CN107195719B - 叠瓦式太阳能光伏组件的生产设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叠瓦式太阳能光伏组件的生产设备，光伏组件包括一个或多个太阳能电池串及沿电池串长度方向设置的旁路引线，旁路引线位于相邻太阳能电池串的中间，或者组件边缘的太阳能电池串的外侧；太阳能电池串通过电极引线与旁路引线连接形成并联；旁路引线端部与太阳能电池串端部的旁路汇流条连接，通过多根旁路引线分摊旁路电流，降低了发热量。

Description

叠瓦式太阳能光伏组件的生产设备

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种叠瓦式太阳能光伏组件的生产设备。

背景技术

太阳能电池是一种利用光生伏特效应将光能直接转化为直流电的器件。根据光电转换材料的不同，太阳能电池包括单晶硅，多晶硅，非晶硅薄膜，碲化镉薄膜，铜铟镓锡薄膜，砷化镓，燃料敏化，钙钛矿，叠层等多个种类。其中最常见的是晶体硅太阳能电池，包括单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池。太阳能电池通常为片状，可以吸收光能并将其转化为电能的一面被称为吸光面或正面，另外一面被称为背面。对于部分太阳能电池，其背面也可以吸收并转化光能为电能，这些太阳能电池被称为双面电池。

将多个太阳能电池电学互连后封装在玻璃或有机聚合物中，得到的可以长期使用的光伏设备，被称之为光伏组件。晶体硅光伏组件中的电池片互联方式，常见的有将电池片顺序排列，以含铜基材的涂锡焊带作为互联条，互联条一端焊接在第一片电池片的正面主栅线上，互联条另一端焊接在相邻的第二片电池片的背面栅线上。第二根互联条的两端分别焊接在第二片电池片的正面主栅线和第三片电池片的背面栅线上，依次类推。由此将所有的电池片串联成一串。

叠片组件采用的是另外一种电池片互联的技术。将太阳能电池片甲的一侧置于另一电池片乙的下方，使电池片甲该侧正面的栅线电极与乙背面的电极相互重合。在两个电极之间采用导电材料形成导电连接。与此同时，电池片乙的另一侧被置于电池片丙的下方，使得乙另一侧正面的栅线电极与丙背面的电极相互重合，在两个电极之间采用导电材料形成导电连接。按照同样的方法，可以将多片电池片依次互连形成电池串。

叠片电池片正面和背面的电极图案，通过在太阳能电池表面金属化的方法制备。常用的金属化方法是采用丝网印刷加烧结的方式将含有银颗粒的导电浆料印制在电池表面，通过调整丝网印刷的网版图形设计，可以改变电极图案。

晶体硅太阳能电池除了电极区域外，正面通常采用氮化硅膜，背面通常为丝网印刷的铝浆料。对于一些特殊的太阳能电池，如正反面都可以吸收光线的双面电池，其背面电极以外的区域表面也采用氮化硅膜而非铝浆料。

叠片组件中电池片电极之间的导电材料包括导电胶，导电胶带，焊带或锡膏等材料。根据导电材料的特性，应选择相应的制备方法。对于采用导电胶形成电学互连的电池串，可以采用点胶机或丝网印刷的方法。

导电胶的主要成分包括树脂材料基体与金属填料。其中的金属填料通常是银或者含银的颗粒。与常用的涂锡铜带相比，导电胶不仅可以和银浆料形成良好的机械粘接力与导电连接，同时也可以与电池片的其它表面，如氮化硅膜层，或是硅材料形成良好的粘接。

由于银是一种贵金属，因此含有银的太阳能电池浆料和导电胶的成本都比较昂贵。可以采用便宜的金属材料如铜、铝、镍，或者非金属导电材料如各种碳材料、氧化铟锡等替代浆料或导电胶中的银，也可以适当地在电池片的表面减少银浆覆盖的面积。

