專利名稱：一種增效電-熱聯(lián)用太陽(yáng)電池組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—種增效電-熱聯(lián)用太陽(yáng)電池組件
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及太陽(yáng)電池組件技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是一種增效電-熱聯(lián)用太陽(yáng)電池組件。
背景技術(shù)：
能源需求的不斷增長(zhǎng)，以及傳統(tǒng)化石能源所面臨的資源、環(huán)境等問(wèn)題，促使開(kāi)發(fā)利用綠色的可再生能源成為人類社會(huì)的必然選擇。作為一種清潔的可再生能源，太陽(yáng)能已經(jīng)在世界各國(guó)廣泛應(yīng)用。太陽(yáng)能光伏發(fā)電能夠直接生產(chǎn)便于輸送、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)換和利用的高品位能量-電能，因而更加受到人們的重視和親睞。光伏發(fā)電目前亟待解決的主要問(wèn)題是進(jìn)一步提高光-電轉(zhuǎn)換效率及太陽(yáng)能綜合利用率、延長(zhǎng)使用壽命和降低成本。太陽(yáng)能電池組件主要以半導(dǎo)體材料(如晶體硅等)為基礎(chǔ)制造，其工作原理是半導(dǎo)體光電材料吸收光能后發(fā)生光-電轉(zhuǎn)換效應(yīng)而產(chǎn)生電流；基本結(jié)構(gòu)包括框架及組裝于框架內(nèi)的組件結(jié)構(gòu)，所述組·件結(jié)構(gòu)包括透光的前板(如玻璃、透光塑料等)、用透明密封材料(通常采用樹(shù)脂，如EVA膠膜)封裝的光-電轉(zhuǎn)換芯片(電力生產(chǎn)單元)及背封保護(hù)件(如TPT/TPE等)，太陽(yáng)光透過(guò)前板照射在光-電轉(zhuǎn)換芯片上，通過(guò)光-電轉(zhuǎn)換效應(yīng)直接將光能轉(zhuǎn)換為電能，并用與電池組件配套的接線盒，將電能輸出。然而，太陽(yáng)能光伏電池在工作中，只能將一小部分光能轉(zhuǎn)換成電能。以目前市場(chǎng)上占絕大多數(shù)的晶體硅太陽(yáng)電池為例，其平均效率一般在15%左右；也就是說(shuō)太陽(yáng)電池只能將入射太陽(yáng)能的15%轉(zhuǎn)換成可用的電能，其余的85%大都被轉(zhuǎn)化為熱能散掉；而單結(jié)單晶硅的理論光-電轉(zhuǎn)換效率約為33%。根據(jù)晶體硅的半導(dǎo)體特性，溫度每升高1°C，其光-電轉(zhuǎn)換效率將降低O. 4%左右；因此，溫度升高將使電池組件的輸出功率明顯降低。光伏電池工作時(shí)，會(huì)受到日光中大量的紅外熱輻射，光-電轉(zhuǎn)換過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生特有的耦合熱效應(yīng)；如果不能有效傳導(dǎo)并轉(zhuǎn)換利用，將導(dǎo)致電池組件的溫度過(guò)高，光-電轉(zhuǎn)換效率顯著降低，且大量熱能被浪費(fèi)；同時(shí)還將加速電池組件的老化損壞，縮短太陽(yáng)能電池的使用壽命；尤其對(duì)聚光型光伏電池更是如此。針對(duì)上述問(wèn)題，有效的改善方法之一是在電池組件背面附加換熱裝置，并運(yùn)用各種液體循環(huán)導(dǎo)熱介質(zhì)進(jìn)行傳熱和利用，也稱電-熱聯(lián)用(PV-T)技術(shù)。但由于EVA封裝材料的熱導(dǎo)率很低(實(shí)測(cè)僅為O. 28ff/mk)，電池組件的傳熱熱阻主要在封裝膠膜處；因此，現(xiàn)有電-熱聯(lián)用技術(shù)的實(shí)際傳熱效果不夠理想，電池的光-電轉(zhuǎn)換效率及太陽(yáng)能綜合利用率亟待提高。同時(shí)，附加的換熱循環(huán)系統(tǒng)，提高了組件成本，并使整套PV-T組件結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，運(yùn)行維護(hù)更加困難，可靠性下降；占用空間及重量的明顯增大，給安裝帶來(lái)不便，也影響了電池組件的美觀性和實(shí)用性。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種增效電-熱聯(lián)用太陽(yáng)電池組件。