光伏模块、光伏层压板和用于光伏层压板的背板的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了光伏模块、光伏层压板和用于光伏层压板的背板。所述光伏模块具有在正常工作期间朝向太阳的第一侧面以及第二下侧面。所述光伏模块包括周边框架以及至少部分由所述周边框架封装和支承的光伏层压板。所述光伏层压板具有多个光伏太阳能电池；围绕并封装太阳能电池的包封层；设置在多个太阳能电池的上侧面之上以及包封层顶部的透明覆盖层；以及多个太阳能电池的下侧面下方以及包封层下面的单层密封层。用于光伏层压板的背板包括：均质包封层以及均质外层；包封层粘附于所述外层；所述包封层具有在50摄氏度下至少5×1013的电阻率；外层对于流体具有阻挡性；包封层具有至少400微米的厚度；背板具有小于400微米的总体厚度。
【专利说明】光伏模块、光伏层压板和用于光伏层压板的背板
【技术领域】
[0001]本文所述主题的实施例总体涉及光伏模块、光伏层压板和用于光伏层压板的背板。更具体地讲，该主题的实施例涉及用高电阻率包封材料构造层压板。
【背景技术】
[0002]光伏太阳能系统得益于提升的电和转化效率以及降低的成本。两种效应都有利地降低了太阳能系统产生的能量的总体成本。降低成本的一种方法是降低系统的复杂度。另一种方法是降低系统的重量。
[0003]光伏太阳能系统可由多个单独构造的光伏模块构成。每个模块可容纳并支承一个光伏层压板。降低重量或复杂度中的任一者都可改善系统。可对光伏模块进行检查以符合性能、可靠性、安全和制造规格。有利的是，改善系统成本或效率的创新可允许光伏模块仍然符合规格。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是降低由多个光伏模块构成的光伏系统的部件的复杂度，提升系统的性能，以及降低系统重量，同时保持该光伏系统符合规格要求。
[0005]为了实现以上目的，本实用新型提出了一种光伏模块，该光伏模块具有在正常工作期间朝向太阳的第一侧面以及第二侧面，所述光伏模块包括:周边框架；以及至少部分由所述周边框架封装和支承的光伏层压板，所述光伏层压板包括:朝向所述光伏模块的所述第一侧面设置的透明覆盖层；在所述覆盖层下面并粘附于所述覆盖层的上包封层；所述上包封层下面的多个光伏太阳能电池，所述多个光伏太阳能电池以电气方式互连；所述多个光伏太阳能电池下面的下包封层，所述上包封层和所述下包封层封装所述多个光伏太阳能电池，其中所述下包封层具有在50摄氏度下至少5X 113Q-Cm的体积电阻率；以及均质的后环境保护层，所述后环境保护层粘附于所述下包封层，所述后环境保护层在所述光伏模块的所述第二侧面上暴露于周围环境。
[0006]优选地，在根据本实用新型的光伏模块中，下包封层具有白色的颜色。
[0007]优选地，在根据本实用新型的光伏模块中，其中所述多个光伏太阳能电池包括背接触太阳能电池。
[0008]优选地，在根据本实用新型的光伏模块中，其中所述下包封层具有小于650微米的厚度。
[0009]优选地，在根据本实用新型的光伏模块中，其中所述后环境保护层具有小于400微米的厚度。
[0010]优选地，在根据本实用新型的光伏模块中，其中所述覆盖层包括抗反射涂层。
[0011]本实用新型还提出了一种光伏层压板，其包括:多个光伏太阳能电池，每个所述太阳能电池具有在正常工作期间面向太阳的上侧面以及背向太阳的下侧面；围绕并封装所述太阳能电池的包封层，所述包封层在所述太阳能电池的间隙之间延伸；设置在所述多个太阳能电池的所述上侧面之上以及所述包封层顶部的透明覆盖层，所述包封层粘附于所述覆盖层；以及所述多个太阳能电池的所述下侧面下方以及所述包封层下面的单层密封层，所述包封层沿着内表面粘附于所述密封层并且具有暴露于周围环境的外表面。
[0012]优选地，在根据本实用新型的光伏层压板中，所述密封层对于流体具有阻挡性。
[0013]优选地，在根据本实用新型的光伏层压板中，所述包封层具有在50摄氏度下大于5 X 113的体积电阻率。
[0014]优选地，在根据本实用新型的光伏层压板中，其中所述包封层和所述密封层相结合，从而当所述多个太阳能电池的所述下侧面和所述外表面之间的电势差为至少1，000伏特时，允许小于10微安的电流在所述多个太阳能电池的所述下侧面和所述外表面之间流动。
[0015]优选地，在根据本实用新型的光伏层压板中，所述密封层和至少部分的所述包封层通过共挤出形成。
