WO2014166064A1 - 塑料外框及具有塑料外框的太阳能光伏模块及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种塑料外框以及利用塑料外框包覆所成的太阳能光伏模块，藉由塑料材料所组成的外框（10）包覆太阳能板，解决已知因金属外框渗水、锈蚀问题，与太阳能板间的电极作用所导致的氧化问题，并且其生产方式简易，可增加太阳能光伏模块发电效能与使用寿命，降低制造与施工成本。

Description

塑料外框及具有塑料外框的太阳能光伏模块及其制造方法 技术领域

本发明有关于一种太阳能光伏模块， 尤指一种结合塑料外框 的太阳能光伏模块。

背景技术

在石化能源短缺以及能源需求量与日俱增的情况下， 再生能 源（Renewable energy)的开发成为当今非常重要的课题之一。 再 生能源泛指永续且无污染的天然能源， 例如太阳能、 风能、 水利 能、 潮汐能或是生质能等。 其中， 以太阳能装置为例， 其藉由光 伏电池（photovoltaic cell, PV cell) , 而可直接将太阳能转换为 电能， 更是近几年在能源开发的研究上相当重要且受欢迎的一环。

因为太阳能电池片本身有： 机械强度弱， 且易碎； 电池的电 极易氧化， 导致电池的效率下降等问题。 所以目前 「太阳能光伏 模块」 （PV module)是由强化玻璃、 EVA 膜、 太阳能电池片、 EVA 膜、 背板、 接线盒与铝框等集合而成的组成， 以保护光伏模块于 各种气候（如： 强风、 冰雹、 沙尘暴、 高温或下雪等）影响下皆能 保持正常的效能运作。 其中铝框是以压出或抽出成型方式制成所 需外框的铝挤型料， 再加以切割、 焊接、 螺接 、 黏接 、 嵌合或卡 合方式倂接而成。

现有太阳能光伏模块（PV module)的铝框虽有机械强度高与质 较轻的优点， 但却有着金属材料其它的问题：

1、 活性高易氧化， 造成与其它异质金属构造（如钢构）面接触 的电位差、 锈蚀问题， 需另经表面阳极处理， 造成工序与成本增 加；

2、 硬度高（摩式硬 2.75)， 为避免与其它高硬度材质（如强化 玻璃、 金属构件等）直接结合、 碰撞， 需再另加装胶条、 垫片以隔 离， 造成工序与成本增加；

3、 热传导性高， 于阳光照射环境温度易生高， 受日照常态下 铝料温度一般均高于太阳能电池片温度， 因此产生高温（铝料）向 低温（电池片、 下方空间）扩散， 造成电池片与下方空间温度升高 (隔热性差）， 而导致电池的效率下降等问题；

4、熔点高（660 °C )，无法采浇铸式或挤出方式制成一体成型材， 须采铝挤型料切割、 焊接、 螺接 、黏接、嵌合或卡合方式并接而 成， 其结合性、 水密性、 气密性均较差， 而有漏水、 隔音性差等 问题。

于是， 本发明人有感上述问题的可改善性， 乃潜心研究并配 合学理的运用， 而提出一种设计合理且有效改善上述问题的本发 明。

发明内容

为使本发明的结构名称定义明确， 于此先行叙明 「太阳能板」 是指以太阳能电池片（光电半导体薄片）为主所组成用以将太阳光 转换成电能的板体， 例如由强化玻璃、 EVA 膜、 太阳能电池片与 EVA 膜的各相关组件组合而成用以转换太阳能为电能的板体， 而 「太阳能光伏模块」 为于 「太阳能板」 周缘结合框架形成。 再次 强调， 太阳能板并非仅能有上述组件而组成， 此仅为其中一例。

本发明的主要目的在于提供一种塑料外框及具有塑料外框的 太阳能光伏模块及其制造方法， 其是于太阳能板的周缘装设一塑 料外框， 藉以可使太阳能光伏模块达到克服习知技术缺点的功效。

