本發(fā)明涉及太陽能光伏
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種用于汽車玻璃的加熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：玻璃作為車身的結(jié)構(gòu)材料之一，被大量用在前窗，側(cè)窗，后窗和車頂?shù)奶齑?，甚至全車頂。太陽能電池與玻璃結(jié)合，可以利用玻璃本身的結(jié)構(gòu)強度、表面硬度和抗化學腐蝕的能力，起到保護太陽能電池免受機械沖擊和環(huán)境老化的作用。當玻璃被用在汽車的前擋和后擋時，需要配備加熱功能，以實現(xiàn)玻璃表面的除霜化冰或者高濕度天氣的除霧。目前普遍采用的汽車玻璃加熱方式有電阻絲加熱和鼓風機熱風加熱，前者應用在汽車的后擋風玻璃上，后者通常應用在汽車的前擋風玻璃上，也有通過導電涂層實現(xiàn)玻璃的加熱，如US5756192和US2014/0091073A1。在中國實用新型CN204020815U中，提出了利用太陽能電池除霜的汽車玻璃的結(jié)構(gòu)，當太陽能電池接受光照時將產(chǎn)生光生電流和光生電壓，如果此時將太陽能電池的正負極短接，太陽能電池自身將成為負載，光生電流通過太陽能電池的內(nèi)阻產(chǎn)生熱量，實現(xiàn)玻璃的升溫，從而達到除霜的效果。采用上述方法來加熱汽車玻璃，優(yōu)點在于其不需要外部的電源供應，完全依靠太陽光轉(zhuǎn)化成電能，再由電能轉(zhuǎn)化成為熱能，可以利用太陽能電池本身的發(fā)電來減少電加熱的能耗，起到節(jié)能減排的效果；缺點是其加熱效果完全取決于太陽光的強度，光照強度高的時候，產(chǎn)生的電流大，加熱的效果明顯，光照強度低的時候，產(chǎn)生的電流小，加熱效果差。然而，需要除霜化冰的天氣通常太陽光強度弱，而且玻璃如果被冰雪覆蓋，其表面很難在短時間內(nèi)接受到光照，所以在此情況下通過太陽能電池的電流小，產(chǎn)生的熱量少，因此玻璃的升溫速率低，化冰的速度慢。另外，在夜晚太陽能電池無法接受到太陽光時，若需要對玻璃化冰則更無法實現(xiàn)。所以，有必要設(shè)計一種適用于汽車玻璃的加熱系統(tǒng)以解決上述技術(shù)問題。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種用于汽車玻璃的加熱系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中采用太陽能電池加熱汽車玻璃時效率低的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的汽車玻璃的加熱系統(tǒng)是這樣實現(xiàn)的：一種用于汽車玻璃的加熱系統(tǒng)，包括：太陽能電池，設(shè)于汽車玻璃上；蓄電池，與所述太陽能電池電性連接；充電回路，將所述太陽能電池和所述蓄電池串聯(lián)，用于實現(xiàn)所述太陽能電池對所述蓄電池充電；放電回路，將所述蓄電池和所述太陽能電池串聯(lián)，用于實現(xiàn)所述蓄電池對所述太陽能電池放電，以使所述太陽能電池產(chǎn)生熱能。由以上技術(shù)方案可見，通過將太陽能電池產(chǎn)生的電儲存在蓄電池中，在放電回路中，當蓄電池對太陽能電池提供電壓時，太陽能電池體內(nèi)的電流密度隨著電壓升高快速增加，使得太陽能電池可實現(xiàn)快速升溫，從而實現(xiàn)太陽能電池對汽車玻璃的迅速加熱，進而解決現(xiàn)有技術(shù)中利用太陽能電池加熱汽車玻璃時效率低的問題。優(yōu)選地，所述充電回路還包括光伏控制器，所述光伏控制器位于所述太陽能電池和所述蓄電池之間，用以將所述太陽能電池產(chǎn)生的電轉(zhuǎn)化成可充入所述蓄電池的電。通過在充電回路中設(shè)置光伏控制器，可將太陽能電池產(chǎn)生的電通過直流變壓，轉(zhuǎn)化成為可以充入蓄電池的電，從而實現(xiàn)將太陽能電池產(chǎn)生的電能進行儲存。優(yōu)選地，所述光伏控制器還包括充電控制模塊，用于控制充電的電壓。光伏控制器除了具備直流變壓的功能以外，還需要有蓄電池的充電控制模塊，用于探測蓄電池的容量和充電放電狀態(tài)，從而控制充電的電壓。