CN107155399A - 光伏电池阵列和面板的快速自互连方法 - Google Patents

Abstract

一种可互连太阳能光伏器具，其能够采用多个串联和并联配置彼此连接并且连接到其它衍生产品，以将具体量的电功率供给到需要电能的器具。得到的设计是模块化的和可扩展的。实施例包括尺寸形状可变的光伏器具，以适应它们所预期的应用的空间约束和功率需求。

Description

光伏电池阵列和面板的快速自互连方法

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求于2015年4月21日提交的，美国申请号为14691842，名称为“METHOD FOR QUICK SELF INTERCONNECTION OF PHOTOVOLTAIC CELL ARRAYS AND PANELS(光伏电池阵列和面板的快速自互连方法)”，和于2014年4月23日提交的美国临时专利申请号为61983098，名称为“METHOD FOR QUICK SELF INTERCONNECTION OF PHOTOVOLTAICCELL ARRAYS AND PANELS(光伏电池阵列和面板的快速自互连方法)”的专利的权益和优先权，其公开的内容通过引用并入本文，并且于2014年9月17日提交的美国临时专利申请号为62051744，名称为“METHOD OF INTERCONNECTION OF PRINTED CIRCUIT BOARDS USINGULTRA LOW PROFILE PCB EMBEDDABLE ELECTRICAL CONNECTOR ASSEMBLIES FOR POWERAND SIGNAL TRANSMISSION(使用用于功率和信号传输的超低轮廓PCB嵌入式电连接器组件互连印制电路板的方法)”的专利的公开内容也通过引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及太阳能光伏电池、阵列、装置和电互连领域，用于实现高重新配置性、灵活性和定制化，以在必要时适应各种变化的要求。

背景技术

在市场上当前可得到的光伏模块和面板通常包括大量光伏(PV)电池，这些光伏电池使用由高导电金属(像锡、铜或其它金属合金)制成的互联线(tabbing wire)焊接到一起。该组件使用典型焊接材料如锡或锡铅合金焊接在一起。PV电池采用串联或并联配置连接，以形成阵列，然后封装在用玻璃上表面密封的聚合物膜中。面板可以或可以不装入金属框架中，这取决于背衬材料和制造过程。来自封装的太阳能PV电池串的正和负端接引线被布线至附接到面板的接线盒。外部接线用于手动将两个或多个这样的面板串联或并联地串到一起，以从装配的面板中提取电功率。输出可以被馈送到逆变器或供给至电池组用于充电。这些都是人们通常在屋顶和商用太阳能PV场看见的面板类型。本领域的当前状态是静态的，并阻止电池互连的任何重新配置。

迄今为止描述的PV面板具有特定的大尺寸和电功率额定值。这类面板一般被注册电气技术人员用电线手动地连接至彼此或连接至电气设备。如果应用需要非标准外形因数，或具有非标准功率要求，那么用户必须将PV电池一起焊接在并联连接串中，并用合适的封装保护太阳能电池免受大气降解。希望对这些静态的设计以及需要熟练工的系统安装提出一些替代和进行改进。

发明内容

在多种说明性实施方案中，本发明提供一种光伏(PV)电池组件，该光伏电池组件被模块化，容易连接，并且因此非常灵活。一个目的是用动态、灵活和可逆弹性使能互连来消除劳动密集、静态和不可逆焊接互连，以适应多种不同的光伏环境。对于一些实施方案，另一个目的是能够监视在温度、功率输出、开路电压和其它典型的太阳能电池特性变化时的单独光伏模块的健康。

在说明性实施方案中，提出了用于互连一个或多个太阳能电池的光伏器具的设备和方法。在一个实施例中，太阳能PV电池连接到便于太阳能PV电池的快速简单互连的金属后端互连结构体和集成终端连接器，以实现所需的电压、电流和功率，而不需要将太阳能PV电池焊接在一起。本发明提供了一种简单的方法来以串联或并联连接方式迅速互连太阳能PV电池，以形成定制的PV面板或用于其它定制应用。

第一个非限制性实施例采用模块化太阳能电池组件的形式，该模块化太阳能电池组件包含：太阳能电池结构体，其用于接收太阳能并且将太阳能转换成电力；绝缘层；互连层；背衬层；以及多个连接器，每个连接器均具有极性，包括正极性的第一连接器和负极性的第二连接器，第一连接器和第二连接器通过互连层连接到太阳能电池结构体，使得当太阳能电池结构体被太阳能照射时，第一连接器相对于第二连接器从太阳能电池结构体接收正电压；其中，该多个连接器被配置为能够与相似设计的一个或多个相邻模块化太阳能电池组件上的连接器重复地连接/断开，而无需与之焊接。

