光伏组件边框及其制备方法、光伏组件及排除积灰的方法与流程

本发明涉及光伏发电，尤其涉及一种可有效排除光伏组件倾斜低端积灰的光伏组件边框及其制备方法、具有该光伏组件边框的光伏组件，以及利用该光伏组件边框排除光伏组件倾斜低端积灰的方法。

背景技术：

1、太阳能光伏发电是目前增长最为迅速的清洁能源形式之一。光伏组件在实际工程安装中，通常以一定倾角倾斜安装于地面支架或屋顶，以获取最佳太阳辐射角度，从而实现最大发电效率。然而，倾斜安装方式在带来发电效益的同时，也带来了一个长期困扰光伏行业的运维难题—积灰问题。

2、如图1所示，在光伏组件倾斜安装的状态下，沙石、灰尘、花粉、鸟粪等污染物会随气流、雨水或重力逐渐向光伏组件的低端侧迁移，并在光伏组件的低端边框位置大量堆积。已有研究与实测数据表明，光伏组件倾斜低端边框处的积灰会在电池片表面形成遮挡，造成热斑效应，导致光伏组件的发电效率衰减高达10%~20%。在沙漠、荒漠、戈壁等多风沙地区，以及农业大棚等多粉尘环境中，积灰问题尤为突出，严重影响光伏电站的年发电量和投资回报率。

3、为了解决上述积灰问题，传统光伏电站通常采用人工或智能清洗机器人的方式，定期对光伏组件表面进行清洁。人工清洗劳动强度大、成本高、效率低，且在大型地面电站中操作困难；清洗机器人虽然可以实现自动化清洁，但其采购成本和日常维护成本同样高昂，并且在极端天气或复杂地形条件下可靠性不足。因此，从光伏组件边框结构设计层面考虑解决积灰问题，具有重要的工程意义和经济价值。

4、针对上述积灰问题，现有技术中出现了若干改进方案，但均存在不同程度的缺陷。

5、第一类方案是无上边框（又称无a边）设计。如图2所示，部分企业开始布局的无a边（即去除光伏组件倾斜低端的上边框横向结构—虚线框）的光伏组件边框相关专利，例如，中国专利cn 119070724a公开的包边框结构。这类方案的基本思路是去除光伏组件倾斜低端边框的上边条，使灰尘、积水可以顺利从边框侧端流走，从而减少低端堆积。然而，去除上边框后，光伏组件的玻璃边缘直接裸露在外，如图2中箭头所指位置所示。如图13所示，玻璃边缘的圆角或倒角75是应力集中区域，在沙石、冰雹或硬物12撞击下，破裂风险急剧上升；同时，玻璃边缘裸露还可能导致边缘封装失效，进而引发水汽渗入、电池片腐蚀等一系列产品可靠性问题。此外，无边框设计在光伏组件叠放运输打包时，由于组件与组件之间存在缝隙，打包带勒紧时容易造成组件折弯变形，运输损耗率上升。

6、第二类方案是排水腔与排水口直接连通的结构。例如中国专利202321578012.3公开了一种易于排水排泥的光伏组件，其通过排水腔与排水口连通以及密封横梁隔断设计实现排水排泥功能。但该方案的排水腔与本发明的s型排水流道结构存在本质区别：该方案并未在流道中设置高度落差陡降结构，无法利用流体动力学原理在流道内产生负压和增强的竖直流速分量，因此在排除细小颗粒（如飞灰、微细沙粒）方面效果有限。

7、第三类方案是边框向外延伸防积灰设计。例如，中国专利202411215837.8公开了一种防积灰光伏组件，其将边框靠近地面的下边缘向外延伸，使光伏本体下边缘和边框靠近地面的下边缘之间留有防积灰区域。然而，该方案实质上只是将积灰位置从电池片发电区域转移至延伸边缘，并未真正将灰尘排离组件。当积灰量超过延伸区域的承载能力，或遭遇较大风速扬尘时，灰尘仍会覆盖至电池片发电区域，遮挡问题依然存在。同时，延伸边结构增大了光伏组件的整体面积和重量，提高了材料成本和安装难度。

