調溫式混合透明光伏管的製作方法
2023-05-10 04:03:06
專利名稱：調溫式混合透明光伏管的製作方法
技術領域：
本發明屬太陽能利用領域，尤其是涉及一種調溫式混合透明光伏管技術。
背景技術：
一般矽太陽電池是在一層材質為PVC或TPT或玻璃的底板上，放置一層EVA膠膜，在EVA膠膜表面橫向和縱向排列苦幹串聯或並聯的矽太陽電池片，在矽太陽電池片的表面再放上一層EVA膠膜，再在EVA膠膜表面壓上一層玻璃面板。然後，通過專用設備邊加熱、邊抽真空，使EVA膠膜熔化，將矽太陽電池片與底板和面板固定粘接成為一個整體，最後用一圈金屬邊框將這一整體封邊保護起來；除此之外，還有大量小型矽太陽電池組件直接採用底層環氧膠粘接劑粘接及薄層環氧樹脂外表層封裝，上述採用EVA膠膜封裝的矽太陽電池存在以下問題(1)、為了避免矽太陽電池表面發生氧化腐蝕，需要設置面板、EVA膠膜、金屬邊框等大量輔助材料，還必須經過封裝工序，因此輔助材料消耗較大，費工費時，生產效率不高，產品的成本居高不下。(2)、由於封裝過程中，EVA膠膜熔化產生氣泡，必須在加熱過程適時地抽真空，同時加熱溫度也必須掌握適當，然而這需要較豐富的操作經驗，一旦操作不當，存在於矽太陽電池與面板之間的氣泡，不但使外觀難看，而且影響電池效率。如果採用自動化程度較高的封裝設備，雖然能較好地解決氣泡問題，但是，設備費用昂貴，進而使產品的成本加大。(3)、由於產品被封裝為一個整體，因此一旦產品的某一部分出現問題，整塊矽太陽電池就會全部報廢，而且無法進行更換繼續使用，從而影響了產品的使用壽命。
為了對此進行改進，已公布的中國專利CN2398729Y「一種矽太陽電池」中，採用了將電池片粘貼固定在一導熱底板上，電池片表面塗一層保護膜，底板安裝在一透明管中，透明管的兩端密封的方法，以取得製作工藝簡單、成本低、生產效率高的效果。由於太陽電池實際應用中在陽光照射下表面溫度通常都在攝氏50℃-60℃，晶體矽太陽電池在這樣的高溫中要損失15-20％的發電輸出；另外，上述採用普通粘接劑進行底層粘接及樹脂外表層塗膜保護的矽太陽電池存在著由於粘接層熱膨脹係數不匹配及導熱性能不滿足要求產生急劇溫差所致的太陽能矽電池片的碎裂，使用中玻璃管內積累產生的高溫發熱大還會加速表層保護塗膜與元器件的老化，使得使用成本升高、使用壽命下降，因此，需要進行工作溫度的調控，此外，非晶矽太陽電池在低溫中的發電輸出損失大為減少，為了提高光伏裝置的工作效率，也需要進行工作溫度的調控。
發明內容
本發明的目的在於克服現有太陽能電池光伏管工作時易發熱、輸出功率隨溫度變化上升或下降的缺陷，同時，提供一種用超聲波等精細焊接方法連接、由連接傳熱條帶共同組成翅片式管板傳熱芯條、太陽能電池的外層密封採用與透光蓋板經壓封密封或在箱體內經單層密封劑密封、太陽能電池與翅片式管板傳熱芯條間經高效傳熱粘接連接、能防止電池矽片因存在急劇溫差或傳熱不良因素而產生碎裂、製作工藝比現有技術更簡單、傳熱與密封可靠、成本低、生產效率更高的調溫式太陽能電池混合透明光伏管，並且，能對調溫式光伏裝置的工作溫度進行正確調控、使得太陽能電池的製作成本大幅度下降而輸出性能不降、光伏電池使用壽命長可靠性高、適用多種太陽能電池，太陽能綜合利用效率高。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明採用一種調溫式混合透明光伏管，包括透明玻璃管與設置在管中的太陽能電池與導線，其特徵在於透明玻璃管內還包括由金屬導熱管與金屬吸熱翅片或可替代金屬吸熱翅片的電池基體金屬板經連接傳熱條帶用超聲波等精細焊接相連接而組成的翅片式管板傳熱芯條，太陽能電池片連接在翅片式管板傳熱芯條的受光面上，經密封與相互電連接後其導線在透明玻璃管的密封埠處引出，金屬導熱管的埠在透明玻璃管的密封埠處引出。