为了实现上述目的， 本发明提供一种塑料外框， 该塑料外框 包含二第一侧板及二第二侧板， 各该第一侧板与各该第二侧板相 互连接， 用以包覆一太阳能板的周缘。

较佳地， 塑料材可为热塑性塑料或拟热塑性塑料或其复合材 料。 较佳地， 各第一侧板与各第二侧板可为一体成型或挤出成型 较佳地， 更可包含第一支撑侧板及支撑底板， 第一支撑侧板 与支撑底板相互连接， 且成为 L 型结构， 第一支撑侧板分别连接 于各第一侧板， 藉以支撑太阳能光伏模块， 并可用以与其它的钢 构件结合之用。

为了实现上述目的， 本发明更提供一种太阳能光伏模块， 其 包括太阳能板与塑料外框； 塑料外框由塑料材组成， 包含二第一 侧板及二第二侧板， 各第一侧板与各第二侧板相互连接， 用以包 覆太阳能板。

较佳地， 塑料材可为热塑性塑料或拟热塑性塑料或其复合材 料。

较佳地， 塑料外框更可向下延伸一支撑架， 藉以支撑太阳能 光伏模块。

为了实现上述目的， 本发明还提供一种于太阳能板周缘装设 塑料外框的制造方法， 包括下列步骤： 于太阳能光伏模块的周缘 设置数个塑料射出成型机； 藉由各该塑料射出成型机， 使其射出 的塑料密封贴附于该太阳能光伏模块的周缘。

较佳地， 更可包含下列步骤： 依序将强化玻璃、 顶面封装膜、 电池片、 底面封装膜及背板， 加压、 黏固成该太阳能光伏模块； 将该太阳能光伏模块固定于一工作台上， 将其四周分别套以一射 出成型模具， 由数处注射的胶口（Gat e) , 经射出（塑料充填、 压缩、 及保压）、 冷却（塑料固化）及开模程序， 使其射出的塑料密封贴附 于该太阳能光伏模块的周缘。

本发明另提供一种于太阳能板周缘装设塑料外框的制造方 法， 包括下列步骤： 于一太阳能板的周缘设置 3D计算机数值控制 立体成型机， 于拟真空节净空间内， 采印刷、 喷涂塑料的方式将 一太阳能板的周缘喷涂黏结锁固。

本发明再提供一种用于太阳能板周缘的塑料外框的制造方 法， 包括下列步骤： 将热塑性塑料或拟热塑性塑料， 经加温、 熔 融后， 透过挤型机挤压的挤出制程或抽出制程成型， 然后通过切 害 lj、 焊接或螺接的方式制成。

本发明具有以下有益效果：

1、 塑料外框的活性低， 相较于金属外， 塑料外框无氧化、 锈 蚀问题。

2、 塑料外框硬度低， 具柔韧性， 无需再另加装胶条、 垫片以 防护设置于其内的太阳能光伏模块。

3、 塑料材热传导性低， 受日照常态下塑料温度一般均低于太 阳能电池片温度， 因此当电池片产生高温时， 其热能会向相对低 温的塑料外框扩散传递， 可降低太阳能电池片温度， 提升电池的 发电效率。

4、 熔点低， 可直接采取塑料射出成型或 3D 计算机数值控制

(CNC 3D) 雕刻或 3D 印刷立体成型方式， 制成一体成型太阳能光 伏塑框模块（P l as t i c PV modu l e) ， 其结合性、 水密性、 气密性 均较优， 而无漏水或隔音、 隔热性差的问题。

5、质量轻， 塑料比重仅 0. 9〜1 . 5克 /立方厘米， 较铝比重 2. 7 克 /立方厘米， 轻了 1 /2〜1 /3倍。

附图说明

图 1为本发明的塑料外框的组装立体示意图。

图 2为本发明的塑料外框的组装俯视示意图。

图 3为本发明的塑料外框的组装剖面示意图。

图 4为本发明的塑料外框结合支撑架的剖面示意图。

图 5为本发明的塑料外框结合支撑架的立体示意图。

图 6为本发明于太阳能光伏模块周缘装设塑料外框的制造流 程图。

标号说明

10塑料外框 101第一侧板

102第二侧板 103底板

11支撑架 111第一支撑侧板

112支撑底板 20太阳能板

201玻璃板 202顶面封装膜

202A底面封装膜 203 电池片

30透光盖

具体实施方式

为使本发明的结构名称定义明确， 于此再次叙明 「太阳能板」 是指以太阳能电池片（光电半导体薄片或薄膜或涂层或染敏层）为 主所组成用以将太阳光转换成电能的板体， 例如由强化玻璃、 EVA 膜、 太阳能电池片与 EVA 膜的各相关组件组合而成用以转换太阳 能为电能的板体， 而 「太阳能光伏模块」 是于 「太阳能板」 周缘 结合框架形成。 再次强调， 太阳能板并非仅能有上述组件而组成， 此仅为其中一例。

