用于太阳能模块的光重定向膜制造技术

本发明专利技术公开了一种用于太阳能模块的光重定向膜。光重定向膜限定了纵向轴线，并包括基底层、有序排列的多个微观结构、以及反射层。微观结构从基底层伸出，并且每个微观结构沿着基底层延伸以限定对应的主轴线。至少一个微观结构的主轴线相对于纵向轴线倾斜。反射层与基底层相对地位于微观结构之上。当例如用于覆盖光伏模块镀锡焊带的部分或不含光伏电池的区域时，本发明专利技术的膜唯一反射入射光。

Light redirecting film for solar module

The invention discloses a light redirecting film for a solar module. The light redirecting film defines a longitudinal axis and includes a base layer, a plurality of microstructures arranged in an orderly arrangement, and a reflective layer. The microstructure extends from the base layer, and each microstructure extends along the base layer to define the corresponding main axis. At least one of the principal axis of the microstructure is tilted relative to the longitudinal axis. The reflecting layer and the base layer are located above the microstructure. When a portion of a tin plated solder strip, for example, is used to cover an area of a photovoltaic module, or a region not containing a photovoltaic cell, the film's only back projection light is produced.

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及反射微结构化膜，以及它们在太阳能模块中的用途。
技术介绍
可再生能源是来源于可补充的自然资源(诸如阳光、风、雨、潮汐和地热)的能源。随着技术的进步和全球人口的增长，对可再生能源的需求大幅提高。如今，尽管化石燃料提供了绝大部分的能量消耗，但这些燃料是不可再生的。对这些化石燃料的全球性依赖不仅带来关于其耗尽的担忧，还带来与由燃烧这些燃料所致的排放相关联的环境问题。由于这些问题，世界各国一直都在倡导对大规模和小规模可再生能源资源的开发。当今前景较好的能源资源之一为阳光。在全球范围内，目前有数百万的家庭从光伏系统获得电力。对太阳能电力不断增长的需求已经伴随着对能够满足这些应用要求的装置和材料的不断增长的需求。利用阳光产生动力可以通过使用用于光电转换的光伏(光伏)电池(也称作太阳能电池)(例如硅光伏电池)来实现。光伏电池尺寸相对较小，并且通常被组合到具有对应更大功率输出的物理集成光伏模块(或太阳能模块)中。光伏模块一般由两“串”或更多“串”光伏电池形成，其中每串由成排布置并使用镀锡扁平铜线(也称为电连接器、镀锡焊带(tabbingribbons)或汇流线)串联地电连接的多个光伏电池组成。这些电连接器通常通过焊接过程附着至光伏电池。光伏模块通常还包括由封装剂围绕的光伏电池，诸如美国专利申请公布2008/0078445(Patel等人)大致所述，该专利的教导以引用方式并入本文。在一些构造中，光伏模块包括位于光伏电池两侧上的封装剂。两个玻璃(或其他合适的聚合物材料)面板分别粘结到封装剂的相对的前侧和后侧。两个面板对太阳能辐射是透明的，并且通常称为前侧层和后侧层(或背板)。前侧层和背板可由相同或不同的材料制成。封装剂是包封光伏电池的对光透明的聚合物材料，并且还粘合至前侧层和背板以便将光伏电池物理密封起来。这种层合构造提供对光伏电池的机械支撑，并且还保护它们免于因诸如风、雪和冰的环境因素而造成的损坏。光伏模块通常配合到金属框架中，其中密封剂覆盖由金属框架接合的模块的边缘。金属框架保护模块的边缘、提供附加的机械强度并且促使该模块与其它模块组合以便形成更大的阵列或太阳能电池板，该阵列或太阳能电池板可安装至合适的支架，所述合适的支架以所需的角度将模块固定在一起以最大化太阳能辐射的接收。制造光伏电池和将光伏电池组合以制造层合模块的技术由以下美国专利例示：4,751,191(Gonsiorawski等人)；5,074,920(Gonsiorawski等人)；5,118,362(St.Angelo等人)；5,178,685(Borenstein等人)；5,320,684(Amick等人)以及5,478,402(Hanoka)。