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TWI429091B - 太陽能板模組之背板結構及其製法 - Google Patents

太陽能板模組之背板結構及其製法 Download PDF

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Description

太陽能板模組之背板結構及其製法
本發明係有關於一種太陽能板模組之封裝技術，特別是一種太陽能板模組之背板結構及其製法。
隨著節能簡碳意識提高與綠色能源需求增加，太陽能發電成為重要的替代性能源之一。一般太陽能板模組通常設置於戶外，戶外環境之水氣、高溫等因素會不利於太陽模組，因此太陽能板模組之構成、材質構造等方面被要求充分的耐久性、耐候性，特別是要求背板具有耐候性且水蒸氣穿透率小。因為當封裝材因水分穿透而剝離或變色造成線路腐蝕時，會對模組之輸出電力本身造成影響。
接續上述說明，如圖1所示，於一般太陽能板模組之結構中，封入該封裝中之組件稱為太陽電池模組100，太陽電池模組100之上下層以由熱塑性塑膠110(如乙烯-乙酸乙烯酯共聚合樹脂，EVA)所組成之封裝材來封裝填補太陽電池模組100間隙。太陽電池模組100接受太陽光照射之面一般係經玻璃120覆蓋。另外，太陽電池模組100內面則由具耐熱、耐候性塑膠材料等之薄片所構成之背板130保護。背板之製作多為塗佈貼合製程，且需要多日於熟成室進行熟成，因此背板製品熟成後展開會呈現翹曲狀態。
一般太陽能板模組之封裝多採用疊壓製程(lamination process)，溫度約150℃上下，常因各膜材與太陽電池模組層疊時需多道置放工序或膜材間翹曲程度不同，進而影響疊合良率。
為了解決上述問題，本發明目的之一係提供一種太陽能板模組之背板結構及其製法，藉由熱融押出(extrusion)方式將密封材料層與電絕緣層整合為一複合式背板，無需額外塗料貼合並省略熟成步驟且製品之翹曲值低。
本發明目的之一係提供一種太陽能板模組之背板結構及其製法，其結構平整可減少因高低差導致破片之機率，且具有低收縮率亦可減少破片機率與太陽電池模組線路不良之機率。
本發明目的之一係提供一種太陽能板模組之背板結構及其製法，可減少封裝疊合時空氣層的產生，故可具有較快的抽氣排泡速率與較佳的層接著力。
本發明一實施例之一種太陽能板模組之背板結構，係包括：一電絕緣層；以及一密封材料層，係利用一熱融押出(extrusion)方式直接成形於電絕緣層上且密封材料層之上表面係具有一表面壓花結構。
本發明一實施例之一種太陽能板模組之背板結構的製法，係包括下列步驟：提供一電絕緣層；以及利用一熱融押出(extrusion)方式將一密封材料層直接成形於電絕緣層上且密封材料層之上表面係具有一表面壓花結構。
以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
其詳細說明如下，所述較佳實施例僅做一說明非用以限定本發明。圖2為本發明一實施例之太陽能板模組之背板結構的示意圖。於本實施例中，太陽能板模組之背板結構包括：一電絕緣層200；以及一密封材料層300。密封材料層300係利用一熱融押出(extrusion)方式直接成形於電絕緣層200上。且密封材料層300之上表面係具有一表面壓花結構。
接續上述說明，其中密封材料層300之材質為交聯型封裝材料，例如於一實施例中，可為乙烯-醋酸乙烯酯共聚合物(ethylene-vinyl acetate copolymer，EVA)。另外，密封材料層300之材質亦可為聚乙烯丁醛樹脂(Polyvinyl Butyral，PVB)。
請參照圖3A，密封材料層300可為一多層疊置結構，如兩層，係由共押成型所組成。具有表面壓花結構之一第一密封材料層310之材質係選自乙烯-醋酸乙烯酯共聚合物(ethylene-vinyl acetate copolymer，EVA)或聚乙烯丁醛樹脂(Polyvinyl Butyral，PVB)。疊置於第一密封材料層310下的一第二密封材料層320之材質係選自乙烯-醋酸乙烯酯共聚合物(EVA)、聚乙烯丁醛樹脂(PVB)、乙烯基聚合物(Polyolefins)、熱塑性塑膠彈性體(thermoplastic elastomer，TPE)，如聚烯烴系彈性體(thermoplastic Olefine，TPO)、熱塑性硫化橡膠(Thermoplastic Vulcanizates，TPV)、氟素橡膠、矽氟橡膠。
接著，請繼續參照圖3B，於一實施例中，密封材料層300亦可為一三層疊置結構。疊置於第二密封材料層320下的一第三密封材料層330之材質係選自乙烯-醋酸乙烯酯共聚合物(EVA)或聚乙烯丁醛樹脂(PVB)。
