專利名稱：太陽能電池組件及其取熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池組件及取熱方法，具體涉及一種用于將太陽能 電池組件光電轉(zhuǎn)換時(shí)生產(chǎn)的熱量取出的方法，以及實(shí)現(xiàn)該方法的太陽能電池組 件。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于常規(guī)能源的消耗不斷加劇，諸如煤 炭、石油、天然氣等能源的消耗呈不斷上升趨勢(shì)，這些能源都是屬于一次能 源，是不可再生的，用一點(diǎn)就少一點(diǎn)，而日益增長的需求量導(dǎo)致各種能源被 過度開采，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成非常惡劣的影響，并且各種能源的市場(chǎng)價(jià)格也呈 不斷上升趨勢(shì)，因此，人們轉(zhuǎn)而開始尋找各種新型能源來代替原有能源，諸 如太陽能、風(fēng)力、水力等能源，這些新型能源均屬于可再生能源，可以重復(fù) 利用，并且污染小，適合被廣泛使用，尤其太陽能作為最理想的可再生能源， 得到了髙度重視，其中太陽能電池是近些年來應(yīng)用最為廣泛的。太陽能電池組件主要以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)制作，其工作原理是光電材料 吸收光能后發(fā)生光電子轉(zhuǎn)換反應(yīng)而產(chǎn)生電流，基本結(jié)構(gòu)包括框體及設(shè)置于框 體內(nèi)的組件結(jié)構(gòu)，所述組件結(jié)構(gòu)包括基片(透光的前表面，如玻璃、透光塑 料等)、以透明密封件(一般采用樹脂，如EVA膠)封裝的光電產(chǎn)生器件(電 力變換單元)及背封薄膜(后表面保護(hù)部件，如PVF聚氟乙烯、TPT/TPE 等)，太陽光透過基片照射在光電產(chǎn)生器件上，光電產(chǎn)生器件通過光電效應(yīng) 直接將光能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)與電池組件配套使用的光伏接線盒，將電能輸出 后使用。然而，太陽能電池在將光能轉(zhuǎn)換成電能的過程中，并不是將全部的光能 的都轉(zhuǎn)換成電能的。目前市場(chǎng)上大量生產(chǎn)的太陽能電池為單晶與多晶硅太陽 電池，其平均效率在15%上下，也就是說太陽電池只能將入射的太陽能的 15%轉(zhuǎn)換成可用電能，其余的85%都被轉(zhuǎn)化為熱能，單結(jié)單晶硅材料的太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率的理論物理極限為25%。在轉(zhuǎn)換的過程中，隨著熱能的不 斷增加，與普通的電子產(chǎn)品類似，若電子產(chǎn)品運(yùn)作時(shí)的產(chǎn)生的熱能不能及時(shí) 消散的話，對(duì)產(chǎn)品的正常運(yùn)作將帶來極大不利影響，而表現(xiàn)在電池組件上時(shí) 亦是如此，會(huì)大大降低光電轉(zhuǎn)換的效率，同時(shí)還將損壞到光電生產(chǎn)器件，縮 短太陽能電池的使用壽命。為使太陽能電池組件能長久地正常工作，現(xiàn)有技術(shù)中，在框體外加設(shè)散 熱裝置，類似于水冷、氣冷散熱系統(tǒng)，通過循環(huán)水或循環(huán)氣吸熱，達(dá)到散熱。 但熱能亦是太陽能電池組件吸收太陽輻射能源的一部分，若能將該部分能源 取出并收集，加以利用，而非將其視為需消散的有害熱量，便能達(dá)到充分利 用能源的目的，且拓寬了太陽能電池組件的功能。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供一種取出太陽能電池組件內(nèi)熱量的方法，通過該方 法，可充分利用吸收的太陽輻射能源，同時(shí)可避免熱量對(duì)組件光電轉(zhuǎn)換效率 的影響，延長電池組件的使用壽命。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種太陽能電池組件的取 熱方法，通過在太陽能電池組件內(nèi)設(shè)置導(dǎo)熱層，利用導(dǎo)熱層傳導(dǎo)太陽光在電 池組件內(nèi)光電產(chǎn)生器上轉(zhuǎn)換成的熱能，經(jīng)與導(dǎo)熱層連接的導(dǎo)熱元件將導(dǎo)熱層 內(nèi)取得的熱能導(dǎo)入電池組件外設(shè)置的取熱管路內(nèi)，收集使用。