優(yōu)選地，所述光伏控制器還包括太陽能電池最佳功率點追蹤模塊，所述追蹤模塊用于匹配太陽能電池和后端負載，從而使得太陽能電池的輸出功率最大化。優(yōu)選地，所述充電回路還包括一二極管，所述二極管位于所述光伏控制器靠近所述蓄電池一側(cè)的正極路線上。通過設(shè)置二極管使得該回路中只允許電流由單一方向流過，即，充電回路只允許太陽能電池對蓄電池充電，不允許蓄電池對太陽能電池放電，二極管電壓的選擇根據(jù)蓄電池的電壓決定。優(yōu)選地，所述放電回路還包括加熱控制器，所述加熱控制器位于所述蓄電池和所述太陽能電池之間，用以將所述蓄電池產(chǎn)生的電進行直流變壓。通過在放電回路中設(shè)置加熱控制器，其可以將蓄電池產(chǎn)生的電通過直流變壓，來實現(xiàn)對太陽能電池提供正向偏壓，產(chǎn)生足夠大的正向電流，使得太陽能電池可實現(xiàn)快速升溫，從而實現(xiàn)汽車玻璃的加熱。優(yōu)選地，還包括一直流電機，所述直流電機與所述放電回路電性連接，所述加熱控制器用以采集所述直流電機工作狀態(tài)的信號。通過設(shè)置直流電機，使得加熱控制器可根據(jù)直流電機工作狀態(tài)的信號來判斷是否加熱汽車玻璃，只有直流電機工作的時候，玻璃加熱才能啟動，以防止蓄電池出現(xiàn)虧電的狀況。優(yōu)選地，所述放電回路還包括一熔斷器，所述熔斷器位于所述加熱控制器靠近所述蓄電池一側(cè)的正極線路上。通過設(shè)置熔斷器，當太陽能電池發(fā)生內(nèi)部短路，電流瞬間升高，短路區(qū)域溫度會快速提升，熔斷器在電流過大的時候斷開，起到保護太陽能電池和電源線路的作用。優(yōu)選地，所述充電回路和所述放電回路之間設(shè)有一模式選擇器。優(yōu)選地，當所述模式選擇器與所述充電回路導通時，則實現(xiàn)所述太陽能電池對所述蓄電池充電；當所述模式選擇器與所述放電回路導通時，則實現(xiàn)所述蓄電池對所述太陽能電池放電。通過在兩個回路之間設(shè)置模式選擇器，可以用來選擇是否開啟玻璃加熱功能。在大部分時間，模式選擇器保持在太陽能充電模式即充電回路，當玻璃需要除霜化冰時，將模式選擇器切換到加熱模式，即，放電回路，也可以通過模式選擇器將這兩個回路完全與蓄電池斷開。優(yōu)選地，所述汽車玻璃包括相對設(shè)置的上片玻璃和下片玻璃，所述太陽能電池設(shè)于所述上片玻璃和所述下片玻璃之間。優(yōu)選地，所述汽車玻璃包括相對設(shè)置的上片玻璃和下片玻璃，所述太陽能電池設(shè)于所述下片玻璃朝向所述上片玻璃的表面。優(yōu)選地，所述太陽能電池與所述上片玻璃和所述下片玻璃通過膠膜層進行粘接。優(yōu)選地，所述太陽能電池與所述上片玻璃通過膠膜層進行粘接。通過將太陽能電池設(shè)置在上片玻璃和下片玻璃之間或者設(shè)置在下片玻璃的表面，使得當太陽能電池快速升溫時，能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能電池對汽車玻璃的迅速加熱，從而提高加熱效率。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明一實施例提供的用于汽車玻璃的加熱系統(tǒng)電路圖；圖2為本發(fā)明一實施例提供的汽車后窗投影到平面的示意圖；圖3為本發(fā)明一實施例提供的太陽能電池加熱玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明一實施例提供的平均加熱功率為125W/m2的太陽能電池加熱玻璃升溫曲線圖；圖5為本發(fā)明一實施例提供的平均加熱功率為240W/m2的太陽能電池加熱玻璃升溫曲線圖；圖6為本發(fā)明一實施例提供的平均加熱功率為470W/m2的太陽能電池加熱玻璃升溫曲線圖；圖7為本發(fā)明又一實施例提供的汽車后窗投影到平面的示意圖；圖8為本發(fā)明又一實施例提供的太陽能電池加熱玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明又一實施例提供的恒定電流下，平均加熱功率為250W/m2的太陽能電池加熱玻璃升溫曲線圖；圖10為本發(fā)明又一實施例提供的恒定電流下，平均加熱功率為480W/m2的太陽能電池加熱玻璃升溫曲線圖；圖11為本發(fā)明又一實施例提供的恒定電壓下，平均加熱功率為300W/m2的太陽能電池加熱玻璃升溫曲線圖。具體實施方式為了使本
