阅读说明：本技术 利用光伏组装方法的聚光子模块的制造 (Fabrication of concentrator submodules using photovoltaic assembly methods ) 是由 Y·鲁约尔 A·巴博 M·博德里 C·赛拉内 C·魏克 于 2018-11-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于制造聚光光伏太阳能子模块的方法,所述聚光光伏太阳能子模块具有预定义的凹形几何形状的反射表面,其特征在于,所述方法包括在单个步骤中对多层组件进行层压,所述多层组件依次包括：结构元件,其具有反射性的第一表面和与所述第一表面相反的第二表面；光伏接收器,其位于所述结构元件的第二表面上；由透明密封材料制成的层,其覆盖所述光伏接收器；以及透明保护层,其覆盖由透明密封材料制成的层,所述透明保护层和所述由密封材料制成的层至少覆盖所述光伏接收器的整个表面；并且,在层压过程中,结构元件的反射表面通过与反模的凸表面进行接触而成型,从而获得预定义的凹形几何形状的反射表面。(The invention relates to a method for manufacturing a concentrated photovoltaic solar sub-module having a reflective surface with a predefined concave geometry, characterized in that it comprises laminating, in a single step, a multilayer assembly comprising, in succession: a structural element having a reflective first surface and a second surface opposite the first surface; a photovoltaic receiver on a second surface of the structural element; a layer made of a transparent sealing material covering the photovoltaic receiver; and a transparent protective layer covering the layer made of a transparent sealing material, the transparent protective layer and the layer made of a sealing material covering at least the entire surface of the photovoltaic receiver; and, during the lamination process, the reflective surface of the structural element is shaped by contact with the convex surface of the counter mold, so as to obtain a reflective surface of predefined concave geometry.)

利用光伏组装方法的聚光子模块的制造

技术领域

本发明涉及用于聚光光伏模块的元件的制造，更具体地，涉及用于基于反射性的线性抛物面聚光器(或反射镜)的聚光光伏模块的元件的制造。所述元件称为聚光光伏子模块。

背景技术

所述子模块的每一个都包括用于会聚光的光学装置(该光学装置通常称为反射镜或聚光器)和光伏电池，所述光伏电池形成光伏接收器并位于反射镜或聚光器的与反射表面相反的背面。

当使用这些聚光光伏子模块时，它们能够形成聚光光伏模块，子模块的聚光器的焦线位于相邻子模块的聚光器的背面。相邻子模块的光伏接收器位于该焦线处。因此，每个反射镜除了起聚光器的作用外，还起到光伏接收器的载体的作用。因此，聚光光伏模块为多个大体相同的元件(称为子模块)的组件。

这些聚光太阳能子模块的聚光器或反射镜具有由反射镜组成的反射表面，以及固定有一个或一组光伏电池的背面(参见文献US 1993/5180441)。模块的抛物面形状能够会聚光线。照射到第一子模块的光被反射表面反射，从而使光会聚到位于第一模块附近的第二子模块的光伏电池上。

反射表面可以由覆盖有保护膜的具有高反射性的金属层组成，或者由粘合至包括有机复合材料的基板的金属层组成(参见文献US 1994/5344496)。也可以将高导热率材料的网添加到反射表面的背面以改善子模块的散热。子模块的制造非常复杂，因为需要许多步骤，例如形成和抛光反射表面或对表面进行处理。还需要提供将光伏电池粘合到反射镜的步骤。

还可以制造抛物面形状的聚光光伏子模块(参见文献US 2007/0256726)，其中，光没有会聚在反射镜的焦点上，而是会聚在由多个反射镜组成的复合固态元件的焦点上。在该文献中，光伏电池位于聚光器的前表面。为了避免在子模块的各个部件之间形成气泡，执行多次真空层压以集成光学器件、光伏电池和布线。真空层压因此可以使用很少的粘合剂或不使用粘合剂来确保光学器件、电池或布线更好地附着于它们各自的载体。由于这些不同的层压形成了平面复合结构，因此存在另一个制造步骤，其中，将反射镜固定到凸形或凹形表面以产生抛物面形状，该抛物面形状用于使光会聚到固态光学元件的焦点上。

文献US 2004/0118395提出了一种抛物面形太阳能聚光器，其包括被两个表层包围的蜂窝状结构。这种蜂窝状结构使得能够获得轻质的聚光器，该聚光器能够支撑薄反射镜或薄反射表面并且具有良好的机械强度。然而，该元件不包括光伏电池，因为该元件旨在加热流体。另外，该元件是分多个步骤制造的，具体为：使反射表面冷变形，用粘合剂将反射镜固定到两个表层中的一个，对表层和反射镜的表面进行处理。