所述的由金屬導熱管與金屬吸熱翅片或電池基體金屬板經連接傳熱條帶用超聲波等精細焊接相連接而組成的翅片式管板傳熱芯條是指金屬導熱管與金屬吸熱翅片或電池基體金屬板的連接平面之間的傳熱主要是通過金屬吸熱翅片或電池基體金屬板與連接傳熱條帶之間的精細焊接連接及金屬導熱管與連接傳熱條帶之間的精細焊接連接傳遞的，金屬吸熱翅片或電池基體金屬板的連接平面與連接傳熱條帶的外翻連接撐邊相互焊接連接，金屬導熱管介於金屬吸熱翅片或電池基體金屬板和連接傳熱條帶之間，經連接傳熱條帶的拉夾與金屬吸熱翅片或電池基體金屬板相連。所述的太陽能電池的密封是指其在管內與透明玻璃經密封材料的熱壓封密封或是經單層密封劑的密封。所述的單層密封劑密封是指在太陽能電池側面或側面及正表面採用單層液化密封劑如樹脂膠包括PU液化型的密封劑、或單層熱熔性密封劑如複合EVA熱壓合膜、或其它單層熱固性密封劑如環氧樹脂類進行的密封。所述的太陽能電池在翅片式管板傳熱芯條受光面上的連接包括經電絕緣的導熱膠與金屬吸熱翅片的固接，所述的電絕緣的導熱膠是指以氮化鋁為填充劑的環氧樹脂膠粘接劑。所述的透明玻璃管內可置有溫控傳感器。所述的翅片式傳熱芯條的翅片可是包括平面或曲面在內的二維吸熱翅片板、或是三維吸熱翅片體。所述的透明玻璃管包括單玻管或夾層內抽成真空的雙玻管，太陽能電池設置的玻璃管腔內可製成中空，內充乾燥空氣或隋性氣體，腔內可置有吸溼劑或吸氧劑。所述的金屬導熱管的埠在透明玻璃管的密封埠處引出是指採用金屬流道管如U形管式或熱管式的連接引出、或是從玻璃管兩端的引出如採用直通管式連接引出，透明玻璃管內可帶有固持翅片式傳熱芯條的固持架。所述的太陽能電池片的相互電連接可以是相互串接、或並接、或串並聯混接。
本發明的優點是由於採用超聲波等精細焊接方法連接組成翅片式管板傳熱芯條；且混合透明光伏管中太陽能電池的密封採用與透光玻璃EVA壓封密封或經單層密封劑密封；太陽能電池與翅片式管板傳熱芯條間在保持電絕緣下採用氮化鋁為填充劑的環氧膠粘接劑、傳熱與密封可靠、成本低、生產效率更高，能適用多種太陽能電池；並且，金屬吸熱翅片或電池基體金屬板上連有金屬導熱管構成的翅片式管板傳熱芯條並可置有溫控傳感器，構成了太陽能電池的正確調溫功能，使得混合透明光伏管在高低溫變化下的發電輸出損失大大減少，並可預防電池矽片因急劇溫差或傳熱不良產生的碎裂和老化，使裝置使用壽命與可靠性得到提高。
氮化鋁在陶瓷中具有優異的導熱性，比金屬氧化物如氧化鋁高3-5倍，採用的氮化鋁為填充劑的環氧膠粘接劑的導熱性比普通環氧膠粘接劑更是高達10-50倍，且氮化鋁的熱膨脹係數與太陽能電池材料矽相近，遠比氧化鋁低，用本發明的太陽能電池與翅片式管板傳熱芯條之間在保持電絕緣下採用的氮化鋁為填充劑的環氧膠粘接劑與現有技術採用的金屬氧化物如氧化鋁或金屬顆粒為填充劑的環氧膠粘接劑相比，在消除由於熱膨脹係數不匹配及導熱性能不滿足要求產生急劇溫差所致的太陽能矽電池片碎裂方面根據實驗統計得到的提高達80％以上。
圖1是本發明調溫式混合透明光伏管實施例採用透明玻璃與熱壓封密封劑的結構示意圖；圖2是圖1的剖視圖；圖3是本發明調溫式混合透明光伏管實施例採用太陽能電池片在透明玻璃管內經單層密封劑密封的結構示意圖；圖2、圖3、圖4、圖5給出了本發明調溫式混合透明光伏管實施例中金屬導熱管與金屬吸熱翅片或電池基體金屬板經連接傳熱條帶用超聲波等精細焊接相連接而組成的翅片式管板傳熱芯條的結構示意圖。