技術(shù)領(lǐng)域：
的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)明提供的方案中，通過將太陽能電池產(chǎn)生的電儲存在蓄電池中，在放電回路中，當蓄電池對太陽能電池提供電壓時，太陽能電池體內(nèi)的電流密度隨著電壓升高快速增加，使得太陽能電池可實現(xiàn)快速升溫，從而實現(xiàn)太陽能電池對汽車玻璃的迅速加熱，進而解決現(xiàn)有技術(shù)中利用太陽能電池加熱汽車玻璃時效率低的問題。圖1為本發(fā)明一實施例提供的用于汽車玻璃的加熱系統(tǒng)電路圖。該加熱系統(tǒng)包括：太陽能電池1，其設(shè)置在汽車玻璃上；蓄電池2，與所述太陽能電池1電性連接；充電回路，將所述太陽能電池1和所述蓄電池2串聯(lián)，用于實現(xiàn)所述太陽能電池1對所述蓄電池2充電；放電回路，將所述蓄電池2和所述太陽能電池1串聯(lián)，用于實現(xiàn)所述蓄電池2對所述太陽能電池1放電，以使所述太陽能電池1產(chǎn)生熱能。上述加熱系統(tǒng)的工作原理為：通常，絕大多數(shù)太陽能電池采用PN結(jié)構(gòu)或者PIN結(jié)構(gòu)，其具有電流正向?qū)ǚ聪蚪刂沟奶攸c。當太陽能電池受到較大的正向外部電壓，PN結(jié)或PIN結(jié)將處于正向?qū)ǖ墓ぷ鳡顟B(tài)，在此狀態(tài)下，太陽能電池內(nèi)阻隨著電壓升高迅速下降，電流密度隨著電壓升高快速增加，太陽能電池可實現(xiàn)快速的升溫。利用上述原理，可用來實現(xiàn)太陽能電池對汽車玻璃的迅速加熱，其加熱的升溫速率可以通過施加在太陽能電池上的電流或者電壓來控制，從而使得汽車玻璃的加熱更可靠可控。這里，外部電壓由蓄電池提供，在其他實施例中，還可以由發(fā)電機來提供。所述充電回路還包括光伏控制器3，所述光伏控制器3位于所述太陽能電池1和所述蓄電池2之間，用以將所述太陽能電池1產(chǎn)生的電轉(zhuǎn)化成可充入所述蓄電池2的電。通過在充電回路中設(shè)置光伏控制器3，可將太陽能電池1產(chǎn)生的電通過直流變壓，轉(zhuǎn)化成為可以充入蓄電池2的電，從而實現(xiàn)將太陽能電池1產(chǎn)生的電能進行儲存。所述光伏控制器3除了具備直流變壓的功能以外，還需要有對蓄電池2進行充電的充電控制模塊，其用于探測蓄電池2的容量和充電放電狀態(tài)，控制充電的電壓。此外，可選地，所述光伏控制器3還具有太陽能電池最佳功率點追蹤模塊，該模塊用于匹配太陽能電池和后端負載，從而使得太陽能電池的輸出功率最大化。所述充電回路還包括一二極管4，所述二極管4位于所述光伏控制器3靠近所述蓄電池2的一側(cè)的正極路線上。通過設(shè)置二極管使得該回路中只允許電流由單一方向流過，即，充電回路只允許太陽能電池對蓄電池充電，不允許蓄電池對太陽能電池放電，二極管電壓的選擇根據(jù)蓄電池的電壓決定。請繼續(xù)參照圖1，所述放電回路還包括加熱控制器5，所述加熱控制器5位于所述蓄電池2和所述太陽能電池1之間。通過在放電回路中設(shè)置加熱控制器，其可以將蓄電池產(chǎn)生的電通過直流變壓，來實現(xiàn)對太陽能電池提供正向偏壓，產(chǎn)生足夠大的正向電流，使得太陽能電池可實現(xiàn)快速升溫，從而實現(xiàn)汽車玻璃的加熱。所述加熱控制器5還需對汽車玻璃進行溫度探測，如圖1中的標號A所示，即，所述加熱控制器5采集汽車玻璃的溫度信號，該溫度信號用來決定加熱是否終止，當玻璃溫度高于預設(shè)的溫度閾值，如40℃時，加熱控制器5自動切斷放電回路，避免玻璃溫度過高造成安全隱患。為了防止蓄電池2虧電，導致汽車無法發(fā)動，定義太陽能電池加熱功能只有在直流電機6啟動的時候才能工作。所述加熱控制器5可對直流電機6的工作狀態(tài)進行探測，如圖1中的標號B所示，當汽車點火，直流電機6工作時，直流電機6的啟動信號傳遞給所述加熱控制器5，太陽能電池加熱功能可以啟動；當汽車熄火，直流電機6停止時，直流電機6關(guān)閉信號傳遞給所述加熱控制器5，加熱控制器5自動切斷放電回路。因為當汽車熄火時，駕乘人員本身也沒有對玻璃加熱進行除霜化冰的需求。進一步地，所述放電回路還包括一熔斷器7，所述熔斷器7位于所述加熱控制器5靠近所述蓄電池2一側(cè)的正極路線上。