第二个非限制性实施例采用如第一个非限制性实施例中的模块化太阳能电池组件的形式，其中多个连接器中的至少一些是公连接器，公连接器具有延伸超出互连层的边界的突出部，并且多个连接器的中的至少一些是母连接器，母连接器被配置为接纳相似设计的相邻模块化太阳能电池组件的一个或多个公连接器。第三个非限制性的实施例采用如第一个非限制性实施例中的模块化太阳能电池组件的形式，其中多个连接器是母连接器，母连接器被配置成接纳公耦接器并与该公耦接器机械及电耦接，以便于连接到相似设计的相邻模块化太阳能电池组件。

第四个非限制性实施例采用模块化太阳能电池系统的形式，该模块化太阳能电池系统包含多个公耦接器和至少两个如第三个非限制性实施例中的模块化太阳能电池组件，公耦接器用于将至少两个模块化太阳能电池组件连接在一起，其中至少两个模块化太阳能电池组件中的多个连接器被配置和放置成便于以下中的每一个：至少两个模块化太阳能电池组件之间的并联连接；和至少两个模块化太阳能电池组件之间的串联连接。第五个非限制性实施例采用模块化太阳能电池系统的形式。该模块化太阳能电池系统至少包含多个耦接器和至少第一、第二、第三和第四模块化太阳能电池组件，该模块化太阳能电池组件如第三个非限制性实施例中的模块化太阳能电池组件，耦接器用于将至少第一、第二、第三和第四模块化太阳能组件如下地耦接在一起：第一和第二模块化太阳能电池组件被并联地相互耦接在第一级中；第三和第四模块化太阳能电池组件被并联地相互耦接在第二级中；以及第一级和第二级被串联连接到一起。

第六个非限制性实施例采用如第二个或第三个非限制性实施例中任一个中的模块化太阳能电池组件的形式，其中母连接器由柔性且弹性的金属构造而成，以便于重复地连接在公耦接器的爪部、隆起部或凹部上。第七个非限制性实施例采用如前述非限制性实施例任一个中的模块化太阳能电池组件的形式，其中太阳能电池结构体是光伏太阳能电池。第八个非限制性实施例采用如任何前述非限制性实施例中的模块化太阳能电池组件的形式，其具有多边形形状的外周，外周的至少两个侧面各具有至少一个正极性连接器和至少一个负极性连接器。第九个非限制性实施例采用如第一个至第七个非限制性实施例中任一个中的模块化太阳能电池组件的形式，其具有多边形形状的外周，外周的至少三个侧面上各具有至少一个正极性连接器和至少一个负极性连接器。第十个非限制性实施例采用如第八个或第九个非限制性实施例中任一个中的模块化太阳能电池组件的形式，其中每个侧面具有至少三个连接器。第十一个非限制性实施例采用如第八个至第十个非限制性实施例中的任一个中的模块化太阳能电池组件的形式，其中多边形是方形或矩形的。

第十二个非限制性实施例采用如任何前述非限制性实施例中的模块化太阳能电池组件的形式，其还包含安置成连接到互连层的至少一个电路元件，电路元件包括LED显示器、二极管、电阻器和开关中的一个。第十三个非限制性实施例采用如任何前述任何非限制性实施例中的模块化太阳能电池组件的形式，其还包含封装层，封装层至少覆盖太阳能电池结构体并且为连接器的至少一部分防风雨。

第十四个非限制性实施例采用模块化太阳能电池组件的形式，其包含：太阳能电池结构体，其用于接收太阳能并且将太阳能转换成电能；绝缘层；互连层；背衬层；至少第一和第二连接器，第一和第二连接器被配置成相对于互连层实现模块化太阳能电池组件与一个或多个其它模块化太阳能电池组件的串联耦接；以及至少第三和第四连接器，第三和第四连接器被配置相对于互连层实现模块化太阳能电池组件与一个或多个其它模块化太阳能电池组件的并联耦接。第十五个非限制性实施例采用如第十四个非限制性实施例中的模块化太阳能电池组件的形式，其具有周边和形状，第一和第二连接器位于周边上的彼此相对的侧面上，其中，第三和第四连接器位于周边的与第一连接器相同的侧面上，使第一连接器位于第三和第四连接器之间。第十六个非限制性实施例采用如第十五个非限制性实施例的形式，其中形状是四边形并且周边包括在其至少三个侧面上的三个连接器。