在许多光伏模块设计中，镀锡焊带代表非活性阴影区域(即，其中不吸收入射光进行光伏或光电转换的区域)。因此，由于存在这些非活性阴影区域，总的活性表面积(即，其中入射光被用于光伏或光电转换的总面积)小于初始光伏电池面积的100％。因此，由于非活性阴影区域增加，镀锡焊带的数量或宽度的增加使得光伏模块可生成的电流量减少。为解决上述问题，PCT公开WO2013/148149(Chen等人)公开了一种施加到镀锡焊带上的光定向介质，该光定向介质以载有光反射层的微结构化膜条的形式存在，所述专利的教导内容以引用方式并入本文。光定向介质引导本应入射到非活性阴影区域的光入射到活性区域。更具体地，光定向介质将入射光重定向至从前侧层全内反射(TIR)的角度；随后TIR光将反射到活性光伏电池区域以产生电。通过这种方式，可增加光伏模块的总功率输出，在其中微观结构相对于太阳位置的布置在一天内相对恒定的情况下尤其如此。然而，在其中相对于太阳位置的光伏模块安装形成非对称条件的情况下(例如，非跟踪光伏模块安装，纵向取向与横向取向等)，微结构化膜引起的光反射可能不希望地导致某些反射光逃逸出光伏模块。根据上文所述，需要将光重定向膜用于例如光伏模块中，以处于对应的前侧层的临界角内的角度反射更多的入射光。
技术实现思路
本公开的一些方面涉及光重定向膜制品。该制品包括具有宽度和长度的光重定向膜，所述长度限定出纵向轴线。光重定向膜包括基底层、有序布置的多个微观结构以及反射层。所述多个微观结构从基底层突出。另外，每个微观结构沿基底层(优选连续地、但连续并非绝对要求地)延伸以限定对应的主轴线。所述微观结构中的至少一个的主轴线相对于纵向轴线是倾斜的。在本公开中，当微观结构沿着基底层延伸以限定相应的主轴线时，该主轴线由微观结构的细长的形状限定(沿着顶端(例如，60或60’，参见例如图1A及图2))至少一个微观结构的主轴线相对于纵向轴线倾斜(即，主轴线不平行于膜的纵向轴线)。最后，反射层设置在微观结构上与基底层相对。在这一构造中，倾斜布置的反射微观结构将以不同于轴向布置的独特方式相对于纵向轴线反射光。在一些实施方案中，大部分或全部微观结构被布置为使得对应的主轴线均相对于纵向轴线倾斜。在其他实施方案中，所述微观结构中的至少一个的纵向轴线和主轴线，任选地大部分或全部微观结构的纵向轴线和主轴线形成在1°-90°的范围内、在20°-70°的范围内或者在70°-90°的范围内的偏角。在又一些其他实施方案中，光重定向膜制品还包括设置在基底层上与微观结构相对的粘合剂层，以及在其它实施例中，光重定向膜制品还包括邻近该粘合剂层且作为最外层的衬垫。本公开的其他方面涉及光伏模块，该光伏模块包括通过镀锡焊带电连接的多个光伏电池。另外，光重定向膜制品设置在至少一个镀锡焊带的至少一部分上。在其他实施方案中，光重定向膜制品可替代镀锡焊带。在其他实施方案中，光重定向膜制品可以填充介于光伏模块中的光伏电池之间的或环绕所述光伏电池的空间，或非光伏电池的能够将入射光转换成电的部分的任何其他区域。光重定向膜制品可具有上述构造中的任何一种。在其他实施方案中，光伏模块可具有放置在如上描述的位置中的一个、全部或任意组合的位置上(在一些镀锡焊带的一部分上、替代一个或多个镀锡焊带，和/或在不能将入射光转换成电的区域上)的光重定向膜制品。前侧层(例如，玻璃)位于光伏电池和光重定向膜制品上。光重定向膜制品能够使光伏模块独立取向，在独立于横向取向或纵向取向之外的固定(即，非跟踪)安装下表现出均匀的年效率性能。在其他实施方案中，光重定向膜制品能够使光伏模块在纵向取向上在固定(即，非跟踪)安装下具有优异的性能。在其他实施方案中，光重定向膜制品能够使光伏模块在横向取向或纵向取向上在单轴线跟踪安装下具有优异的性能。附图说明图1A为根据本公开原理的光重定向膜制品的简化顶部平面图；图1B为沿线1B-1B截取的图1A的制品的一部分的放大剖视图；图1C为沿线1C-1C截取的图1A的制品的一部分的放大剖视图；图2为用于本公开的制品的另一个光重定向膜的一部分的大幅简化的顶部平面图；图3为用于本公开的制品的另一个光重定向膜的一部分的简化侧视图；图4为根据本公开原理的另一个光重定向膜制品的一部分的放大剖视图；图5为根据本公开原理且提供为卷形的另一个光重定向膜制品的透视图；图6A为根据本公开原理的光伏模块的一部分的简化剖视图；图6B为根据本公开原理的光伏模块的一部分的简化剖视图；图7A为制造中间阶段的图6的光伏模块的简化顶部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光重定向膜制品，其包括光重定向膜，其中，所述光重定向膜限定纵向轴线并包括：■基底层；■有序排列的、从所述基底层伸出的多个微观结构；其中，每个微观结构沿着基底层延伸并且微观结构的伸长形状限定对应的主轴线；其中，大部分微观结构的主轴线相对于纵向轴线倾斜；并且进一步地，其中纵向轴线和至少一个微观结构的主轴线限定偏角，其中，所述偏角为45°加或减5度或‑45°加或减5度，以及■与所述基底层相对地位于微观结构之上的反射层。