通過設(shè)置熔斷器，當太陽能電池發(fā)生內(nèi)部短路，電流瞬間升高，短路區(qū)域溫度會快速提升，熔斷器在電流過大的時候斷開，起到保護太陽能電池和電源線路的作用。其中，熔斷器的保護電流根據(jù)加熱功率的大小選擇。所述充電回路和所述放電回路之間設(shè)有一模式選擇器8。通過在兩個回路之間設(shè)置模式選擇器8，可以用來選擇是否開啟玻璃加熱功能。在大部分時間，所述模式選擇器8與所述充電回路導通，實現(xiàn)所述太陽能電池1對所述蓄電池2充電，即，模式選擇器8保持在太陽能充電模式；當玻璃需要除霜化冰時，所述模式選擇器8與所述放電回路導通，實現(xiàn)所述蓄電池2對所述太陽能電池1放電，即，模式選擇器切換到加熱模式。當然，也可以通過模式選擇器將這兩個回路完全與蓄電池斷開。以下結(jié)合具體的應用實施例對本發(fā)明進行更為詳細的闡述。實施例1：以汽車后窗為例，將上述加熱系統(tǒng)應用于汽車后窗上，實現(xiàn)對后窗玻璃的加熱。如圖2所示，圖2為本發(fā)明一實施例提供的汽車后窗投影到平面的示意圖。在透光區(qū)域中，上寬W1為960mm，下寬W2為1060mm，高度H1為600mm的梯形區(qū)域內(nèi)布置太陽能電池，太陽能電池的有效面積0.610平方米。這里，太陽能電池采用晶硅太陽能電池。其中，汽車玻璃除霜化冰需要的能量密度為300～1000W/m2，太陽能電池布置于透光區(qū)域中，優(yōu)選的能量密度為500W/m2，對于48V的加熱電壓，電流約為6.3A。基于上述的規(guī)格，所述加熱控制器5需要將12V的蓄電池輸出電壓升高到48V，同時在放電回路上，需考慮安裝10A的熔斷器。為了能夠在正向偏壓48V下實現(xiàn)約6.3A的電流，太陽能電池的排布和串并聯(lián)也需要專門設(shè)計。根據(jù)加熱所需要的電壓，設(shè)計電池片與電池片之間、電池串與電池串之間的串并聯(lián)，對于圖2所示實施例，電池片與電池片的內(nèi)部為串聯(lián)，左邊三個電池串并聯(lián)，右邊三個電池串并聯(lián)，左邊和右邊串聯(lián)，從而形成開路電壓為40～45V，峰值功率為30～35W，短路電流約為1.0A的太陽能組件。其中，晶硅電池采用實用新型CN204020815U所述的排布方法，以實現(xiàn)透光，電池片E的寬度w1為6mm，電池片和電池片之間的間距d1為12mm，透光率為67％。其中，上述晶硅太陽能電池加熱玻璃的制作方法如下：S1.汽車玻璃的選擇取后窗玻璃兩片，兩片均為厚度2.1mm的半鋼化玻璃，其中，上片玻璃和下片玻璃相對設(shè)置。上片玻璃朝向車外側(cè)，其采用高透過率的玻璃，可見光區(qū)即在380～780nm的范圍內(nèi)的透光率大于90％，近紅外區(qū)即在780～1100nm的范圍內(nèi)的透光率大于90％。下片玻璃朝向車內(nèi)側(cè)，其采用普通玻璃，當然，為了調(diào)節(jié)透光率也可以采用綠玻璃或者灰玻璃。這里，上片玻璃也可以用聚碳酸酯等可見光和紅外透光率在85％以上的塑料材質(zhì)替代。采用塑料材質(zhì)時，塑料外表面需做好硬化處理，以提高塑料材質(zhì)的抗刮性能，同時還需做好抗紫外的處理，防止塑料材質(zhì)在長期紫外輻照下透光度發(fā)生改變。下片玻璃也可以采用上述可見光和紅外透光率在85％以上的塑料材質(zhì)替代，如聚對苯二甲酸乙二醇酯(簡稱PET)膜，但是下片玻璃沒有表面硬化的需求。S2.透光太陽能組件的設(shè)計和制作將太陽能電池切割成5～10mm的小條，小條和小條之間通過焊帶或?qū)щ娔z帶連接，焊帶或?qū)щ娔z帶的厚度和寬度根據(jù)實際電路承載的電流進行選擇。太陽能電池與電池之間按照固定間距拉開距離，以實現(xiàn)透光的效果，根據(jù)透光率的需求，電池片與電池片間距通常在5～20mm。透光率由電池片與電池片的間距即透光區(qū)域和電池片即不透光區(qū)域的寬度來定義。以圖2為例，電池片E的寬度w1為6mm，電池片和電池片之間的間距d1為12mm，則透光率為67％。根據(jù)后窗玻璃片的尺寸設(shè)計太陽能電池串的排布，通常對于梯形的后窗，最小電池串間距為3mm，電池串間距隨著玻璃寬度的增加而變大，從而保證均勻加熱的效果。S3.