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专利名称:光伏模块的制作方法
技术领域:
本实用新型涉及光伏模块领域,尤其涉及光伏模块的母线元件。
背景技术:
光伏(PV)电池提供一种可再生的电能源。在把PV电池组合到诸如PV模块的阵列中时,从所有PV电池收集的电能可以按照串行和并行布置进行组合来提供具有某一电压和电流的功率。近来许多的设计和工程进展提高了PV模块的效率和功能。
一般而言,通过在硅基片中形成P型和N型有源扩散区来制造太阳能电池。入射到太阳能电池上的太阳能辐射产生移动到有源扩散区的电子和空穴,从而在有源扩散区之间产生电压差。在背面接触太阳能电池中,有源扩散区和与其耦接的金属栅格两者都位于太阳能电池的背面。金属栅格允许耦接外部电路并且由太阳能电池供电。,053,083和4,927,770中也披露了背面接触太阳能电池,其整体内容并入于此作为参考。
一个研发领域关注于从PV模块中的所有PV电池收集电能,使得所收集到的电能可以有效地传送到连接到PV系统的电力负载。
参考附图以示例方式描述本实用新型的实施例,其中
图1示出了光伏模块的背面连接;
图2A示出了母线元件与未对准的光伏电池的连接;
图2B示出了到电池焊盘连接的母线接头;
图3A示出了根据本发明的一个实施例的与母线元件连接接头相连以适合于电池的未对准的母线元件的布置;
图;3B示出了根据本发明的一个实施例的母线接头与电池连接焊盘的电连接;
图3C示出了根据本发明的替代实施例的母线元件;
图4A和图4B示出了根据本发明的一个实施例的示例性的每个电池母线元件;
图4C示出了根据本发明的一个实施例的用于连接图4A和图4B的母线元件的连接部件;
图4D示出了根据本发明的一个实施例的图4A和图4B的示例性母线元件与图4C的连接部件的连接;
图5示出了根据本发明的一个实施例的制造光伏模块的处理。
具体实施方式
为了提供对本发明的几个实施例的良好理解,以下的说明描述了多种特定细节,诸如特定系统、元件、方法的示例等。然而,对于本领域技术人员来说显而易见的是,在没有这些特定细节的情况下可以实现本发明的至少一些实施例。在其他情况下,没有具体描述
或者在简化框图中出现公知的元件或方法,以避免对本发明造成不必要的模糊。因而,所述的特定细节仅仅是示例性的。特殊实现方式可以不同于这些示例性细节并且仍然被设想落入本发明的精神和范围内。
图1示出了并非典型地从PV模块外部看到的PV模块4的背面。图1还示出了母线元件可以被置于PV电池后面(紧挨着电池)从而提高PV模块的美观度和电效率。图1中示出的PV电池为背面接触电池。PV模块4包括在模块任一端由母线元件彼此连接的PV电池阵列。PV模块4包括图1中显示为6X8阵列的电池604的阵列。电池阵列排列成列,各列彼此相邻,例如,图1示出了6串且每串8个的电池。应当理解的是,电池阵列的数量和排列可以与所示的不同。母线元件在每一端耦接到电池串。例如,母线元件5把串列B(包括PV电池2和4)与串列A(包括PV电池1和3)耦接起来。
图2A示出了具有未对准的PV电池的模块4一端的更具体的示图。电池2和4代表PV模块4电池阵列的串列B的端电池。电池1和3代表PV模块4电池阵列的串列A的端电池。PV电池与母线元件的电触点典型为焊料焊盘。母线元件上的接头可以被焊接到PV电池的电池连接焊盘从而使得母线与电池电连接。意在电连接到两个电池列A和B的母线元件5连接到PV电池1的电池连接焊盘7、8和9以及PV电池2的电池连接焊盘11、12和13。母线元件5由具有接头
(例如,接头10和18)的单件体10组成,这些接头接合(例如,提过焊接方式)到PV电池1和2每一个的各个电池连接焊盘。所示的这种母线元件可能无法适应具有小电池连接焊盘的电池串列的层叠容限引起的未对准的问题。
如图2A所示,当电池1和2(在垂直方向,在水平方向和/或在旋转情况下)未对准时,母线元件5无法与每个电池的所有焊盘电连接和/或可能与一个或多个焊盘外的相反极性区域电接触。例如,在图2A中,电池2偏移A度的旋转角以及与电池1偏移距离X,形成了母线元件接头与电池2的焊盘的未对准。具体地说,母线连接接头16完全无法与电池2的焊盘13接触,并且母线接头10与电池2的焊盘12保持最小接触。母线与焊料焊盘区的电池外部之间的电连接会引起电短路或者与电池分接,导致返工和/或产量损失。