上述技術(shù)方案中，所述太陽能電池組件一般包括框體以及設(shè)置于框體內(nèi) 的組件結(jié)構(gòu)，所述組件結(jié)構(gòu)通常包括透光基片、由透明密封件封裝的光電產(chǎn) 生器件及背封部件，該組件結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有技術(shù)，例如玻璃基片+EVA膠密封 件+電極片+PVF聚氟乙烯背封薄膜，依次疊加構(gòu)成組件結(jié)構(gòu)。所述導(dǎo)熱層被 設(shè)置于組件結(jié)構(gòu)內(nèi)，根據(jù)其布置的位置在密封件內(nèi)或密封件外，選擇絕緣材 料或是高導(dǎo)熱材料制成，通過導(dǎo)熱層將光電轉(zhuǎn)換過程中未吸收的熱能(太陽 光在光電產(chǎn)生器上轉(zhuǎn)換成的熱能)吸收傳導(dǎo)，并由與其連接的導(dǎo)熱元件導(dǎo)出 組件結(jié)構(gòu)，由外界取熱管路收集，提供給后續(xù)熱能設(shè)備使用；所述導(dǎo)熱元件 可以是具有高導(dǎo)熱能力的金屬類元件，或是導(dǎo)熱能力高于金屬類元件的熱 管；由于導(dǎo)熱層被直接設(shè)置于組件結(jié)構(gòu)內(nèi)，能夠最為直接地取得組件結(jié)構(gòu)內(nèi)的熱能，因此可有效且及時(shí)的吸收熱能，能源得到充分利用。上述技術(shù)方案中，所述導(dǎo)熱層貼覆于太陽能電池組件內(nèi)的光電產(chǎn)生器上 直接吸熱，該導(dǎo)熱層為絕緣導(dǎo)熱層，直接吸收光電產(chǎn)生器在光電轉(zhuǎn)換中生產(chǎn) 的熱量；所述絕緣導(dǎo)熱層為硅膠層，或是滲有納米氮化鋁粉體的絕緣復(fù)合材 料。納米氮化鋁粉體(無機(jī)陶瓷粉體)采用等離子弧氣相合成方法生產(chǎn)，平 均粒度小于50納米，熱導(dǎo)率高達(dá)320W/ (m.k),與銅差不多，同時(shí)又髙度 絕緣，電阻率在10的15次方以上，且可耐1400度髙溫。絕緣復(fù)合材料， 如納米氮化鋁粉體-塑料復(fù)合，納米氮化鋁粉體-橡膠復(fù)合，納米氮化鋁粉 體-涂料復(fù)合。另一種技術(shù)方案是，所述導(dǎo)熱層設(shè)置于太陽能電池組件中用于封裝光電 產(chǎn)生器的透明密封件和背封部件之間，該導(dǎo)熱層為具有髙導(dǎo)熱性的金屬材料 構(gòu)成。由于密封件為絕緣材料，導(dǎo)熱層不需要具有絕緣性，但又因?qū)釋游?與發(fā)熱源(光電產(chǎn)生器件)直接接觸，因而需要具有髙導(dǎo)熱性，金屬材料通 常具有髙導(dǎo)熱性，如金、銀、銅等材料。為實(shí)現(xiàn)上述方法，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是， 一種太陽能電池組件，包 括框體及安裝于框體內(nèi)的組件結(jié)構(gòu)，所述組件結(jié)構(gòu)包括透光基片、由透明密 封件封裝的光電產(chǎn)生器件及背封部件，還包括一取熱結(jié)構(gòu)，該取熱結(jié)構(gòu)包括 設(shè)置于所述光電產(chǎn)生器件與所述背封部件間的一導(dǎo)熱層，該導(dǎo)熱層外緣至少 一側(cè)向框體側(cè)延伸構(gòu)成的取熱連接件，以及與所述取熱連接件連接的熱管， 所述熱管的另一端延伸至所述框體的外側(cè)，與外界取熱管路相連接。上述技術(shù)方案中，導(dǎo)熱層經(jīng)熱管將組件結(jié)構(gòu)內(nèi)的熱能導(dǎo)出，并由熱管與 外界取熱管路連接的方式，將取得的熱能導(dǎo)出、收集，實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)出熱能的利 用。所述熱管是現(xiàn)有技術(shù)中的一種傳熱元件，充分利用了熱傳導(dǎo)原理與致冷 介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，透過熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外。熱 管利用蒸發(fā)制冷，使得熱管兩端溫差很大，使得熱量快速傳遞。