一种光伏组件的制作方法

本实用新型属于光伏组件的设计和应用领域，尤其涉及一种能降低工作温度的光伏组件。

背景技术：

光伏组件，是一种利用硅基材料PN结的光生伏特效应，将太阳能转化为电能的装置，包括：接受太阳光照射的正面玻璃前板，背面的聚合物背板，设置在玻璃前板和聚合物背板之间的硅基太阳能电池片，固定玻璃前板、太阳能电池片和聚合物背板的金属边框、胶膜等。

光伏组件的背板，对电池片起保护和支撑作用，具有可靠的绝缘性、阻水性、耐老化性，一般具有三层结构(PVF/PET/PVF，或PVDF/PET/PVDF)。PVF，学名聚氟乙烯。PVDF，学名聚偏氟乙烯。外层保护层PVF或PVDF，具有良好的抗环境侵蚀能力，中间层PET 聚酯薄膜具有良好的绝缘性能，内层PVF或PVDF和EVA有良好的粘结性能。PVF和PVDF 为最常见的两种含氟材料，在所有高分子材料中具有最佳的耐候性。这独特的性能源于其特殊的分子结构C-F。C-F键是有机化合物共价键中键能最大的。PVDF在分子结构上比PVF多一个氟原子，所以比PVF更致密、更耐候、阻隔性更好，并具有压电性、介电性、热电性等特殊性能，而且，PVDF的成本要低于PVF。因此，现在光伏行业中大多使用含PVDF氟膜的背板。

光伏组件的额定发电功率，是在25℃的标准测试条件下得到的。在实际情况中，由于太阳光的辐射和电流经过组件内部电阻时产生的焦耳发热，组件的工作温度要比环境温度高30～40℃。组件的功率温度系数为-0.45％/℃，也就意味着，温度每升高一度，组件的发电功率将下降0.45％。在30℃的环境温度下，组件的工作温度上升到65℃，那么额定功率为300W的组件，其实际发电功率只有：300W×(1-(65-25)*0.45％)＝246W。如果能通过某种技术手段，降低组件的工作温度，将能提升组件的实际发电能力。

公开号为CN108336167A的实用新型专利申请公开一种具有辐射降温功能的太阳能光伏组件，利用透明辐射降温涂层，包括高分子树脂、微米粉体、涂料助剂和稀释剂，涂覆在光伏组件受光的正表面上。此种技术方案拟将透明辐射降温涂层涂覆在组件正面，以优化组件正面的热辐射能力，从而达到降温以帮助提高发电量。但考虑到组件正面需要尽可能的吸收太阳光，此方案无法通过提高反射率的方式减少入射光，进而降低组件升温，因此，效果十分有限，而且，此方案需要对涂覆材料在100～200℃的温度下固化0.5～1h，工艺繁琐。

公开号为CN203071106U的实用新型专利公开一种背板及光伏组件，拟使用含金属氧化物的材料，覆盖在光伏组件背板的背面，通过辐射的方式降低组件温度。但此方案未考虑通过提高组件背板外表面的反射率来降低入射光带来的升温，并且，该方案并未阐明如何实施该技术，根据相关行业经验，该技术需要使用复杂的真空沉积设备，成本较高。

公开号为CN203690323U的实用新型专利公开一种降温式太阳能组件，前板太阳能组件和后板玻璃以及边框围成一中空结构的形状，并且中空部分为一循环水腔，通过中空水腔的方式对组件进行降温，但该方案结构复杂，成本高，且需消耗水量较大，不适合推广应用。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型将提供一种光伏组件及降低光伏组件工作温度的方法，通过在组件背面涂覆一层具有特殊结构的PVDF-HFP(偏二氟乙烯-六氟丙烯)薄膜材料，从而提高光伏组件背面的反射率和热辐射率，降低光伏组件的工作温度，提升组件发电能力。

本实用新型公开一种光伏组件，包括硅基太阳能电池片、正面玻璃前板和聚合物背板，所述聚合物背板从内到外依次包括内层保护层、第一粘合层、中间层PET、第二粘合层、外层保护层和多孔PVDF-HFP薄膜；所述多孔被构造为多尺度微纳孔结构。