8、综上所述，现有技术存在以下主要技术问题：

9、（1）无法有效引导气流或水流携带灰尘、细沙从光伏组件低端侧排走，排灰动量不足，组件表面积灰清洁效果差；

10、（2）去除上边框的方案虽一定程度改善了排灰，但导致玻璃边缘裸露，抗冲击可靠性显著下降，且对运输打包不利；

11、（3）已有改进方案或只是积灰位置转移，或排灰效率不足，均未从根本上解决问题。

12、本发明正是针对上述技术问题，提出了一种具有s型排水流道结构的新型光伏组件边框，兼顾排灰效率、玻璃边缘保护、结构强度和制造便利性等多方面需求。

技术实现思路

1、本发明为解决所述技术问题提供一种可以有效引导气流、雨水将灰尘、小沙粒直接冲刷带走的含s型排水流道结构的光伏组件边框。该边框在实现高效排灰的同时，能够避免光伏组件玻璃边缘裸露，防止外部硬物撞击引发的玻璃破裂风险，提高光伏组件的结构可靠性，并兼顾边框整体强度和运输打包的便利性。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种光伏组件边框，包括下边框、竖直边框以及上边框，所述竖直边框顶端的中间设有凸起的定位结构，该定位结构具有朝向光伏组件一侧的定位面，用于对光伏组件的安装边缘进行定位；所述上边框呈折弯状，其包括竖直边与该竖直边顶端折弯延伸的横向边，所述竖直边与所述竖直边框顶端的外侧连接，所述横向边向光伏组件所在的一侧延伸并越过所述定位结构，所述横向边越过所述定位结构的部分位于光伏组件上方的玻璃边缘区域之上，以遮盖光伏组件的玻璃边缘；所述横向边与光伏组件的上表面之间保留间隙，以构成排水流道的进水口，所述上边框的竖直边在低于定位结构处设有所述排水流道的排水口；所述进水口、定位结构背向光伏组件的一侧与所述上边框的竖直边之间的空间、以及所述排水口依次连通，共同限定出在竖直方向上具有高度落差陡降结构的s型排水流道。

4、本发明的核心技术构思在于：通过在竖直边框顶端中部设置的凸出的定位结构，并在上边框上构造出具有进水口和排水口的折弯型腔，从而在上边框内腔与定位结构之间形成具有高度落差的s型排水流道。当雨水或携带灰尘的气流从进水口进入后，在s型流道的陡降侧形成流体负压，并在重力作用下产生较大的竖直方向流速分量，进而大幅提升流体携带灰尘、细沙的排除效率。与此同时，上边框的横向边延伸覆盖光伏组件的玻璃边缘，有效保护玻璃边缘免受外部撞击。

5、在上述第一方面的基础上，本发明还提供若干优选实施方式：

6、优选地，所述定位结构为沿所述竖直边框长度方向（轴向）凸起的立边结构，或者为沿所述竖直边框长度方向间隔凸起的多个立柱结构。

7、立边结构与立柱结构在制造工艺和应用场景上各有优势：立边结构沿竖直边框的顶端面全长连续凸起，定位稳定性好，挡胶效果连续均匀；立柱结构则在保证定位功能的同时，减轻了边框重量，且各立柱之间的间隙有助于增强s型流道的通流能力。

8、优选地，所述定位结构朝向光伏组件的一侧构成用于承接并阻挡封装密封胶溢流的挡胶面，所述定位结构背向光伏组件的一侧构成所述s型排水流道的陡降侧壁。

9、定位结构因此具有双重功能：其内侧（朝向光伏组件一侧）作为挡胶面，有效阻止在光伏组件边框封装过程中密封胶向s型流道方向溢流，保障流道通畅；其外侧（背向光伏组件一侧）作为s型流道的陡降侧壁，形成流体在此处的突然跌落，产生负压与增强竖直流动的动量。

10、优选地，所述光伏组件的上表面与所述定位结构的上表面（端面）基本平齐，所述横向边与所述定位结构上表面之间的垂直间距构成所述进水口的过流高度。

11、光伏组件上表面与定位结构的端面基本平齐，确保光伏组件表面的灰尘、细沙以及雨水可以无遮挡地流过进水口处，避免在组件表面形成任何积存凹坑，进水口过流均匀。

12、优选地，所述排水口为设于所述上边框竖直边上的长条槽型口，或者为沿所述竖直边的长度方向（即光伏组件边框的长度方向）间隔设置的两个以上的长条槽型口。

13、长条槽型口具有较大的排水截面，不易堵塞；间隔设置多个长条槽型口，则在保证排水能力的同时，保留了竖直边的结构强度，防止因排水口过大导致竖直边变形或失效。排水口采用长条槽型口或间隔条槽，既保证过流面积，又避免上边框竖直边因开口过大而受力弯曲，兼顾排水能力与结构强度。

