[发明专利]一种增强型轻质光伏组件及制造方法

说明书

本发明提供了一种增强型轻质光伏组件及制造方法，属太阳能光伏技术领域，其主要技术特征在于：光伏组件从受光面依次叠层为前封装层、第一粘结层、前承载层、第二粘结层、块状光伏电池、第三粘结层、后承载层、第四粘结层、后封装层；前承载层为玻璃纤维网，涂覆有碳量子点或无机量子点等转换材料，块状光伏电池背面涂覆有温感材料，后承载层为电路板，在对应光伏电池背面的温感材料处开有观察孔，来观察温感材料的颜色变化，接线盒的盒体内设置有上电极片、下电极片、旁路二极管、热双金属开关管、开关电路和推动导电装置，提高太阳能光伏组件的快速维修性、可靠性、测试性、安全性。

技术领域

本发明涉及一种增强型轻质光伏组件及制造方法，属太阳能光伏技术领域。

背景技术

太阳能是一种永不枯竭的清洁能源，光伏发电已成为重要的绿色能源，目前光伏电池主要分为块状的晶体硅电池和沉积的薄膜电池，而作为光伏发电的核心部件，太阳能光伏电池片的封装和保护尤其重要，直接影响太阳能光伏电池的产品质量、安全可靠性和寿命。

目前光伏组件主要有刚性封装和柔性封装，所谓的刚性光伏组件主要是由钢化玻璃、粘结层和背板将太阳能光伏电池芯片类似三明治的结构封装起来，加上铝合金边框和接线盒即可形成刚性光伏组件，刚性光伏组件安全、可靠，但是刚性组件体型笨重，表面钢化玻璃脆弱易破碎，不易携带，在用于宿营、帐篷上等场合造成很大不便，一般主要用于地面固定电站；所谓的柔性封装的光伏组件，主要是在柔性材料衬底（不锈钢、聚合物等）上制备的薄膜太阳能光伏电池，然后使用柔性材料进行三明治结构封装，即可形成柔性光伏组件，柔性光伏组件的特点是重量轻、薄、可卷曲以及适合折叠和携带，适合用于宿营、帐篷等场合上使用。但是目前柔性太阳能光伏电池成本高，转换效率偏低，因此只能用于消费类产品和特殊场合下使用，大型电站和并网光伏电站则因成本原因未被推广应用。

为了既有柔性组件的轻质优点又能克服柔性组件中薄膜光伏电池的转换效率低的问题，目前军、民市场有很多种使用晶体硅太阳能电池封装的半柔性轻质光伏组件，产品特点是比刚性光伏组件重量轻，可弯曲，能量密度高，便于携带等，结构上介于刚性光伏组件和柔性光伏组件之间，转换效率比柔性光伏组件高，深受移动市场和军工市场的欢迎和青睐，但是目前半柔性轻质光伏组件在追求太阳能电池轻、柔的同时，也牺牲了部分产品的质量，因此存在很大的质量缺陷，其造成产品质量下降原因主要是：第一，晶体硅电池片越来越薄，也就比较脆弱，芯片受到外力作用会导致裂纹、破损，从而可能引起热斑，特别是晶体硅电池电流密度大，有潜在火灾的风险，而这种外力存在于操作安装、运输、搬运中，以及在风压变化载荷和雪压的恒定荷载下，过大的弯曲和震动都会使单晶硅电池芯片形成隐裂甚至断裂，特别是半柔性光伏组件一般结构是背面加上承载板来保护单晶硅电池芯片不受破坏，正面为了提高透过率使用较薄ETFE和热熔胶膜来进行封装，往往忽略了来自正面的冲击应力对单晶硅电池芯片破坏，如冰雹、飞沙走石的破坏导致单晶硅电池芯片损坏引起热斑造成火灾的风险；第二，在使用过程中来自水汽渗透对半柔性光伏组件系统绝缘电阻的影响，导致系统不工作或漏电造成安全事故，甚至引起雷击造成半柔性光伏组件破坏，造成漏电事故的原因如下：（1）半柔性光伏组件一般采用拉索悬挂、或者支撑点固定的方法进行固定，半柔性光伏组件各层封装材料受到风载荷的反复应力下，固定点的材料受到应力下会变形→撕裂→分层，水汽会顺着缝隙进入单晶硅电池芯片内部，导致封装失效，降低绝缘性；（2）半柔性光伏组件一般都是采用无边框设计，各层封装材料长期受到雨水、风雪、盐雾、以及紫外线和热胀冷缩的侵蚀，加上变化荷载应力的破坏，半柔性光伏组件会在边缘开始分层，致使水汽从边缘侵入晶体硅电池芯片内部，导致封装失效，降低绝缘性；（3）半柔性光伏组件一般采用高分子材料和热熔材料进行封装，表面的封装材料的破坏，导致水汽从边缘或破坏位置侵入晶体硅电池芯片内部，导致绝缘失效；（4）半柔性光伏组件使用过程中晶体硅电池芯片造成破坏、或者阴影的遮挡、鸟粪、树叶等都会造成局部热斑，使其封装材料长期在比较高的温度下老化→开裂→分层→烧毁，降低绝缘性。针对以上问题，中国专利公开号：CN112189264A《包括聚合物构成的前层和复合材料构成的后层轻质且柔性的光伏模块》给出了部分解决方案，通过在背光面增加基于纤维的预浸料型复合材料及附加层提高强度，但不能解决正面受到的外力损伤；第三，目前太阳能光伏组件接线盒都是采用传统的接线盒，其存在以下缺陷：（1）一旦太阳能光伏组件被破坏或产生热斑，可以导致接线盒内部旁路保护二极管长时间导通产生过热，造成潜在火灾风险；（2）光伏组件局部破坏可能导致绝缘电阻降低，影响整个系统工作，现有的技术只能更换太阳能光伏组件，无法对太阳能光伏组件进行修复使用，造成成本上升；（3）传统的接线盒在光伏组件进行组串连接时，光伏组件的组串电压超过安全电压36V，甚至超过1000V以上，在特殊场合操作时会产生电击安全事故；（4）传统的接线盒在组串连接后，电压都超过安全电压36V，一旦光伏电站发生火灾，光伏阵列是带电体，消防员是不能通过水灭火的，只能眼睁睁地看着电站被烧毁，甚至会造成巨大的安全事故。