现有技术方案，参考图1，在叠片组件中的旁路引线位于太阳能电池串的背面，为了防止短路，在旁路引线和太阳能电池串之间有绝缘垫条。

现有技术的缺点1：阴影遮挡造成旁路二极管打开时，几个并联的电池串的电流通过电极引线全部汇流到旁路引线，由欧姆定律，电阻的发热量与电流平方成正比，因此旁路引线发热量较大。缺点2：绝缘垫条增加了组件的材料成本和工艺复杂性。缺点3：旁路引线和绝缘垫条对电池背面形成阴影遮挡，如果使用双面电池，该阴影遮挡会影响背面的发电量，并造成热斑效应，影响光伏组件长期可靠性。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明公开了一种叠瓦式太阳能光伏组件的生产设备，通过多根旁路引线分摊旁路电流，降低了发热量，并避免了对电池背面的阴影遮挡。

为达到上述目的，本发明采用的制备技术方案为：

一种叠瓦式太阳能光伏组件的生产设备，用于制作叠瓦式太阳能光伏组件的旁路引线丝与旁路汇流条连接结构，包括相互平行布置的固定牵引支架和移动牵引支架，固定牵引支架上垂直设置有水平导轨，移动牵引支架能够沿水平导轨平移；移动牵引支架上设有固定拉丝装置，固定拉丝装置用于从固定牵引支架处拉出旁路引线丝；固定牵引支架下方设置有用于焊接旁路引线丝与旁路汇流条的焊接台；固定牵引支架内侧设置有用于切断旁路引线丝的铡刀。

固定牵引支架和移动牵引支架下方均设置焊接台；焊接时，旁路引线丝被固定牵引支架与对应的焊接台、移动牵引支架与对应的焊接台夹紧。

还包括冲压头，冲压头为弧形凸起结构，冲压头冲压旁路引线使其形成弧形线段的凹槽。

相对于现有技术，本发明具有以下效益：

本发明的生产设备，将旁路引线丝与旁路汇流条接触后进行焊接，通过移动牵引支架沿水平导轨移动，牵引旁路引线丝根据需求长度进行切割，制作旁路引线与旁路汇流条的连接结构。可以实现批量生产，且可以根据实际需求长度进行任意长度的切割，满足不同规格的电池组件生产。

进一步，固定、移动牵引支架下方均设置有焊接台，将旁路引线夹紧，然后移动牵引支架中的焊接机构对下方的旁路引线与旁路汇流条进行焊接，起到旁路引线夹紧的作用，不需要单独设计旁路引线的夹紧拉丝机构。

进一步，在制作过程中冲压头向下方冲压，从而在旁路引线中形成弧形线段的凹槽。当旁路引线遭遇层压或冷热冲击等热应力时，弧形线段凹槽的伸长或缩短等形变可以吸收旁路引线中的应力，从而避免旁路引线形变或位移。

附图说明

图1为现有技术中的叠瓦式太阳能光伏组件结构示意图；

图2为本发明的叠瓦式太阳能光伏组件结构示意图一；

图3为本发明的叠瓦式太阳能光伏组件结构示意图二；

图4为本发明的组件版型结构示意图；

图5为旁路引线与旁路汇流条结构的生产设备示意图；

图6为旁路引线的上有弧形线段的冲压成型示意图。

其中，1为铝背场，2为旁路引线，3为电极引线，4为绝缘垫条，5为旁路汇流条，6为端引线，7为旁路二极管，8为并联引线，9为电池片，10为端汇流条，11为旁路引线卷轴，12为铡刀，13为水平导轨，14为旁路引线丝，15为固定牵引支架，16为凹槽，17为焊接台，18为移动牵引支架，19为冲压头。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明：

本发明提供了一种可用于叠片光伏组件，以及半切片电池组件、1/3切片电池组件、整片电池组件的版型设计方案，并可以用于双面叠片组件。太阳能电池片可以是正反面均能吸收光线发电的双面电池片。

一种叠瓦式太阳能光伏组件，组件内含有一个或多个太阳能电池串，每个太阳能电池串由二个或多个太阳能电池片组成。同一太阳能电池串内相邻的两片太阳能电池片的相邻边相互重叠，重叠宽度在0.2到2.5毫米。

