具有融雪功能的太陽能模塊的製作方法

2023-04-27 02:56:56

具有融雪功能的太陽能模塊的製作方法
【專利摘要】本發明提供了具有融雪功能的太陽能模塊，從而可能充分地融化累積在該太陽能模塊上的雪。該具有融雪功能的太陽能模塊包括太陽能電池1、經由密封材料層3b接合至該太陽能電池的非受光表面側的傳熱板4、經由密封材料層3a接合至所述太陽能電池的受光表面側的表面保護層2、和向該太陽能電池1施加電流導致所述太陽能電池1發熱至該能夠進行融雪的溫度的外部電源10，且前表面整體都被形成為平坦面從而不從該表面保護層2突出。
【專利說明】具有融雪功能的太陽能模塊
【技術領域】
[0001]本發明涉及具有融雪功能的太陽能模塊，從而可能融化累積在該太陽能模塊上的雪。
【背景技術】
[0002]使用被用於安裝在建築物屋頂等之上的太陽能模塊時，當雪累積在該太陽能模塊上時，其中雪所累積的部分中的太陽能電池不能接受陽光，且不能發電。由於這個情況會持續到累積在該太陽能模塊上的雪融化，因此有必要在降雪區域等中移除累積在該太陽能模塊上的雪。作為移除累積在太陽能模塊上的雪的一個方法，存在通過施加電流至太陽能電池且使得該太陽能電池發熱來融化累積在該太陽能模塊上的雪的方法。
[0003]例如，專利文獻I公開了一太陽能面板，從而圍繞太陽能電池的外圍邊緣提供楣梁狀的框，且向該太陽能電池提供外部電源來融雪，因此使得該太陽能電池發熱，其中在該太陽能電池的後表面側上提供將該太陽能電池發出的熱傳遞至該框的傳熱板。
[0004]引用列表
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻I JP-A-2001-81918
【發明內容】

[0007]技術問題
[0008]專利文獻I的太陽能面板被配置為使得該傳熱板將作為提供外部電源的結果由該太陽能電池發出的熱，從該太陽能電池傳遞至該框，且該框被加熱，藉此融化落在該框頂部表面上的雪，意味著可能防止由於融雪產生的水(雪融水)在框的頂部表面上結冰。
[0009]然而，使用專利文獻I的太陽能面板，由於封圍該太陽能電池的外圍邊緣的框被設置為突出超出該太陽能電池的前表面，雪融水易於累積在該太陽能電池和框之間的階梯狀部分中。由於此，累積在該階梯狀部分中的雪融水再結冰，且存在光伏性能僅在這個部分下降的危險、或接近熱點的情況發生，藉此產生麻煩。
[0010]因此，本發明的目的在於提供具有融雪功能的太陽能模塊，從而可能有效地融化累積在該太陽能模塊上的雪。
[0011]問題的解決方案
[0012]一種具有融雪功能的太陽能模塊，其特徵在於，包括:太陽能電池；經由密封材料層接合至該太陽能電池的非受光表面側的傳熱板；經由密封材料層接合至該太陽能電池的受光表面側的表面保護層；和向該太陽能電池施加電流而使該太陽能電池發熱至該能夠進行融雪的溫度的外部電源，其中前表面整體被形成為平坦面從而不從該表面保護層突出。
[0013]根據本發明的具有融雪功能的太陽能模塊，由於該傳熱板被部署在該太陽能電池的非受光表面側上當來自外部電源的電流被施加至該太陽能電池，該太陽能電池發出的熱通過該傳熱板引導來均勻地加熱該太陽能模塊的前表面，且因此可能使得表面溫度均勻。由於此，可能均勻地融化累積在該太陽能模塊上的雪，且因此可能移除斑塊狀的遷延不去的雪。進一步，由於前表面全部被形成為平坦面從而不從該表面保護層突出，雪融水可排盡而不會留存在該太陽能模塊上，且因此可能防止由於雪融水再結冰引起的麻煩。
[0014]在本發明的具有融雪功能的太陽能模塊中，優選的是在該傳熱板的後表面側上進一步部署隔熱材料。根據這個方面，可能防止由該太陽能電池發出的熱被傳遞至屋頂框架等，且因此可能有效地加熱太陽能模塊的前表面。