[0016]优选地，根据本实用新型的光伏层压板还包括所述密封层和所述包封层之间的粘结层。
[0017]优选地，在根据本实用新型的光伏层压板中，所述多个太阳能电池的所述下侧面和所述密封层的所述外表面之间的所述包封层的所述组合厚度小于600微米。
[0018]本实用新型还提出了一种用于光伏层压板的背板，所述背板包括:均质包封层；以及均质外层；其中:所述包封层和所述外层通过共挤出一起形成，所述包封层粘附于所述外层；所述包封层具有在50摄氏度下至少5 X 113的电阻率；所述外层对于流体具有阻挡性；所述包封层具有至少400微米的厚度；以及所述背板具有小于400微米的总体厚度。
[0019]优选地，在根据本实用新型的背板中，其中所述外层具有至少0.2ff/(m-K)的热常数。
[0020]根据本实用新型，通过降低光伏模块的复杂度降低了材料和构造的成本；同时系统的性能获得提升，从而在与未经改进的系统相同成本的情况下能够增加所获得的能量；以及降低了系统重量，从而减少了装运成本，实现了有益的技术效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]当结合以下附图考虑时，通过参见【具体实施方式】和权利要求书可以更完全地理解所述主题，其中在所有附图中，类似的附图标记是指类似的元件。
[0022]图1是光伏模块的透视图；
[0023]图2是图1光伏模块的剖视图；
[0024]图3是图2光伏模块的详细视图，示出了光伏层压板实施例的横截面；
[0025]图4是光伏层压板另一个实施例的横截面的详细视图；以及
[0026]图5是光伏层压板又一个实施例的横截面的详细视图。
【具体实施方式】
[0027]以下【具体实施方式】本质上只是例证性的，并非意图限制所述主题的实施例或此类实施例的应用和用途。如本文所用，词语“示例性的”是指“作为例子、实例或例证”。本文示例性描述的任何实施方式不一定被理解为比其他实施方式更优选或有利。此外，并不意图受前述【技术领域】、【背景技术】、
【发明内容】
或以下【具体实施方式】中提出的任何明示或暗示的理论的约束。
[0028]“抑制如本文所用，抑制用于描述减小影响或使影响降至最低。当部件或结构被描述为可抑制一种行为、运动或条件时，它可以完全防止某种结果或后果或未来的状态。另外，“抑制”还可以指减少或减小可能会发生的某种后果、表现和/或效应。因此，当部件、元件或结构被称为抑制一种结果或状态时，它不一定完全防止或消除某种结果或状态。
[0029]此外，以下描述中还仅为了参考的目的使用了某些术语，因此这些术语并非意图进行限制。例如，如“上部”、“下部”、“上面”或“下面”等术语是指附图中提供参考的方向。如“正面”、“背面”、“后面”、“侧面”、“外侧”和“内侧”等术语描述在一致但任意的参照系内组件的某些部分的取向和/或位置，通过参考描述所讨论部件的文字和相关的附图可以清楚地了解这些取向和/或位置。此类术语可以包括上面具体提及的词语、它们的衍生词语以及类似意义的词语。相似地，除非上下文中明确指明，否则术语“第一”、“第二”和其他此类涉及结构的数值术语并不含有次序或顺序的意思。
[0030]改善光伏太阳能系统所提供的能量的成本的一些方法是降低其部件的复杂度，从而降低材料和构造的成本；提升系统的性能，从而在与未经改进的系统相同成本的情况下增加所获得的能量；以及降低系统重量，从而减少其装运成本。在可行时，希望同时影响这些因素中的数个。
[0031]公开了一种光伏模块。光伏模块具有在正常工作期间朝向太阳的第一侧面以及第二下侧面。光伏模块包括周边框架以及至少部分地由周边框架封装和支承的光伏层压板。光伏层压板包括朝向光伏模块的第一侧面设置的透明覆盖层；覆盖层下方并粘附于覆盖层的上包封层；上包封层下方的多个光伏太阳能电池，光伏太阳能电池以电气方式互连；多个光伏太阳能电池下方的下包封层，上包封层和下包封层封装多个光伏太阳能电池；以及均质的后环境保护层，后环境保护层粘附于下包封层，后环境保护层在光伏模块的第二侧面上暴露于周围环境。
[0032]还公开了一种光伏层压板。光伏层压板包括多个光伏太阳能电池，每个太阳能电池具有在正常工作期间面向太阳的上侧面以及背向太阳的下侧面；围绕和封装太阳能电池的包封层，包封层在太阳能电池中的间隙之间延伸；设置在多个太阳能电池上侧面上方和包封层上面的透明覆盖层，包封层粘附于覆盖层；以及多个太阳能电池下侧面下方和包封层下面的单层密封层，包封层沿着内表面粘附至密封层，并且具有暴露于周围环境的外表面。
