一种带有边缘保护的光伏组件及其制造方法与流程

本发明涉及一种带有边缘保护的光伏组件及其制造方法。

背景技术：

1、具有边缘保护功能的光伏组件，特别是无框光伏组件，已被业界广泛知悉。

2、de 10 2008 013 523 b4展示了一种太阳能组件，由前后封装玻璃、密封元件和聚光太阳能电池元件组成，密封元件由丁基橡胶制成并沿侧向环绕，聚光太阳能电池元件位于前后封装玻璃之间。密封元件呈u型包围前后玻璃，或与粘合层一起设置在前后玻璃之间，将前后玻璃固定在一起。然而，要将密封元件固定到位需要额外的力——要么使用大量粘合剂，要么使用形状复杂的夹紧元件。这种多组分密封元件使制造过程更加复杂。

3、wo 2011/041806a1公开了一种制造具有第一和第二玻璃衬底的元件(例如太阳能组件)的方法。在第一和第二玻璃衬底之间可以包括至少一个太阳能电池或一个太阳能集热器，其中太阳能电池可以是晶片或薄膜箔。在真空室中将第一玻璃衬底和第二玻璃衬底层压在一起之前，先沿着第一玻璃衬底的周向涂上丁基橡胶等线状防扩散材料。这种施加的橡胶材料不能保护玻璃边缘免受机械冲击。

4、jph 1168136 a公开了一种太阳能组件，由透明保护板、光电转换层和背盖材料(例如单面或双面涂有pet或pvf的金属箔)组成，并带有密封框架部件。密封件是通过使用双组分聚氨酯树脂在双组分成型模具中成型而制成的。密封件在一定程度上包围了太阳能组件的上下表面，因此限制了太阳能组件的有效面积。

5、us2011 303 287a1公开了一种太阳能电池组件的封边方法。太阳能电池模块包括上玻璃和下玻璃，其中太阳能电池直接形成在其中一个玻璃上，并用eva封装在上玻璃和下玻璃之间。在上下玻璃的周向边缘间隙中，填充了经过加热处理的玻璃材料，以实现与上下玻璃的一体化密封。玻璃边缘缺乏能抵御机械冲击的防护措施。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具有边缘保护功能的光伏组件的成型方法，其中边缘保护功能提升了光伏组件的防潮性能、边缘绝缘能力，并能保护组件边缘免受机械冲击。

2、根据本发明，制造具有边缘保护的光伏组件的方法至少包括以下步骤：a)提供包括薄膜太阳能组件的透明模块衬底，所述薄膜太阳能组件设于透明模块衬底的第一表面上；b)在所述薄膜太阳能组件上施加至少两个侧母线；c)在所述薄膜太阳能组件上放置第一封装箔；d)在所述第一封装箔上放置透明后衬底；e)在所述透明模块衬底的第二表面上放置第二封装箔；f)在所述第二封装箔上放置透明前衬底；g)层压通过执行步骤a)至f)形成的衬底叠层；h)将压力模具放置在所述衬底叠层的边缘；i)向所述压力模具中注入边缘保护材料；j)沿所述衬底叠层的边缘移动所述压力模具以形成周边缘保护。

3、有利的是，通过这种方法能够高效且经济地制造具有边缘保护的光伏组件，同时还能更好地保护衬底边缘，防止机械损伤和湿气渗透，并提高组件边缘的电气隔离性能。此外，通过这种方法还能制造出边缘保护性能更好的无框光伏组件，适用于建造集成光伏。由于有了成型的边缘保护，因此不需要额外的边缘保护框来防止机械冲击和湿气。

4、薄膜太阳能组件由现有技术中已知的多个功能层组成，至少包括前接触层、吸收层和后接触层。太阳能组件还可包括中间层，例如在前接触层和吸收层之间，或在吸收层和后接触层之间。显然，“层”还包括叠层，例如前接触层、后接触层或吸收层叠层。薄膜太阳能组件直接设置在透明模块衬底上，例如通过将薄膜太阳能组件的功能层沉积到透明模块衬底的第一表面上。