於本發明中，背板結構中之電絕緣層200係為一耐候層(weather film)，除了電氣絕緣性質外，更必須防止氣體與水份進入太陽能板模組。於一實施例中，電絕緣層200之材質係為氟塑料(fluoroplastics)。於一實施例中，電絕緣層200之材質可選自聚乙烯混合物(Poly-Vinyl Fluoride，PVF)、聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride，PVDF)、乙烯-四氟乙烯共聚物(Ethylene-tetrafluoroethylene，ETFE)、四氟乙烯和六氟丙烯之共聚物(Perfluoronated ethylene propylene copolymer，EFEP)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)或尼龍摻和乙烯和乙烯醇共聚物(Nylon-EVOH)。其中，於一實施例，氟塑料(fluoroplastics)中可選擇性摻和(blend)乙烯基聚合物(Polyolefins)。於一實施例，電絕緣層200中可選擇性摻和(blend) 奈米黏土(nano-clay)。
又，於另一實施例中，電絕緣層200之材質係為熱塑性橡膠彈性體(thermoplastic elastomer，TPE)，可選自聚烯烴系彈性體(thermoplastic Olefine，TPO)，如，三元乙丙橡膠(ethylene propylene diene terpolymer rubber，EPDM)、乙烯丙烯橡膠(ethylene propylene rubber，EPR)、熱塑性硫化橡膠(Thermoplastic Vulcanizates，TPV)、氟素橡膠、矽氟橡膠。
接著，請參照圖4，於一實施例中，電絕緣層200係為一多層疊置結構，如兩層。此多層疊置結構包括：一第一電絕緣層210係與密封材料層300(如圖2所示)接觸，用作一抗濕層；以及一第二電絕緣層220疊置於第一電絕緣層210下。
接續上述說明，於一實施例中，第一電絕緣層210之材質可為乙烯基聚合物(Polyolefins)。於一實施例中，第一電絕緣層210之材質亦可為熱塑性橡膠彈性體(thermoplastic elastomer，TPE)、聚烯烴系彈性體(thermoplastic Olefinic，TPO)或熱塑性硫化橡膠(Thermoplastic Vulcanizates，TPV)。於一實施例中，第一電絕緣層210之材質可為聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)或聚碳酸酯(polycarbonate，PC)。。第二電絕緣層220之材質係為氟塑料(fluoroplastics)並選自聚乙烯混合物(Poly-Vinyl Fluoride，PVF)、聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride，PVDF)、乙烯-四氟乙烯共聚物(Ethylene-tetrafluoroethylene，ETFE)或四氟乙烯和六氟丙烯之共聚物(Perfluoronated ethylene propylene copolymer，EFEP)。其中，於一實施例，氟塑料(fluoroplastics)中可選擇性摻和(blend)乙烯基聚合物(Polyolefins)。
接續上述說明，於一實施例中(圖上未示)，於第一電絕緣層210內可選擇性添加有機或無機染料，如硫酸鋇(BaSO4 )、碳酸鈣(CaCO3 )、二氧化鈦(TiO2 )或碳黑(carbon black)。於另一實施例中，於第一電絕緣層210上表面或下表面可選擇性設置含有機或無機染料之表面層(skin layer)，圖上未示。於一實施例中，亦可於表面層中添加氟塑料(fluoroplastics)。於一實施例中，圖上未示，有機或無機染料亦可添加至第一電絕緣層210之內夾層中。於一實施例中，於第一電絕緣層210之表面層(skin layer)亦可添加阻水材料，如聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚乙烯(polyethlene，PE)、尼龍(polyamide，PA)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚合物(ethylene-vinyl acetate copolymer，EVA)、三元乙丙橡膠(ethylene propylene diene terpolymer rubber，EPDM)、乙烯丙烯橡膠(ethylene propylene rubber，EPR)或乙烯和乙烯醇共聚物(ethylene vinyl alcohol，EVOH)。