请参阅图 1，其为本发明的塑料外框的组装示意图。如图所示， 塑料外框 10 由二第一侧板 101及二第二侧板 102相互连接组成， 藉以包覆于一太阳能光伏模块的周缘。 较佳地， 第一侧板 101 及 第二侧板 102 可以是一体成型的结构； 其可以是热塑性塑料 (Thermo-Plastics) 材 质 ， 或 拟 热 塑 性 塑 料 （Pseudo Thermoplastic) 材质 ， 或 塑钢 （刚 性热 可 塑 性 塑料 ， 含 PVC/POM/HDPE/PMMA /ABS/PS)挤出成型。

其中， 热可塑性塑料（Thermo-Plastics)或拟热塑性塑料

(Pseudo Thermoplastic) 经加热和加压， 可使得分子熔融并固 化在一起， 它们可重复利用加热或冷却使材料熔化或固化， 而不 损及材料的性质， 并具有： 质轻（比重 0.9〜1.5克 /立方厘米）、 绝 缘、 防锈蚀、 熔点低（80° C到 200° C)等优点。

热可塑性塑料或拟热塑性塑料另可利用其结晶性质来限制主 干链的运动， 像聚乙烯、 聚丙烯或聚氯乙烯（PVC) ; 或以侧链群分 子介入主链， 如聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA), 除增加分 子间的作用力， 并限制主干分子链的运动。 而其机械性质、 耐高 温性、 及耐溶剂性大幅提高， 以得到得到硬质性高分子， 俗称塑 钢或刚性热可塑性塑料。 亦可加入纤维材料， 生产机械性质更强 的纤维强化复合材料（如纤微素类树脂）。

如图 3 所示， 其为本发明的塑料外框的组装剖面示意图。 较 佳地， 各第一侧板 101 与各第二侧板 102 可以是利用塑料射出成 型方式或是 3D计算机数值控制（CNC 3D) 雕刻或 3D印刷立体成型 方式， 一次性地一体成型。

利用热塑性塑料或是拟热性塑料的优点在于活性低， 无氧化、 锈蚀问题； 具柔韧性， 无须再另加装胶条、 垫片以隔离碰撞； 热 传导性低、 比热高， 受日照常态下塑料温度一般均低于太阳能电 池片温度， 因此产生高温（电池片）向低温（塑料、 下方空间）扩散， 可降低太阳能电池片温度， 提升电池的发电效率； 熔点低（80° C 到 200° C) ,得采一、塑料射出成型或 3D计算机数值控制（CNC 3D) 雕刻或 3D印刷立体成型立体成型方式， 其结合性、 水密性、 气密 性均为已知技术所使用的金属框所无法达到。

另， 于本实施例所述的热塑性塑料或拟热塑性塑料的材质可 包含： 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS树脂）、 耐龙（Nylon)、 聚 苯 乙 烯 （Polystyrene) 、 聚 甲 醛 （POM) 、 聚 碳 酸 酯 (Polycarbonate)、聚乙烯 (Polyethylene)、低密度聚乙烯 (LDPE)、 高密度聚乙烯（HDPE)、 聚氯乙烯（PVC)、 聚乙烯对苯二甲酸酯 (PET) , 聚丙烯（Polypropylene)、 乙烯类树脂（Vinyl)、 聚甲基丙 烯酸甲酯 （PMMA )、 压克力树脂（P匪 A)、 聚碳酸酯（PC)、 氟类树脂、 纤微素类树脂等及其复合材料。