5、通常情况下，透明组件衬底的第一表面是指在使用光伏组件时，透明组件衬底背向太阳的表面。在这种情况下，透明组件衬底的第二表面是指在使用光伏组件时，透明组件衬底朝向太阳的表面，即所谓的薄膜太阳能组件的向阳面。不过，反之亦然。

6、根据本发明，衬底叠层包括透明模块衬底和在透明模块衬底的第一表面上的薄膜太阳能组件、施加在薄膜太阳能组件上的至少两个侧母线、透明后衬底、透明前衬底以及第一和第二封装箔，其中第一封装箔设置在透明模块衬底和透明后衬底之间的薄膜太阳能模块上，第二封装箔布置在透明模块衬底和透明前衬底之间。

7、在一些实施例中，该方法还包括以下步骤：在步骤e)之前翻转顶部放置有第一封装箔和透明后衬底的透明模块衬底。翻转是指将带有第一封装箔和透明后衬底的透明模块衬底相对于在平行于第一表面的平面上延伸的轴线翻转180°。透明模块衬底的第二表面现在朝上。

8、封装箔是适用于封装光伏组件的任何已知箔片，例如，封装箔可从pvb、eva、poe、tpu、tpt、tpe、pet、填充了baso4的pet、pap、有机硅、离子聚合物、uv固化树脂和pu混合材料以及该领域专家已知的其他材料中选择。

9、在优选的实施方案中，在步骤b)之前，先进行步骤k)周向隔离切割。

10、如果功能层的质量在透明模块衬底的周边缘变差，这样做更有利。

11、根据本发明，周向隔离切口是指去除了薄膜太阳能组件的所有功能层的切口或凹槽，其中隔离切口沿着透明模块衬底的边缘并保持一定的距离。也就是说，凹槽两侧的层或部分之间不存在直接或间接的电气连接。因此，凹槽穿透薄膜太阳能组件的所有功能层，一直延伸到透明模块衬底的第一表面，甚至延伸到透明模块衬底内。

12、周向隔离切口将透明模块衬底的边缘与薄膜太阳能组件的功能层进行电隔离，并指定薄膜太阳能组件的有效区域。这样做的好处是不再需要边缘剥离过程。进一步地，隔离切割可以在非常靠近透明模块衬底的周边缘进行，可使得薄膜太阳能组件的有效面积最大化。例如，可以通过激光工艺进行周向隔离切割。

13、在一些实施例中，周向隔离切割的宽度为10μm～500μm，优选是40μm～100μm。

14、在优选的实施方案中，a)、d)和f)步骤中的每个步骤都提供玻璃衬底，即作为透明模块衬底、透明后衬底和透明前衬底。

15、其优势在于可以制造出三玻璃光伏组件。此外，这种三玻璃光伏组件在机械稳定性和化学耐久性方面也更具有优势。

16、玻璃衬底可以是任何已知的适合作为透明模块衬底的玻璃，分别作为透明后衬底或前衬底。透明后衬底和前衬底可作为封装材料，用于封装设置在透明模块衬底上的薄膜太阳能组件。透明模块衬底作为薄膜太阳能组件的衬底材料。

17、进一步地，在一些实施例中，玻璃衬底具有已知的厚度，例如在1mm至10mm的范围内。

18、在其他优选实施例中，周向隔离切口的设置方式为：隔离切口与透明模块衬底的周向边缘的距离在200μm至10mm的范围内。

19、这样做的好处是，在给定透明模块衬底平面尺寸的情况下，薄膜太阳能组件的有效面积会增加，因为无需像现有技术一样沿着透明模块衬底的周向边缘留出10mm至15mm宽的边缘删除区，即可以实现薄膜太阳能组件与外部的隔离，同时，现有的丁基胶条可以直接粘合于透明模块衬底上进行密封。因此，与制造带边缘保护的光伏组件的现有技术相比，本发明的方法更节省时间和成本。