作为一种优选方案，所述内层保护层和外层保护层为PVF或PVDF材料。

作为一种优选方案，所述多孔PVDF-HFP薄膜的厚度为100-2000微米。

作为一种优选方案，所述多孔PVDF-HFP薄膜的厚度为300-800微米。

作为一种优选方案，所述多尺度微纳孔结构的孔径分布为200-500纳米和3-8微米。

作为一种优选方案，所述多孔PVDF-HFP薄膜采用溶液相转换法制备。

有益效果：

(1)本实用新型通过在光伏组件背面涂覆一层特殊的具有多尺度微纳孔结构的 PVDF-HFP薄膜(多孔PVDF-HFP薄膜)，既可提高组件背板外表面的反射率，降低入射太阳光带来的升温影响；又可提高组件背板外表面的辐射率，将电流流经组件内部电阻时产生的焦耳发热更快地散发至外界。相比于传统光伏组件的PVDF薄膜背板反射率为 70％左右，本实用新型能将反射率提高至90％以上，辐射率高达0.9以上，且在这双重效果的作用下，可实现5℃左右的降温，使得组件的实际发电能力可提升2％以上。

(2)可通过一种简单易行的溶液相转换法来制备多孔PVDF-HFP薄膜，由于制备方法和实施工艺都很简单，且成本较低，既可应用于新生产的组件上，也可应用于已安装在电站中的组件上，适合于大规模推广应用。

附图说明

图1为对比组1所述的常规光伏背板的剖面图；

图2为实施例1所述的能降低工作温度的光伏背板的剖面图；

附图标注说明：101是内层保护层PVF或PVDF，103是外层保护层PVF或PVDF， 104是中间层PET，102是粘合层，105是多孔PVDF-HFP薄膜。

具体实施方式

为了更清晰地说明本提案，下面将对相关技术描述中使用的附图做简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本提案的一些实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

对比组1公开了一种常规光伏组件，主要包括硅基太阳能电池片、设置在硅基太阳能电池片正面的接受太阳光照射的正面玻璃前板、设置在硅基太阳能电池片背面的聚合物背板，以及固定玻璃前板、太阳能电池片和聚合物背板的金属边框、胶膜等。结合图 1所示，其背板结构主要包括内层保护层101、粘合层102、外层保护层103和中间层 PET104，其中，内外保护层均可采用PVF或PVDF材料，实施例中优选PVDF材料。外层PVDF为30μm，中间层PET为250μm，内层PVDF为30μm。

实施例1公开了一种采用本实用新型所述方案的能降低工作温度的光伏组件，其与实施例1所述的常规光伏组件的主要不同点在于聚合物背板。结合图2所示，其背板结构主要包括内层保护层101、粘合层102、外层保护层103、中间层PET104和多孔 PVDF-HFP薄膜105。

其中，多孔PVDF-HFP薄膜105是一种具有多尺度微纳孔结构的PVDF-HFP薄膜(简称多孔PVDF-HFP薄膜)，其孔径分布在200-500纳米和3-8微米，可采用一种简单易行的溶液相转换法来制备。

溶液相转换法，是使用一种低沸点溶剂(比如丙酮或二甲基甲酰胺DMF)和一种较高沸点的非溶剂(比如去离子水或无水乙醇)，将PVDF-HFP溶解在二者的混合液中。低沸点溶剂迅速挥发，而非溶剂的挥发较慢，使得溶液发生相分离，从而形成多尺度微纳孔结构。

基于上述原理，将一定量的PVDF-HFP(偏二氟乙烯-六氟丙烯)和去离子水溶解在丙酮里，涂到组件背板的外表面上。当丙酮挥发后，PVDF-HFP就会沉淀出来，包覆在微纳水珠上，水分蒸发后最终在外层保护层表面形成一层具有多尺度微纳孔结构的 PVDF-HFP薄膜。