第十七个非限制性实施例采用构造太阳能电池阵列的方法的形式，其中方法包含将至少两个如任何前述非限制性实施例中的模块化太阳能电池组件连接在一起。第十八个实施例采用如第十七个非限制性实施例中的方法的形式，其中，至少两个模块化太阳能电池组件中的至少两个彼此串联连接。第十九个非限制性实施例采用如第十七个非限制性实施例中的方法的形式，其中至少两个模块化太阳能电池组件中的至少两个彼此并联连接。第二十个非限制性实施例采用如第十七至十九个非限制性实施例中任何一个中的方法的形式，其中连接步骤在不施加粘合剂或焊接的情况下进行。

本概述旨在提供对本专利申请的主题的概述。它并不旨在提供本发明的排他性或穷尽性解释。详细描述被包括以提供关于本专利申请的更多信息。

附图说明

图1A-图1B示出具有不同的形状和外形因素的数个光伏器具；

图2是说明性的光伏器具的分解图，示出其各个层；

图3示出器具电连接器是扁平弹性金属连接器的实施方案之一；

图4A-4B示出用于说明性实施方案的扁平弹性金属连接器和耦接机构；

图5示出具有电连接器的金属互连层的两种配置；

图6A-图6B示出具有防风雨罩的扁平弹性金属连接器；

图7示出连接到电线的可充当终端插头的扁平弹性金属连接器的实施例；

图8示出金属互连层与太阳能光伏电池的连接；

图9A-图9D示出具有公/母和只有母互连的说明性模块化系统；

图10A-图1OC示出实现两个光伏器具的并联连接的金属互连层配置；

图11A-图11D示出具有可用串联和并联连接配置的说明性模块化系统；

图12示出图13所示的模块化设备的分解图，突出其中的导电层；

图13A-图13B示出光伏器具的实施方案，其中器具电连接器放置在器具的顶面和底面以及两个横向侧面上；

图13C示出互连的图13A-图13B的六个模块化设备，以说明电和空间灵活性；

图14示出串联连接的图13A-图13B的实施方案的两个模块化设备的互连；

图15显示具有不同外形因素，电连接器放置位置，以及光伏器具的主体的附属物的光伏器具的代替视图；以及

图16示出包括嵌入式电子电路和显示设备的模块化光伏器具的实施方案之一；

附图不一定按比例绘制，附图中相似的标号可以描述不同视图中的类似的组件。具有不同字母后缀的标号可以表示类似部件的不同实例。附图一般通过实施例的方式而不是通过限制的方式说明本文件中讨论的各种实施方案。

具体实施方式

在当今市场容易得到的多数太阳能电池可以使用激光切割机和金刚石锯切割成任何形状和尺寸。本发明中的模块化光伏(PV)器具的构思包括使用后端金属化连接和封装PV电池，以便促成高度灵活的现场使用。本发明的PV器具的模块化在于许多较小的PV器具能够容易地装配在一起，以制成多种多样的装置，从大面积到小面积，用于高电压或低电压，使用并联或串联互连。此外，装置的形状不受限制，因为不要求单一的规则形状是所得的装置。最后，在本发明中，数个PV器具构成的装置组装时可以不需要高超技巧并且无焊接，而在现场以模块化方式装配。一些实施方案在使用并联和串联配置(以及它们的组合)方面是高度可配置的，而其它实施方案的设计可以更简单，而仍便于将多个模块化器具连接在一起。

图1A-图1B示出数个外形因数。根据端应用的需要和空间约束，PV器具可以采用任意形状形成，像图1A所示的矩形110、正方形112、和六边形114，或采用如图1B在116所示的三角形的形状。单个PV器具可含有串联或并联连接的多于一个的太阳能电池以实现PV器具的具体单元配置，如在118所示。单元配置意思是针对PV器具的任何特定的并且可重复的具体一组电压、电流和功率值。

在一个实施方案中，每个PV器具包含连接到后端金属互连件的一个或多个太阳能电池120，后端互连件终止于多个器具连接器122。可包括数量比示出的那些连接器更多或更少的连接器122。下面详细描述后端金属互连层和连接器。

光伏器具的一个说明性实施例是矩形或正方形(或如图1A-图1B所示的其它形状)，对于单晶硅太阳能电池，根据太阳能电池的尺寸，在最大功率时具有0.55伏和1.4-8.4安培的电流的单元电配置。太阳能电池的电流产生能力与暴露在光下的太阳能电池的表面面积成正比。上述电配置基于强度1000W/m2、光谱AM1.5global和温度25℃的光照条件。可以使用其它尺寸，并且可基于每个PV器具中的太阳能电池的尺寸和化学组成结合不同电特性。电池的特定化学组成可以不限定于单晶硅，而可以包括任何合适的单晶、多晶和薄膜太阳能电池并且可适于其它太阳能电池技术(在它们可用时)。串联耦接这类单元可允许更高的电压，同时将这类单元或这类单元的串放置成并联可促成更高的电流流率。