发明内容

本发明旨在弥补现有技术的上述缺点；更具体地，本发明旨在提供一种仅包括单个步骤的用于制造聚光光伏子模块的方法。

因此，本发明的一个主题是一种用于制造聚光光伏太阳能子模块的方法，所述聚光光伏太阳能子模块具有预定义的凹形几何形状的反射表面，其特征在于，所述方法包括在单个步骤中对多层组件进行层压，所述多层组件依次包括：结构元件，其具有反射性的第一表面和与所述第一表面相反的第二表面；光伏接收器，其位于所述结构元件的第二表面上；由透明密封材料制成的层，其覆盖所述光伏接收器；以及透明保护层，其覆盖由透明密封材料制成的层，透明保护层和由密封材料制成的层至少覆盖所述光伏接收器的整个表面，其中，在层压过程中，结构元件的反射表面通过与反模的凸表面接触而成型，从而获得预定义的凹形几何形状的反射表面。

根据本发明的具体实施方案：

-所述反射表面的预定义的凹形几何形状可以是抛物面；

-所述层压可以为热真空层压，其温度优选地包括在120℃至170℃之间；

-所述密封材料可以由EVA、聚烯烃、硅树脂、热塑性聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛、功能性聚烯烃或离聚物制成；

-所述透明保护层可以由ECTFE、FEP、PMMA、PC、ETFE、PVDF、PET、玻璃或CPI制成；

-所述光伏接收器可以是SMI-PCB接收器上的通过导线互连的一组光伏电池，或者可以是通过条带互连的一组光伏电池，所述光伏电池是硅电池或多结电池；

-所述结构元件可以由被两个表层包围的芯层而形成，两个表层中的一个表层覆盖有形成子模块的反射性的第一表面的反射膜，在这种情况下，所述表层可以由预浸渍的聚合物/纤维材料制成，该聚合物选自聚酯、环氧树脂或丙烯酸，而纤维选自玻璃、碳或芳纶，所述芯层可以是有利地由铝、Nomex型的芳纶、聚丙烯或聚碳酸酯制成的蜂窝状结构，或者所述芯层可以是有利地由PET、PU、PVC、PEI或PMI制成的泡沫材料；

-所述反射膜可以是包含银或铝沉积物的聚合物膜；并且

-所述结构元件可以包括铝制反射镜。

本发明的另一个主题是一种聚光光伏太阳能子模块，其具有预定义的凹形几何形状的反射表面，该子模块包括：结构元件，其具有反射性的第一表面和与所述第一表面相反的第二表面，所述结构元件包括被两个表层包围的芯层，所述两个表层中的一个表层与形成所述结构元件的反射性的第一表面和所述子模块的反射表面的反射层直接接触，第二表层形成所述结构元件的第二表面；光伏接收器，其与结构元件的第二表面直接接触；由透明密封材料制成的层，其覆盖所述光伏接收器；以及透明保护层，其形成子模块的第二表面，所述第二表面与所述反射表面相反，所述透明保护层覆盖所述由透明密封材料制成的层。

本发明的另一个主题是一种聚光光伏子模块，其具有预定义的凹形几何形状的反射表面，该子模块包括：结构元件，其具有反射性的第一表面和与所述第一表面相反的第二表面，所述结构元件包括铝制反射镜，所述铝制反射镜形成所述结构元件的反射性的第一表面和所述子模块的反射表面；光伏接收器，其与结构元件的第二表面直接接触；由透明密封材料制成的层，其覆盖所述光伏接收器；以及透明保护层，其形成子模块的第二表面，所述第二表面与所述反射表面相反，所述透明保护层覆盖所述由透明密封材料制成的层。