於一實施例中，第一電絕緣層210之材質可為聚碳酸酯-聚酯合金(PC-Polyester Alloy)，可選擇性添加有機或無機染料於第一電絕緣層210或是於第一電絕緣層210上表面或下表面可選擇性設置含有有機或無機染料之表面層(skin layer)。其中，聚碳酸酯-聚酯合金(PC-Polyester Alloy)可為聚碳酸酯-聚對苯二甲酸乙二醇酯合金(PC-PET Alloy)、聚碳酸酯-二醇類改性對苯二甲酸乙二醇酯合金(PC-PETG Alloy)、聚碳酸酯-聚對苯二酸丁二酯合金(PC-PBT Alloy)。於一實施例中，亦可於表面層中添加氟塑料(fluoroplastics)，或是於第一電絕緣層210之內夾層選擇性添加有機或無機染料，如硫酸鋇(BaSO4 )、碳酸鈣(CaCO3 )、二氧化鈦(TiO2)或碳黑(carbon black)，或氟塑料(fluoroplastics)。
另外，請參照圖5A，可選擇性的於第一電絕緣層210之上表面設置一抗濕材質層212，其材質可為乙烯和乙烯醇共聚物(ethylene vinyl alcohol，EVOH)、聚醯胺(polyamide，PA)或聚二氯乙烯(polyvinyl dichloride，PVDC)。
於本發明中，可選擇性的於第一電絕緣層210之至少一表面設置一抗濕材質層212，且其材質為乙烯和乙烯醇共聚物(ethylene vinyl alcohol，EVOH)、聚醯胺(polyamide，PA)或聚二氯乙烯(polyvinyl dichloride，PVDC)。如圖5A所示，抗濕材質層212係設置於第一電絕緣層210之上表面。如圖5B所示，抗濕材質層212係設置於第一電絕緣層210之下表面。又，如圖5C所示，抗濕材質層212可同時設置於第一電絕緣層210之上下表面。
請參照圖6，於一實施例中，電絕緣層200亦為一三層疊置結構。其結構包括：一第一電絕緣層210係與密封材料層300(如圖2所示)接觸；一第二電絕緣層220疊置於第一電絕緣層210下；以及一第三電絕緣層230疊置於第二電絕緣層220下。其中，第一電絕緣層210之材質係選自聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)或聚碳酸酯-聚酯合金(PC-Polyester Alloy)。其中，聚碳酸酯-聚酯合金(PC-Polyester Alloy)可為聚碳酸酯-聚對苯二甲酸乙二醇酯合金(PC-PET Alloy)、聚碳酸酯-二醇類改性對苯二甲酸乙二醇酯合金(PC-PETG Alloy)、聚碳酸酯-聚對苯二酸丁二酯合金(PC-PBT Alloy)。第二電絕緣層220用以作為一抗濕層且其材質係選自鋁箔板(aluminum foil)。第三電絕緣層230之材質係為氟塑料(fluoroplastics)。於一實施例中，亦可選擇性添加奈米黏土於第一電絕緣層210或第三電絕緣層230內。
請參照圖5D與圖5E，於本發明中，電絕緣層200之組合變化並不僅限於上述說明，可依照設計者需求加以變化，例如可設置兩層第一電絕緣層210並搭配一抗濕材質層212與兩層間並與第二電絕緣層220組合成電絕緣層200，如圖5D所示。又，依序設置第一電絕緣層210、一抗濕材質層212、一第一電絕緣210與一抗濕材質層212等組合重複N次並選擇性搭配第二電絕緣層220，如圖5E所示。
請參照圖7，為本發明一實施例太陽能板模組之背板結構的製法之示意圖。於本實施例中，此製法包括下列步驟：提供一電絕緣層200；以及利用一熱融押出(extrusion)方式將一密封材料層300由模頭500擠出直接成型於電絕緣層200上且密封材料層300之上表面係具有一表面壓花結構。於不同實施例中，電絕緣層200可為單層或多層結構，若為多層結構可利用黏著組合或共同押出成型。又，密封材料層300亦可為單層或多層結構，若為多層結構可利用共押出成型。
本發明之密封材料層與電絕緣層雖為共押出之產品，然而，因兩種材料之融熔溫度並不相同，因此無法使用同模具共押出。故，利用不同模頭成型方式，先共押出電絕緣層，再共押出密封材料層直接成型於電絕緣層上，故可獲得低收縮複合材料之背板結構。另外，若電絕緣層係利用黏著組合成之多層材料時，雖於前述說明並未提及或圖示，但可理解的是，其層與層間可利用額外之接合劑或黏著劑加以組合。