20、在优选的实施方案中，在步骤b)中，至少两根侧母线被施加的方式为分别与透明模块衬底的周边缘保持0毫米(零毫米)至10毫米的距离。

21、侧母线是已知的并且通常施加于薄膜太阳能组件的第一个和最后一个电池，在薄膜太阳能组件中，各个串联连接的电池沿着透明模块衬底的第一平面内方向紧密相邻地排列。根据本发明，侧母线是由导电材料组成的导电线或带，用于收集和传导薄膜太阳能组件内产生的电荷载流子。侧母线与透明模块衬底的周边缘之间的距离是指侧母线在透明模块衬底的周边缘方向的边缘与透明模块衬底的周边缘之间的距离。

22、在一些实施例中，施加所述至少两个侧母线使得它们沿着透明模块衬底的两个平行相对边缘布置。在另一些实施例中，至少两个侧母线分别进一步被设置在透明模块衬底中心方向的隔离切口旁。靠近隔离切口意味着在非常接近隔离切口的位置，从而使得每个侧母线可以直接在隔离切口的旁边进行施加操作。

23、在更进一步的实施方案中，所述至少两条侧母线以压敏胶带(称为psa胶带)的形式粘贴，其中psa胶带的施加方法是从卷筒上展开，然后放在薄膜太阳能组件上，再用压力辊压紧。在某些实施例中，每条侧母线的宽度为3.5毫米至6毫米，其中侧母线的宽度是侧母线两个平面尺寸中较短的尺寸，即母线的短边。

24、有利地，由于与现有技术中去掉边缘区域相比，通过隔离切口增加了薄膜太阳能组件的有效面积，侧母线相较于现有技术也更长，因此可以收集到更多薄膜太阳能组件产生的电力。

25、优选地，在一些实施例中，在步骤c)和步骤e)中，第一封装箔和第二封装箔的平面尺寸分别小于透明模块衬底的平面尺寸，从而在透明模块衬底的周边缘和封装箔之间形成7毫米到10毫米的距离。

26、有利地，在步骤h)中的层压后，衬底周边边缘和封装箔周边边缘之间形成了2毫米到5毫米的封装箔进料区。在一些实施例中，层压后封装箔在每个平面方向上最多可延伸4毫米。

27、在一些实施例中，第一和第二封装箔具有相同的平面尺寸。进一步地，在一些实施例中，封装箔的平面尺寸较小，在透明模块衬底的周边边缘与封装箔之间形成8毫米至10毫米的恒定距离。

28、进一步地，在一些实施例中，封装箔的厚度是已知的，例如在0.3毫米到1.8毫米的范围内。

29、在一些实施例中，第二封装箔与第一封装箔同向放置。

30、进一步地，在一些实施例中，第一封装箔被放置成使得至少两个侧母线各自的宽度都至少被第一封装箔部分地覆盖。

31、优选地，在一些实施例中，在步骤d)和步骤f)中，透明后衬底和前衬底的平面尺寸分别大于透明模块衬底的平面尺寸，因此在沿着透明模块衬底周边缘的2mm至5mm范围内，形成后衬底悬垂和前衬底悬垂。

32、有利地，通过形成的封装箔进给区和前后衬底悬垂部分，共同构成了一个填充空间，这个空间被步骤j)中的边缘保护块填充，从而形成了边缘保护。这样形成的边缘保护能更好地防止湿气渗入封装箔上的薄膜太阳能组件，还能保护衬底边缘免受机械冲击，并且能将薄膜组件边缘与外部进行电气隔离。此外，有利地，省略了在透明模块衬底的周边缘上，沿着衬底周边缘的边缘删除区宽度施加丁基橡胶条的工艺。此外，由于透明后衬底和前衬底分别悬空，使得包括薄膜太阳能组件的透明模块衬底可免受机械冲击。

33、在一些实施例中，透明后衬底和前衬底具有相同的平面尺寸。进一步地，在一些实施例中，透明前衬底和透明后衬底由于具备较大的平面尺寸，沿着透明模块衬底的周边缘会形成2毫米至5毫米范围内的恒定的前后衬底悬垂。