[0015]在本發明的具有融雪功能的太陽能模塊中，優選的是在該太陽能電池和傳熱板之間插入耐熱絕緣樹脂片。優選的是該耐熱絕緣樹脂片由含氟樹脂構成，且該樹脂片的厚度為15μπι或更大。進一步，優選的是該耐熱絕緣樹脂片經由密封材料層被粘貼至該太陽能電池的該非受光表面側，且該傳熱板被接合至該耐熱絕緣樹脂片的後表面側。根據這個方面，可能確保該太陽能電池和傳熱板之間的隔熱性質，因此提供了較好的安全性。
[0016]在本發明的具有融雪功能的太陽能模塊中，優選的是該傳熱板是由具14kcal/m.h.° C或更大的導熱率的材料形成的0.3到1.0mm厚的板。
[0017]在本發明的具有融雪功能的太陽能模塊中，優選的是該傳熱板是選自鋼板、不鏽鋼板、和鋁板中的一種。
[0018]根據至此所述的每一個方面，可能有效地傳遞該太陽能電池發出的熱，因此使得該太陽能模塊的表面溫度更均勻。
[0019]在本發明的具有融雪功能的太陽能模塊中，優選的是在融化累積在該太陽能模塊上的雪時從該外部電源施加至該太陽能電池的電流被控制為使得該太陽能電池的發熱密度為100到500W/m2。根據這個方面，可能有效地熔化累積在該太陽能模塊上的雪。
[0020]本發明的有益效果
[0021]根據本發明的具有融雪功能的太陽能模塊，由於該傳熱板被部署在該太陽能電池的非受光表面側，當來自外部電源的電流被施加至該太陽能電池，該太陽能電池發出的熱通過該傳熱板引導來均勻地加熱該太陽能模塊的前表面，且因此可能使得表面溫度均勻。由於此，可能均勻地融化累積在該太陽能模塊上的雪，且因此可能去除斑塊狀的遷延不去的雪。進一步，由於前表面全部被形成為平坦面從而不從該表面保護層突出，雪融水可排盡而不會留存在該太陽能模塊上，且因此可能防止由於雪融水再結冰引起的麻煩。
[0022]附圖簡要說明
[0023]圖1是本發明的具有融雪功能的太陽能模塊的第一實施例的示意圖。
[0024]圖2是本發明的具有融雪功能的太陽能模塊的第二實施例的示意圖。
[0025]圖3是本發明的具有融雪功能的太陽能模塊的第三實施例的示意圖。
[0026]圖4是本發明的具有融雪功能的太陽能模塊的第四實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0027](第一實施例)
[0028]使用圖1，將給出對於本發明的具有融雪功能的太陽能模塊的第一實施例的描述。
[0029]圖1中的附圖標記I是太陽能電池，通過順序地在襯底的一個表面上堆疊第一電極層、光電轉換層、和第二電極層來配置該太陽能電池。
[0030]太陽能電池I的襯底優選是耐熱性優越的襯底。可能使用例如，由聚醯亞胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚碸、聚乙二醇對苯二甲酸酯、芳族聚醯胺等製成的柔性膜襯底、玻璃襯底、或不鏽鋼襯底。可能通過使用柔性膜襯底來創建柔性太陽能電池。顯然，當該襯底被設置在光入射側上時，該襯底應該由透光材料構成。
[0031]在太陽能電池I的第一電極層和第二電極層中，設置在光入射側上的電極層由諸如IT0、Sn0、或ZnO之類的透明導電氧化物製成。還有，設置在相對光入射側的電極層由諸如Ag、Ag合金、N1、Ni合金、Al、或Al合金之類的導電金屬製成。還有，由諸如IT0、Sn0、或ZnO之類的透明導電氧化物形成的層(下文稱之為透明導電氧化物層)可堆疊在由諸如導電金屬之類形成的層(下文稱之為導電金屬層)上。可通過使用現有技術中已知的任何成膜方法(諸如氣相沉積法、濺射法、或電鍍)來將每一種電極材料形成為膜來形成每一個電極層，其形成方法沒有特別限制。