[0006]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的—種增效電-熱聯(lián)用太陽(yáng)電池組件，包括便于輸送換熱介質(zhì)(如空氣、水)的框體及安裝于該框體內(nèi)的組件結(jié)構(gòu)，所述組件結(jié)構(gòu)依次由透光前板、透明EVA層、被封裝膠膜密封的太陽(yáng)電池芯片及電路、導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封膠膜以及換熱背封件構(gòu)成；其特征在于，所述的導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封膠膜為高導(dǎo)熱填料復(fù)合EVA背封絕緣膠膜；所述換熱封閉背封件為具有強(qiáng)化換熱流道或梳齒結(jié)構(gòu)的封閉背封件；導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封膠膜與換熱背封件直接層壓貼合?？蓪⒔M件吸收及產(chǎn)生的熱量高效地傳遞至換熱背封件；電池組件工作時(shí)，接收的紅外輻射熱和耦合產(chǎn)生的熱量，能通過(guò)高導(dǎo)熱的背封膠膜及強(qiáng)化換熱的背封件更有效地傳遞和換熱利用。所述的導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封膠膜 為EVA樹(shù)脂與高導(dǎo)熱絕緣填料經(jīng)過(guò)功能復(fù)合而制得的高導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封絕緣膠膜，是由下列物質(zhì)按重量份數(shù)的配比所制成乙烯-醋酸乙烯共聚物料粒100份、有機(jī)過(guò)氧化物交聯(lián)固化劑O. 5 2. O份、導(dǎo)熱填料50 350份、抗氧化劑O.1 1. O份、紫外光吸收劑O.1 1. O份、光穩(wěn)定劑O.1 1. O份、硅烷偶聯(lián)劑1. O 5. O份。所述導(dǎo)熱絕緣填料為BN、Si3N4, B4C、晶硅粉或SiC中的一種，其粒度范圍約為
0.1 10 μ m。一種導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封膠膜的制備方法，其具體步驟為先用O. 5 3. O份偶聯(lián)劑對(duì)50 350份的導(dǎo)熱填料進(jìn)行潤(rùn)濕、干燥和分散預(yù)處理；再將預(yù)處理的導(dǎo)熱填料與O. 5 2. O份的交聯(lián)固化劑混合均勻；然后，將其與100份乙烯-醋酸乙烯共聚物料粒、剩余的O. 5 2. O份娃燒偶聯(lián)劑、O.1 1. O份抗氧化劑、O.1
1.O份紫外光吸收劑和O.1 1. O份光穩(wěn)定劑的預(yù)混物混合均勻后，進(jìn)行共混擠出，溫度控制在90 110°C，擠出物經(jīng)壓延、冷卻、牽引、卷取工序，即得到本實(shí)用新型的導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封膠膜。所述的換熱封閉背封件由導(dǎo)熱復(fù)合材料或金屬制成，具有強(qiáng)化換熱流道或梳齒結(jié)構(gòu)；導(dǎo)熱復(fù)合材料由高導(dǎo)熱填料填充耐候型聚合物樹(shù)脂，制得導(dǎo)熱復(fù)合材料后，模塑而成；強(qiáng)化換熱流道采用具有導(dǎo)流擋板、截面為方形的流道，呈平行排列；換熱梳齒則采用具有較大換熱表面積的三 八星柱型，以及三角柱、方柱和圓柱型，呈錯(cuò)行排布。普通的散熱背封件只針對(duì)普通光伏電池組件，通過(guò)強(qiáng)化散熱，降低電池溫度，來(lái)提高其光-電轉(zhuǎn)換效率；而本實(shí)用新型專利則是針對(duì)電-熱聯(lián)用光伏組件的，通過(guò)強(qiáng)化換熱，不僅可以更有效地降低電池溫度，來(lái)提高其光-電轉(zhuǎn)換效率；而且能最大限度地收集利用換熱所得的熱能，提高了太陽(yáng)能的綜合利用率。普通的增效光伏組件采用散熱背封件或普通背膜；而本實(shí)用新型專利則采用二種類型的強(qiáng)化換熱封閉背封件。所述聞導(dǎo)熱填料為石墨、招粉或銅粉中的一種；所述耐候型聚合物樹(shù)脂為聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、PET、PBT、ABS、PVC或聚偏二氯乙烯中的一種。所述電池組件框體由鋁合金制成，并加工成便于輸送換熱介質(zhì)(如空氣、水)的結(jié)構(gòu)。上述技術(shù)方案中，所述組件結(jié)構(gòu)中的透光前板、透明EVA層、被封裝膠膜密封的太陽(yáng)電池芯片及電路均為現(xiàn)有成熟技術(shù)，適用目前各種組合的組件結(jié)構(gòu)，例如光伏玻璃前板+透明EVA膠膜+硅太陽(yáng)電池芯片及電路。