34、在一些实施例中，透明前衬底与透明后衬底同向放置。

35、在一些优选实施例中，在步骤g)之前，应先将气体从衬底叠层中排出。

36、在一些实施例中，在将气体从衬底叠层排除之前，会在第二翻转步骤中将衬底叠层翻转180°。现在，将衬底叠层放置成使薄膜太阳能电池组件的向阳面朝下。

37、在其他优选实施例中，通过对衬底叠层施加真空或在两个辊子之间挤压衬底叠层来排出气体。

38、特别是在利用两个辊子之间对衬底叠层进行挤压以去除气体的过程中，由于本发明的方法没有在透明模块衬底和透明后衬底之间使用丁基胶条，使得气体很容易被排出。因此，有利地，在步骤g)的层压过程中，不会因残留气体而产生气泡。

39、在一些优选实施例中，步骤g)中的层压是以真空热板层压或高压釜层压工艺进行的。

40、真空热板层压和高压釜层压工艺在现有技术中已被熟知。

41、有利地，由于透明模块衬底和透明后衬底之间没有使用丁基胶条，而且封装箔的平面尺寸较小，因此不会对热板和高压釜造成污染。

42、在一些优选实施例中，在步骤h)中，放置在衬底叠层边缘上的压力模具被设计成形成具有弯曲外形的填充空间，这个空间从衬底叠层的上表面一直延伸到下表面。

43、有利地，填充空间在步骤j)中填充有边缘保护材料以形成边缘保护。

44、为此，压力模具需要具有与填充空间外部形状相对应的内部形状。

45、通过将压力模具放置在衬底叠层的边缘上而产生的填充空间具有从衬底叠层的上表面延伸到下表面的弯曲外形，以及由透明模块衬底、透明前后衬底和所形成的透明前后衬底悬垂及封装箔进料区的边缘轮廓所限定的内部形状。

46、弯曲外形是指通过曲线连接衬底叠层的上表面边缘到下表面边缘所形成的形状。在一些实施例中，曲线是圆弧，其圆心位于衬底叠层内部或衬底叠层相对边缘的外部位置。圆的半径可在7毫米到30毫米的范围。

47、曲线也可以指其曲率沿着线的长度至少改变一次的线。有利地，边缘保护部分的弯曲外形可以是多样的。例如，曲线可以是椭圆的一段。在某些实施方案中，弧线可由若干线段组成，其中这些线段可以是连接在一起形成曲线的直线段。其他实施例中，曲线可包括至少两个凸段和一个连接凸段的凹段，其中凸段分别设置为邻近衬底叠层的上表面或下表面。在其他实施例中，曲线可包括多个不同的凸段，其中至少两个段的半径不同。“凸”是指在每种情况下，该段中间位置都比其两个端点距离衬底叠层边缘更远。

48、此外，有利地，在不同光伏组件的排列中，每个组件的边缘保护部分均采用了这样的弯曲外形设计，并且相邻光伏组件的边缘保护部分的弯曲外形相互匹配。相互匹配是指第一光伏组件的边缘保护部分所呈现的弯曲外形与至少一个第二光伏组件的弯曲外形相对应。这意味着曲线的曲率彼此相反。有力地，这样会形成一种榫槽连接。此外，两个相邻光伏组件的边缘保护的外形可以设计成，当这些光伏模块相互靠近时，会形成用于排水(滴水槽)或用于电线或其他设备的通道或腔体，这是由弯曲外形的特殊互连所产生的附加功能。

49、在一些实施例中，曲线将衬底叠层的上表面边缘与下表面边缘连接起来，从而使得填充空间和边缘保护能够从透明前衬底和后衬底的边缘轮廓的任何一点开始，沿着衬底叠层的内部向外部延伸至少1毫米。有利地，这能形成边缘保护防撞区。

50、所述衬底叠层的上表面和下表面是衬底叠层上彼此相对并在光伏组件使用时朝向外部的表面，其中一个表面朝向太阳，另一表面朝向光伏组件的安装区域。所述衬底叠层的上表面可以是透明后衬底朝外的表面，所述衬底叠层的下表面可以是透明前衬底朝外的表面。