[0032]太陽能電池I的光電轉換層並不特定地限制。示例包括微晶矽半導體層、非晶矽半導體層、非晶矽鍺半導體層、CIGS半導體層、和有機光電轉換層。進一步，該光電轉換層可以是其中堆疊了多個半導體單元的多結結構。
[0033]外部電源10電連接至該太陽能電池I。外部電源10以如此方式被配置為使得向太陽能電池I施加電流，因此導致該太陽能電池I產生熱至能夠進行融雪的溫度。
[0034]此處，由於融雪的熱是80千卡/kg，當積雪為I至3kg/m2 *h時融雪所必需的熱量為80to240千卡/m2 *h(93到278w/m2)。當允許熱損失等時,融化I至3kg/m2 *h的積雪時必需的熱產生密度為100到500W/m2。由於經常的情況是必須要融雪的積雪為約I到3kg/m2.h，優選的是當融化累積在該太陽能模塊上的雪時，外部電源10施加給太陽能電池I的電流被控制為使得該太陽能電池I的熱產生密度為100到500W/m2。
[0035]表面保護層2經由密封材料層3a接合至該太陽能電池I的受光表面側。進一步，前表面全部被形成為平坦從而不從所述表面保護層2突出。
[0036]不在材料方面特定地限制密封材料層3a。示例包括聚乙烯樹脂、乙烯乙酸乙酸酯共聚物(EVA)、環氧樹脂、聚氨酯樹脂、矽樹脂、丙烯酸(類)樹脂、聚異丁烯、和聚乙二醇對苯二甲酸酯。其中，聚乙烯樹脂和乙烯乙酸乙酸酯共聚物(EVA)優選地應用於該太陽能模塊，因為它們具有被應用於太陽能模塊的豐富記錄。進一步，作為改進密封材料層的導熱率的手段，還可構想的是在其中包含諸如鑽石顆粒或氮化矽顆粒之類的傳熱顆粒。
[0037]密封材料層3a的膜厚度優選為0.3到1.0mm、且更優選為0.3到0.6mm。當膜厚度小於0.3mm時，可發生諸如防水性和絕緣性之類的性質下降的情況，因此對於處理密封材料層3a提出了難題。當厚膜度超過1.0mm時，可發生熱阻增加且因此可能無法充分地加熱太陽能模塊的前表面的情況。
[0038]在透明度、耐氣候性、和耐熱性方面優越的材料對於表面保護層2是優選的。示例包括由四氟乙烯-乙烯共聚物、偏二氟乙烯樹脂、聚三氟氯乙烯樹脂、ETFE (乙烯-四氟乙烯)、丙烯酸(類)樹脂、塗覆聚三氟氯乙烯的丙烯酸(類)樹脂、和聚脂樹脂製成的膜。
[0039]表面保護層2的膜厚度優選為0.02到0.1mm、且更優選為0.025到0.05mm。當膜厚度小於0.025mm時，可發生諸如防水性和絕緣性之類的性質下降的情況，因此對於處理表面保護層2提出了難題。
[0040]傳熱板4經由密封材料層3b接合至該太陽能電池的非受光表面側。
[0041]作為密封材料層3b的材料，可能使用與上述密封材料層3a同樣的材料。[0042]密封材料層3b的膜厚度更優選為0.3到0.6mm。當膜厚度小於0.3mm時，可發生諸如防水性和絕緣性之類的性質下降的情況，因此對於處理密封材料層3b提出了難題。當厚膜度超過1.0mm時，可發生熱阻增加且因此可能無法充分地加熱太陽能模塊的前表面的情況。
[0043]在這個實施例中，傳熱板4由置於太陽能電池I的非受光表面側上的傳熱部分4a和通過彎折傳熱部分4a的端部形成的支腳部4b構成。
[0044]傳熱板4的導熱率優選為14kcal/m.h.° C或更大。當傳熱板的導熱率太低時，可發生不可能有效地加熱太陽能模塊的前表面的情況。傳熱板的優選特定示例包括銅板(導熱率:30到40kcal/m.h.° C)、不鏽鋼板(導熱率:14到20kcal/m.h.° C)、和鋁板(導熱率:194到205kcal/m.h.° C)。鋁板是特別優選的，因為它具有較高的導熱率。
[0045]傳熱板4的厚度優選為0.3到1.0mm、且更優選為0.5到0.8mm。當該厚度小於0.3mm時，模塊強度減少，因此觸發例如出於增強模塊的需要引起的成本增加。