图2所示的光伏器具的分解图示出由五个层组成的模块化太阳能电池组件。顶层是大体上透明层(至少对于相关光波长)210，它可以是允许光有效传输的封装材料，例如乙烯乙酸乙烯酯(EVA)和/或任何耐用的含氟聚合物、玻璃或丙烯酸板。下一层是将阳光转换为电的太阳能电池212。层212可包括串联或并联的复数个太阳能电池。太阳能电池通常用涂覆有锡或银的互联线电连接到金属互连层216，并且整个组件支撑在适当的背板218上，背板218可以由像塑料、合成聚合物或木材的通常可得到的任何材料制成。

金属互连层216包含按照具体配置布线的并且终止于器具连接器122的电线。电线在金属互连层的布线可以通过粘附或保持在绝缘基板的顶面上的、涂覆有锡/银的互联线完成。在一些实例中，金属互连层可以包括印刷电路板或柔性电路上的铜(或其它导电材料)迹线。例如，可以使用2或3层的电路板。该金属互连层在下面详细描述。虽然描述了金属互连，但是任何合适的导电材料(例如导电聚合物)可以用来促进电流流出光伏电池。将太阳能电池与后端金属互连层隔开的绝缘层214可以由像纸、塑料或具有良好的电绝缘性的任何其它天然或合成聚合物的物质制成。后端金属互连结构体还可以增加对易碎的太阳能电池的支持。

太阳能电池层212和互连层216之间的连接可以通过将太阳能电池的正极接触件和负极接触件连接至互连件的适当位置来实现。这可通过直接穿过层214的馈通设计或通过包括围绕绝缘层214的周边布线来实现。在数个实施方案中，互连层终止于具体的电连接器，该电连接器被设计成使具有多个电压和电流配置的单独光伏器具能够通过公和母电接触件的简单插接来实现合适的连接。在此电连接器中使用的金属可以具有合理的弹力和弹性，以适应接触件的重复耦接和解耦。

连接器可以是目前在市场上可得到的通用公对母连接器。在一些实施例中，连接器以及与其一起使用的槽可具有特殊的外形因素和设计，如用于与波纹部或凹部一起使用的弹簧悬臂夹，如下面数个实施方案提出的。这类互连的一些补充讨论出现在美国临时专利申请62051744中。在数个实施方案中，理想的是连接器采用允许光伏器具在不施加粘合剂或焊接的情况下互连的方式工作。

整个组件可封装在诸如EVA和/或含氟聚合物的封装材料中，以使模块化太阳能电池组件防风雨，从而给出如图1A-图1B所示的最终产品。整个组件也可包封在塑料主体或坚固的外壳内并用环氧树脂密封，以形成刚性结构体。这里示出的PV器具可适应单晶、多晶和薄膜太阳能电池并且可以适于其它太阳能电池技术(在它们可用时)。在数个实施例中，给定的PV器具的至少两个，或至少三个，或所有侧面包括一个或多个连接器。例如，一些设计将具有四个侧面，其中三个侧面将包括连接器。在一些其它实施例中，如下所示，所有侧面，例如具有四边的四边形的所有四个侧面将具有在其上的多个连接器。

电器连接器122可以由具有低电阻率的金属(例如铜及其合金)，或者任何其它导电且弹性材料制成。诸如磷铜和铍铜的铜合金的弹性可有助于实现耐用设计，其允许用于建立电连接的公接触件和母接触件的多次插入。电器可采用市场中的众多电连接系统，像电路板和PCB上所见的插脚型连接器和可在很多笔记本电脑和平板电脑电源连接器中看见的磁性连接器。然而，在此强调的一些实施方案包括设计为近似于光伏器具本身的扁平轮廓的扁平连接器。此外，下面示出的扁平连接器插脚的灵活性有助于使它们在形成多种电连接方面通用性更强，这将在下面看到。这种电连接系统还有助于使制造容易。用于扁平夹式连接器的具体实施方案在下面描述。

如图3所示，母接触件310能够通过将一张材料折叠成夹子类形成物并且使其退火而形成，其中材料的折叠是通过锤打或弯曲实现的。公接触件312可以是由类似材料制成的直板金属条，其具有朝向端部的凹部、爪部、隆起部或突出部314，以凭借与母连接器的大面积接触区318形成稳固的电连接316。凹部314与母接触件310的形状配合以实现牢固连接。在一些实施例中，凹部314和母接触件310的形状被配置成向连接光伏器具的人提供咔嗒声和触觉反馈。

