CN108701733A - 具有保护电路的高效率低成本太阳能面板 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个实施例可以提供太阳能面板。太阳能面板可以包括夹在前盖和后盖之间的多个光伏条带串。串可以被布置成包括多个块的阵列，并且各个块可以包括彼此并联电耦合的串的子集。块内的串的子集可以耦合到旁路二极管。多个块可以彼此串联电耦合。

Description

具有保护电路的高效率低成本太阳能面板
技术领域
本公开一般涉及太阳能面板。更具体地，涉及实现旁路保护电路的高效率低成本太阳能面板。
定义
“太阳能电池”或“电池”是能够将光转化为电的光伏结构。电池可以具有任何尺寸和任何形状，并且可以由各种材料建造。例如，太阳能电池可以是在硅晶片上制造的光伏结构或者在衬底材料(例如玻璃、塑料或能够支撑光伏结构的任何其它材料)上的一个或多个薄膜，或其组合。
“太阳能电池条带(strip)”、“光伏条带”或“条带”是光伏结构(诸如太阳能电池)的一部分或片段。光伏结构可以被划分成多个条带。条带可以具有任何形状和任何尺寸。条带的宽度和长度可以彼此相同或不同。条带可以通过另外划分先前划分的条带而形成。
“级联”是经由在其边缘上或边缘附近的电极电耦合的太阳能电池或条带的物理布置。有许多方法来物理连接相邻的光伏结构。一种方式是将它们在相邻结构的边缘处或附近(例如，正侧上的一个边缘和负侧上的另一个边缘)物理地重叠。这个重叠的过程有时被称为“混搭”。两个或更多个级联光伏结构或条带可以被称为“级联串”，或者更简单地称为“串”。
“指状线”、“指状电极”和“指状物”是指用于收集载流子的光伏结构的细长的导电(例如金属)电极。
“汇流排”、“总线”或“总线电极”是指用于聚集由两个或更多个指状线收集的电流的光伏结构的细长的导电(例如金属)电极。汇流排通常比指状线宽，并且可以沉积或以其它方式定位在光伏结构上或光伏结构内的任何地方。单个光伏结构可以具有一个或多个汇流排。
“光伏结构”可以指太阳能电池、片段或太阳能电池条带。光伏结构不限于通过特定方法制造的设备。例如，光伏结构可以是晶体硅基太阳能电池、薄膜太阳能电池、非晶硅基太阳能电池、多晶硅基太阳能电池或其条带。
背景技术
用于制造太阳能面板的光伏技术的进步已经帮助太阳能在希望减少他们的碳排放量并降低其每月能源成本的人群中获得大量吸引力。然而，面板通常是手工制造的，这是耗时且易出错的过程，这使得批量生产可靠的太阳能面板成本高昂。
太阳能面板通常包括一个或多个完整的光伏结构串。串中相邻的光伏结构可以以级联布置彼此重叠。例如，2014年10月8日提交的题为“Module Fabrication of SolarCells with Low Resistivity Electrodes”的美国专利申请No.14/510,008中描述了形成太阳能面板的连续光伏结构串，其公开内容通过引用以其全部并入本文。生产具有级联电池布置的太阳能面板可以降低由于电池之间的相互连接引起的电阻，并且可以增加可以装入太阳能面板中的光伏结构的数量。
此外，已经表明，基于并联连接的级联条带串的太阳能面板可以提供若干优点，包括但不限于：减少遮蔽，使得能够双面操作，以及减小内部电阻。可以通过将完整的光伏结构划分成多个片段来建造条带。基于级联条带的太阳能面板的详细描述可以在2014年12月8日提交的题为“HIGH EFFICIENCY SOLAR PANEL”的美国专利申请No.14/563,867(代理人案卷No.P67-3NUS)中找到，其公开内容出于多种用途通过引用以其全部并入本文。