实施例2公开一种通过溶液相转换法制备多孔PVDF-HFP薄膜的方法，主要包括以下步骤：

制备PVDF-HFP、低沸点溶剂和较高沸点的非溶剂的混合液，其中，PVDF-HFP在混合液中的质量浓度为2％～4％，所述去离子水在混合液中的质量浓度是75～85％；

将溶液混合均匀后，可采用辊涂的方式涂覆在组件背面；

将涂覆有PVDF-HFP混合液的组件放在室温(25±2℃)条件下，自然风干约2小时；

当低沸点溶剂挥发后，PVDF-HFP就会沉淀出来，包覆在微纳水珠上，待较高沸点的非溶剂蒸发后，最终在组件背面形成具有200-500纳米和3-8微米的多尺度孔洞结构。

具有多尺度微纳孔结构的PVDF-HFP薄膜能调控不同光学波段的反射率/辐射率。此薄膜在太阳光波段(0.3-2.5微米)具有高于90％的反射率，可避免材料被阳光加热，同时在大气的红外辐射窗口(8-13微米)具有高于0.9的辐射率，从而可以有效地辐射热量。

实施例3公开一种在已安装在电站中的组件背面涂覆多孔PVDF-HFP薄膜的方法，主要包括以下步骤：

制备PVDF-HFP、去离子水和丙酮的质量混合比例约为3:100:20的混合溶液，并将溶液混合均匀；

用无水乙醇对已安装在电站中的组件背板进行，清洗后再用棉布擦干；

用辊涂的方式将PVDF-HFP混合液在组件背面涂覆四次；

在常规室外温度条件下，自然风干约3小时后，组件背板外表面形成约800微米厚的PVDF-HFP薄膜。

测得组件背面的反射率99％，热辐射率高达0.97。进一步测得组件整体降温约5℃。按-0.45％/℃的组件功率温度系数计算，组件的实际发电能力可提升约2.2％。

目前，实施1所述的常规光伏组件使用的背板，外表面大多是PVDF薄膜，其反射率为70％左右。采用本实用新型方案的实施例2将具有多尺度微纳孔结构的PVDF-HFP 薄膜涂覆在组件背板外表面后，将反射率提高至90％以上，可明显降低入射太阳光带来的升温影响。此外，PVDF-HFP薄膜的高辐射率，可将电流流经组件内部电阻时产生的焦耳发热，更快地散发至外界。在这双重效果的作用下，此技术方案可实现5℃左右的降温。按-0.45％/℃的组件功率温度系数计算，组件的实际发电能力可提升2％以上。

结合上述的方法，下面给出两组具体的实验数据，分别如下：

实验组1：将30g的PVDF-HFP和1000g去离子水溶解在200g丙酮里；将溶液混合均匀，用辊涂的方式在组件背面涂覆一次；将涂覆有PVDF-HFP混合液的组件放在室温 (25±2℃)条件下，自然风干约2小时后，组件背板外表面形成约300微米厚的PVDF-HFP 薄膜。

测得组件背面的反射率高达96％，热辐射率高达0.97。进一步测得组件整体降温约 4℃。按-0.45％/℃的组件功率温度系数计算，组件的实际发电能力可提升约1.8％。

实验组2：将30g的PVDF-HFP和1000g去离子水溶解在200g丙酮里；将溶液混合均匀，用辊涂的方式在组件背面涂覆四次；将涂覆有PVDF-HFP混合液的组件放在室温 (25±2℃)条件下，自然风干约3小时后，组件背板外表面形成约800微米厚的PVDF-HFP 薄膜。

测得组件背面的反射率99.6％，热辐射率高达0.97。进一步测得组件整体降温约6℃。按-0.45％/℃的组件功率温度系数计算，组件的实际发电能力可提升约2.7％。

综上可见，本实用新型所公开的光伏组件背板相对于实施例1的常规光伏组件背板，区别仅在于在背板最外层涂覆了一层具有特殊结构的PVDF-HFP薄膜材料，由此，可同时提高组件背板外表面的反射率和辐射率，能更有效的降低组件的工作温度，提升组件的实际发电能力。并且，由于制备方法和实施工艺都很简单，本技术方案既可使用于新生产的组件上，也可使用于已安装在电站中的组件上。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。