在图4A示出的另一实施方案中，两端都有凹部或突出部的公耦接连接器或耦接器410可用于连接两个母连接器412，如图4B所示。这个实施例可再采用被配置成适于安装在本文示出的PV器具的厚度内的扁平夹式器具连接器的形式。在一个说明性实施例中，这种配置允许光伏器具中的所有连接器是母连接器。如本文中所使用的，连接器是PV器具上的公或母件，并且耦接器是被用来将单独的PV器具上的两个连接器电并且机械地耦接到一起的设备。器具连接器是用于从PV器具或多个PV器具的组件提取电能的部件。

因此参照图5，可得到两个配置。首先，在510，设备具有公连接器侧面514和母连接器侧面516。其次，在512，然而，公连接器侧面514可被母连接器侧面518代替，使得仅提供母连接器。在512的这种方法可以更容易制造和包装，因为不存在突出部分。用户可拆包和处理模块化PV器具512，而无需担心脆弱的公连接器514将被损坏。一般而言，在510的实施方案可以被提供，但预计在512的实施方案将更常用。

在图6A中示出的扁平夹式器具连接器的另一实施方案中，母或公连接器可以装入刚性壳体或柔性护套610中，以使公母接触件之间的连接防水和防风雨，因为在一些室外应用中可能会需要防水和防风雨。壳体或护套610可以用如封装材料的类似材料形成—即，可以使用例如EVA或含氟聚合物，然而可以使用任何的防风雨材料，因为材料没有必要是透明的。在公/母连接器中的每个上的护套可以被配置为在如图6B在612示出的电连接形成时配合。该护套或封装材料可以用在每个PV器具的连接器上，并且可以用在用于从PV器具提取功率的器具连接器上。如果需要，它也可以用在两个PV器具之间的耦接器上。

在图7中示出的器具连接器的实施方案中，示出的母连接器710和公连接器712可以被连接到电线714(例如通过焊接、钎焊或压接)，以形成端终插头。这可以用来从光伏器具或彼此连接的光伏器具阵列提取电功率，提取的电功率可以被供给到外部负载。例如，公器具连接器712可用于全母设计的任何连接器512(图5)，而在其它实施例中，公和母器具连接器710，712可以用于具有公和母连接器510(图5)的设计。

金属互连层的作用是提供电通路，电通路用于将PV器具连接到一个或多个其它的PV器具以实现串联和并联连接中的一个或两个，和将PV器具连接到器具连接器，以从用两个或多个PV器具完成的组件提取功率以增加组件的总功率输出。金属互连层可使用按照希望配置布置的绝缘线进行装配，或者可以使用印刷电路板和/或柔性电路技术形成。再次参照图5，在金属互连层的一个相当简单的实施方案中，PV器具512的连接器518和520将被电连接到太阳能电池，一个作为阳极，另一个作为阴极。图8示出太阳能电池810中的前侧面上的接触件，接触件的极性通常是负的(阳极，电流流入)，并且太阳能电池的后侧面具有互联接触件，其极性812通常是正的。到金属互连层814的连接可以用馈通设计-例如通孔来完成，或者可以包括围绕太阳能电池810的周边布线。图8中示出的连接意味着左侧面母连接器和右侧面母金属连接器被分别连接到太阳能电池的负极和正极端子。这些极性可以通过互换连接而轻易反转。电连接可以通过使用热来熔化基于锡、铅或银的焊料完成或在导电胶的帮助下完成。金属互连层和太阳能电池可使用可以层压在太阳能电池层810的背面或在互连层814的顶面上的绝缘层816隔开，绝缘层816为例如绝缘带、绝缘纸、或薄的聚合物层。

图9A-图9B示出了串联耦接的两个PV器具。用于串联成形的连接可以通过将图9A中示出的公耦接器912插入两个相邻的极性相反的母连接器910来完成，即，一个PV器具的正极端子被连接到相邻PV器具的负极端子。然后任何数量的PV器具可以串联连接以形成阵列，并且实现希望的配置。器具连接器914可用来将该阵列连接到需要电功率的外部应用。如图9B所示，两个PV器具通过公耦接器912串联连接，并且器具连接器914、916用于从完成的组件提取电功率。

图9C示出了一实施例，其中两个PV器具920的每个具有至少一个公连接器922和一个母连接器924，以及用于提取功率的母器具连接器926和公器具连接器928。如图9D所示的完成组件包括器具连接器926、928和在器具920之间的930处耦接的连接器。