重叠区域采用具有导电性的材料甲，如导电胶，在二片电池片之间形成导电连接。重叠区域采用具有粘接性或表面融化后具有粘接性的材料乙，如胶、胶带、焊料或焊带等，将二片电池片连接在一起。粘接材料乙与导电材料甲可以是同一种材料。

如图2和图3所示，太阳能电池串中间的电池片中，有一块或更多块电池片与金属电极引线3相连。连接方式包括电极引线3与电池片正面或背面的金属化电极直接导通。电极引线3与金属化电极形成电学互联的方式包括直接焊接、通过其它材料间接焊接，通过导电胶粘接。电极引线可以是直导线，也可以是经过打孔、开槽等处理后的导电条带。电极引线3可以横跨多个电池串的宽度，并在这些电池串间形成并联。

电极引线3可以只连接单个电池串，并通过并联引线8将不同电池串的电极引线并联。

电极引线3或并联引线8通过旁路引线2与旁路二极管7连接。旁路引线2位于相邻太阳能电池串之间，或者组件边缘的太阳能电池串的外侧。旁路引线2的数量不小于二。相邻电池串可以共用一根旁路引线2。不同的旁路引线2可以连接到同一根旁路汇流条5，并通过旁路汇流条5连接旁路二极管7。

电极引线3、并联引线8、旁路引线2、旁路汇流条5间形成电学互联的方式包括直接焊接、通过其它材料间接焊接，通过导电胶粘接。

电极引线3、并联引线8与旁路引线2可以是铜基材上涂覆有含锡合金的金属焊带，截面可以是圆形，三角形，矩形，圆角矩形，锯齿形，截面积大于0.01mm²,小于4mm²。

电极引线3、并联引线8与旁路引线2，可以将照射在上面的部分或全部光线反射，并通过组件封装材料如玻璃或背板的反射，将反射光线照射在太阳电池表面，从而提升太阳电池吸收的光通量，进而提升组件发电量。

在电池串之间，没有电极引线3、并联引线8或旁路引线2的位置，可以放置定向反射材料，如表面有锯齿形图案的反光膜，从而将照射在其上的光线反射，并通过组件表面的反射重新被太阳能电池吸收，从而提升发电量。

如图4所示，太阳能电池串的两端有端引线6。端引线可以是铜基材上涂覆有含锡合金的金属焊带，厚度可以是0.02-0.40mm，宽度可以是0.5-30mm。金属焊带上可以冲孔或开槽，从而减少焊接时焊带内部残余应力，避免造成电池片破裂或隐裂。

相邻太阳能电池串的端引线6可以相互搭接，形成电导通。相邻太阳能电池串的端引线6可以通过共同连接的端汇流条10形成电导通。端汇流条10和旁路汇流条5可以相互重叠，中间用绝缘材料如聚酰亚胺膜，硅胶膜，聚对苯二甲酸乙二醇酯膜隔开。绝缘材料可以是透明材料。

位于电池串外侧的端引线6或端汇流条10可以折叠到电池串内侧的背面。

端汇流条10与旁路汇流条5之间，或者旁路汇流条5与旁路汇流条5之间，可以根据需要接入旁路二极管7。如图3所示。对于某些组件，可能需要3个以上的旁路二极管7，这时除了两端的二极管7分别位于两个端汇流条10和电位与之最接近的两个旁路汇流条之间外，其它的旁路二极管位于不同电位的旁路汇流条之间。

太阳能电池串、电极引线3、并联引线8、旁路引线2、端引线6、旁路汇流条5、端汇流条10等可以通过封装材料如乙烯-醋酸乙烯共聚物，聚烯烃，硅胶等材料封装。封装材料的外侧正面，可以采用玻璃、乙烯-四氟乙烯共聚物或其它透光材料形成前板。封装材料的外侧背面，可以采用玻璃、光伏背板、玻璃纤维板等材料形成背板。