再者， 本实施例所述的塑钢为刚性热可塑性塑料， 可包含聚 氯乙烯 （PVC ) 树脂或聚甲醛（POM)或高密度聚乙烯（HDPE)或聚甲 基丙烯酸甲酯（P匪 A)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS 树脂） 或聚苯乙烯（PS)或聚碳酸脂等及其复合材料为主要原料， 加上少 量的稳定剂、 着色剂、 填充剂、 紫外线吸收剂（或玻璃纤维）等， 加温、 熔融后经挤型机挤压的挤出或抽出制程作成型材（挤型 材）， 然后通过切割、 焊接、 螺接、 黏接、 嵌合或卡合的方式制 成。

另外， 本实施例中的塑料内亦可另添加纤维材料， 制成机械 性质更强的纤维强化复合材料， 可增加塑料外框的强度。

请参阅图 4与图 5所示， 其为本发明的塑料外框的另一组装 剖面示意图。 本实施例进一步增设支撑架 1 1， 藉由支撑架 1 1与建 筑物上的钢构结构结合， 增进组装的便利性。

其中， 支撑架 1 1可以包含一第一支撑侧板 1 1 1与一支撑底板 1 12； 第一支撑侧板 1 1 1与支撑底板 1 12相互连接， 且成为一 L型 结构。 较佳地， 支撑架 1 1 的各构件， 可以是一体成型的结构， 或 着可以组接的结构。 其中支撑架 1 1可以是金属材料， 或者可以是 与上述塑料外框 10—体成型的材料结构。 在另外的实施例中， 上 述支撑架 1 1可以是多向性（例如： 垂直、 水平）的框架， 例如 L型、 T型、 C型 、 I型、 H型、 C型、等角型、 田字型、亞字型或凹型。

另外， 支撑架 1 1 亦可以是与上述塑料外框 10透过各种连接 方式（焊接、 螺接、 黏接、 嵌合、 卡合等）相互连接。 值得一提的 是， 藉由支撑架 1 1 的架设， 其可与太阳能板底部之间形成有一容 置空间。 在实际应用中， 太阳能光伏模块所转换产生的电能， 需 透过相关电连接装置及控制装置， 以储存传送电能， 而该些相关 装置， 可以放置于该容置空间中。

请参阅图 3所示， 太阳能光伏模块包含塑料外框 10及太阳能 板 20。 塑料外框 10的相关结构与前述相似， 于此不再赘述。 需特 别注意的是， 于此所述的塑料外框 10， 可以是利用射出成型或 3 D 计算机数值控制（CNC 3D) 雕刻或 3D 印刷立体成型的方式， 于太 阳能板 20的周缘直接成型。 也就是说， 相较于前述的塑料外框 1 0 可以是另外套设的形式， 于此特别强调， 在较佳地实施例中， 可 以是利用塑料射出成型机或是 3 D 计算机数值控制（CNC 3D) 雕刻 或 3D 印刷立体成型机， 直接形成具有塑料外框的太阳能光伏模 块。 其中， 如图 5所示， 太阳能板 20可以包含有玻璃板 20 1、 顶 面封装膜 202、 底面封装膜 202A、 电池片 203及背板 204 ; 于此图 中， 仅为示范例， 实际应用并不以此为限， 其相关组层可以依据 需求加以增减。 关于太阳能板 20的相关技术， 为本领域的技术人 员所熟知， 于此不多加着墨。 另外， 图式中所显示的支撑架 1 1其 可以是另外装设于上述具有塑料外框的太阳能光伏模块， 藉以与 其它结构组装。