另一组实施方案包括PV器具，其具有金属互连层，该金属互连层实现两个或多个PV器具的并联连接，以增加可用电流，同时保持电压恒定。这种变体示出于图10A中，其示出分解图，突出互连层1012的特定设计，互连层1012与太阳能电池层1010通过绝缘层1020再次隔开。迹线或线1018连接到PV器具互连层1012的每个边缘上的正极端子1022和负极端子1024。基于太阳能电池的连接，明显地，左上方和右上方的母连接器是正极性的，因而是正极端子1022，而底部左侧和右侧的连接器是负极性的，因而是负极端子1024。再次此具体极性可以很容易地通过反转将金属互连件连接到太阳能电池的线互换。

图10B示出了器具1014，其具有正极端子1022和负极端子1024。两个PV器具1014之间的互连是由连接相同极性的两个母连接器的公耦接器1016实现，从而使每个PV器具采用图10C中示出的完成连接方式并联。该配置将由每个PV器具产生的电流合在一起，并保持电压恒定。例如，如图10C所示，三个PV器具1014通过耦接器1016被连接到一起，从而使得通过器具连接器1030、1032获得的输出将能够有电压V和电流流率3I，其中V是单个PV器具1014的电压，I是单个PV器具1014的电流。

图11A通过实现并联和串联连接建立在图10A-图10C的设计之上。如图11A的互连层1114上示出的，第一边缘1120上有两个正极端子和一个负极端子，第二边缘1122上有两个负极端子和一个正极端子。此极性配置可以通过互换连接到太阳能电池的线改变。如之前绝缘层1112将互连层1122与太阳能电池层1110隔开。在这个实施例中，将PV器具的中心的正极连接器连接到负极连接器使PV器具串联连接，而连接顶部和底部母连接器1118将使PV器具并联连接。图11B是PV器具的立体图，其中每侧面上各有三个母连接器。

如果V是一个PV器具1120的电压输出，并且I是电流流率，那么图11A-图11B的设计可以容易适于并联和串联使用而不改变整个组件的占用空间。图11C示出了并联配置，并且图11D示出串联配置，每种配置都使用公耦接器1120和器具连接器1122、1124的适当连接得到。在图11C中，器具连接器1122和1124将从并联连接的PV器具1130、1132、1134获得1V的输出电压和3I的电流容量。使用相同的占用空间，如图11D所示，耦接器1120被用来使三个PV器具1130、1132、1134以串联配置连接在一起，以获得3V的输出电压和1I电流。

图12说明两层互连结构体可如何得以用于图13A-图13D中示出的更多实施例中。太阳能电池层1210覆在两层印刷电路板上(为简单起见省略绝缘层)，其中一个层1212是“正连接”层并在矩形的PV器具的所有四个边缘上都具有端子，其中两个侧面上各具有两个正极端子，并且剩余的两个侧面上各具有单个正极端子。另一层1214是“负连接”层，再次，在所有四个侧面上都具有端子，其中两个侧面上各具两个负极端子，剩余两个侧面上各具两个正极端子。应注意的是，为方便用户，端子可以彩色编码为正极和负极端子。例如，使用通用的方法，负极端子可以是黑色的，而正极端子可以是红色。可替代地，标记可设置在PV器具的面或边缘上。在另一实施例中，每个PV器具可以用独有的数字或代码进行标记，以便于较大装置的布局和故障诊断。

代替图12的分层设计，如图13A所示，也可以使用接线板设计来将连接器放置在PV器具的每个侧面上。与图12一样，连接器可以被放置在PV器具的每个侧面上，包括例如左侧面和右侧面上的正极连接器1312，以及顶面上的连接器1310和底面上的连接器1314。还示出了一组相应的负极连接器。到太阳能电池的电连接与图12相似，但在接线板上进行。图13B示出了完成的结构体，PV器具1318的几个侧面上有正极端子1322和负极端子1324。

图13C示出了使用四边接触件来实现从第一器具连接器1322到第二器具连接器1324的串联/并联配置，其中一共有六个PV器具被连接。首先，使用每个长边上的最中心的连接器与公耦接器1320耦接一起来串联连接三个PV器具1326、1328和1330。此外，PV器具1326与PV器具1332使用公耦接器1340并联连接。同样地，PV器具1328与PV器具1334并联连接，并且PV器具1330与PV器具1336并联连接。如果V和I代表单个PV器具的电压和电流，那么这个完成的模块化组件的输出将提供3V的电压和2I的电流。这一结果可以通过注意到有三个串联的级而被理解：第一级为并联连接的PV器具1326、1332，电压为V且电流为2I；第二级为并联连接的PV器具1328、1334，电压为V且电流为21；第三级为并联连接的PV器具1330、1336，电压为V且电流为2I；因此，每一级贡献V，并具有2I的电流容量。本领域技术人员将认识到，串联输出电压随后将是3V，串联电流是2I。本领域技术人员也将认识到，随着更大量的单个器具被连接，固有阻抗对于确定实际性能可能变得重要，并且在本解释中使用的一般简单求和仅仅是一阶估计。