典型的太阳能面板通常实现旁路二极管，其可以通过在坏电池周围提供电流路径来防止电流从好的光伏结构(光伏结构被充分暴露于阳光并且处于正常工作条件)流向坏的光伏结构(烧尽或被部分遮蔽的光伏结构)。理想地，将有一个保护每个光伏结构的旁路二极管。但是，这将需要每个面板有大量的旁路二极管和复杂的电连接。在大多数情况下，可以使用一个旁路二极管来保护一组串联连接的条带，这些条带可以是串或串的一部分。
发明内容
本发明的一个实施例可以提供太阳能面板。该太阳能面板可以包括夹在前盖和后盖之间的多个光伏条带串。串可以被布置成包括多个块的阵列，并且相应块可以包括可以彼此并联电耦合的串的子集。块内的串的子集可以耦合到旁路二极管。多个块可以彼此串联电耦合。
在该实施例的变型中，各个串可以包括以级联方式布置的多个光伏条带，并且可以通过将标准光伏结构划分成多个片段来获得各个光伏条带。
在另外的变型中，可以通过将标准光伏结构划分成三个片段来获得光伏条带，所述块可以包括三个串。
在另外的变型中，串可以包括16或17个级联条带。
在该实施例的变型中，阵列可以是包括四个串块的二乘二阵列，并且太阳能面板可以包括四个旁路二极管。
在该实施例的变型中，多个块可以是相同的。
在该实施例的变型中，多个块可以包括具有不同长度的串的块。
在该实施例的变型中，太阳能面板可以另外包括位于串和后盖之间的导电背板。导电背板可以包括夹在至少两个绝缘层之间的图案化导电中间层。
在另外的变型中，可以经由图案化导电中间层来实现多个串之间的电耦合。
在另外的变型中，串的子集与旁路二极管之间的电耦合可以经由图案化导电中间层来实现。
附图说明
图1A示出了光伏结构的前表面上的示例性导电栅格图案。
图1B示出了光伏结构的背表面上的示例性导电栅格图案。
图2A示出了级联条带串。
图2B示出了级联条带串的侧视图。
图3示出了示例性太阳能面板布局。
图4A示出了对于每个分支实现旁路二极管的太阳能面板的示例性边缘遮蔽场景。
图4B示出了对于每行实现旁路二极管的太阳能面板的示例性边缘遮蔽场景。
图5示出了根据本发明实施例的示例性太阳能面板。
图6示出了根据本发明实施例的太阳能面板的示例性边缘遮蔽场景。
图7示出了根据本发明实施例的示例性太阳能面板。
图8示出了根据本发明实施例的具有导电背板的示例性太阳能面板。
图9示出了根据本发明实施例的具有导电背板的示例性太阳能面板。
图10示出了根据本发明实施例的太阳能面板的示例性制造过程。
在附图中，相同的附图标记指代相同的附图元件。
具体实施方式
以下描述被呈现以使得本领域的任何技术人员能够进行和使用实施例，并且以下描述在特定应用及其要求的上下文中提供。对于所属领域的技术人员来说，对所公开的实施例的各种修改将是清楚的，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可将本文中定义的一般原理应用于其它实施例和应用。因此，本发明不限于所示的实施例，而是应被赋予与本文公开的原理和特征一致的最宽范围。
概述
本发明的实施例可以提供具有旁路保护电路的高效率低成本太阳能面板。太阳能面板可以包括多个串联耦合的串块，其中每个串块包括彼此并联耦合的多个串。此外，每个串块可以耦合到旁路二极管。与传统的基于串联连接的太阳能电池的太阳能面板相比，该面板布局可以减少面板内部电阻消耗的功率。此外，旁路保护串块而不是每个单独的串可以减少每个面板所需的旁路二极管的数量，从而降低面板制造成本。
基于级联条带的太阳能面板