组件的前板或背板上可以开孔或开槽，并将旁路引线2、旁路汇流条5、端引线6、端汇流条10或其连接导线从中引出，从而将旁路二极管7放置在组件外侧。上述旁路引线2、旁路汇流条5、端引线6、端汇流条10或其连接导线，也可以从前板与背板之间的夹缝中引出。上述引出组件外侧的旁路引线2、旁路汇流条5、端引线6、端汇流条10或其连接导线，以及旁路二极管7，可以放置在1个或多个光伏接线盒中。光伏接线盒的材料可以是聚苯醚、聚碳酸酯等工程塑料。光伏接线盒中可以填充硅胶等绝缘材料。

内含端汇流条10或其连接线的光伏接线盒可以同时带有一根或二根光伏线缆与相应的连接器，该光伏线缆与端汇流条或其连接线导通。

光伏接线盒可以与各种光伏优化器、微型逆变器连接，或是被光伏优化器或微型逆变器所代替。上述光伏组件的四周边缘，可以安装边框。边框可以全部或部分围合光伏组件的四周边缘。边框的材料可以是各种铝合金，或含有玻璃纤维的聚氨酯等塑料材质。边框与组件之间，可以采用硅胶或胶带密封及固定。

上述位于相邻太阳能电池串中间的旁路引线的设计，亦可以用于采用旁路引线连接旁路二极管的其它光伏组件，如半片电池组件，三分之一片电池组件，整片电池组件等。

一种使用2个二极管的组件版型如图4所示，电池串中间的两片电池通过电极引线3相连，电极引线3分别与两侧的电池片的正反面电极相连。六个电池串的电极引线3通过一根并联引线8相连，并联引线是直径0.5mm的圆形光伏焊带。6个电池串的两两中间，有5根旁路引线2，旁路引线是直径0.5mm的圆形光伏焊带。5根旁路引线的2端与中间，分别与旁路汇流条5和并联引线8焊接。6个电池串的2端均有端引线6，同侧的端引线通过端汇流条10形成并联。端汇流条与旁路汇流条上下重合，中间用绝缘垫条4隔开。左侧旁路汇流条与同侧端汇流条间接入一个旁路二极管。右侧旁路汇流条与同侧端汇流条间也接入一个旁路二极管。上述2个旁路二极管分别位于组件2端的2个接线盒中。二个接线盒各引出一根线缆。

上述并联引线8，旁路引线2和旁路汇流条5，在光伏组件正常工作状态下，无电流通过或是仅有微小电流通过。当光伏组件工作异常，例如组件的部分区域被阴影遮挡，或是组件发生了热斑效应时，可以有大量的电流通过并联引线，旁路引线和旁路汇流条，同时伴随着旁路二极管的导通，从而对组件中的太阳能电池片起到保护作用。

对于晶体硅太阳能电池，为了防止反向偏置电压过高导致电池片被击穿，与一个旁路二极管并联的电池串或电池串组中的串联电池片数量存在一定的上限。对于叠瓦组件，可以根据电池串组中的电池片情况，选择旁路二极管的数量和规格。

该方案的优点在于：

一：并联引线、旁路引线对电池串正面和背面均不构成阴影遮挡，适用于双面太阳能电池构成的双面组件。

二：通过多根旁路引线分摊旁路电流，降低了发热量。

三：避免了旁路引线与电池串间的绝缘条的使用

四：采用圆形、三角形或锯齿形的旁路引线，可以将照射在其上的组件正面光线，以及双面组件背面的光线反射，并通过组件表面的全反射重新被太阳能电池吸收，从而提升发电量。

如图5所示，本发明还提供了一种可以用来制备上述旁路引线与旁路汇流条结构的生产设备，用于制作叠瓦式太阳能光伏组件的旁路引线丝14与旁路汇流条5连接结构，包括相互平行布置的固定牵引支架15和移动牵引支架18，固定牵引支架15上垂直设置有水平导轨13，移动牵引支架18能够沿水平导轨13平移；移动牵引支架18上设有固定拉丝装置，固定拉丝装置用于从固定牵引支架15处拉出旁路引线丝14；固定牵引支架15下方设置有用于焊接旁路引线丝14与旁路汇流条5的焊接台17；固定牵引支架15内侧设置有用于切断旁路引线丝14的铡刀12。

