能電池模組。
依據上述之目的，本發明提供一種太陽能電池模組，包括：一層疊件，包括：一正面透明板及一背板；至少一太陽能電池，位於該正面透明板與該背板之間；以及一封裝材，也位於該正面透明板與該背板之間，並包覆該至少一太陽能電池；一邊框，配置於該層疊件之周圍處；一熱電轉換單元，配置於該邊框處，並包括相對之一熱端及一冷端，該熱端及該冷端分別具有一第一表面及一第二表面，其中該第一表面與該邊框接觸；以及一散熱單元，配置於該第二表面。
根據本發明之太陽能電池模組，第一、設置於該邊框處之熱電轉換單元，將因該邊框(例如鋁金屬材質)的熱導率較該背板(例如塑膠材質)的熱導率為佳，故明顯能產生優於設置在背板處時因熱電效應所產生之電量。第二、當使用上述熱電轉換單元之設計時，可有效的降低太陽能電池模組之邊框處的熱量累積以及溫度過高之問題，其中當該邊框溫度能降低時，可確保該層疊件周圍於該邊框凹槽中之黏膠封邊處之膠質的耐用性，從而避免水汽、濕氣從該層疊件周圍之封邊處侵入之機率，故可確保內部太陽能電池之發電效果免受影響。第三、若邊框處之溫度能降到較層疊件處為低時，可使層疊件處之熱量朝邊框處傳導，如此可避免該層疊件本身溫度較高之問題，可減少太陽能模組的電性效果因溫度過高受到的不良影響。
1‧‧‧太陽能電池模組
10‧‧‧層疊件
101‧‧‧正面透明板
102‧‧‧背板
1021‧‧‧背面
103‧‧‧太陽能電池
104‧‧‧封裝材
1041‧‧‧側邊
11‧‧‧邊框
110‧‧‧凹槽
111‧‧‧容置空間
1110‧‧‧熱傳導表面
1111‧‧‧開口
1112‧‧‧開口方向
112‧‧‧下緣
113‧‧‧支撐部
114‧‧‧第一導熱膠
115‧‧‧第二導熱膠
12‧‧‧熱電轉換單元
120‧‧‧熱電效應晶片
1201‧‧‧第一型半導體電極
1202‧‧‧第二型半導體電極
1203‧‧‧第一金屬片
1204‧‧‧第二金屬片
121‧‧‧熱端
1210‧‧‧第一表面
122‧‧‧冷端
1220‧‧‧第二表面
13‧‧‧散熱單元
14‧‧‧黏膠
A‧‧‧電流
W‧‧‧電能
圖1a為本發明之一實施例之太陽能電池模組之剖面示意圖。
圖1b為本發明之另一實施例之太陽能電池模組之剖面示意圖。
圖2為本發明之一實施例之熱電效應晶片之構造示意圖。
圖3為本發明之一實施例之層疊件、邊框及熱電轉換單元之平面示意圖之一。
圖4為本發明之一實施例之層疊件、邊框及熱電轉換單元之平面示意圖之二。
圖5為本發明之一實施例之層疊件、邊框及熱電轉換單元之平面示意圖之三。
圖6為本發明之其他實施例之太陽能電池模組之剖面示意圖，其顯示容置空間位於支撐部內。
圖7為本發明之其他實施例之太陽能電池模組之剖面示意圖，其顯示容置空間位於支撐部外。
為讓本發明之上述目的、特徵和特點能更明顯易懂，茲配合圖式將本發明相關實施例詳細說明如下。
請參考圖1a，其為本發明之一實施例之太陽能電池模組之剖面示意圖。該太陽能電池模組1包括：一層疊件10、一邊框11、一熱電轉換單元12及一散熱單元13。該層疊件10包括一正面透明板101、一背板102、至少一太陽能電池103及一封裝材104。該正面透明板101可為玻璃板。該太陽能電池103位於該正面透明板101與該背板102之間。該封裝材104也位於該正面透明板101與該背板102之間，並包覆該至少一太陽能電池103。該邊框11配置於該層疊件10之周圍處。例如，該層疊件10周圍可藉由黏膠14而固定於該邊框11之凹槽110中。該太陽能電池模組1更包括一接線盒(圖未示)，其通常配置在該背板102上，並藉由一輸電導線(圖未示)電性連接至該至少一太陽能 電池103。
該熱電轉換單元12配置於該邊框11處，並包括相對之一熱端121及一冷端122，該熱端121具有一第一表面1210，該冷端122具有一第二表面1220，其中該第一表面1210與該邊框11接觸。該散熱單元13配置於該第二表面1220。該散熱單元13可為一散熱鰭片。該散熱鰭片之材質可為金、銀、銅、鋁及其合金。
上述熱電轉換單元12的配置方式，可使該熱電轉換單元12之熱端121的第一表面1210，以最短路徑來接收與傳遞該層疊件10正面累積的熱能及太陽光照射到該邊框11頂面上所產生之熱量，藉此該熱量從該熱電轉換單元12的熱端121處往該冷端122處傳導後，再經由該散熱單元13散熱而出，從而使該熱電轉換單元12的熱端121與冷端122之間產生溫度差，藉此該溫度差可使該熱電轉換單元12本身發揮其熱電效應之作用，以產生有別於該太陽能電池103之光伏效應的電力。