51、填充空间的外部形状与边缘保护部分的外部形状相匹配，指的是填充空间和边缘保护朝外的形状。

52、填充空间的内部形状与边缘保护部分的内部形状相匹配，指的是填充空间和边缘保护朝向光伏组件中心的形状。

53、在一些实施例中，填充空间和边缘保护的横截面分别包括弯曲外形和特定的内部形状。所述特定的内部形状是由一条线形成的，该线从衬底叠层的上表面边缘开始，沿着透明后衬底的边缘轮廓延伸，并继续在透明后衬底的悬垂部分和第一封装箔的封装进料区上，沿着透明后衬底的表面延伸。所述线进一步沿着透明模块衬底的第一表面沿第一封装箔的厚度和第一封装箔的进给部分延伸，并进一步沿着透明模块衬底的边缘轮廓延伸，并沿着透明模块衬底的第二表面在第二封装箔的封装箔进料区延伸。所述线进一步沿着第二封装箔的厚度延伸，并沿着透明前衬底的表面在第二封装箔的封装箔进料区延伸，并沿着透明前衬底的边缘轮廓延伸，最终在衬底叠层的下表面的边缘处结束。

54、边缘轮廓是指透明模块衬底以及透明前后衬底周边边缘的具体形状。边缘轮廓可以是任何已知的轮廓，例如圆形边缘轮廓、直线轮廓或倒角轮廓。

55、本发明进一步包括一种适用于放置在基材叠层上的压力模具，所述压力模具包括能创建填充空间的内部形状。所述压力模具的内部形状包括由曲线形成的弯曲内部形状，曲线的曲率可沿着曲线的长度方向至少改变一次。

56、优选地，在一些实施例中，在步骤i)中，将加热后的边缘保护材料注入压力模具中，加热后的边缘保护材料选自丁基材料、聚烯烃、硅橡胶、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丁烯共聚物、聚氨酯、乙烯-丙烯酸酯-共聚物、乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐三元共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯-马来酸酐三元共聚物。

57、有利地，边缘保护材料可提供边缘保护，防止机械冲击，使薄膜太阳能电池组件边缘与外部电气隔离，并在边缘保护材料冷却和固化时防止湿气渗入薄膜太阳能电池组件。

58、在一些实施例中，边缘保护材料加热到150℃至230℃。

59、已知的乙烯-丙烯酸酯-共聚物例如有乙烯-丙烯酸乙烯酯(eea)、乙烯-丙烯酸丁酯(eba)、乙烯-丙烯酸正丁酯(enba)、乙烯丙烯酸(eaa)等。

60、已知的聚烯烃有低密度聚乙烯(ldpe)和高密度聚乙烯(hdpe)等。

61、进一步地，在一些的实施例中，边缘保护材料可以是本领域技术人员已知的任何热熔或热固性聚合物，这种聚合物具备有效的防潮性、电绝缘性和可变形性，从而形成边缘保护部分。

62、进一步地，在一些实施例中，边缘保护材料根据ul 94标准达到了hb阻燃等级，和/或根据astm f1249标准，其1.52mm薄膜在38℃、100％rh条件下的水蒸气透过率(wvtr)至少为0.3克/平方米/天，和/或根据iec 62788-1-2标准，其体积电阻率为1014ohm·cm，和/或根据ul 746c astm g155循环1标准，在1000小时紫外线暴露测试后，其粘合性和电气性能的初始值保持率大于70％，和/或根据ul 746b 105℃标准，其耐热性(rti、rte)经过规定的热暴露后，初始值保持率大于50％。