[0046]圖1的具有融雪功能20a的太陽能模塊使得傳熱板4的支腳部4b被部署為經由夾具等固定至建築物的屋頂的框架等。
[0047]具有融雪功能的太陽能模塊20a使得，當有雪累積在該太陽能模塊上時，電流從外部電源10被施加至該太陽能電池1，且通過被施加至該太陽能電池I的電流，該太陽能電池產生熱。該太陽能電池I所產生的熱通過傳熱板4傳導從而均勻地加熱該太陽能模塊的前表面。由於此，可能均勻地融化累積在該太陽能模塊上的雪，且因此可能移除斑塊狀的遷延不去的雪。
[0048]進一步，在這個實施例中，該太陽能模塊是沒有框架的類型，從而通過讓太陽能電池I被層壓在經由密封材料層3a接合的表面保護層2和經由密封材料層3b接合的傳熱板4之間來密封該太陽能電池1，其中前表面的全部被形成為平坦面從而不從表面保護層2突出，意味著雪融水可排盡而不會留存於太陽能模塊上，且因此可能防止由於雪融水再結冰引起的麻煩。
[0049](第二實施例)
[0050]圖2示出第二實施例的具有融雪功能的太陽能模塊20b。這個實施例區別於上述第一實施例之處在於隔熱材料5被置於傳熱板4的後表面側上。
[0051]在這個實施例中，隔熱材料5被置於傳熱板4的後表面側上的位於傳熱部分4a和支腳部4b之間的空間內。
[0052]隔熱材料5的類型並不特定地限制。示例包括諸如玻璃絲或石棉之類的無機纖維絕熱體、諸如聚氨酯泡沫體或泡沫聚苯乙烯之類的泡沫絕緣、以及真空絕熱體。隔熱材料5的厚度，因其根據隔熱材料的類型而變化，不特定地限制。通過調節支腳部4b的長度，足以調節隔熱材料5的厚度。
[0053]根據這個實施例，可能防止由該太陽能電池發出的熱被傳遞至屋頂等的框架，且因此有效地加熱太陽能模塊的前表面。由於此，可能減少融雪必需的能量的使用，且因此可能以低成本有效地融化所累積的雪。
[0054](第三實施例)
[0055]圖3示出第三實施例的具有融雪功能的太陽能模塊20c。
[0056]在這個實施例中，被模製為板狀的傳熱板4』經由密封材料層3b被接合至太陽能電池I的非受光表面側，且隔熱材料5被置於傳熱板4』的後表面側上。
[0057]具有融雪功能的太陽能模塊20c使得隔熱材料5被部署成經由夾具等固定至建築物的屋頂的框架等。即，在上述第一和第二實施例中，傳熱板4的支腳部4b被部署為固定至框架，但是在這個實施例中，太陽能模塊20c被部署為經由隔熱材料5固定至框架。由於此，根據這個方面，可能更有效地防止太陽能電池所產生的熱被傳遞至屋頂的框架等。
[0058](第四實施例)
[0059]圖4示出第四實施例的具有融雪功能的太陽能模塊20d。
[0060]這個實施例區別於上述第一實施例之處在於，耐熱絕緣樹脂片6被插在太陽能電池I和傳熱板4之間。
[0061]S卩，在這個實施例中，耐熱絕緣樹脂片6經由密封材料層3bl粘貼到太陽能電池I的非受光表面側。進一步，傳熱板4經由密封材料層3b2接合至耐熱絕緣樹脂片6的後表面側。
[0062]接合耐熱絕緣樹脂片6和太陽能電池I的密封材料層3bl的材料並不特定地限制。可能使用與上述密封材料層3b同樣的材料。同樣，密封材料層3bl的膜厚度優選為
0.15到0.5 μ m，且更優選為0.15到0.3 μ m。當膜厚度超過0.5 μ m時，導熱率下降、且材料成本還增加，意味著這樣的厚度增加並不經濟。
[0063]接合耐熱絕緣樹脂片6和傳熱板4的密封材料層3b2的材料並不特定地限制。可能使用與上述密封材料層3b同樣的材料。同樣，密封材料層3b2的膜厚度優選為0.15到
0.5 μ m，且更優選為0.15到0.3 μ m。當膜厚度超過0.5 μ m時，導熱率下降、且材料成本還增加，意味著這樣的厚度增加並不經濟。