工作过程为：移动牵引支架18可以沿水平导轨13移动，其上面有固定拉丝装置，可以将5根旁路引线丝14从固定牵引支架15处拉出，达到需要的长度后，装载有旁路汇流条的焊接台移动到牵引支架下方，牵引支架下移使得旁路引线丝14与旁路汇流条5接触，此时位于牵引支架内的焊接台17开始工作，将旁路引线丝14焊接在旁路汇流条5上。焊接方式包括红外焊接、接触焊接、电磁焊接、波峰焊接等。然后移动牵引支架18继续向右移动，待固定牵引支架15上的旁路汇流条5移动到铡刀12右侧，铡刀12落下，将旁路引线丝14切断，然后移动牵引支架18将旁路引线2加旁路汇流条5复合体拖曳到组件上方的合适位置后将旁路引线2加旁路汇流条5复合体放下，使得旁路引线2位于电池串中间，而旁路汇流条5位于端汇流条10上方的绝缘垫条上方。然后移动牵引支架18再回到最初的工位，重新从固定牵引支架拉丝14。

固定牵引支架15的左侧，可以放置卷绕有旁路引线丝14的卷轴11。固定牵引支架15与移动牵引支架18可沿垂直导轨上下移动。图5中未标出垂直导轨。

还有另外一种方式，使用可以与移动牵引支架18同步移动的旁路汇流条焊接台，在二者移动到左侧开始拉丝位置处，固定与移动牵引支架同时下移到对应的旁路汇流条焊接台17位置，从而将旁路引线夹紧，然后移动牵引支架中的焊接机构对下方的旁路引线丝14与旁路汇流条5进行焊接，再后移动牵引支架18向右移动到位，再由固定牵引支架15中的焊接机构对下方的旁路引线2与旁路汇流条5进行焊接。这种方案的好处是焊接台本身可以起到旁路引线夹紧的作用，不需要单独设计旁路引线的夹紧拉丝机构。

由于金属旁路引线的热膨胀系数与电池串以及玻璃有较大差异，采用本方案制备的组件，可能面临层压后，或是长期经受冷热循环后旁路引线变形移位的问题。为了解决该问题，可以使用图6中的机构对旁路引线进行处理。如图6所示，在旁路引线的上方放置有弧形凸起的冲压头19，在制作过程中冲压头向下方冲压，从而在旁路引线中形成弧形线段的凹槽16。当旁路引线遭遇层压或冷热冲击等热应力时，弧形线段凹槽16的伸长或缩短等形变可以吸收旁路引线中的应力，从而避免旁路引线形变或位移。

以上，仅为本发明的较佳实施例，并非仅限于本发明的实施范围，凡依本发明专利范围的内容所做的等效变化和修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (1)

1.一种叠瓦式太阳能光伏组件的生产设备，其特征在于，用于制作叠瓦式太阳能光伏组件的旁路引线丝(14)与旁路汇流条(5)连接结构，包括相互平行布置的固定牵引支架(15)和移动牵引支架(18)，固定牵引支架(15)上垂直设置有水平导轨(13)，移动牵引支架(18)能够沿水平导轨(13)平移；移动牵引支架(18)上设有固定拉丝装置，固定拉丝装置用于从固定牵引支架(15)处拉出旁路引线丝(14)；固定牵引支架(15)下方设置有用于焊接旁路引线丝(14)与旁路汇流条(5)的焊接台(17)；固定牵引支架(15)内侧设置有用于切断旁路引线丝(14)的铡刀(12)；

其中，固定牵引支架(15)和移动牵引支架(18)下方均设置焊接台(17)；焊接时，旁路引线丝(14)被固定牵引支架(15)与对应的焊接台、移动牵引支架(18)与对应的焊接台夹紧；

所述叠瓦式太阳能光伏组件的生产设备还包括冲压头(19)，冲压头(19)为弧形凸起结构，冲压头(19)冲压旁路引线(2)使其形成弧形线段的凹槽(16)。