[0033]还公开了光伏层压板的背板。背板包括均质的包封层和均质的外层，其中包封层和外层通过共挤出法一起形成，包封层粘附于外层，包封层具有至少5X1013oh-cm的体积电阻率，外层对于流体具有阻挡性，包封层具有至少400微米的厚度，并且背板具有小于400微米的总体厚度。
[0034]可使用在层压板内围绕太阳能电池的非常高体积电阻率的包封材料来构造光伏层压板。此前，此类包封材料在其组成的某些方面上遇到困难，例如在太阳辐照期间不可取的泛黄或磨损、刚度不足或过高、无法低廉生产或加工。因此，结合太阳能电池后面的厚背板以及包封材料部署了使用中的包封材料。背板展现出光伏太阳能模块所需的某些品质，例如环境保护、机械刚度、电绝缘等等，而这是包封材料所缺乏的。
[0035]发明人已发现，将某些类别的材料用作包封材料有利地满足了光伏太阳能模块的许多要求。可将聚烯烃(例如聚乙烯或聚丙烯)用作太阳能电池的包封材料。某些聚乙烯的体积电阻率(包括在-40到90°C的温度范围内高于5X 113Q-Cm的值)对于太阳能电池的前表面和后表面均具有有益效应，在前表面上抑制偏振，在后表面上具有电绝缘性质。在满足性能规范的同时在效率上的相关提高实现了进一步改进。
[0036]发明人进一步开发了光伏模块和层压板构造，减少了材料复杂度以及制造步骤，从而降低了构造成本。代之以与包封材料粘合的多层背板(其中背板包括电绝缘体、多个粘结层、环境层，及在某些背板中包括混合包封材料-粘合剂层)可使用在层压板下侧面上包含特定包封材料和单层膜的层压板来构造光伏模块。可由包封材料-保护层共挤出法构造此类高级层压板，从而消除了将包封材料粘结至背板的需要。该简化的保护层结合更简单的构造，可大幅降低制造成本。包封材料和单层膜的相容性也可通过表面处理技术(包括电晕处理和等离子处理)来改进。
[0037]图1示出了光伏模块100。可通过用绕层压板110周边112延伸的框架120围绕光伏层压板I1来构造光伏模块100。层压板110可容纳可互连在一起的多个光伏太阳能电池116。可组合数个光伏模块100来建立太阳能阵列或太阳能系统，用于将阳光转换为电倉泛。
[0038]框架120可在所有侧面或数个侧面上围绕层压板110。框架120可全部沿着层压板110的边缘延伸或仅部分沿着层压板110的边缘延伸，例如可根据需要具有空隙或凹口。框架120可由金属构造，例如铝或不锈钢、塑料或任何其他所选材料。参照图2，其中显示了光伏模块100的横截面，框架120可包括凹口 122以接纳和支承层压板110。
[0039]层压板110是用于部件的术语，其包括光伏太阳能电池116以及数层封装和支承材料。图3示出了图1和图2中所示的层压板110的实施例的详细视图。正如所见，层压板110可由数种材料构成。所示实施例仅出于说明目的，并未按比例绘制。所示层压板110具有设置为在正常工作期间面向太阳的顶部表面130。相似地，层压板110内的太阳能电池116可具有上表面和下表面，其中上表面117在正常工作期间朝向太阳，而下表面118则背向太阳。
[0040]层压板110可具有透明覆盖层136。覆盖层136可由透光或半透明材料(例如玻璃或塑料)构造。覆盖层136可用抗反射材料或涂层处理或制造或将抗反射材料或涂层施加在其顶部，以抑制光子在覆盖层136表面或之中损耗。
[0041]在覆盖层136下方可为前、顶部或上包封层140。在某些实施例中，可在覆盖层136和上包封层140之间设置粘结或粘合剂层142。粘合剂层142可均匀分布，或选择性地设置在覆盖层和上包封层136、140之间。粘合剂层可为任何粘合、粘接、粘附或附着材料。
[0042]上包封层140之所以这样称是因为它定位在太阳能电池116的上侧面117的上方。然而，上包封层140可在太阳能电池116的间隙之间延伸，以接触下包封层150，并在某些构造和实施例中与下包封层150合并，后者在太阳能电池116下方延伸。上包封层140和下包封层150可完全围绕和容纳太阳能电池116，从而将它们与覆盖层136和密封层160电绝缘。在一些实施例中，下粘合剂层158具有与相对于粘合剂层142所述的那些相似的特性，其可存在于下包封层150和密封层160之间。如图4中所示实施例中所示，可省略粘合剂层142、158。在此类实施例中，包封层240、250可包括与围绕的部件粘结所需的任何性质。除非另外指明，图4中的数字标记指定与图1-3的那些类似的部件，不同的是数字增加了 100。