14、优选地，所述排水口由所述上边框的竖直边冲压成型，冲压后在所述竖直边上形成朝向所述s型排水流道内侧的翻边结构，该翻边结构与所述定位结构之间留有供流体通过的间距。

15、冲压翻边工艺不但可以高效批量加工排水口，而且冲压形成的翻边结构朝向s型流道内侧，类似于加强筋，可以提高竖直边在排水口处的截面刚度，补偿因开口而损失的结构强度，同时翻边不影响排水通道的有效过流面积。

16、优选地，所述s型排水流道的竖直落差高度h 大于或等于 相同水平流道长度下的直排水流道的竖直高度h的3倍，使水流在所述定位结构的陡降侧形成负压并在重力作用下获得增大的竖直流速分量。

17、以h≥3h量化流道落差关系，将"陡降"由定性描述转化为可量化、可验证的结构参数。该h≥3h的设计准则是基于流体动力学分析与对比测试所确定的，是本发明s型排水流道较直排水流道具有显著排灰优势的关键参数约束，为创造性论证提供明确的数值界限。

18、优选地，所述进水口的过流截面高度小于所述排水口的过流截面高度。

19、进水口截面小于排水口截面的设计遵循“入口限流、出口畅通”原则：较小的进水口在风沙或雨水进入时产生一定的加速效果（类似文丘里效应），而较大的排水口则保证灰尘、细沙随水流或气流顺畅排出，避免壅水与倒流，提高自清洁能力。

20、优选地，所述竖直边框的顶端与所述上边框的竖直边之间、所述定位结构与所述上边框之间围成型腔，所述型腔与所述进水口、所述排水口连通并构成所述s型排水流道的中间过渡段。

21、所述型腔作为s型排水流道的核心缓冲空间，为流体在陡降处充分发展负压区、转变流向并加速向排水口运动提供了必要的容积。明确型腔构成流道中间过渡段，将边框内部既有空腔改造为流道的一部分，无需额外增设管路，零附加成本。

22、优选地，所述光伏组件为长方形，其长边为长边框、短边为短边框；所述长边框的下边框上设有向外延伸的延长边结构，延长边上设有用于与光伏支架连接的安装孔，和/或设有接地孔及接地标识。

23、限定长边框形态及延长边结构上的安装孔、接地孔与标识，使得延长边集成了安装固定功能与电气接地功能，如此结构紧凑，无需额外配件。同时满足结构安装、接地安全与排水排灰的需求，形成完整产品。

24、优选地，所述光伏组件边框的材质为复合材料并采用压铸一体成型，或者为铝合金，采用拉挤型材成型后经机加工、激光切割或冲压形成所述排水口，并经阳极氧化处理。

25、覆盖复合材料压铸与铝合金拉挤两种主流工艺路线，明确排水口的形成方式与表面处理，保证方案可产业化实施。材质与工艺的灵活选择，使本发明的光伏组件边框可适应不同的产品定位和制造条件。

26、第二方面，本发明提供一种光伏组件，包括由上至下依次层叠的正面玻璃、封装胶膜、光伏电池以及背面玻璃或背板，还包括第一方面所述的光伏组件边框；光伏组件的边缘通过密封胶与所述定位结构的定位面粘接固定；所述光伏组件的上表面与所述定位结构的上表面基本平齐。

27、将边框与光伏本体组合成完整光伏组件，通过密封胶粘接、上表面平齐限定，形成产品级保护范围，防止仅制造边框或仅组装光伏组件的规避。

28、优选地，所述光伏组件倾斜安装，所述光伏组边框位于光伏组件倾斜方向的低端侧；所述s型排水流道的进水口朝向所述光伏组件的高端侧，所述排水口朝向下方，以使所述光伏组件表面的灰尘与细沙在气流和/或雨水带动下经所述进水口、s型排水流道后由所述的排水口排出。