太陽能組件的鋪設(shè)圖3為本發(fā)明一實施例提供的太陽能電池加熱玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，太陽能電池設(shè)于所述上片玻璃16和所述下片玻璃11之間，所述太陽能電池與所述上片玻璃16和所述下片玻璃11通過膠膜層進行粘接。具體地，如圖3所示，在下片玻璃11上鋪設(shè)膠膜12，在膠膜12之上鋪設(shè)電池串13，電池串與電池串之間的串并聯(lián)按照步驟S2的設(shè)計進行連接，串并聯(lián)通過焊帶14實現(xiàn)連接，引線留出玻璃邊緣，這里也可以采用導電膠帶代替焊帶14；在電池串13上方鋪設(shè)膠膜15；在膠膜15之上放置上片玻璃16，上下片玻璃對齊，太陽能電池位于兩片玻璃之間的透光區(qū)域。其中，膠膜15采用高透光的膠膜，其在可見光區(qū)即380～780nm的范圍的透光率大于90％，在近紅外區(qū)即780～1100nm的范圍內(nèi)的透光率大于90％；膠膜12可以是普通的透光膠膜，也可以是帶顏色的膠膜，其根據(jù)車身的設(shè)計而定，膠膜的厚度為0.3～0.5mm。這里，膠膜12和膠膜15采用聚乙烯醇縮丁醛(英文簡稱PVB)，也以用乙烯-醋酸乙烯共聚物(英文簡稱EVA)替代，還可以采用透光率更高的有機硅材料。S4.合片將步驟S3中的層疊件放在層壓機預壓，預壓的過程中采用與玻璃曲率形狀一樣的磨具進行，預壓的作用是抽出片層之間的空氣，使得膠膜和各層材料初步粘結(jié)，預壓需要在30～70Kpa的壓力下，加熱到PVB膠膜的融化溫度130～160℃進行；預壓結(jié)束后再將層疊件放入高壓釜進行合片，合片的壓力在5～11個大氣壓，加熱到PVB膠膜的融化溫度130～160℃進行。S5.封邊對合片后的組件邊緣采用封邊膠17進行密封，以防止外部水汽進入兩片玻璃之間導致導線或者電池氧化；封邊膠17的材料采用丁基橡膠等透水率低的材料，當然，也可以采用有機硅或者環(huán)氧樹脂材料。陶瓷層18印刷在下片玻璃11遠離上片玻璃16的一側(cè)表面，用以提供下片玻璃與車身的粘接處。將采用上述方法步驟制得的晶硅太陽能電池加熱玻璃應用于汽車天窗，晶硅電池的寬度為6mm，電池間距為12mm，采用恒定電流6.09A，不同電壓的設(shè)計來加熱汽車天窗，其加熱實測效果如圖4～圖6所示，測試數(shù)據(jù)見表1～表3。其中，不同的電壓是通過改變太陽能電池的串并聯(lián)加以實現(xiàn)的。(1)圖4和表1分別為在測試環(huán)境溫度為20℃時，在晶硅太陽能電池加熱玻璃的結(jié)構(gòu)上施加125W/m2的平均加熱功率時玻璃表面的溫度隨時間的變化曲線和測試數(shù)據(jù)。結(jié)合圖4和表1可以看出，加熱5分鐘時升溫2℃左右，60分鐘后升溫只有5～6℃。結(jié)論：對于玻璃加熱的應用，此加熱功率過低。表1平均加熱功率為125W/m2的太陽能電池加熱玻璃升溫情況(2)圖5和表2分別為在測試環(huán)境溫度為20℃時，在晶硅太陽能電池加熱玻璃的結(jié)構(gòu)上施加240W/m2的平均加熱功率時玻璃表面的溫度隨時間的變化曲線和測試數(shù)據(jù)。結(jié)合圖5和表2可以看出，5分鐘升溫6～7℃左右，15分鐘后升溫12～13℃。結(jié)論：此功率為除霜化冰最低的功率需求。表2平均加熱功率為240W/m2的太陽能電池加熱玻璃升溫情況(3)圖6和表3分別為在測試環(huán)境溫度為20℃時，在晶硅太陽能電池加熱玻璃的結(jié)構(gòu)上施加470W/m2的平均加熱功率時玻璃表面的溫度隨時間的變化曲線和測試數(shù)據(jù)。結(jié)合圖6和表3可以看出，5分鐘升溫16～17℃左右，15分鐘后升溫22～25℃，60分鐘后升溫速率降低，玻璃表面溫度穩(wěn)定在50～60℃。結(jié)論：此功率下除霜化冰的效果明顯。表3平均加熱功率為470W/m2的太陽能電池加熱玻璃升溫情況總結(jié)：從上述內(nèi)容可見，加熱的功率密度應該控制在250～500W/m2之間，可以得到理想的除霜化冰效果。通常，設(shè)置有太陽能電池片的位置玻璃溫度將高于未設(shè)置電池片的位置，如果加熱功率密度過高，溫差過大，升溫速率過快，容易因為玻璃局部受熱不均勻增加玻璃破裂的風險。加熱的功率密度過低，散失到外界的熱量高于本身玻璃電加熱得到的熱量，玻璃加熱的效果差。