圖6、圖8分別給出了本發明調溫式混合透明光伏管實施例中翅片體式管板傳熱芯條的翅片採用二維翅片板或三維翅片體時的結構示意圖；圖7是圖6的側視圖；圖9是圖8的側視圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步的詳述按圖1、圖2所示，本發明調溫式混合透明光伏管實施例包括透明玻璃管1、太陽能電池2、透明玻璃3、密封劑4、翅片式管板傳熱芯條5、導熱膠6、端蓋7、水汽密封膠8、導線9、固持架10、溫控傳感器11、加熱器件12、保護氣體13，透明玻璃管1內除了太陽能電池2與導線9還包括由金屬導熱管501與金屬吸熱翅片503或可替代金屬吸熱翅片的電池基體金屬板經連接傳熱條帶502用超聲波等精細焊接相連接而組成的翅片式管板傳熱芯條5。
透明玻璃管包括單玻管或夾層內抽成真空的雙玻管，太陽能電池設置的管腔內在管口端蓋7封閉處可經水汽密封膠8如丁基膠密封后內充保護氣體13製成中空如內充乾燥空氣和設置吸溼劑，或可內充隋性氣體和置有吸氧劑，用以獲得較好的抗氧化與保溫特性。
透明玻璃管內還包括由金屬導熱管經連接傳熱條帶金屬吸熱翅片共同組成的翅片式管板傳熱芯條，翅片式管板傳熱芯條在透明玻璃管內經固持架10固持，金屬導熱管經焊接或丁基膠密封后其連接管口從管口端蓋上引出；太陽能電池連接在翅片式管板傳熱芯條的受光面上，太陽能電池片經相互電連接後其導線在管口端蓋上引出。
所述的太陽能電池是矽電池或是各種不同類型的非矽電池。矽太陽能電池是單晶、或是多晶、或是非晶矽電池，其形式可是晶片或是帶底襯的薄膜電池；各種不同類型的非矽太陽能電池可是鍺、砷化鎵電池等，太陽能電池片的相互連接可以是相互串接、或並接、或串並聯混接，太陽能電池片經密封與相互電連接後其導線在透明玻璃管密封埠的端蓋處引出。
翅片式傳熱芯條可是由金屬導熱管501經連接傳熱條帶502與吸熱翅片503的相連接、或是由金屬導熱管經連接傳熱條帶與可替代金屬吸熱翅片的薄膜電池基體金屬板如非晶矽電池的不鏽鋼基板相連接。太陽能電池在翅片式管板傳熱芯條受光面上的連接包括經電絕緣的導熱膠6與金屬吸熱翅片的固接，電絕緣的導熱膠是指以氮化鋁為填充劑的環氧樹脂膠粘接劑。金屬吸熱翅片與金屬導熱管的連接包括通過在背面設置一個金屬襯片或連接傳熱條帶後進行的金屬精密焊接連接。金屬導熱管與金屬吸熱翅片或電池基體金屬板經連接傳熱條帶用超聲波等精細焊接相連接而組成的翅片式管板傳熱芯條是指金屬導熱管與金屬吸熱翅片或電池基體金屬板的連接平面之間的傳熱主要是通過金屬吸熱翅片或電池基體金屬板與連接傳熱條帶之間的焊接連接及金屬導熱管與連接傳熱條帶之間的焊接連接傳遞的，金屬吸熱翅片或電池基體金屬板的連接平面與連接傳熱條帶的外翻連接撐邊相互焊接連接，除此之外也可採用滾壓等方式進行一體化融合連接，金屬導熱管介於金屬吸熱翅片或電池基體金屬板和連接傳熱條帶之間，經連接傳熱條帶的拉夾與金屬吸熱翅片或電池基體金屬板相連(參見圖2、圖3、圖4、圖5所示)。
金屬導熱管與翅片的連接平面之間的傳熱主要是通過翅片與連接傳熱條帶之間的焊接連接及金屬導熱管與連接傳熱條帶之間的焊接連接或粘接連接傳遞的，連接傳熱條帶帶有兩條外翻的連接撐邊，撐邊的中部夾有金屬導熱管，翅片的連接平面與連接傳熱條帶的外翻連接撐邊相互焊接連接，通過精細焊方法的連接可採用包括超聲焊、熱壓焊(包括熱壓釺焊，焊料還包括熱熔性的高分子導熱材料)、雷射焊、電阻焊、高頻焊、等離子焊、X射線焊等方法的連接。