如美国专利申请No.14/563,867中所述，太阳能面板可具有多个(诸如3个)串，每个串包括并联连接的级联条带。这种多并联串面板配置可以以减小的内部电阻提供相同的输出电压。一般来说，电池可以被划分成多个(例如n个)条带，并且面板可以包含多个串(串的数量可以与电池中的条带的数量相同或不同)。如果串具有与传统单串面板中的传统光伏结构的数量相同数量的条带，则串可以输出与传统面板大致相同的电压。然后可以将多个串并联连接以形成面板。如果面板中的串的数量与电池中的条带的数量相同，则太阳能面板可以输出与传统面板大致相同的电流。另一方面，面板的总内部电阻可以是串的电阻的一小部分(例如，1/n)。因此，一般而言，n越大，面板的总内部电阻越低，并且可以从面板提取更多的电力。然而，缺点是随着n增加，使串互相连接所需的连接数量也增加，这增加了接触电阻的量。而且，n越大，单个电池需要划分成的条带越多，这增加了相关的生产成本并且由于单个面板中使用的条带数量更多而降低了整体可靠性。
确定n时的另一个考虑因素是电极与其上形成电极的光伏结构之间的接触电阻。该接触电阻越大，可能需要越大的n来有效地降低面板的整体内部电阻。因此，对于特定类型的电极，可能需要不同的n值以在减小总的面板内部电阻方面获得足够的益处，以抵消增加的生产成本和降低的可靠性。例如，传统的银浆或铝基电极可能需要n大于4，因为将银浆丝网印刷和烧制到电池上的过程不会在电极和下面的光伏结构之间产生理想的电阻。在本发明的一些实施例中，可以使用物理气相沉积(PVD)和电镀作为电极材料的铜的组合来制造包括汇流排和指状线两者的电极。所得到的铜电极可以展现出比铝或丝网印刷银浆电极更低的电阻。因此，可以使用较小的n来获得降低的面板内部电阻的益处。在一些实施例中，n被选择为3，这小于具有银浆电极或其它类型电极的电池通常所需的n值。相应地，可以在单个电池上刻划出两个沟槽以允许电池被划分为三个条带。
除了较低的接触电阻外，电镀铜电极还可以提供对可能会在劈开过程中发生的微裂纹更好的耐受性。这种微裂纹可能不利地影响银浆电极电池。另一方面，即使在光伏结构中存在微裂纹，镀铜电极也可以保持跨电池表面的电导率。铜电极对微裂纹的较高耐受性允许使用较薄的硅晶片来制造电池。结果，要刻划在电池上的沟槽可以比刻划在较厚的晶片上的沟槽浅，这又有助于增加刻划过程的生产量。关于使用铜电镀来在光伏结构上形成低电阻电极的更多细节在2011年8月29日提交的题为“SOLAR CELL WITH ELECTROPLATEDGRID”的美国专利申请No.13/220,532(代理人案卷No.P59-1NUS)中提供，其公开内容通过引用以其全部并入本文。
图1A示出了光伏结构的前表面上的示例性栅格图案。在图1A中所示的示例中，栅格102包括三个子栅格，诸如子栅格104。这三个子栅格配置允许光伏结构被划分成三个条带。为了实现级联，每个子栅格都需要有边缘汇流排，边缘汇流排可以位于边缘处或边缘附近。在图1A中所示的示例中，每个子栅格包括沿着相应条带的较长边缘延伸的边缘汇流排(这里的“边缘”指的是相应条带的边缘)和在平行于条带的较短边缘的方向上延伸的多个平行指状线。例如，子栅格104可以包括边缘汇流排106和诸如指状线108和110之类的多个指状线。为了便于随后的激光辅助刻划和劈开过程，在相邻的子栅格之间插入预定的空白空间(即，未被电极覆盖的空间)。例如，空白空间112被定义为将子栅格104与其相邻的子栅格分开。在一些实施例中，空白空间(诸如空白空间112)的宽度可以在0.1mm与5mm之间，优选在0.5mm与2mm之间。在导致对刻划操作更大的耐受性的更宽的空间和导致更有效的电流收集的更窄的空间之间存在折衷。在另外的实施例中，这种空白空间的宽度可以是大约1mm。