63、边缘保护部分通过同时执行步骤i)和j)形成。

64、进一步地，本发明还包括根据本发明的制造带有边缘保护的光伏组件的方法的用途。

65、在一些实施例中，本发明的方法可制造适用于建造一体化的无框三玻璃光伏组件。

66、本发明进一步包括一种光伏组件，所述光伏组件至少包括：透明模块衬底，所述透明模块衬底的第一表面上设有薄膜太阳能组件；透明后衬底，所述透明后衬底设置在所述薄膜太阳能组件上；透明前衬底，所述透明前衬底设置在所述透明模块衬底的第二表面上；至少两根侧母线和边缘保护部分。所述透明模块衬底、所述透明后衬底和所述透明前衬底形成衬底叠层，且至少两根所述侧母线布置在所述薄膜太阳能组件上。进一步地，所述透明后衬底通过封装箔层压在所述薄膜太阳能组件上，所述透明前衬底通过封装箔层压在所述透明模块衬底的第二表面上。此外，第一和第二封装箔的平面尺寸均小于所述透明模块衬底的平面尺寸，从而在层压的衬底叠层中的所述透明模块衬底的周边边缘和所述封装箔的周边边缘之间，形成2毫米至5毫米的封装箔进料区。所述透明后衬底和所述透明前衬底的平面尺寸分别大于所述透明模块衬底的面内尺寸，从而沿着所述透明模块衬底周边缘的2mm至5mm范围内，所述透明后衬底和所述透明前衬底呈悬空状态。此外，边缘保护部分的边缘保护材料选自丁基材料、聚烯烃、硅橡胶、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丁烯共聚物、聚氨酯、乙烯-丙烯酸酯-共聚物、乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐三元共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯-马来酸酐三元共聚物，并且边缘保护区域的外形呈从衬底叠层上表面延伸至下表面的弯曲状。

67、有利地，这种包括边缘保护的无框架光伏组件可更好地防止机械冲击和湿气渗入，并改进电气隔离。

68、在一些实施例中，边缘保护部分包括三个区域：防止湿气渗入薄膜太阳能组件的防潮区、将薄膜太阳能组件边缘与外部进行电气隔离的隔离区，以及保护薄膜太阳能组件边缘免受机械冲击的防撞区。因此，防潮区需完全沿着边缘保护的横截面厚度延伸，即从边缘保护的外边缘延伸到封装箔的边缘。隔离区沿着边缘保护的横截面厚度从透明模块衬底的边缘延伸到透明前衬底和后衬底的边缘并且对应于透明前衬底和后衬底悬垂部分。防撞区沿着边缘保护的横截面厚度延伸，并由透明前后衬底边缘和边缘保护的外形界定。有利地，当碰撞区受到压缩，从而可能失去其电绝缘功能时，隔离区仍能确保电气绝缘。

69、边缘保护的横截面厚度指的是边缘保护从光伏组件中心向外延伸的最长距离，该距离由封装箔进料区和边缘保护的外形界定。

70、在一些实施例中，周边缘保护部分包括沿周边缘保护的整个长度方向的恒定外形。进一步地，在一些实施例中，周边缘保护部分包括沿周边缘保护长度方向的不同外形。进一步地，在一些实施例中，周边缘保护部分包括边缘保护外部形状内的多个凹槽，所述凹槽可以垂直于所述透明模块衬底的平面方向。有利地，所述凹槽可用作水道，或可在所述凹槽内布置水道，以确保在安装和使用光伏组件时能排水。此外，在安装和使用光伏组件时，所述凹槽还可用于容纳电缆或其他装置。

71、在一些优选实施例中，所述透明模块衬底、所述透明后衬底和所述透明前衬底都是玻璃衬底。

72、有利地，所述光伏组件是三玻璃光电组件。此外，有利地，所述光伏组件是适用于建造一体化的无框光伏组件。

73、在一些实施例中，本发明的光伏组件可用于建造一体化光伏组件。

74、在一些优选实施例中，根据iec 60243-1标准，周边缘保护部分的直流介电强度至少为10kv/mm。

75、结合所描述的实施例和权利要求中所述的技术特征，有利于实现本发明。然而，在以上说明书中所述的本发明的实施方案是借助于说明给出的示例，且本发明绝不限于此。任何修改、变型和等同布置应被视为包含在本发明的范围内。

76、本说明书包含附图以提供对本发明的实施方案的进一步理解，附图并入本说明书中且构成本说明书的一部分。附图示出了本发明的实施方案，并结合说明书一起用以解释原理。通过参考以下详细描述可以更好地理解本发明的其他实施例和诸多预期优点。附图上的要素不一定是按比例绘制的。相似的附图标号标识对应的类似部分。