因此,电池连接焊盘的尺寸可以调整得较大从而防止这种有害的电连接。因为母线被配置成连接到多个电池,所以电池连接焊盘必须很大(例如,8mmX8mm)以补偿电池之间的未对准。然而,由于焊盘区中与电压有关的收集,所以较大电池连接焊盘引起电池效率低。另外,如果未对准很严重,则经常发生短路,这是因为母线接头与连接焊盘相反极性的区域接触。电池连接焊盘20的尺寸还是母线接头22的宽度25、焊料M从母线接头22流动的距离27以及母线连接元件(例如,焊膏、绝缘层沈和加热元件)之间的其他未对准的函数,如图
2B所示。为了鲁棒地制造,针对未对准设置的距离通常是未对准的标准偏差的至少四倍,未对准在任一方向上的标准偏差为其他贡献的平方和的平方根,假定未对准的每一贡献是独立且正态分布。绝缘层26的目的是防止母线从连接焊盘与电池的具有相反极性的区域电接触。,440中所述,其内容在此引入作为参考,绝缘层可以是电池的一部分,单独的部件,或母线的一部分。
通过向母线组件添加至少一个母线连接接头以适应于PV阵列形式的电池之间的未对准,发明人所设想的本发明的实施例克服了上述问题。母线组件借助连接接头或者经由单独的母线连接部件(具有多个连接接头)可彼此连接以形成母线组件。在一个实施例中,预先装配的母线元件被配置成对准并连接到各个电池。预先装配的母线元件可以是整体形成的部件,或者可替代地,例如可以通过把接头焊接或熔接到母线元件主体而预先形成。相邻的预先装配的母线元件随后可以彼此连接。因为预先装配的母线元件与至少一个母线连接接头相连,所以通过例如允许母线元件关于连接接头彼此没有直线轴(offlinearaxis)对准,耦接的预先装配的母线元件串列能对未对准进行补偿。
应该理解的是,如本发明所述,与添加连接接头相对的,本领域技术人员将期望通过利用较少的连接接头来获得优势。例如,本领域技术人员将会理解连接接头是母线潜在
物理故障的源头。这些接头的厚度还对相应的PV电池产生了应力,其会断裂并变得无用。例如,接头会在模块制造期间对PV电池添加过多的应力,从而PV电池会破裂,使得电池性能降低。这种破坏经常发生在PV电池边沿,这是因为母线的直线结构使得母线的一部分延伸到PV电池典型切割得到的顶点边沿以外。另外,过多连接接头的使用增加了制造过程的步骤,增加了制造时间和成本。
图3A示出了根据本发明的一个实施例的与母线连接接头连接以适用于电池的未对准的预先装配的母线元件的布置。如图3A所示,因为预先装配的母线元件920、922分别连接到每个电池900、902,并且随后彼此耦接,所以连接母线元件920、922的母线连接接头924在对准期间可以起到枢转点的作用以适用于电池900、902的未对准(如距离X和旋转角A所示)。
图;3B示出了根据本发明一个实施例的母线接头950与电池焊盘%4的电连接。在母线接头950与PV电池之间提供绝缘层956。如前所述,绝缘层956的目的在于防止母线与具有与连接焊盘相反极性的电池区域的电接触。,440中所述(其内容并入于此作为参考),绝缘层可以是电池的一部分,单独的部件,或母线的一部分。
当例如通过焊接把母线接头950连接到电池焊盘%4时,焊料958经常流到母线接头950之外并且流到电池焊盘卯4上一段距离927以实现有效连接。如上所述,因为提供了母线连接接头,所以与相对图2B的先前描述相比,电池焊盘%4可以最小化,并且调整尺寸以考虑母线接头尺寸(例如,宽度955)、焊料从母线接头950流动的距离927以及由(由于布置缺陷所引起的)母线布置容限和(由母线制造缺陷所引起的)母线接头容限引起的可能的未对准。
在一个实施例中,预先装配的母线元件920、922可以是单个的母线元件,以使得母线接头整体上与母线主体形成在一起,如图3A所示。可替代地,母线元件920和922可以是预先形成的母线元件,以使得在母线接头与电池焊盘对准之前,母线接头941-946在接头931-936处(例如通过焊接)接合到它们各自的母线延长体920或922,如图3C所示。应当注意,母线连接接头拟4不必位于与如图所示的母线接头相同的位置,而是还可以布置在沿母线元件920主体的其他位置处。