如果需要的话，PV器具可以包括凹槽、孔、槽等，用于为总体装置提供结构完整性，以便于例如提供围绕装置的外框。如果设置有孔或槽，则可使用螺钉或键把单独的器具固定在一起，以提供比仅使用电连接器和耦接器可提供的更多的结构完整性。提供带子、边框、角和/或边连接器，以固定装置的外周或将装置中的各个器具的内角保持在一起。

图14示出另一种配置，其中输入/输出端子可被选择以使接线简单。这里，两个PV器具1410、1412使用公连接器1420并联连接。输出端子1424、1426彼此相邻，从而可能使接线更容易。使用PV器具1410、1412中的任一个的连接器槽可实现更多的并联连接。

如本领域技术人员将理解地，可以使用任何形状的PV器具，包括规则和不规则的多边形，如三角形、正方形、五边形等。连接机构可根据需要放置在一个或多个侧面上，包括所有的侧面。此外，凭借示出的模块化设计，可更容易地管理较大的PV装置的运输和处理成本，因为，例如，3米乘3米的装置可以使用许多30厘米乘30厘米的模块化正方形件(或更大的件或更小的件)完成，这样，不运输3米乘3米的箱体(加上用于连接器和保护填充物/缓冲物的空间)，而可以使用更加紧凑和更坚固的容器。

如图15中的光伏器具的各种实施方案中所示，可存在对光伏器具的主体的修改，其中主体或外壳的面积可大于太阳能电池1510，并且接触件可如1512所示地随意放置。连接器的数量也可以更大，其中除了向负载供给电功率外，一些连接器可例如通过串行或I2C接口提供有关光伏器具的数据，如内部温度，以及瓦数。在一些实施例中，耦接器可以被铰接或预制成具有角度，以允许制成3维结构体。

光伏器具的主体可具有不同于箱型轮廓的其它外形因素。例如器具的底部可具有凹槽1514，凹槽可以是实心或空心的，或可以包含磁铁，磁铁用来将光伏器具附接至铁磁表面。主体也可以具有孔和其它附件1516，附件可以帮助将光伏器具附接到彼此或各种表面。

光伏器具的一些其它实施方案中可以包含嵌入到金属互连层的电路，电路可以包括像半导体晶体管和二极管的有源设备或像电容器、电感器或电阻器的无源设备，甚至可以包括电池，以控制通过电连接器传送的电功率。图16中示出的一个简单配置具有连接在太阳能电池和金属互连件之间的二极管1610，以防止电力由于错误连接光伏器具而逆流到太阳能电池或防止大量电能从连接到光伏器具的负载倒流。简单的LED可以被包括以帮助识别多个器具的正确连接。为了便于在工作场所装配，PV器具可以包括断路开关等来在装配期间隔离或使电输出接地。这样的开关通过方便切断发生故障的PV器具而在维持PV器具阵列方面是有用的。金属互连层也可以包含像传感器、无线设备、能够将光伏器具的状态显示给器具的用户的LED或LCD显示器1612的电路。

每个这些非限制性实施例可独立存在，或者可以采用多种排列或组合与一个或多个其它实施例组合。上面的详细描述包括对所附附图的参照，附图构成详细描述的一部分。附图以说明的方式示出实施本发明的具体实施方案。这些实施方案在本文中还被称为“实施例”。这类实施例可以包括除了所示出或描述的那些元件之外的元件。然而，本发明人还考虑仅提供示出或描述的那些元件的实施例。此外，本发明人还考虑使用关于特定实施例(或其一个或多个方面)，或关于文中示出的或描述的其它实施例(或其一个或多个方面)的所示出或描述的那些元件的任意组合或排列。在本文件和通过引用并入的任何文件之间存在不一致用法的情况下，以本文件中的使用来控制。

本文件中术语“一(a)”或“一(an)”(如在专利文件中常见的)用于包括一个或一个以上，独立于任何其它情况或“至少一个”或“一个或多个”的使用。此外，在下面的权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅仅是用作标记，并不旨在对它们的对象施加数字要求。上面的描述旨在是说明性的，而不是限制性的。例如，上述实施例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。在仔细研究上面的描述后，诸如本领域技术人员的人员可使用其它实施方案。