實施例2：在其他優(yōu)選的實施例中，太陽能電池可采用薄膜電池，薄膜太陽能電池其導電層均勻分布在汽車玻璃的整個透光區(qū)域，利用薄膜太陽能電池來進行電加熱，可以得到更加均勻升溫的效果。以汽車后窗為例，如圖7所示，圖7為本發(fā)明又一實施例提供的汽車后窗投影到平面的示意圖。在透光區(qū)域中，上寬W3為988mm，下寬W4為1102mm，高度H2為651mm的梯形區(qū)域內(nèi)布置太陽能電池，太陽能電池有效面積為0.630平方米。其中，汽車玻璃除霜化冰需要的能量密度為300～1000W/m2，薄膜太陽能電池布置于透光區(qū)域中，優(yōu)選的功率密度為300W/m2，對于60V的加熱電壓，平均電流為3.2A?；谏鲜龅囊?guī)格，所述加熱控制器5需要將12V的蓄電池輸出電壓升高到60V，同時在放電回路上，需考慮安裝10A的熔斷器。為了能夠在正向偏壓60V下實現(xiàn)3.2A的電流，薄膜太陽能電池串并聯(lián)也需要專門的設(shè)計。其中，開路電壓的大小設(shè)計在45～50V，薄膜電池的發(fā)電峰值功率為50～60W，短路電流為1.5A，薄膜電池的可見光透光率約為15％。其中，上述薄膜太陽能電池加熱玻璃的制作方法如下：S1.汽車玻璃的選擇取后窗玻璃一片，作為上片玻璃，玻璃的厚度為3.0～5.0mm的鋼化玻璃，玻璃采用高透光率的玻璃，可見光區(qū)即在380～780nm的范圍內(nèi)的透光率大于90％，近紅外區(qū)即在780～1100nm的范圍內(nèi)的透光率大于90％。這里，上片玻璃也可以用聚碳酸酯等可見光和紅外透光率在85％以上的塑料材質(zhì)替代。采用塑料材質(zhì)時，塑料外表面需做好硬化處理，以提高塑料材質(zhì)的抗刮性能，同時還需做好抗紫外的處理，防止塑料材質(zhì)在長期紫外輻照下透光度發(fā)生改變。S2.透光太陽能組件的設(shè)計和制作在薄玻璃襯底上沉積薄膜太陽能電池，薄玻璃的厚度在0.4～0.7mm，此厚度的薄玻璃具有一定的彎曲能力，通過玻璃的彎曲可以完全貼合到后窗玻璃上。這里，薄玻璃襯底也可以采用可見光和紅外透光率在85％以上的塑料材質(zhì)替代，如PET膜或者乙烯-四氟乙烯薄膜(簡稱ETFE)，厚度在0.3～2mm。若采用柔性襯底，薄膜電池可以采用卷對卷的方式制備。薄膜電池可以是非晶硅薄膜電池、微晶硅薄膜電池、非晶硅鍺薄膜電池中的一種或多種；當然，薄膜電池也可以是其他有機或者無機半導體。制備薄膜電池的具體步驟如下：a)將薄玻璃襯底21清完后，依次沉積透明導電氧化物下電極22，光電轉(zhuǎn)化層23，透明導電氧化物上電極24。b)根據(jù)后窗玻璃片上透光區(qū)域的尺寸，對薄玻璃進行切割，采用激光切割的方式，激光從玻璃面入射，激光切割的深度控制在薄玻璃襯底以內(nèi)，依靠激光脈沖的瞬間熱量使玻璃自行解離，激光脈沖寬度在納秒或者皮秒，可以有效控制玻璃的邊緣損傷，得到高質(zhì)量的玻璃邊緣，防止合片過程中的破裂。c)在薄膜電池的正負極上粘接導電膠帶25或者焊接焊帶，焊帶或者導電膠帶25的長度以排版后伸出后窗玻璃的邊緣為宜。導電膠帶或者焊帶的厚度和寬度根據(jù)實際電路承載的電流進行選擇。其中，透明導電氧化物為摻錫氧化銦、摻鋁氧化鋅、摻硼氧化鋅、摻鎵氧化鋅、摻氟氧化錫等可見光透光率在85％以上并且具有足夠橫向?qū)щ娔芰Φ膶щ娧趸锉∧?，薄膜的方塊電阻在2～20ohm/sq。光電轉(zhuǎn)化層23包括非晶硅N層，I層和P層。薄膜電池的透光可以通過兩種方法來實現(xiàn)，一種是通過減薄吸收層I層的厚度，從而降低薄膜對可見光的吸收，提高可見光透光率；另一種是通過激光去除薄膜上的部分區(qū)域內(nèi)的非晶硅N層，I層和P層，從而形成透光的通路，通常激光透光劃刻的線寬在50～100um，透光線和線的間距在0.5～1.0mm。薄膜電池的開路電壓和短路電流，也是通過電池制作工藝中的激光劃線來定義的。通過P1，P2，P3的激光劃線，可以定義節(jié)寬，并且使節(jié)與節(jié)之間實現(xiàn)串聯(lián)連接，在本實施例中，電池的節(jié)寬為11mm，開路電壓的大小在45～50V，薄膜電池的發(fā)電峰值功率在50～60W左右，短路電流為1.5A。S3.