所述的金屬導熱管除了採用如圖1所示的直通管還可以採用其他金屬液體流道管如U型管或熱管。金屬導熱管的埠在透明玻璃管的密封埠處引出，其引出是指從透明玻璃管一端引出如採用採用金屬流道管如U形管式或熱管式連接引出，此時透明玻璃管只有一個密封埠，或是從玻璃管兩端的引出如採用直通管式連接引出，此時透明玻璃管帶有兩個密封埠。
太陽能電池片可在管內與透明玻璃3經密封材料4熱壓封密封，此時可採用熱熔性密封劑如EVA膠膜經熱壓密封如圖1、圖2所示、或是如圖3所示，經單層密封劑4的密封即在太陽能電池側面或側面及正表面採用單層液化密封劑如樹脂膠(包括PU液化型的密封劑)或單層熱固性密封劑如複合型的EVA熱壓合膜或其它單層熱固性密封劑如環氧樹脂類進行的密封。
翅片式傳熱芯條的翅片是包括平面或曲面在內的二維翅片板(圖6、圖7)、或是三維翅片體(圖8、圖9)，如類似於中國專利ZL02264999.9中公開的三維翅片結構，其翅片面上除了安裝有太陽能電池如包括矽晶太陽能電池、非晶太陽能電池等各種不同類型的太陽能電池外，其非安裝太陽能電池的翅片面上如A與B面上可帶有太陽選擇性吸收塗層以便更好地吸收反射輻射。
調溫式混合透明光伏管的光電部分由太陽能電池5、電池導線9等組成，翅片式管板傳熱芯條上太陽能電池片之間的相互電連接可以是相互串接、或並接、或串並聯混接，電流由太陽電池經電池導線從端蓋上導出後輸出。
調溫式混合透明光伏管的光熱調溫部分由調溫介質、設置在玻璃管內的金屬翅片式管板傳熱芯條及溫控傳感器11、設置在玻璃管外的加熱器件12等組成，調溫介質液流經由直通管金屬翅片式管板傳熱芯條的金屬導熱管後從透明玻璃管端蓋處輸出，經溫控傳感器控制調溫介質輸送泵、加熱器件，由調溫介質輸送泵驅動與其相連接的循環管路和調溫介質儲存箱中的工作介質進行調溫循環。
調溫介質可以是水或是抗凍液或是相變傳熱介質等工作介質。金屬液流管翅片式管板傳熱芯條除了採用如圖1所示的直通管、還可以採用U型管式金屬液體流道管或熱管式等的翅片式管板傳熱芯條。
工作原理設置在調溫式混合透明光伏管內翅片向陽面上的太陽能矽晶等電池經日光照射後其光伏電流經玻璃管端蓋上的導線處輸出，同時經目光照射後調溫式混合透明光伏管內的太陽能電池也逐漸產生溫升，從而導致輸出特性的下降，經溫控傳感器與調溫介質輸送泵在設定的控制溫度下對金屬導熱管的埠進行調溫介質輸液循環冷卻，則可控制玻璃管內與金屬導熱管相連的吸熱翅片及太陽能電池溫度的上升，保持電池的輸出特性，反之，若採用太陽能非晶電池等受環境降溫後產生光伏輸出性能下降的太陽能電池，在溫度低於某一定值時會導致輸出特性的下降，此時啟動循環管路的加熱器件進行循環加溫，輸入溫度高於太陽能電池及吸熱翅片的調溫介質對太陽能電池進行加熱，就能控制其溫度下降，保持電池的輸出特性，並且，在上述兩種情況下，只要調溫式混合透明光伏管內太陽能電池工作溫度調節保持或經日照後回升至正常範圍內時，調溫式混合透明光伏管都能輸出調溫介質液熱，經換熱或直接提供所需要的熱水等。
以上對本發明的最佳應用實施例進行了說明，值得注意的是，本發明的應用決不限制於此，在本發明的範圍內和不脫離本發明的精神下，發明人仍可對本發明作出多種修改、附加或替換。
權利要求
1.調溫式混合透明光伏管，包括透明玻璃管與設置在管中的太陽能電池與導線，其特徵在於透明玻璃管內還包括由金屬導熱管與金屬吸熱翅片或可替代金屬吸熱翅片的電池基體金屬板經連接傳熱條帶用超聲波等精細焊接相連接而組成的翅片式管板傳熱芯條，太陽能電池片連接在翅片式管板傳熱芯條的受光面上，經密封與相互電連接後其導線在透明玻璃管的密封埠處引出，金屬導熱管的埠在透明玻璃管的密封埠處引出。