请参阅图 6，其为本发明的于太阳能板周缘装设塑料外框的制 造方法流程图。 太阳能板周缘装设塑料外框的制造方法， 包括下 列步骤：

步骤 S 1 : 依序将强化玻璃、 顶面封装膜、 电池片、 底面封装 膜及背板， 加压、 黏固成太阳能板；

步骤 S2 : 于太阳能板的周缘， 设置数个塑料射出成型机； 步骤 S3 : 将太阳能板固定于一工作台上， 将其四周分别套以 一射出成型模具； 以及

步骤 S4 : 藉由各塑料射出成型机， 由数处注射的胶口（Gat e) , 经射出（塑料充填、 压缩、 及保压）、 冷却（塑料固化）及开模程序， 使其射出的塑料密封贴附于太阳能光伏模块的周缘。 另， 亦可透过一种 3D计算机数值控制（CNC 3D) 雕刻或 3D印 刷立体成型机， 于拟真空节净空间内， 采雕刻或印刷、 喷涂方式 ， 经计算机建模、 研磨、 融化、 印刷、 层层堆砌、 烘干、 固化， 将 强化玻璃、 EVA膜、 电池片、 EVA膜、 背板等五层组织， 自四周喷 涂黏结锁固， 而可制成本发明的具有塑料外框的太阳能光伏模块。

综上所述， 本发明的具有塑料外框的太阳能光伏模块 (Plastic PV module) , 其塑料外框具有 良好的电绝缘性能 (Dielectric Protection)， 可防止来自雷击及***不当操作时产 生瞬间的逆向极大偏压； 亦具有极良好的密封性 （Protect Component) , 能够有效防风、 防水、 防腐蚀、 抗氧化及防酸碱， 隔绝各种自然环境下对太阳能电池片的腐蚀， 以使太阳能光伏模 块工作寿命长。 另外， 塑料外框于日光曝晒下， 相对于电池片的 温度低， 可有效地将电池片的热能向外传导散出， 相较于已知金 属铝框会将铝框的表面热能回传至电池片的缺点， 本发明的塑料 外框可有效提升电池片的工作效率与使用年限。

惟以上所述仅为本发明的较佳实施例， 非意欲局限本发明的 专利保护范围， 故举凡运用本发明说明书及图式内容所为的等效 变化， 均同理皆包含于本发明的权利保护范围内， 合予陈明。

Claims

权利要求

1、 一种塑料外框， 其由塑料材质组成， 其特征在于， 该塑料 外框包含二第一侧板及二第二侧板， 各该第一侧板与各该第二侧 板相互连接， 用以包覆一太阳能板的周缘。

2、 如权利要求 1所述的塑料外框， 其特征在于， 所述塑料材 质为热塑性塑料或拟热塑性塑料或其复合材料。

3、 如权利要求 1所述的塑料外框， 其特征在于， 所述各该第 一侧板与各该第二侧板为一体成型结构或挤出成型结构。

4、 如权利要求 1所述的塑料外框， 其特征在于， 所述塑料外 框更包含第一支撑侧板及支撑底板， 该第一支撑侧板与该支撑底 板相互连接， 且成为 L 型结构， 各该第一支撑侧板分别连接于各 该第一侧板。

5、 一种太阳能光伏模块， 其包括太阳能板； 其特征在于， 还 包括塑料外框， 其由塑料材组成， 其包含二第一侧板及二第二侧 板， 各该第一侧板与各该第二侧板相互连接， 用以包覆该太阳能 板的边缘。

6、 如权利要求 5所述的太阳能光伏模块， 其特征在于， 所述 塑料材为热塑性塑料或拟热塑性塑料或其复合材料。

7、 如权利要求 5所述的太阳能光伏模块， 其特征在于， 所述 塑料外框更向下延伸一支撑架。

8、 一种于太阳能板周缘装设塑料外框的制造方法， 其特征在 于， 该方法包括下列步骤： 于一太阳能板的周缘设置至少一塑料 射出成型机； 藉由各该塑料射出成型机， 使其射出的塑料密封贴 附于该太阳能板的周缘。

9、 一种于太阳能板周缘装设塑料外框的制造方法， 其特征在 于， 该方法包括下列步骤：

于一太阳能板的周缘设置 3 D计算机数值控制雕刻机或 3D 印 刷立体成型机， 采雕刻或印刷、 喷涂塑料的方式将一太阳能板的 周缘喷涂黏结锁固。

10、 一种用于太阳能板周缘的塑料外框的制造方法， 其特征 在于， 该方法包括下列步骤： 将热塑性塑料或拟热塑性塑料， 经 加温、 熔融后， 透过挤型机挤压的挤出制程或抽出制程成型， 然 后通过切割、 焊接或螺接、 黏接、 嵌合或卡合的方式制成。