附图说明

通过阅读参考附图提供的描述，本发明的其他特征、细节和优点将变得显而易见，所述附图以示例的方式给出，并且分别显示了：

图1a显示了由两个子模块组成的模块的截面图，其示出了聚光光伏模块的操作；

图1b显示了聚光光伏模块的特征尺寸；

图2显示了根据本发明的实施方案的用于制造聚光光伏子模块的方法的示意图。

附图中显示的元件未按比例绘制，因此比例不代表实际情况。

具体实施方式

层压是将压力施加到两层或更多层热材料上以粘合并压制它们的步骤。该步骤的压力和温度取决于所用材料。此处的层压使聚光器可以通过应用反模而成型。

图1a显示了两个聚光光伏子模块的截面图，其示出了聚光光伏模块的操作。虽然仅示出了两个子模块M1和M2，但是以下描述的操作可以应用于多个子模块。光线RL照射第一子模块M1的第一反射表面FR。反射表面FR通常由抛物面形柱面镜构成。子模块M1的反射镜的抛物面形状使得光线RL能够会聚在反射镜的焦点上，焦点的位置被精确地计算出以使光伏接收器R能够位于该焦点处。该位置也对应于第二子模块M2的第二表面FA上的某一点。抛物面镜具有热学性、结构性和光学性的功能。具体地，除了将光会聚到一个点外，抛物面镜还能够散发热量，使得接收器R处为最高温度T_max且子模块下部为最低温度T_min，接收器R位于子模块的上部。热量的散发在图中以箭头表示，T_max连接至T_min的箭头表示沿子模块的温度梯度(US1993/5180441)。为了能够制造包括多个子模块的系统，子模块M1的第二表面FA也可以承载光伏接收器，并且子模块M2的表面FR可以是具有反射性的。

图1b显示了聚光光伏模块的特征尺寸。子模块给定的形状是焦距为f的一段抛物面。这段抛物面的展开的宽度为L_mir。两个子模块之间的距离为L_ouv。子模块的长度为l_mir，聚光器的厚度为e_mir，子模块的厚度为e。

图2显示了根据本发明的一个实施方案的用于制造聚光光伏子模块的方法的示意图。透明层FAV覆盖透明密封件E，透明密封件E覆盖光伏接收器R，结构元件位于层压机的下部腔室CI中的反模CF上，所述层压机更具体地是诸如在常规的平面光伏模块的制造领域中所使用的层压机。

结构元件具有反射表面，并且具体包括芯层RD，芯层RD也称为加固材料，芯层RD被两个表层P包围，两个表层P中的一个被反射膜F覆盖。

透明层FAV和密封件E至少覆盖接收器R的整个表面，接收器R位于结构元件与密封件E之间。

结构元件和反射膜R的面积与期望的子模块的面积相同。

层压机的下部腔室CI和上部腔室CS通过真空泵PV而进行抽出操作。

表示为(FAV，E，R，P，RD，P，F)，由透明层FAV、透明密封件E、光伏接收器R、表层P、芯层RD和反射膜F组成的组件是平面的，并且优选地在真空下进行热层压，并使用反模CF来成型。

在层压步骤中，反模CF使得能够限定出子模块的反射表面的凹抛物面形状。因此，反模CF具有将会在层压步骤中与结构元件的反射表面直接接触的表面。该表面具有与结构元件的反射表面期望获得的形状相对应的预定义的几何形状。反模CF可以由金属或复合材料制成，并覆盖有不粘层(所述不粘层例如由特氟隆制成)。反模CF的材料的材料选择为导热体，并且在层压温度下具有高机械强度。

该层压步骤的温度、压力条件和时长由本领域技术人员根据要层压的材料来选择。举例来说，层压步骤可以持续至少15分钟，层压的温度有利地包括在120℃至170℃之间，且层压压力可以为大约1000mbar(10⁵Pa)。

组件的厚度优选地小于10mm，从而保持并确保组件的最佳抛物面形状。该厚度也可能受到层压机和反模CF的有效高度的限制。在层压过程中，反模CF和组件(FAV，E，R，P，RD，P，F)例如处于热板PC上，并且借助于完全符合其形状的膜M从上方逐渐施加均匀的垂直负载。在层压期间，必须充分交联密封件E并正确地烘烤组成模块的各种元件，这些元件位于更远离于或更靠近于热板PC的位置。为此，根据使用的材料，在温度、压力和时长方面对热层压程序进行优化。

根据本发明的一个实施方案，表层P由预浸渍的聚合物/纤维材料制成，其使得能够获得反射膜F对芯层RD的粘附。预浸料的厚度小于200μm，且树脂的百分比包括在40％至55％之间。所述聚合物从聚酯、环氧树脂或丙烯酸中进行选择，而所述纤维从玻璃、碳或芳纶中进行选择。

根据本发明的另一个实施方案，芯层RD是由Nomex型的芳纶、聚丙烯、聚碳酸酯或铝制成的蜂窝状结构。

根据本发明的另一个实施方案，芯层RD是由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PU(聚氨酯)、PVC(聚氯乙烯)、PEI(聚醚酰亚胺)或PMI(聚亚甲基亚胺)制成的泡沫材料。