在图3A和图3C中,针对每个母线元件示出了三个接头。然而,应当理解的是,可以提供少于三个或多于三个接头。应当理解的是,提供在母线元件上的接头的数量取决于将与母线元件连接的每个电池的电接触需求。
根据本发明的替代实施例,图4A和图4B分别示出了第一母线元件
100和第二母线元件120。每个母线元件100、120都被配置成连接到光伏(PV)模块的光伏(PV)电池。
第一母线元件100和第二母线元件120每一个都包括延长体104、第一接头106、第二接头108和第三接头110。使用接头106、108、110把母线元件100、120电连接到各个PV电池。使用延长体104把接头106、108、110(以及PV电池)电连接到PV模块的接线盒。在一个实施例中,延长体104是互连母线,接头106、108、110是母线接头。
在一个实施例中,母线元件的延长体104和接头106、108、110形成为整体部件。例如,可以通过冲压导电材料薄片来形成母线元件100、120。应当理解的是,延长体103和接头106、108、110还可以形成彼此接合的单独部件。
本发明的所述实施例可以减小光伏(PV)电池的焊料焊盘尺寸。通过添加至少一个母线连接接头来连接单独的母线元件,可以使用较小的电池连接焊盘,从而提高了电池效率和/或减小了产量损失。在本发明的某些实施例中,电池连接焊盘尺寸仅考虑了母线接头尺寸(例如,宽度955)、焊料从母线接头950流动的距离927以及由(由于布置缺陷所引起的)母线布置容限和(由母线制造缺陷所引起的)母线接头容限引起的可能的未对准。。在一个特定实施例中,其中母线接头宽度955加上焊料流动距离927为大约3mm,电池连接焊盘尺寸
(例如,宽度9和长度929)可以减小到大约7mmX6mm或者更小,具有相同级别的产量损失和返工。应当注意的是,针对在此描述的各种元件,替代实施例可以利用其他形状、尺寸和大小的元件。
如上所指出的,还应当理解的是,与添加连接接头相对的,本领域技术人员会期望通过利用较少的连接接头来获得这些优势。对背面接触太阳能电池中的焊盘的简单分析指示出焊盘下的面积在至少一个极性上是起作用的。然而,数值分析显示出焊盘下的面积受到基于电压的收集的影响。效率为21%%绝对值。效率为21%%绝对值。%绝对值(%相对值)的这种差异大约价值$,而由过多的母线到母线接头所耗费的成本仅仅大约为$。
图4A-图4B示出了三个接头106、108、110。然而,应当理解的是,可以提供少于或多于三个接头。应当理解的是,在母线元件100、120上提供的接头的数量取决于将与母线元件连接的每个电池的电接触需求。
在一个实施例中,延长体104或接头106、108、110或两者可以包括非直线部分。例如,延长体104可以具有沿延长体104的长度方向的曲线形状。而且,延长体104和接头106、
108、110可以相交成并非垂直的夹角,如图4A-图4B所示。例如,各个接头106,108,110的一个、一些或全部可以从延长体104以除90度以外的其他角度(例如,60度)延伸开。在另一示例中,延长体一端的接头Iio可以形成延长体104的曲线延伸部分,使得延长体104弯曲大约90度以形成接头110。应当理解的是,可以实现各种组合的直线和曲线结构。例如,接头106、108、110可以具有圆形的末端和圆形的内角或外角,其中接头106、108、110与延长体104相交。
在一个实施例中,延长体104可以适合具有与其相连的终端母线(未示出)。在另一实施例中,延长体104可以包括整体形成的延伸部分(未示出),延伸部分是终端母线或者是终端母线的连接端。[0041]图4C示出了根据本发明的一个实施例的母线连接部件130。所示的母线连接部件130包括第一母线连接接头132和第二母线连接接头134。母线连接部件130被配置成分别在第一母线接头132和第二母线接头134处将第一母线元件100与第二母线元件120相连。应当理解的是,母线连接部件130的形状和大小可以与图4C所示的形状和大小不同。在一个实施例中,母线连接部件130由与母线元件100、120相同的导电材料构成。
图4D示出了根据本发明的一个实施例的第一母线元件100借助母线连接部件130与第二母线元件120的连接。通过分别在第一连接接头132和第二连接接头134把母线连接部件