29、限定倾斜低端安装姿态与水流路径，将结构特征转化为明确的使用状态限定，强化侵权比对时的对应关系。

30、第三方面，本发明提供一种如第一方面所述光伏组件边框的制备方法，包括以下步骤：

31、s1、提供型材，所述型材包括下边框、竖直边框以及上边框，所述竖直边框的顶端中部设有向上凸伸的定位结构，所述上边框呈折弯状并具有竖直边和横向边，所述竖直边与所述竖直边框顶端的外侧连接，所述横向边向所述定位结构所在的一侧延伸并越过所述定位结构的顶端；

32、s2、在所述上边框的竖直边上、位于所述定位结构下方的位置加工排水口；

33、s3、对步骤s2所得型材进行表面处理，得到所述光伏组件边框；

34、其中，所述横向边与所安装光伏组件的上表面之间保留间隙以构成排水流道的进水口，所述排水口构成排水流道的出水口，所述进水口、定位结构背向光伏组件的一侧与所述竖直边之间的空间、以及所述排水口依次连通，构成具有陡降结构的s型排水流道。

35、制备方法独立权利要求覆盖“提供折弯型材→加工排水口→表面处理”的完整制备工艺，形成产品+方法双重保护。

36、优选地，步骤s2中，采用机加工、激光切割或冲压成型方式加工所述排水口；当采用冲压成型时，使冲压形成的翻边结构朝向所述s型排水流道内侧，并使所述翻边结构与所述定位结构之间留有间距。

37、进一步细化排水口的机加工/激光/冲压三种成型方式及翻边朝向，保证模具与工艺可再现性。

38、第四方面，本发明提供一种排除光伏组件倾斜低端积灰的方法，采用第一方面所述的光伏组件边框，将光伏组件边框安装于倾斜设置的光伏组件的低端侧，并使所述上边框的横向边越过所述定位结构而遮盖光伏组件的玻璃边缘；所述方法包括：

39、使所述光伏组件表面的灰尘和/或细沙在重力、气流或雨水的带动下经过所述光伏组件的低端侧边缘，流经所述横向边与光伏组件上表面之间的进水口进入所述的s型排水流道；

40、使流体在所述s型排水流道的由所述定位结构构成的陡降侧形成负压、并产生竖直方向的落差动量，从而加速颗粒向所述排水口一侧沉降与输送；

41、使灰尘、细沙随流体由所述定位结构下方的所述上边框竖直边上的排水口排出所述边框。

42、排除积灰的方法权利要求覆盖"进水→陡降负压→加速沉降→排水口排出"的排灰全过程，与产品权利要求形成对应，保护实际使用行为。

43、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

44、1、高效排灰：s型排水流道的中部存在高度落差陡降结构，流体在陡降侧形成负压，并在重力作用下产生较大的竖直方向流速分量，显著增大了流体携带灰尘和细沙的动量，从根本上解决了低倾角安装时低端积灰的问题，避免了灰尘遮挡电池片发电区域造成的功率损失。

45、2、玻璃边缘保护：保留了上边框的横向边结构，有效遮盖了光伏组件的玻璃边缘，避免了玻璃边缘应力集中区域裸露在外，大大降低了冰雹、风沙或其他硬物撞击引发玻璃从边缘破裂的风险，提高了光伏组件的长期可靠性。

46、3、结构强度有保障：相对于现有就是的无a边光伏组件边框方案，本发明保留了完整的上边框折弯结构，边框整体刚度高，光伏组件不易变形，同时有利于光伏组件叠放打包运输时的稳固性。

47、4、定位结构多功能集成：定位结构同时具备对光伏组件封装位置的定位功能、对密封胶溢流的阻挡功能，以及构成s型排水流道陡降侧壁的流道功能，一结构多用途，简化了边框整体设计。

48、5、制造工艺灵活：边框材质可选用复合材料（压铸成型）或铝合金（拉挤型材+后加工），排水口可通过机加工、激光切割或冲压多种方式成型，适应不同规模和工艺条件的生产需求。

49、6、降低运维成本：有效减少了光伏组件低端积灰的频率和堆积量，使清洗周期大幅延长，从而降低人工清洗或机器人清洗的频率，为光伏电站运营节省了大量维护成本。