太陽能組件的鋪設(shè)圖8為本發(fā)明又一實施例提供的太陽能電池加熱玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖8所示，薄玻璃襯底21和上片玻璃26相對設(shè)置，在上片玻璃26的朝向薄玻璃襯底21的一側(cè)鋪設(shè)PVB膠膜27，在PVB膠膜27之上鋪設(shè)薄膜太陽能電池，薄膜太陽能電池的膜面朝向上片玻璃26靠近薄玻璃襯底21的一側(cè)，這樣太陽能薄膜部分設(shè)于上片玻璃26和薄玻璃襯底21之間，保證了更好的耐候性。薄膜太陽能電池的鋪設(shè)必須對準后窗玻璃的透光區(qū)域，為了防止透光區(qū)域邊緣漏光，通常薄膜電池長寬尺寸大于透光區(qū)域5mm或者更多。S4.合片將步驟S3中的層疊件放在層壓機預壓，預壓的過程中采用與玻璃曲率形狀一樣的磨具進行，預壓的作用是抽出片層之間的空氣，使得膠膜和各層材料初步粘結(jié)，預壓需要在30～70Kpa的壓力下，加熱到PVB膠膜的融化溫度130～160℃進行；預壓結(jié)束后再將層疊件放入高壓釜進行合片，合片的壓力在5～11個大氣壓，加熱到PVB膠膜的融化溫度130～160℃進行。S5.封邊對合片后的組件邊緣采用封邊膠28進行密封，以防止外部水汽進入兩片玻璃之間導致導線或者電池氧化；封邊膠28的材料采用丁基橡膠等透水率低的材料，當然，也可以采用有機硅或者環(huán)氧樹脂材料。陶瓷層29印刷在上片玻璃26靠近薄玻璃襯底21的一側(cè)表面，用以提供上片玻璃26與車身的粘接處，同時起到遮擋導電膠帶25或焊帶的作用。將采用上述方法步驟制得的薄膜太陽能電池加熱玻璃應用于汽車天窗，其加熱實測效果如圖9～圖11所示，測試數(shù)據(jù)見表4～表6。(1)圖9和表4分別為在測試環(huán)境溫度為20℃、恒定電流2.6A、不同電壓的條件下，在薄膜太陽能電池加熱玻璃的結(jié)構(gòu)上施加250W/m2的平均加熱功率時玻璃表面的溫度隨時間的變化曲線和測試數(shù)據(jù)。結(jié)合圖9和表4可以看出，加熱5分鐘可以從20℃左右升溫到30℃，20分鐘基本飽和在38℃左右。表4平均加熱功率為250W/m2的太陽能電池加熱玻璃升溫情況(2)圖10和表5分別為在測試環(huán)境溫度為20℃、恒定電流4.5A、不同電壓的條件下，在薄膜太陽能電池加熱玻璃的結(jié)構(gòu)上施加480W/m2的平均加熱功率時玻璃表面的溫度隨時間的變化曲線和測試數(shù)據(jù)。結(jié)合圖10和表5可以看出，加熱5分鐘從20℃左右升溫到36℃，20分鐘從20℃左右升高到50℃，仍然未飽和。表5平均加熱功率為480W/m2的太陽能電池加熱玻璃升溫情況(3)上述采用的都是恒定電流加熱的方式，然而在實際使用中，車載的電壓通常是固定的，比如12V，48V，60V等。圖11和表6分別為在測試環(huán)境溫度為20℃、恒定電壓60V、不同電流的條件下，在薄膜太陽能電池加熱玻璃的結(jié)構(gòu)上施加300W/m2的平均加熱功率時玻璃表面的溫度隨時間的變化曲線和測試數(shù)據(jù)。結(jié)合圖11和表6可以看出，加熱5分鐘從20℃升高到32℃左右，20分鐘升高到45℃左右，并且未呈現(xiàn)飽和趨勢。表6平均加熱功率為300W/m2的太陽能電池加熱玻璃升溫情況總結(jié)：若太陽能電池內(nèi)部存在局部的漏電通道(通常在太陽能電池存在體缺陷或者邊緣絕緣不足時會發(fā)生)，相比恒定電流加熱的方式，在恒定電壓加熱的方式下工作，容易產(chǎn)生局部過大的電流，而局部過大的電流會造成發(fā)熱加劇，從而燒毀太陽能電池組件。因此，在電壓恒定的工作模式下，需要設(shè)計保險絲熔斷器進行過載保護。恒定電壓加熱的好處在于，在相同平均加熱功率下，前五分鐘的瞬時加熱功率相對較低，這樣可以降低快速升溫導致的玻璃破裂的風險。對比晶硅太陽能電池形成的加熱窗和薄膜太陽能電池形成的加熱窗可知：一方面，晶硅太陽能電池加熱窗內(nèi)部的晶硅電池片的寬度只有5～10mm，但是此寬度為肉眼可見，其美觀程度略差于薄膜太陽能電池加熱窗；薄膜太陽能電池為大面積鍍膜形成，外觀顏色均勻，其本身的可見光透光率為10～15％，也可以滿足后窗的可視要求。另一方面，由于薄膜太陽能電池均勻分布在玻璃的透光表面，加熱均勻，其升溫效果優(yōu)于晶硅太陽能電池加熱玻璃。需要注意的是，太陽能電池在反復加熱后的發(fā)電功率衰減也是此應用需要考慮的問題。以下對多晶硅太陽能加熱玻璃進行多次加熱循環(huán)后太陽能組件的性能進行測試，其測試結(jié)果見表7。