[0064]耐熱絕緣樹脂片6可以是任何材料，只要其在耐熱和絕緣性質方面優越。優選的材料是含氟樹脂。含氟樹脂的示例包括部分地氟化的樹脂和氟化的樹脂共聚物，諸如聚三氟氯乙烯(三氟樹脂:PCTFE，CTFE)、二氟化聚偏二乙烯(PVDF)、偏二氟乙烯樹脂、聚氟乙烯(PVF)、全氟烷氧基樹脂(PFA)、四氟乙烯-乙烯共聚物、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、三氟氯乙烯樹脂、乙烯-氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)、或乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)。
[0065]耐熱絕緣樹脂板6的厚度根據材料而變化。例如，當耐熱絕緣樹脂板6由含氟樹脂構成時，其厚度優選為15 μ m或更大、且更優選為25 μ m到50 μ m。例如，需要3kV或更高的擊穿電壓來清除基於JISC8991的絕緣試驗。當使用ETFE用作耐熱絕緣樹脂板時，通過將厚度設置為15 μ m或更大有可能實現3kV或更高的擊穿電壓。
[0066]根據這個實施例，可能確保該太陽能電池I和傳熱板4之間的隔熱性質，因此提供了優良的安全性。
[0067]在這個實施例中，也以與上述第二和第三實施例一樣的方式，隔熱材料5可被部署於傳熱板4的後表面側上。
[0068]附圖標記列表
[0069]1:太陽能電池
[0070]2:表面保護層
[0071]3a、3b、3bl、3b2:密封材料層
[0072]4，4』:傳熱板
[0073]5:隔熱材料[0074]6:耐熱絕緣樹脂板
[0075]10:外部電源
[0076]20a、20b、20c、20d:太陽能模塊
【權利要求】
1.一種具有融雪功能的太陽能模塊，其特徵在於，包括:太陽能電池；經由密封材料層接合至所述太陽能電池的非受光表面側的傳熱板；經由密封材料層接合至所述太陽能電池的受光表面側的表面保護層；和向所述太陽能電池施加電流，而使所述太陽能電池發熱至能夠進行融雪的溫度的外部電源，其中 前表面整體被形成為平坦面從而不從所述表面保護層突出。
2.如權利要求1所述的具有融雪功能的太陽能模塊，其特徵在於， 隔熱材料進一步被部署在所述傳熱板的後表面側。
3.如權利要求1或2所述的具有融雪功能的太陽能模塊，其特徵在於， 耐熱絕緣樹脂片被插入在所述太陽能電池和傳熱板之間。
4.如權利要求3所述的具有融雪功能的太陽能模塊，其特徵在於， 所述耐熱絕緣樹脂片由含氟樹脂構成，且所述樹脂片的厚度為15 μ m或更大。
5.如權利要求3或4所述的具有融雪功能的太陽能模塊，其特徵在於， 所述耐熱絕緣樹脂片經由所述密封材料層被粘貼至所述太陽能電池的所述非受光表面側，且所述傳熱板被接合至所述耐熱絕緣樹脂片的後表面側。
6.如權利要求1到5中任一項所述的具有融雪功能的太陽能模塊，其特徵在於， 所述傳熱板是由具有14kcal/m.h.° C或更大的導熱率的材料形成的0.3到1.0mm厚的板。
7.如權利要求1到6中任一項所述的具有融雪功能的太陽能模塊，其特徵在於， 所述傳熱板是選自鋼板、不鏽鋼板、和鋁板中的一種。
8.如權利要求1到7中任一項所述的具有融雪功能的太陽能模塊，其特徵在於， 在融化累積在所述太陽能模塊上的雪時從所述外部電源施加至所述太陽能電池的電流被控制為使得所述太陽能電池的發熱密度為100到500W/m2。
【文檔編號】H02S40/12GK103636118SQ201280002921
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年6月29日 優先權日:2012年6月29日
【發明者】橫山尚伸 申請人:富士電機株式會社