熱管內(nèi)部是 被抽成負(fù)壓狀態(tài)，充入適當(dāng)?shù)囊后w，根據(jù)導(dǎo)熱層的取熱范圍(適用地區(qū)不同) 選擇不同沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)的填充介質(zhì)。管壁中有吸液芯，由毛細(xì)多孔材料構(gòu)成。 熱管一段為蒸發(fā)端，另一端為冷凝端，當(dāng)熱管一段受熱時(shí)，毛細(xì)管中的液體 迅速蒸發(fā)，蒸汽在微小的壓力差下流向另外一端，并且釋放出熱量，重新凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛吸力的作用流回蒸發(fā)段，如此循環(huán)，熱量 由熱管一端傳至另外一端，這種循環(huán)是快速進(jìn)行的，熱量可以被不斷傳導(dǎo)開 來。上述技術(shù)方案中，所述導(dǎo)熱層由絕緣導(dǎo)熱材料構(gòu)成，設(shè)置于近所述背封 部件側(cè)的所述透明密封件與所述光電產(chǎn)生器件之間。另一種技術(shù)方案是，所述導(dǎo)熱層由髙導(dǎo)熱材料構(gòu)成，設(shè)置于所述透明密 封件與所述背封部件之間。上述技術(shù)方案中，所述取熱連接件為一環(huán)件，該環(huán)件固套于所述熱管的 一端上，所述熱管的另一端延伸至所述框體外側(cè)，與所述取熱管路連接。 由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)1. 本發(fā)明通過在組件內(nèi)加設(shè)導(dǎo)熱層實(shí)現(xiàn)將組件內(nèi)的熱能取出，使得太陽 光照射在光電產(chǎn)生器件上而轉(zhuǎn)換成的熱能被收集起來，并通過導(dǎo)熱元件將其取 出使用，從而使能源得到充分利用；2. 熱能通過導(dǎo)熱層取出后，免去了散熱系統(tǒng)的安裝，為組件提供了良好 的作業(yè)溫度，確保組件光電轉(zhuǎn)換的能力不受影響，組件工作更為穩(wěn)定，延長使 用壽命；3. 由于導(dǎo)熱層設(shè)置于組件結(jié)構(gòu)內(nèi)，并以設(shè)于框體內(nèi)、與導(dǎo)熱層連接的熱 管將熱能導(dǎo)出框體，整個(gè)取熱結(jié)構(gòu)均在框體內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，對(duì)原電池組件外形 無影響，安裝方便。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A剖視放大圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例二的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、框體；2、透光基片；3、透明密封件；4、光電產(chǎn)生器件；5、 背封部件；6、導(dǎo)熱層；7、取熱連接件；8、熱管；9、取熱管路；10、組件結(jié) 構(gòu)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例一 一種太陽能電池組件的取熱方法，通過在太陽能電池組件內(nèi) 設(shè)置絕緣導(dǎo)熱層，利用導(dǎo)熱層傳導(dǎo)太陽光在電池組件內(nèi)光電產(chǎn)生器上轉(zhuǎn)換成 的熱能，經(jīng)與導(dǎo)熱層連接的導(dǎo)熱元件將導(dǎo)熱層內(nèi)取得的熱能導(dǎo)入電池組件外 設(shè)置的取熱管路內(nèi)，收集使用。具體實(shí)現(xiàn)上述方法的結(jié)構(gòu)是參見圖1至圖2所示， 一種太陽能電池組 件，包括框體l及安裝于框體1內(nèi)的組件結(jié)構(gòu)10、取熱結(jié)構(gòu)，所述組件結(jié)構(gòu) 包括透光基片2、由透明密封件3封裝的光電產(chǎn)生器件4及背封部件5，所 述取熱結(jié)構(gòu)包括設(shè)置于所述光電產(chǎn)生器件4與所述背封部件5間的一導(dǎo)熱層 6，該導(dǎo)熱層6外緣的左、右兩側(cè)向框體1側(cè)延伸構(gòu)成的取熱連接件7，以及 與所述取熱連接件7連接的熱管8蒸發(fā)端，所述熱管8的冷凝端延伸至所述 框體的外側(cè)，與外界取熱管路9相連接。