表7多晶硅太陽能加熱玻璃5次加熱循環(huán)后太陽能組件的性能測試序號狀態(tài)RsFFIscVocImaxVmaxPmax晶硅6mm-間距12mm-樣品A初始1111111晶硅6mm-間距12mm-樣品B初始1111111晶硅6mm-間距12mm-樣品A5次加熱循環(huán)103％99％100％98％99％97％96％晶硅6mm-間距12mm-樣品B5次加熱循環(huán)100％99％100％98％99％97％97％在表7中，Rs代表串聯(lián)電阻，F(xiàn)F代表填充因子，Isc代表短路電流，Voc代表開路電壓，Imax代表最大電流，Vmax代表最大電壓，Pmax代表最大輸出功率。由上表可知，加熱前和加熱后的測試都是按照IEC61215標準，即在AM1.5的光照條件下，在環(huán)境溫度為25±1℃下進行的。其中，AM為AirMass的縮寫，是指太陽光穿過大氣層的光學路徑。AM1.5，指天頂角為48度時的太陽光。從加熱前的初始狀態(tài)和5次加熱循環(huán)后的測試數(shù)據(jù)上看，兩塊晶硅太陽能組件A和B的功率分別下降了4％和3％，主要的差異體現(xiàn)在Voc和FF上，可能多次的正向注入引起了晶硅電池表面或者體內(nèi)缺陷的狀態(tài)變化，導致表面和體內(nèi)復合的增加。表8是非晶硅薄膜太陽能加熱玻璃在進行5次加熱循環(huán)以后，太陽能組件性能的測試結(jié)果。加熱前和加熱后的測試都是按照IEC61215標準，在AM1.5的光照條件下，在環(huán)境溫度為25±1℃下進行的。從加熱前的初始狀態(tài)和5次加熱循環(huán)后的測試數(shù)據(jù)上看，四塊薄膜太陽能組件A、B、C、D的功率沒有出現(xiàn)明顯下降，功率變化在+0％～+3％。從非晶硅薄膜電池特性上看，其具有退火缺陷修復的特點，在長時間的太陽光輻照下，非晶硅薄膜電池的功率特別是FF會隨著光照時間而下降，直到穩(wěn)定在一定的功率區(qū)間，此現(xiàn)象被學術(shù)界稱之為S-W效應，與此同時，S-W效應后的非晶硅薄膜電池，再此進行加熱處理，能夠修復光照引起的缺陷，使得電池功率回升。經(jīng)過多次加熱以后，非晶硅薄膜電池功率回升可能跟上述機理有關(guān)。表8非晶硅薄膜太陽能加熱玻璃5次加熱循環(huán)后太陽能組件的性能測試序號狀態(tài)RsFFIscVocImaxVmaxPmax薄膜樣品A初始1111111薄膜樣品B初始1111111薄膜樣品C初始1111111薄膜樣品D初始1111111薄膜樣品A5個加熱循環(huán)101％99％101％100％100％100％100％薄膜樣品B5個加熱循環(huán)101％99％101％100％100％100％100％薄膜樣品C5個加熱循環(huán)98％102％101％100％102％101％103％薄膜樣品D5個加熱循環(huán)98％101％101％100％102％101％103％總結(jié)：無論采用晶硅太陽能電池/組件還是采用薄膜太陽能電池/組件對玻璃進行加熱，都具有可行性。通過合理的電壓電流設(shè)計，配合圖1的電路和控制，使得在車載電源或者直流變壓器能夠供給的低電壓下，實現(xiàn)250～500W/m2的加熱功率，從而達到快速的升溫效果。盡管本發(fā)明的某些方案相當詳細地描述了本發(fā)明，但其他方案也是可能的，并且通過說明書的閱讀，所示方案的改變、變更和等同物對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得明顯。另外，可以將本發(fā)明中方案的各種特征以各種方式結(jié)合，從而提供本發(fā)明的另外的方案。此外，某些術(shù)語出于描述清楚的目的而使用，而并不限制本發(fā)明。因此，任何后附權(quán)利要求都不應當被限于本文中包含的優(yōu)選方案的描述，而應當包括所有落入本發(fā)明的真實精神和范圍內(nèi)的改變、變更和等同物。在現(xiàn)在充分描述了本發(fā)明的情況下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應當理解，在不偏離本發(fā)明或其任何實施方案的范圍的條件下，本發(fā)明的方法可以用廣泛且等同范圍的條件、配方和其它參數(shù)進行。當前第1頁1 2 3