該邊框11可包括一容置空間111，該容置空間111具有一開口1111，其開口方向1112相同於由該正面透明板101至該背板102之方向，該容置空間111內更具有一熱傳導表面1110，該熱電轉換單元12配置於該容置空間111內，且該熱電轉換單元12之該熱端121的該第一表面1210與該熱傳導表面1110接觸。該邊框11之材質可為金屬，例如鋁金屬，鋁金屬是良好的熱導體，可使該層疊件10正面累積的熱能經由該邊框11處傳導發散出去，有助於該層疊件10之降溫，確保發電效果。於本實施例中，該散熱單元13外露於該容置空間111之開口1111外，以有助於通風散熱。
請再參考圖1a，在本實施例中，該散熱單元13與該容置空間111可形成一封閉空間，使該熱電轉換單元12被包覆於該封閉空間內，以避免該熱電轉換單元12直接暴露於戶外受到風雨等環境之影響，進而確保耐用度。另外，請參考圖1b，在另一 實施例中，該邊框11之下緣112可覆蓋該散熱單元13之一部分，使該散熱單元13與該熱電轉換單元12之冷端122的連接處更確實地受到保護。
請參考圖2，該熱電轉換單元12包括至少一熱電效應晶片(thermoelectric generator)120，該熱電效應晶片120包括該熱端121、該冷端122、多對半導體電極、多個第一金屬片1203及多個第二金屬片1204，該些第一金屬片1203連接至該熱端121，該些第二金屬片連接至該冷端122，每一對半導體電極中之第一型半導體電極1201(例如P型)在一端與該對半導體電極中之第二型半導體電極1202(例如N型)藉由對應的該第一金屬片1203相連接，並在另一端與相鄰的一對半導體電極中之第二型半導體電極1202(例如N型)藉由對應的該第二金屬片1204相連接。該第一型及第二型半導體電極1201、1202的兩端由於該熱端121及冷端122導致的溫差而產生光熱發電電流A，從而產生電能W。該第一型及第二型半導體電極1201、1202可由N型碲鉍化合物(Bi2Te3)及P型碲銻化合物(Sb2Te3)體系材料構成，或是由碲化鉛(PbTe)及P型鍺化矽(SiGe)體系材料構成。
當該熱電轉換單元12包括多個熱電效應晶片120時，該些熱電效應晶片120可連續延伸緊鄰設置，如圖3所示；或是該些熱電效應晶片120間隔設置亦可，如圖4所示。再者，該些熱電效應晶片120可設置於該邊框11之四側邊處，如圖3及圖4所示；或是視情況該些熱電效應晶片120設置於該邊框11之個別一側邊處亦可，如圖5所示。
請參考圖6，在其他實施例中，該邊框11可更包括一支撐部113，該容置空間111位於該支撐部113內，使該熱電轉換單元12位於該層疊件10之一背面1021的方向。該邊框11可更包括一第一導熱膠114(例如散熱膏或矽油)，用以將該熱電轉換單元12之熱端121固定於該邊框11處，如此以快速且均勻地將該邊框11之熱量傳送至該熱電轉換單元12之熱端121。該 邊框11可更包括一第二導熱膠115(例如散熱膏或矽油)，用以將該散熱單元13固定於該熱電轉換單元12之冷端122，如此以快速且均勻地將該熱電轉換單元12之冷端122的熱量傳送至該散熱單元13。請參考圖7，在另一實施例中，該容置空間111位於該支撐部113外，使該熱電轉換單元12位於該層疊件10之側邊1041的方向。
根據本發明之太陽能電池模組，第一、設置於該邊框處之熱電轉換單元，將因該邊框(例如鋁金屬材質)的熱導率較該背板(例如塑膠材質)的熱導率為佳，故明顯能產生優於設置在背板處時因熱電效應所產生之電量。第二、當使用上述熱電轉換單元之設計時，可有效的降低太陽能電池模組之邊框處的熱量累積以及溫度過高之問題，其中當該邊框溫度能降低時，可確保該層疊件周圍於該邊框凹槽中之黏膠封邊處之膠質的耐用性，從而避免水汽、濕氣從該層疊件周圍之封邊處侵入之機率，故可確保內部太陽能電池之發電效果免受影響。。第三、若邊框處之溫度能降到較層疊件處為低時，可使層疊件處之熱量朝邊框處傳導，如此可避免該層疊件本身溫度較高之問題，可減少太陽能模組的電性效果因溫度過高受到的不良影響。
綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

Claims (15)

  1. 一種太陽能電池模組，包括：一層疊件，包括：一正面透明板及一背板；至少一太陽能電池，位於該正面透明板與該背板之間；以及一封裝材，也位於該正面透明板與該背板之間，並包覆該至少一太陽能電池；一邊框，配置於該層疊件之周圍處；一熱電轉換單元，配置於該邊框處，並包括相對之一熱端及一冷端，該熱端具有一第一表面，該冷端具有一第二表面，其中該第一表面與該邊框接觸；以及一散熱單元，配置於該第二表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該邊框包括一容置空間，該容置空間具有一開口，其開口方向相同於由該正面透明板至該背板之方向，該容置空間內更具有一熱傳導表面，該熱電轉換單元配置於該容置空間內，且該熱電轉換單元之該熱端的該第一表面與該熱傳導表面接觸。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池模組，其中該散熱單元外露於該容置空間之該開口外。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池模組，其中該散熱單元與該容置空間形成一封閉空間，使該熱電轉換單元被包覆於該封閉空間內。
  5. 如申請專利範圍第1或4項所述之太陽能電池模組，其中該邊框之材質為金屬，且該散熱單元為一鋁材散熱鰭片。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該邊框之下緣覆蓋該散熱單元之一部分。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該熱電轉換單元包括至少一熱電效應晶片，該熱電效應晶片包括該熱端、該冷端、多對半導體電極及多個第一及第二金屬片，該些第一金屬片電性連接至該熱端，該些第二金屬片電性連接至該冷端，每一對半導體電極中之一第一型半導體電極在一端與該對半導體電極中之第二型半導體電極藉由對應的該第一金屬片相連接，並在另一端與相鄰的一對半導體電極中之第二型半導體電極藉由對應的該第二金屬片相連接。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池模組，其中該邊框更包括一支撐部，該容置空間位於該支撐部內，使該熱電轉換單元位於該層疊件之一背面的方向。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池模組，其中該邊框更包括一支撐部，該容置空間位於該支撐部外，使該熱電轉換單元位於該層疊件之一側邊的方向。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能電池模組，其中當該熱電轉換單元包括多個熱電效應晶片時，該些熱電效應晶片連續延伸緊鄰設置。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能電池模組，其中當該熱電轉換單元包括多個熱電效應晶片時，該些熱電效應晶片間隔設置。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能電池模組，其中當該熱電轉換單元包括多個熱電效應晶片時，該些熱電效應晶片設置於該邊框之四側邊處。
  13. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能電池模組，其中當該熱電轉換單元包括多個熱電效應晶片時，該些熱電效應晶片設置於該邊框之個別一側邊處。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池模組，其中該邊框更包括一第一導熱膠，用以將該熱電轉換單元之熱端固定於該邊框處。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之太陽能電池模組，其中該邊框更包括一第二導熱膠，用以將該散熱單元固定於該熱電轉換單元之冷端。
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