本實(shí)施例中，所述導(dǎo)熱層由絕緣導(dǎo)熱材料硅膠構(gòu)成(也可以是滲有納米 氮化鋁粉體的絕緣復(fù)合材料，如納米氮化鋁粉體-橡膠復(fù)合)，設(shè)置于近所述 背封部件側(cè)的所述密封件與所述光電產(chǎn)生器件之間。如圖2所示，所述組件 結(jié)構(gòu)10的層次結(jié)構(gòu)為玻璃基板(透光基片2)、EVA膠層(透明密封件3)、 電極(光電產(chǎn)生器件4)、硅膠導(dǎo)熱層(導(dǎo)熱層6)、 EVA膠層(透明密封件 3)以及PVF聚氟乙烯背封薄膜(背封部件5)，硅膠導(dǎo)熱層左、右兩側(cè)分別 向外延伸構(gòu)成環(huán)件，固套于所述熱管8的蒸發(fā)端，熱管的冷凝端延伸至所述 框體1外側(cè)，與所述取熱管路9連接，將導(dǎo)出熱能收集并加以利用。熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成，熱管內(nèi)部是被抽成負(fù)壓狀態(tài)，充入適 當(dāng)?shù)墓ぷ饕后w(根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁氐牟煌?，?dǎo)熱層取熱范圍的不同，選擇具有適 當(dāng)沸點(diǎn)的工作液體，以滿足傳遞熱能的需要)，如工作液體為水時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn) 大氣壓下，其沸點(diǎn)為100C達(dá)到該溫度后液體氣化，低于該溫度后又恢復(fù)成液態(tài)，若氣溫較低的地區(qū)，熱量達(dá)不到ioox:時(shí)，可選用沸點(diǎn)較低的液體，如丙銅(沸點(diǎn)在56.12C左右)等，反之氣溫偏髙的地區(qū)，就可選用沸點(diǎn)較 高的液體，如醋酸丁酯，相對(duì)密度在(20T / 4")0.8825時(shí)，其沸點(diǎn)為126.11 C。如此，熱管的一端為蒸發(fā)段(與導(dǎo)熱層連接端)，另一端為冷凝段(與 取熱管路連接端),當(dāng)熱管的一端受熱時(shí)毛細(xì)芯中的液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛吸力 的作用流回蒸發(fā)段，如此循環(huán)，熱量由導(dǎo)熱層一端傳至另一端的取熱管路中 去，從而將組件內(nèi)熱能取出收集起來，加以利用。實(shí)施例二本實(shí)施例中取熱方法與實(shí)施例一相類似，其不同點(diǎn)在于所 述導(dǎo)熱層由具有髙導(dǎo)熱性能的金屬材料制成，具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)為參見圖3所 示， 一種太陽能電池組件，包括框體1及安裝于框體1內(nèi)的組件結(jié)構(gòu)、取熱 結(jié)構(gòu)，所述組件結(jié)構(gòu)包括透光基片2、由透明密封件3封裝的光電產(chǎn)生器件 4及背封部件5,所述取熱結(jié)構(gòu)包括設(shè)置于所述光電產(chǎn)生器件4與所述背封 部件5間的一導(dǎo)熱層6，該導(dǎo)熱層6外緣的左、右兩側(cè)向框體l側(cè)延伸構(gòu)成 的取熱連接件，以及與所述取熱連接件連接的熱管8蒸發(fā)端，所述熱管的冷 凝端延伸至所述框體1的外側(cè)，與外界取熱管路相連接。本實(shí)施例中，所述導(dǎo)熱層由髙導(dǎo)熱金屬材料構(gòu)成，由于金屬材料的導(dǎo)電 性，故設(shè)置于所述密封件之外，與所述背封部件之間，利用密封件作為導(dǎo)熱 層與光電產(chǎn)生器件的絕緣層。參見圖3所示，所述組件結(jié)構(gòu)的層次結(jié)構(gòu)為 玻璃基板(透光基片2)、樹脂層(透明密封件3)、硅電極(光電產(chǎn)生器件4)、 樹脂層(透明密封件3)、銅導(dǎo)熱層(導(dǎo)熱層6)以及玻璃墻板(背封部件5)， 銅導(dǎo)熱層左、右兩側(cè)分別向外延伸構(gòu)成連接環(huán)件，固套于所述熱管的蒸發(fā)端， 熱管的冷凝端延伸至所述框體外側(cè)，與所述取熱管路連接，將導(dǎo)出熱能收集 并加以利用。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池組件的取熱方法，其特征在于通過在太陽能電池組件內(nèi)設(shè)置導(dǎo)熱層，利用導(dǎo)熱層傳導(dǎo)太陽光在電池組件內(nèi)光電產(chǎn)生器上轉(zhuǎn)換成的熱能，經(jīng)與導(dǎo)熱層連接的導(dǎo)熱元件將導(dǎo)熱層內(nèi)取得的熱能導(dǎo)入電池組件外設(shè)置的取熱管路內(nèi)，收集使用。