【技术特征摘要】
2015.10.12 US 62/240,0011.一种光重定向膜制品，其包括光重定向膜，其中，所述光重定向膜限定纵向轴线并包括：■基底层；■有序排列的、从所述基底层伸出的多个微观结构；其中，每个微观结构沿着基底层延伸并且微观结构的伸长形状限定对应的主轴线；其中，大部分微观结构的主轴线相对于纵向轴线倾斜；并且进一步地，其中纵向轴线和至少一个微观结构的主轴线限定偏角，其中，所述偏角为45°加或减5度或-45°加或减5度，以及■与所述基底层相对地位于微观结构之上的反射层。2.根据权利要求1所述的光重定向膜制品，其中，所述光重定向膜是具有相对的端部边缘和相对的侧向边缘的条带，所述条带的长度被限定在所述相对的端部边缘之间，所述条带的宽度被限定在所述相对的侧向边缘之间，而且进一步地，其中所述长度是宽度的至少10倍，并且更进一步地，其中所述纵向轴线是沿着长度的方向。3.根据权利要求1所述的光重定向膜制品，其中，每个微观结构具有基本上为三棱柱的形状。4.根据权利要求1所述的光重定向膜制品，其中，每个微观结构具有基本上为三棱柱的形状，并且其中所述主轴线沿着基本上为三棱柱的形状的峰限定。5.根据权利要求1所述的光重定向膜制品，其中，每个微观结构具有基本上为三棱柱的形状，其中所述主轴线沿着基本上为三棱柱的形状的峰限定，并且其中所述基本上为三棱柱的形状包括从对应的峰延伸到基底层的相对面，并且进一步地，其中至少一个微观结构的峰和相对侧面中的至少一者沿着基底层非线性地延伸。6.根据权利要求1所述的光重定向膜制品，其中，每个微观结构具有基本上为三棱柱的形状，其中所述主轴线沿着基本上为三棱柱的形状的峰限定，并且其中至少一些微观结构的峰被弄圆。7.根据权利要求1所述的光重定向膜制品，其中，所述基本上为三棱柱的形状的峰限定大约为120°的顶角。8.根据权利要求1所述的光重定向膜制品，其中，所述微观结构从所述基底层伸出5微米至500微米。9.根据权利要求1所述的光重定向膜制品，其中，所述基底层包括聚合材料。10.根据权利要求1所述的光重定向...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·B·奥尼尔，马家颖，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US