[0043]包封层140、150可由相同材料构成，从而允许太阳能电池116的均匀封装。在一些实施例中，在物理上接近时加热包封层140、150可导致熔合或熔化，从而形成围绕太阳能电池116及其间延伸的单层。在其他形式中，包封层140和150可由相异材料构成，并仍能完全封装太阳能电池116。
[0044]包封层140、150可由聚烯烃材料(例如聚乙烯或聚丙烯)形成。无论是聚乙烯或丙烯或任何其他聚烯烃，所用的包封材料可具有在室温或更高温度下小于1MPa的杨氏模量。在某些实施例中，包封层140、150可具有在正常工作温度下至少5 X 113Q-Cm的体积电阻率。此正常工作温度可介于-40°C和90°C之间。从而，在60°、90°或任何其他所需温度值下，包封材料可具有至少5X1013Q-cm的体积电阻率。上包封层140可有足够的透明度，从而允许至少60%的300至1200nm之间每个波长的光的入射光子通过。下包封层150可为透明、彩色、高反射性的，或者根据实施例需要可具有其他光学或反射性质。某些实施例可具有彩色和高反射性质的组合。在某些实施例中，包封层140、150可具有机械刚度，其特征在于室温和更高温度下小于1MPa的杨氏模量。在一些实施例中，包封层140、150可具有至少0.2W/(m-K)的导热率。从而，在将聚乙烯描述为示例性材料时，具有这些或相似性质的任何聚烯烃或其他材料也可用作包封材料。在提交于2010年6月18日的美国专利申请N0.12/818,959中描述了可用作上或下包封层的材料集合，该专利申请全部内容明确地以引用方式并入本文中。
[0045]密封层160可为足以为层压板110的其他层提供环境保护的任何单层均质膜。密封层160可具有小于40g/m2/24小时的湿气渗透率(该渗透率在本文描述为对于流体的阻挡性)，并且可由任何适用材料构成。例如，含氟聚合物、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚酰胺或聚苯醚均可用于某些实施例，包括商用形式的材料，例如TEFLON?或TEDLAR?。也可使用任何其他用作单层的适用材料。因此密封层160可用作环境保护层。与其他光伏模块的多层背板相反，均质的单层密封层160可为膜或单层。因此，密封层160在一些实施例中可为下包封层150和层压板110下面周围环境之间的唯一层。在一些实施例中，密封层160可为玻璃纤维层或热传导层，例如金属层或包含传导填料的聚合物。
[0046]在某些实施例中，密封层160可与下包封层150共挤出以简化制造。根据实施例需要，下包封层150或密封层160的任一者可具有白色或黑色的颜色。可根据实施例需要来选择其他颜色，包括光谱中的任何颜色。根据实施例需要，下包封层150可具有100和800微米之间的厚度。此外，密封层160可具有100和800微米之间的厚度。根据实施例的需要，可将任何组合用于形成该对的整体厚度。
[0047]再次参照图1-3，下包封层150和密封层160的组合可用于证明太阳能电池116的下表面118和触碰密封层160下侧面的人的接触之间的电绝缘性。由于光伏模块100的某些实施例遵守以下规范:要求在太阳能电池116在高达1，000伏特电势下工作时能够安全地与模块的下侧面物理接触，因此包封材料/密封层组合可充分绝缘，而允许小于10微安的电流在该条件下流动。或者，当太阳能电池116在1，500V下工作时，该组合可充分电绝缘，而允许小于25微安的电流。相似地，当在太阳能电池116的下表面118中存在3000伏特连续电压达至少I分钟时，下包封层150和密封层160的组合结构可抑制50微安以上的漏电流通过。
[0048]在某些实施例中，太阳能电池116可为背接触式和/或背结式光伏太阳能电池。图5示出了光伏层压板310的可供选择的实施例的详细视图。除非另外指明，图5中的数字标记指定与图1-3的那些类似的部件，不同的是数字增加了 200。图5示出了太阳能电池316下表面318的放大视图，以凸显背接触太阳能电池的表面结构319。正如所见，下包封层350可以足够厚，以延伸至太阳能电池316的任何结构中，从而阻止太阳能电池316的表面结构319和密封层360之间的接触。在那些实施例中，其中在特定工作电势(例如1，000伏特)下，密封层360的表面和太阳能电池316的下表面318之间的电流是光伏模块的所需特征和要求，则下包封层350可足够厚以提供所需电绝缘。