所述高導(dǎo)熱背面封裝膠膜由密封樹(shù)脂(如EVA等)與高導(dǎo)熱絕緣填料(如BN、Si3N4、B4C、晶硅粉、SiC等)經(jīng)過(guò)功能復(fù)合共混擠出后，壓延或流延制得。如圖所示，所述強(qiáng)化換熱的背封件是一種具有強(qiáng)化換熱流道或梳齒的換熱封閉背封件，可由高導(dǎo)熱填料(如石墨、鋁粉、銅粉等)填充耐候型聚合物樹(shù)脂(如聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、PET、PBT、ABS、PVC或聚偏二氯乙烯等)，制得導(dǎo)熱復(fù)合材料后，模塑而成；也可采用導(dǎo)熱金屬材料(如鋁合金、銅等)加工制成；強(qiáng)化換熱流道采用具有導(dǎo)流擋板、截面為方形的流道，呈平行排列；散熱梳齒則可采用具有較大換熱表面積的星柱型(如三 八星柱)，也可采用簡(jiǎn)單的三角柱、方柱和圓柱型，呈錯(cuò)行排布。所述便于輸送換熱介質(zhì)的框體，是在框體的前、后邊上加工出便于輸送換熱介質(zhì)的結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的積極效果是(I)本實(shí)用新型應(yīng)用所開(kāi)發(fā)的高導(dǎo)熱EVA功能復(fù)合膠膜，直接增大電-熱聯(lián)用電池組件傳熱過(guò)程最大熱阻處(封裝膠膜)的熱導(dǎo)率；并與具有強(qiáng)化換熱流道或梳齒的換熱背封件進(jìn)行直接層壓貼合，強(qiáng)化換熱面積大，傳熱流程短，可以成倍地提高封裝膠膜和背封件 的熱傳導(dǎo)和換熱性能；能更有效地傳換熱量和降低電池組件的工作溫度，進(jìn)而提高光伏電池的光-電轉(zhuǎn)換效率、太陽(yáng)能綜合利用率和組件的使用壽命。(2)本實(shí)用新型未采用循環(huán)介質(zhì)進(jìn)行傳、換熱量，而以直接可用的空氣或水作為換熱介質(zhì)，熱能利用率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，且方便、實(shí)用、安全；加熱后的空氣或水可直接使用。(3)本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案保持了典型光伏電池組件的結(jié)構(gòu)外形，成本低；組件的體積和重量變化不大，便于安裝、使用和維護(hù)；是一個(gè)高效、簡(jiǎn)潔、實(shí)用、低成本的技術(shù)方案。

圖1為電-熱聯(lián)用光伏電池組件的層壓斷面剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為電-熱聯(lián)用(換熱介質(zhì)為空氣)光伏電池組件的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為電-熱聯(lián)用(換熱介質(zhì)為水)光伏電池組件的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為強(qiáng)化換熱封閉背封件中換熱流道平行排列的示意圖；圖5為強(qiáng)化換熱封閉背封件中換熱梳齒柱錯(cuò)行排布及各種柱形截面的示意圖；附圖中的標(biāo)號(hào)為1透光前板(光伏玻璃或塑料)；2透明EVA層；3太陽(yáng)電池芯片及電路；4導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封膠膜；5背封件；6框體；7電池芯片；8空氣進(jìn)口 ；9抽氣口 ；10進(jìn)水口 ； 11出水口； 12導(dǎo)流擋板。
具體實(shí)施方式以下提供本實(shí)用新型一種增效電-熱聯(lián)用太陽(yáng)電池組件的具體實(shí)施方式
。實(shí)施例1如圖1、圖3、圖4，圖5所示，一種電-熱聯(lián)用太陽(yáng)電池組件，包括便于輸送換熱介質(zhì)(水)的組件框體6及安裝于該框體6內(nèi)帶有強(qiáng)化換熱背封件的組件結(jié)構(gòu)；所述組件結(jié)構(gòu)包括光伏玻璃制成的透光前板1、透明EVA密封層2、被透明EVA密封層2和導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封膠膜4封裝的電池芯片與電路3，以及具有強(qiáng)化換熱流道的換熱封閉背封件5。所述透光前板(光伏玻璃或塑料)1、透明EVA層2、太陽(yáng)電池芯片及電路3均采用現(xiàn)有成熟技術(shù)，適用目前各種組合的太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)。