2根據權利要求1所述的調溫式混合透明光伏管，其特徵在於所述的由金屬導熱管與金屬吸熱翅片或電池基體金屬板經連接傳熱條帶用超聲波等精細焊接相連接而組成的翅片式管板傳熱芯條是指金屬導熱管與金屬吸熱翅片或電池基體金屬板的連接平面之間的傳熱主要是通過金屬吸熱翅片或電池基體金屬板與連接傳熱條帶之間的精細焊接連接及金屬導熱管與連接傳熱條帶之間的精細焊接連接傳遞的，金屬吸熱翅片或電池基體金屬板的連接平面與連接傳熱條帶的外翻連接撐邊相互焊接連接，金屬導熱管介於金屬吸熱翅片或電池基體金屬板和連接傳熱條帶之間，經連接傳熱條帶的拉夾與金屬吸熱翅片或電池基體金屬板相連。
3根據權利要求1至2所述的調溫式混合透明光伏管，其特徵在於所述的太陽能電池的密封是指其在管內與透明玻璃經密封材料的熱壓封密封或是經單層密封劑的密封。
4根據權利要求1至3所述的調溫式混合透明光伏管，其特徵在於所述的單層密封劑密封是指在太陽能電池側面或側面及正表面採用單層液化密封劑如樹脂膠包括PU液化型的密封劑、或單層熱熔性密封劑如複合EVA熱壓合膜、或其它單層熱固性密封劑如環氧樹脂類進行的密封。
5根據權利要求1至4所述的調溫式混合透明光伏管，其特徵在於所述的太陽能電池在翅片式管板傳熱芯條受光面上的連接包括經電絕緣的導熱膠與金屬吸熱翅片的固接，所述的電絕緣的導熱膠是指以氮化鋁為填充劑的環氧樹脂膠粘接劑。
6根據權利要求1至5所述的調溫式混合透明光伏管，其特徵在於所述的透明玻璃管內可置有溫控傳感器。
7根據權利要求1至6所述的調溫式混合透明光伏管，其特徵在於所述的翅片式傳熱芯條的翅片可是包括平面或曲面在內的二維吸熱翅片板、或是三維吸熱翅片體。
8根據權利要求1至7所述的調溫式混合透明光伏管，其特徵在於所述的透明玻璃管包括單玻管或夾層內抽成真空的雙玻管，太陽能電池設置的玻璃管腔內可製成中空，內充乾燥空氣或隋性氣體，腔內可置有吸溼劑或吸氧劑。
9根據權利要求1至8所述的調溫式混合透明光伏管，其特徵在於所述的金屬導熱管的埠在透明玻璃管的密封埠處引出是指採用金屬流道管如U形管式或熱管式的連接引出、或是從玻璃管兩端的引出如採用直通管式連接引出，透明玻璃管內可帶有固持翅片式傳熱芯條的固持架。
10.根據權利要求1至9所述的調溫式混合透明光伏管，其特徵在於所述的太陽能電池片的相互電連接可以是相互串接、或並接、或串並聯混接。
全文摘要
本發明涉及一種調溫式混合透明光伏管，包括透明玻璃管與設置在管中的太陽能電池與導線，其特徵在於透明玻璃管內還包括由金屬導熱管與金屬吸熱翅片或可替代金屬吸熱翅片的電池基體金屬板經連接傳熱條帶用超聲波等精細焊接相連接而組成的翅片式管板傳熱芯條，太陽能電池片連接在翅片式管板傳熱芯條的受光面上，經密封與相互電連接後其導線在透明玻璃管的密封埠處引出，金屬導熱管的埠在透明玻璃管的密封埠處引出。由於採用超聲波等精細焊接方法連接組成翅片式管板傳熱芯條；且透明混合光伏管中太陽能電池的密封採用與透光玻璃壓封密封或經單層密封劑密封；太陽能電池與翅片式管板傳熱芯條間在保持電絕緣下採用氮化鋁為填充劑的環氧膠粘接劑、傳熱與密封可靠、成本低、生產效率更高，能適用多種太陽能電池。
文檔編號H01L31/042GK1707814SQ20041002510
公開日2005年12月14日 申請日期2004年6月11日 優先權日2004年6月11日
發明者潘戈 申請人:潘戈