根据本发明的另一个实施方案，透明密封件E的厚度小于500μm，并且可以由诸如EVA(乙基醋酸乙烯酯)的交联弹性体制成，或者由热塑性弹性体或离子交联的热塑性共聚物(IONOMER)制成。在热塑性弹性体的情况下，密封件E更具体地由聚烯烃、硅树脂、热塑性PU、聚乙烯醇缩丁醛或功能性聚烯烃制成。

根据本发明的另一个实施方案，透明层FAV的厚度小于200μm，并且可以由ECTFE(或HALAR、乙烯氯三氟乙烯共聚物)、FEP(氟化乙烯丙烯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)、ETFE(乙烯四氟乙烯)、PVDF(聚偏二氟乙烯)、PET、薄玻璃或CPI(透明聚酰亚胺)制成。

根据本发明的另一个实施方案，反射膜F是具有铝沉积或具有银沉积的聚合物膜。理想情况下，反射膜F的厚度应足够厚，使得不会通过模块的反射表面看到可选的蜂窝状芯层RD，从而不会破坏光的会聚，同时确保了子模块保持较低的总重量。该膜的厚度有利地包括在200μm至250μm之间。

制成组件(FAV，E，R，P，RD，P和F)的材料的选择取决于目标子模块的重量、获得确保良好聚光性的抛物面形状，以及模块的环境(地球、平流层或太空)的条件。因此，使用每单位面积的重量包括在80g/m²至300g/m²之间的碳/环氧预浸料，并结合厚度为3mm的铝制蜂窝状，可以生产出轻质的、比常规模块小得多的(相差30％)坚固的子模块。

根据本发明的另一个实施方案，光伏接收器R由光伏电池组成，这些光伏电池通过导线互连(引线接合)并通过焊接或使用例如导电银粘合剂粘合而安装在SMI-PCB(绝缘金属基板-印刷电路板)接收器上。这些电池也可以通过条带互连，这使得能够不使用SMI-PCB接收器。所述电池可以是硅电池，或者是由III-V或II-VI半导体材料制成的多结电池或由具有硅基钙钛矿结构的材料制成的多结电池。电池也可以通过焊接或通过使用例如导电银粘合剂粘合而彼此结合。

以下是本发明的实施例：

-透明层FAV由厚度为25μm、每单位面积的重量为54g/m²的HALAR(ECTFE)或FEP制成；

-透明密封件E由厚度为50μm、每单位面积的重量为45g/m²的离聚物制成；

-光伏接收器R由宽度为10mm、长度为10mm的三结太阳能电池和厚度为75μm的SMI-PCB接收器构成；

-芯层RD是由厚度为3mm，每单位面积的重量为78g/m²的铝制成的蜂窝状芯层，其被两个表层P包围，所述表层P由每单位面积的重量为110g/m²的碳/环氧预浸料制成；

-反射膜F由PET制成的反射膜、含铝的沉积物和保护性清漆构成，反射膜F的厚度为71μm，每单位面积的重量为105g/m²。

所述组件放置在层压机的下部腔室CI(有效高度为35mm)中的高度为28mm的抛物面形状的铝制反模CF上。热板的温度为150℃。下部腔室CI脱气300秒：下部腔室CI和上部腔室CS通过真空泵PV进行抽出操作。接下来，在时长600秒的第二阶段中，将均匀的垂直负载(利用膜M)以1400mbar/min的速率逐渐施加到位于热板PC上的反模CF的顶部，直到1000mbar的稳定段。

子模块的展开宽度L_mir为180mm，长度l_mir为1m，电池宽度为10mm。子模块的焦距f为75mm，两个子模块之间的距离为L_ouv＝150mm。

根据本发明的另一个主题，所述结构元件包括厚度小于0.5mm的由铝制成的反射镜。由透明层FAV、密封件E、光伏接收器R和铝制反射镜构成的组件以与上述方式相同的方式在反模CF上、在单个步骤中进行层压。在这种情况下，子模块的总重量会略大(30％)。子模块的机械强度较低，因此将需要额外的支撑件：具体地，对于长度为1m的子模块，需要三个支撑件，而对于由复合材料制成的相同尺寸的子模块，则需要两个支撑件。但是，由于其反射部分的劣化程度低于有机层，因此该子模块的使用寿命更长。