所述導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封膠膜4由EVA樹(shù)脂與高導(dǎo)熱絕緣填料BN及其它組份經(jīng)過(guò)功能復(fù)合共混擠出后，壓延制得；該導(dǎo)熱背封膠膜與強(qiáng)化換熱背封件5直接層壓貼合，可以將組件接收的紅外輻射熱和耦合產(chǎn)生的熱量高效地傳遞至強(qiáng)化換熱背封件5并熱交換；極大地提升了背封膠膜的傳熱效果，以及電-熱聯(lián)用電池組件的光-電轉(zhuǎn)換效率和太陽(yáng)能綜合利用率。本實(shí)施例中，按如下工藝制備高導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封絕緣膠膜4 先用2. O份硅烷偶聯(lián)劑對(duì)230份平均粒徑約1. 8 μ m的導(dǎo)熱絕緣填料BN進(jìn)行潤(rùn)濕、干燥和分散預(yù)處理；再將預(yù)處理的導(dǎo)熱填料BN與1. 5份的交聯(lián)固化劑混合均勻；然后，將其與100份乙烯-醋酸乙烯共聚物料粒、剩余的1. 5份硅烷偶聯(lián)劑、O. 3份抗氧化劑、O. 2 份紫外光吸收劑和O. 2份光穩(wěn)定劑的預(yù)混物混合均勻后，進(jìn)行共混擠出，溫度控制在100°C左右，擠出物經(jīng)壓延、冷卻、牽引、卷取工序，即得到本實(shí)用新型熱導(dǎo)率約為O. 98W/m*K的高導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封絕緣膠膜。本實(shí)施例中，所述強(qiáng)化換熱背封件5具有強(qiáng)化換熱流道，由高導(dǎo)熱填料(石墨)填充耐候型聚合物樹(shù)脂(聚碳酸酯)，制得導(dǎo)熱復(fù)合材料后，模塑而成；強(qiáng)化換熱流道采用具有導(dǎo)流擋板12、截面為方形的流道，呈平行排列，如圖4所示。所述電池組件框體6由鋁合金制成，并且將框體加工成便于輸送換熱介質(zhì)(水)的結(jié)構(gòu)，能有效地提高電-熱聯(lián)用光伏電池組件實(shí)際使用時(shí)的傳/換熱性能、光-電轉(zhuǎn)換效率和太陽(yáng)能綜合利用率。本實(shí)施例適合以水為換熱介質(zhì)，不易結(jié)垢；換熱后的水可直接用作工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和家用預(yù)熱水，以及供熱等用途。在框體的下端設(shè)有空氣進(jìn)口 8，上端設(shè)有抽氣口 9，左端設(shè)有進(jìn)水口 10，右端設(shè)有出水口 11，在框體內(nèi)設(shè)有電池芯片7。實(shí)施例2參考圖1、圖2、圖5所示，一種電-熱聯(lián)用太陽(yáng)電池組件，包括便于輸送換熱介質(zhì)(空氣)的組件框體6及安裝于該框體6內(nèi)帶有強(qiáng)化換熱背封件的組件結(jié)構(gòu)；所述組件結(jié)構(gòu)包括光伏玻璃制成的透光前板1、透明EVA密封層2、被透明EVA密封層2和導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封膠膜4封裝的電池芯片與電路3，以及具有強(qiáng)化傳熱梳齒的換熱封閉背封件5。所述透光前板(光伏玻璃或塑料)、透明EVA層、太陽(yáng)電池芯片及電路均采用現(xiàn)有成熟技術(shù)，適用目前各種組合的太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)。所述導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封膠膜由EVA樹(shù)脂與高導(dǎo)熱絕緣填料晶硅粉及其它組份經(jīng)過(guò)功能復(fù)合共混擠出后，壓延制得；該導(dǎo)熱背封膠膜與強(qiáng)化換熱背封件直接層壓貼合，可以將組件接收的紅外輻射熱和耦合產(chǎn)生的熱量高效地傳遞至強(qiáng)化換熱背封件并熱交換；極大地提升了背封膠膜的傳熱效果，以及電-熱聯(lián)用電池組件的光-電轉(zhuǎn)換效率和太陽(yáng)能綜合利用率。本實(shí)施例中，按如下工藝制備高導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封絕緣膠膜先用2. O份硅烷偶聯(lián)劑對(duì)230份平均粒徑約1. 7 μ m的導(dǎo)熱絕緣填料晶硅粉進(jìn)行潤(rùn)濕、干燥和分散預(yù)處理；再將預(yù)處理的導(dǎo)熱填料晶硅粉與1. 