於本發明中，密封材料層係直接成型於電絕緣層上。密封材料層中可添加交聯劑，故背板進行太陽能板模組封裝之壓合程序時，因壓合溫度產生交聯，可直接封裝保護太陽電池模組。當密封材料層為多層組合時，可讓不同層具有不同交聯程度，故可控制壓合交聯速率並消除快速交聯之應力殘留。又，可於單層或不同層內添加有機或無機材料用以形成光線反射層或光線遮蔽層。若密封材料層使用EVA，其醋酸乙烯(vinyl acetate)高含量可提供優異的透明性。本發明之密封材料層表面具有特殊壓花形狀設計，於壓合製程時，密封材料層因融熔而流動包覆太陽電池模組，配合抽氣負壓環境下，氣泡會因材料流動而排出。密封材料層之材質內亦可添加可化學鍵結接著材料，故於壓合製程時，可產生接著反應。密封材料層亦可加入耐黃變添加劑，防止長時間溫度反應之裂化或黃化。又，亦可加入紫外線吸收劑，防止太陽光曝曬後強烈紫外光破壞分解背板之材料。
綜合上述，本發明藉由熱融押出(extrusion)方式將密封材料層與電絕緣層整合為一複合式背板，無需額外塗料貼合並省略塗佈膠層所需之數日熟成步驟且製品之翹曲值低；其背板結構平整可減少因高低差導致破片之機率，且具有低收縮率亦可減少破片機率與太陽電池模組線路不良之機率；以及可減少封裝疊合時空氣層的產生，具有較快的抽氣排泡速率與較佳的層接著力。
以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
100‧‧‧太陽電池模組
110‧‧‧熱塑性塑膠層
120‧‧‧玻璃
130‧‧‧背板
200‧‧‧電絕緣層
210‧‧‧第一電絕緣層
212‧‧‧抗濕材質層
220‧‧‧第二電絕緣層
230‧‧‧第三電絕緣層
300‧‧‧密封材料層
310‧‧‧第一密封材料層
320．．．第二密封材料層
330．．．第三密封材料層
圖1習知太陽能板模組之示意圖。
圖2為本發明一實施例之示意圖。
圖3A與圖3B為本發明不同實施例之示意圖。
圖4為本發明一實施例之示意圖。
圖5A、圖5B、圖5C、圖5D與圖5E為本發明不同實施例之示意圖。
圖6為本發明一實施例之示意圖。
圖7為本發明一實施例之示意圖。
200．．．電絕緣層
300．．．密封材料層

Claims (22)

  1. 一種太陽能板模組之背板結構，係包含：一電絕緣層；以及一密封材料層，係利用一熱融押出(extrusion)方式直接成形於該電絕緣層上且該密封材料層之上表面係具有一表面壓花結構。
  2. 如請求項1所述之太陽能板模組之背板結構，其中該密封材料層之材質係為交聯型封裝材料。
  3. 如請求項2所述之太陽能板模組之背板結構，其中該密封材料層之材質係為乙烯-醋酸乙烯酯共聚合物(ethylene-vinyl acetate copolymer，EVA)。
  4. 如請求項1所述之太陽能板模組之背板結構，其中該密封材料層之材質係為聚乙烯丁醛樹脂(Polyvinyl Butyral，PVB)。
  5. 如請求項1所述之太陽能板模組之背板結構，其中該密封材料層係為一多層疊置結構；具有該表面壓花結構之一第一密封材料層之材質係選自乙烯-醋酸乙烯酯共聚合物或聚乙烯丁醛樹脂；以及疊置於該第一密封材料層下的一第二密封材料層之材質係選自乙烯-醋酸乙烯酯共聚合物(ethylene-vinyl acetate copolymer，EVA)、聚乙烯丁醛樹脂(Polyvinyl Butyral，PVB)、乙烯基聚合物(Polyolefins)、熱塑性塑膠彈性體(thermoplastic elastomer，TPE)，如聚烯烴系彈性體(thermoplastic Olefine，TPO)、熱塑性硫化橡膠(Thermoplastic Vulcanizates，TPV)、氟素橡膠、矽氟橡膠。
  6. 如請求項5所述之太陽能板模組之背板結構，其中疊置於該第二密封材料層下的一第三密封材料層之材質係選自乙烯-醋酸乙烯酯共聚合物或聚乙烯丁醛樹脂。
  7. 如請求項1所述之太陽能板模組之背板結構，其中該電絕緣層係為一耐候層(weather film)。
  8. 如請求項1所述之太陽能板模組之背板結構，其中該電絕緣層之材質係為一氟塑料(fluoroplastics)。
  9. 如請求項1所述之太陽能板模組之背板結構，其中該電絕緣層之材 (fluoroplastics)之材質可選自聚乙烯混合物(Poly-Vinyl Fluoride，PVF)、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯-四氟乙烯共聚物(Ethylene-tetrafluoroethylene，ETFE)、四氟乙烯和六氟丙烯之共聚物(Perfluoronated ethylene propylene copolymer，EFEP)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)或尼龍摻和乙烯和乙烯醇共聚物(Nylon-EVOH)。
  10. 如請求項1所述之太陽能板模組之背板結構，其中該電絕緣層之材質係為熱塑性橡膠彈性體(thermoplastic elastomer，TPE)。