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件的取熱方法，其特征在于所 述導(dǎo)熱層貼覆于太陽能電池組件內(nèi)的光電產(chǎn)生器上直接吸熱，該導(dǎo)熱層為絕緣 導(dǎo)熱層，直接吸收光電產(chǎn)生器在光電轉(zhuǎn)換中生產(chǎn)的熱量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池組件的取熱方法，其特征在于所 述絕緣導(dǎo)熱層為硅膠層，或是滲有納米氮化鋁粉體的絕緣復(fù)合材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件的取熱方法，其特征在于所 述導(dǎo)熱層設(shè)置于太陽能電池組件中用于封裝光電產(chǎn)生器的透明密封件和背封 部件之間，該導(dǎo)熱層為具有高導(dǎo)熱性的金屬材料構(gòu)成。
5. —種太陽能電池組件，包括框體(l)及安裝于框體(l)內(nèi)的組件結(jié)構(gòu)鵬， 所述組件結(jié)構(gòu)包括透光基片(2)、由透明密封件(3)封裝的光電產(chǎn)生器件(4)及背封 部件(S),其特征在于還包括一取熱結(jié)構(gòu)，該取熱結(jié)構(gòu)包括設(shè)置于所述光電產(chǎn) 生器件(4)與所述背封部件(5)間的一導(dǎo)熱層(6),該導(dǎo)熱層(6)外緣至少一側(cè)向框體 (D側(cè)延伸構(gòu)成的取熱連接件(7)，以及與所述取熱連接件(7)連接的熱管(8),所述 熱管(8)的另一端延伸至所述框體(1)的外側(cè)，與外界取熱管路(9)相連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能電池組件，其特征在于所述導(dǎo)熱層 (6)由絕緣導(dǎo)熱材料構(gòu)成，設(shè)置于近所述背封部件(5)側(cè)的所述透明密封件(3)與 所述光電產(chǎn)生器件(4)之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能電池組件，其特征在于所述導(dǎo)熱層 由高導(dǎo)熱材料構(gòu)成，設(shè)置于所述透明密封件與所述背封部件之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能電池組件，其特征在于所述取熱連 接件(7)為一環(huán)件，該環(huán)件固套于所述熱管(8)的一端上，所述熱管(8)的另一端 延伸至所述框體(l)外側(cè)，與所述取熱管路(9)連接。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種太陽能電池組件的取熱方法，其特征在于通過在太陽能電池組件內(nèi)設(shè)置導(dǎo)熱層，利用導(dǎo)熱層傳導(dǎo)太陽光在電池組件內(nèi)光電產(chǎn)生器上轉(zhuǎn)換成的熱能，經(jīng)與導(dǎo)熱層連接的導(dǎo)熱元件將導(dǎo)熱層內(nèi)取得的熱能導(dǎo)入電池組件外設(shè)置的取熱管路內(nèi)，收集使用。實(shí)現(xiàn)本方法的電池組件包括框體及安裝于框體內(nèi)的組件結(jié)構(gòu)，所述組件結(jié)構(gòu)包括透光基片、由透明密封件封裝的光電產(chǎn)生器件及背封部件、取熱結(jié)構(gòu)，該取熱結(jié)構(gòu)包括一導(dǎo)熱層，該導(dǎo)熱層外緣至少一側(cè)向框體側(cè)延伸構(gòu)成的取熱連接件，以及與所述取熱連接件連接的熱管，所述熱管的另一端延伸至所述框體的外側(cè)，與外界取熱管路相連接。本發(fā)明通過組件內(nèi)的導(dǎo)熱層將熱能導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)對(duì)組件內(nèi)熱能的收集利用。
文檔編號(hào)H01L31/058GK101252153SQ200810020370
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月4日
發(fā)明者閆廣川 申請(qǐng)人:阿特斯光伏電子(常熟)有限公司