摘要被提供以符合37C.F.R.§1.72(b)，以允许读者快速地弄清技术公开的本质。应理解，它不用来解释或限制权利要求的范围或含义。

另外，在上述的详细描述中，各种特征可以被集合在一起以精简本公开。这不应该被解释为意图使一个未要求保护的公开特征对任何权利要求是必要的。相反，本发明的主题可以在于少于特定公开的实施方案的所有特征。因此，下面的权利要求作为实施例或实施方案被结合到详细描述中，每个权利要求独立地作为单独的实施方案，并且可以设想到这样的实施方案可以采用多种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参考这类权利要求以及所附权利要求享有的等效物的全部范围来确定。

Claims (15)

1.一种模块化太阳能电池组件，所述模块化太阳能电池组件包含：

太阳能电池结构体，所述太阳能电池结构体用于接收太阳能并将所述太阳能转换成电力；

绝缘层；

互连层；

背衬层；以及

多个连接器，每个连接器均具有极性，所述多个连接器包括正极性的第一连接器和负极性的第二连接器，所述第一连接器和第二连接器通过所述互连层连接至所述太阳能电池结构体，使得当所述太阳能电池结构体被太阳能照射时，所述第一连接器相对于所述第二连接器从所述太阳能电池结构体接收正电压；

其中所述多个连接器被配置成能够与相似设计的一个或多个相邻模块化太阳能电池组件上的连接器重复地连接/断开。

2.如权利要求1所述的模块化太阳能电池组件，其中所述多个连接器中的至少一些是公连接器，所述公连接器具有延伸超出所述互连层的边界的突出部，并且所述多个连接器中的至少一些是母连接器，所述母连接器被配置成接纳相似设计的相邻模块化太阳能电池组件的一个或多个公连接器。

3.如权利要求1所述的模块化太阳能电池组件，其中所述多个连接器是母连接器，所述母连接器被配置成接纳公耦接器，并且与所述公耦接器机械及电耦接，以便于连接到相似设计的相邻模块化太阳能电池组件。

4.如权利要求2或3所述的模块化太阳能电池组件，其中所述母连接器由柔性且弹性的金属构造而成，以便于在不使用粘合剂或焊接来固定所述耦接器和所述母连接器之间的连接的情况下能够重复地连接在所述公耦接器的爪部、隆起部或凹部上。

5.如权利要求1-4中任一项所述的模块化太阳能电池组件，其中所述太阳能电池结构体是光伏太阳能电池。

6.如权利要求1-5中任一项所述的模块化太阳能电池组件，具有多边形形状的外周，所述外周的至少三个侧面上各具有至少一个正极性连接器和至少一个负极性连接器。

7.如权利要求6所述的模块化太阳能电池组件，其中至少一个侧面具有至少三个连接器。

8.如权利要求1-7中任一项所述的模块化太阳能电池组件，还包含至少一个电路元件，所述至少一个电路元件被安置成连接至所述互连层，所述电路元件包括LED显示器、二极管、电阻器和开关中的一个。

9.如权利要求1-8中任一项所述的模块化太阳能电池组件，还包含封装层，所述封装层至少覆盖所述太阳能电池结构体，并且为所述连接器的至少一部分防风雨。

10.一种模块化太阳能电池系统，所述模块化太阳能电池系统包含多个公耦接器以及如权利要求3所述的至少两个模块化太阳能电池组件，所述多个公耦接器用于将所述至少两个模块化太阳能电池组件连接到一起，其中所述至少两个模块化太阳能电池组件的所述多个连接器被配置和放置成便于以下中的每一个：

通过选择地将所述公耦接器放置在所述多个连接器的第一子集中来产生所述至少两个模块化太阳能电池组件之间的并联连接；以及

通过选择地将所述公耦接器放置在所述多个连接器的第一子集中来产生所述至少两个模块化太阳能电池之间的串联连接。

11.一种构建太阳能电池阵列的方法，所述方法包含将如权利要求1-9中任一项所述的至少两个模块化太阳能电池组件或如权利要求10中所述的系统的至少两个模块化太阳能电池组件连接到一起。

12.如权利要求11所述的方法，其中连接到一起的步骤包括将至少两个模块化太阳能电池组件放置成彼此电串联。

13.如在权利要求11或12所述的方法，其中连接到一起的步骤包括将至少两个所述模块化太阳能电池组件放置成彼此电并联。

14.如任何权利要求11-13中任一项所述的方法，其中连接步骤在没有将所述至少两个模块化太阳能电池组件或与之一起使用的电耦接器或连接器焊接在一起的情况下执行。

15.如权利要求11-14中任一项所述的方法，其中连接步骤在没有使用粘合剂附接所述至少两个模块化太阳能电池组件或与之一起使用的电耦接器或连接器的情况下执行。