  11. 如請求項10所述之太陽能板模組之背板結構，其中該熱塑性橡膠彈性體之材質係選自聚烯烴系彈性體(thermoplastic Olefine，TPO)，如，三元乙丙橡膠(ethylene propylene diene terpolymer rubber，EPDM)、乙烯丙烯橡膠(ethylene propylene rubber，EPR)、熱塑性硫化橡膠(Thermoplastic Vulcanizates，TPV)、氟素橡膠、矽氟橡膠。
  12. 一種太陽能板模組之背板結構，係包含：一電絕緣層係為一多層疊置結構包含：一第一電絕緣層係與該密封材料層接觸，其材質係選自聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)或聚碳酸酯-聚酯合金(PC-Polyester Alloy)；一第二電絕緣層疊置於該第一電絕緣層下，係用作一抗濕層且其材質係選自鋁箔板(aluminum foil)；以及一第三電絕緣層疊置於該第二電絕緣層下，其材質係為氟塑料(fluoroplastics)；以及一密封材料層，係利用一熱融押出(extrusion)方式直接成形於該電絕緣層上且該密封材料層之上表面係具有一表面壓花結構。
  13. 一種太陽能板模組之背板結構，係包含：一電絕緣層係為一多層疊置結構包含：一第一電絕緣層係與該密封材料層接觸，係用作一抗濕層；以及一第二電絕緣層疊置於該第一電絕緣層下，其材質係為fluoroplastic並選自聚乙烯混合物(Poly-Vinyl Fluoride，PVF)、聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride，PVDF)、乙烯-四氟乙烯共聚物(Ethylene-tetrafluoroethylene，ETFE) 或四氟乙烯和六氟丙烯之共聚物(Perfluoronated ethylene propylene copolymer，EFEP)；以及一密封材料層，係利用一熱融押出(extrusion)方式直接成形於該電絕緣層上且該密封材料層之上表面係具有一表面壓花結構。
  14. 如請求項13所述之太陽能板模組之背板結構，其中該第一電絕緣層之材質為乙烯基聚合物(Polyolefins)。
  15. 如請求項13所述之太陽能板模組之背板結構，其中該第一電絕緣層之材質為熱塑性橡膠彈性體(thermoplastic elastomer，TPE)、聚烯烴系彈性體(thermoplastic Olefine，TPO)或熱塑性硫化橡膠(Thermoplastic Vulcanizates，TPV)。
  16. 如請求項13所述之太陽能板模組之背板結構，其中該第一電絕緣層之材質為聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)或聚碳酸酯(polycarbonate，PC)。
  17. 如請求項16所述之太陽能板模組之背板結構，其中可選擇性添加有機或無機染料，如硫酸鋇(BaSO4 )、碳酸鈣(CaCO3 )、二氧化鈦(TiO2 )或碳黑(carbon black)於該第一電絕緣層內。
  18. 如請求項16所述之太陽能板模組之背板結構，其中可於該第一電絕緣層上設置有機或無機染料，如硫酸鋇(BaSO4 )、碳酸鈣(CaCO3 )、二氧化鈦(TiO2)或碳黑(carbon black)。
  19. 如請求項16所述之太陽能板模組之背板結構，其中可選擇性的於該第一電絕緣層之至少一表面設置一抗濕材質層，且其材質為乙烯和乙烯醇共聚物(ethylene vinyl alcohol，EVOH)、聚醯胺(polyamide，PA)或聚二氯乙烯(polyvinyl dichloride，PVDC)。
  20. 如請求項13所述之太陽能板模組之背板結構，其中該第一電絕緣層之材質為聚碳酸酯-聚酯合金(PC-Polyester Alloy)。
  21. 如請求項20所述之太陽能板模組之背板結構，其中可選擇性添加有機或無機染料，如硫酸鋇(BaSO4 )、碳酸鈣(CaCO3 )、二氧化鈦(TiO2)或碳黑(carbon black)於該第一電絕緣層內。
  22. 如請求項20所述之太陽能板模組之背板結構，其中可選擇性的於該 第一電絕緣層之上表面設置一抗濕材質層，其材質為乙烯和乙烯醇共聚物(ethylene vinyl alcohol，EVOH)、聚醯胺(polyamide，PA)或聚二氯乙烯(polyvinyl dichloride，PVDC)。
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