[0049]虽然前面的详细描述已展示至少一个示例性实施例，但应当理解，还存在大量的变型形式。还应当理解，本文所述的一个或多个示例性实施例并不旨在以任何方式限制要求保护的主题的范围、适用性或构型。相反，上述详细说明将为本领域的技术人员提供实施所述一个或多个实施例的方便的操作路径图。应当理解，可在不脱离权利要求书所限定的范围(其包括提交本专利申请时已知的等同物和可预知的等同物)的情况下对元件的功能和布置方式进行多种改变。
【权利要求】
1.一种光伏模块，所述光伏模块具有在正常工作期间朝向太阳的第一侧面以及第二侧面，所述光伏模块包括: 周边框架；以及 至少部分由所述周边框架封装和支承的光伏层压板，所述光伏层压板包括: 朝向所述光伏模块的所述第一侧面设置的透明覆盖层； 在所述覆盖层下面并粘附于所述覆盖层的上包封层； 所述上包封层下面的多个光伏太阳能电池，所述多个光伏太阳能电池以电气方式互连； 所述多个光伏太阳能电池下面的下包封层，所述上包封层和所述下包封层封装所述多个光伏太阳能电池，其中所述下包封层具有在50摄氏度下至少5\101310！11的体积电阻率；以及 均质的后环境保护层，所述后环境保护层粘附于所述下包封层，所述后环境保护层在所述光伏模块的所述第二侧面上暴露于周围环境。
2.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述下包封层具有白色的颜色。
3.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述多个光伏太阳能电池包括背接触太阳能电池。
4.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述下包封层具有小于650微米的厚度。
5.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述后环境保护层具有小于400微米的厚度。
6.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述覆盖层包括抗反射涂层。
7.一种光伏层压板，其包括: 多个光伏太阳能电池，每个所述太阳能电池具有在正常工作期间面向太阳的上侧面以及背向太阳的下侧面； 围绕并封装所述太阳能电池的包封层，所述包封层在所述太阳能电池的间隙之间延伸； 设置在所述多个太阳能电池的所述上侧面之上以及所述包封层顶部的透明覆盖层，所述包封层粘附于所述覆盖层；以及 所述多个太阳能电池的所述下侧面下方以及所述包封层下面的单层密封层，所述包封层沿着内表面粘附于所述密封层并且具有暴露于周围环境的外表面。
8.根据权利要求7所述的光伏层压板，其中所述密封层对于流体具有阻挡性。
9.根据权利要求7所述的光伏层压板，其中所述包封层具有在50摄氏度下大于5父1013的体积电阻率。
10.根据权利要求7所述的光伏层压板，其中所述包封层和所述密封层相结合，从而当所述多个太阳能电池的所述下侧面和所述外表面之间的电势差为至少1，000伏特时，允许小于10微安的电流在所述多个太阳能电池的所述下侧面和所述外表面之间流动。
11.根据权利要求7所述的光伏层压板，其中所述密封层和至少部分的所述包封层通过共挤出形成。
12.根据权利要求7所述的光伏层压板，还包括所述密封层和所述包封层之间的粘结层。
13.根据权利要求7所述的光伏层压板，其中所述多个太阳能电池的所述下侧面和所述密封层的所述外表面之间的所述包封层的所述组合厚度小于600微米。
14.一种用于光伏层压板的背板,所述背板包括: 均质包封层；以及 均质外层；其中: 所述包封层和所述外层通过共挤出一起形成，所述包封层粘附于所述外层； 所述包封层具有在50摄氏度下至少5X 1013的电阻率； 所述外层对于流体具有阻挡性； 所述包封层具有至少400微米的厚度；以及 所述背板具有小于400微米的总体厚度。
15.根据权利要求14所述的背板，其中所述外层具有至少0.2W/(m-K)的热常数。
【文档编号】H02S30/00GK204231275SQ201290000633
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2012年4月12日 优先权日:2011年7月1日
【发明者】加芙列拉·E·布内亚, 金成德, 戴维·F·J·卡武拉克 申请人:太阳能公司