5份的交聯(lián)固化劑混合均勻；然后，將其與100份乙烯-醋酸乙烯共聚物料粒、剩余的1. 5份硅烷偶聯(lián)劑、O. 3份抗氧化齊IJ、0. 2份紫外光吸收劑和O. 2份光穩(wěn)定劑的預(yù)混物混合均勻后，進(jìn)行共混擠出，溫度控制在100°C左右，擠出物經(jīng)壓延、冷卻、牽引、卷取工序，即得到本實(shí)用新型熱導(dǎo)率約為O. 95W/m · K的高導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封絕緣膠膜。[0038]本實(shí)施例中，所述強(qiáng)化換熱背封件具有強(qiáng)化傳熱梳齒結(jié)構(gòu)，由鋁合金材料制成；散熱梳齒采用具有較大換熱表面積的八星柱型，呈錯(cuò)行排布，如圖5所示。所述電池組件框體也采用鋁合金制成，并且將框體加工成便于輸送換熱介質(zhì)(空氣)的結(jié)構(gòu)，能有效地提高電-熱聯(lián)用光伏電池組件實(shí)際使用時(shí)的傳/換熱性能、光-電轉(zhuǎn)換效率和太陽(yáng)能綜合利用率。本實(shí)施例適合以空氣為換熱介質(zhì)；換熱后的空氣可直接用于調(diào)節(jié)室溫、供熱等用途。 以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種增效電-熱聯(lián)用太陽(yáng)電池組件，包括便于輸送換熱介質(zhì)的框體及安裝于該框體內(nèi)的組件結(jié)構(gòu)，所述的組件結(jié)構(gòu)依次由透光前板、透明EVA層、被封裝膠膜密封的太陽(yáng)電池芯片及電路、導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封膠膜以及換熱背封件構(gòu)成；其特征在于，所述的導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封膠膜為高導(dǎo)熱填料復(fù)合EVA背封絕緣膠膜；換熱背封件為具有強(qiáng)化傳熱流道或梳齒結(jié)構(gòu)的封閉背封件；導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封膠膜與換熱背封件直接層壓貼合。
2.如權(quán)利要求1所述的一種增效電-熱聯(lián)用太陽(yáng)電池組件，其特征在于，所述的換熱封閉背封件具有強(qiáng)化換熱流道或梳齒結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種增效電-熱聯(lián)用太陽(yáng)電池組件，其特征在于，所述的強(qiáng)化換熱流道采用具有導(dǎo)流擋板、截面為方形的流道，呈平行排列。
4.如權(quán)利要求2所述的一種增效電-熱聯(lián)用太陽(yáng)電池組件，其特征在于，所述的強(qiáng)化換熱梳齒則采用具有較大換熱表面積的三 八星柱型，以及三角柱、方柱和圓柱型，呈錯(cuò)行排布。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種增效電-熱聯(lián)用太陽(yáng)電池組件，包括便于輸送換熱介質(zhì)的框體及安裝于該框體內(nèi)的組件結(jié)構(gòu)，所述的組件結(jié)構(gòu)依次由透光前板、透明EVA層、被封裝膠膜密封的太陽(yáng)電池芯片及電路、導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封膠膜以及換熱背封件構(gòu)成；所述的導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封膠膜為高導(dǎo)熱填料復(fù)合EVA背封絕緣膠膜；所述換熱背封件為具有強(qiáng)化傳熱流道或梳齒結(jié)構(gòu)的封閉背封件；導(dǎo)熱復(fù)合EVA背封膠膜與換熱背封件直接層壓貼合。本實(shí)用新型通過(guò)功能復(fù)合改性的方法提高傳熱效率，強(qiáng)化換熱面積大，傳熱流程短，可靠性高；不改變典型電-熱聯(lián)用太陽(yáng)能電池組件的基本結(jié)構(gòu)及外形，組件的體積和重量變化很小，成本低，便于安裝、使用和維護(hù)。
文檔編號(hào)H01L31/058GK202839703SQ201220378639
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者李賓, 陳光偉, 戴干策, 沈春銀, 潘敏, 孫斌, 蔣偉林, 吳萬(wàn)生, 魏邦龍 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué), 安徽超群電力科技有限公司