图1B示出了光伏结构的背表面上的示例性栅格图案。在图1B中所示的示例中，背部栅格120可以包括三个子栅格，诸如子栅格122。为了实现级联和双面操作，背部子栅格可以对应于前部子栅格。更具体地，背部边缘汇流排需要位于前侧边缘汇流排的相对边缘处。在图1A和图1B中所示的示例中，前部和背部子格栅具有类似的图案，除了前部和背部边缘汇流排位于与条带的相对边缘相邻的位置。另外，背部导电栅格120中的空白空间的位置对应于前部导电栅格102中的空白空间的位置，使得栅格线不干扰随后的刻划和劈开过程。实际上，光伏结构的前侧和背侧上的指状线图案可以相同或不同。
在图1A和图1B中所示的示例中，指状线图案可以包括连续的、非断开的环。例如，如图1A中所示，指状线108和110均包括具有圆角的连接环。这种类型的“环状”指状线图案可以减少长时间使用后指状线从光伏结构剥落的可能性。可选地，平行线连接的部分可以比指状线的其余部分宽以提供更好的耐用性并防止剥落。除了图1A和图1B中所示的图案外，诸如非环状直线或具有不同形状的环也是可能的。
为了形成级联串，可以使电池或条带(例如，作为应用于规则的正方形电池的刻划和劈开过程的结果)级联，其中它们的边缘重叠。图2A示出了级联条带串。在图2A中，条带202、204和206以这样的方式堆叠，即条带206与相邻的条带204部分地重叠，相邻的条带204与条带202也部分地重叠(在相对边缘上)。这种条带串形成了类似于屋顶瓦片的图案。每个条带包括分别位于顶部和底部表面的相对边缘处的顶部和底部边缘汇流排。条带202和204经由位于条带202的顶表面处的边缘汇流排208和位于条带204的底部表面处的边缘汇流排210彼此耦合。为了建立电耦合，以这样的方式放置条带202和204，使得底部边缘汇流排210被放置在顶部边缘汇流排208的顶部并且与顶部边缘汇流排208直接接触。
图2B示出了级联条带串的侧视图。在图2A和图2B中所示的示例中，条带可以是6英寸方形光伏结构的一部分，其中每个条带具有大约2英寸乘6英寸的尺寸。为了减少遮蔽，相邻条带之间的重叠应保持尽可能小。在一些实施例中，单个汇流排(在顶部和底部表面二者处)被放置在条带的非常边缘处(如图2A和图2B中所示)。相同的级联图案可以沿条带的整个行延伸以形成串联连接的串。
图3示出了示例性太阳能面板布局。在图3中，太阳能面板300可以包括彼此并联耦合的三个分支(分支302、304和306)。每个分支可以包括多个串联连接的串，并且每个串可以包括多个级联条带。为了简化说明，每个串都使用矩形表示，并且串中的条带不详细示出。在图3中，分支可以包括四个串联连接的串。例如，分支302可以包括串308、310、312和314。由于串由薄Si晶片的级联片段制成，因此可能难以在不冒串被自动化制造过程损坏的风险的情况下获得长的串。因此，可能需要多个串来形成太阳能面板的单个行。在图3中所示的示例中，分支可以被布置成占据太阳能面板300的两行，每行包括两个单独的串。每个串中的条带的数量可以基于面板尺寸和/或制造的限制来确定。在一些实施例中，每行可以包括较长的串和短的串。在图3中，较长的串308可以包括18个级联条带，并且较短的串310可以包括15个级联条带。考虑到条带可以是标准尺寸的光伏结构的1/3(如图1A和图1B中所示)，面板300的输出电压和电流可以与具有66个串联连接的标准尺寸的光伏结构的传统面板相当。
太阳能面板300还可以包括多个旁路二极管，每个旁路二极管耦合到一个或多个串以向该一个或多个串提供旁路保护。例如，旁路二极管316可以被耦合到串308，并且旁路二极管318可以被耦合到串310和312。总的来说，太阳能面板300可以包括多达9个旁路二极管。
高效率低成本太阳能面板
图3中所示的太阳能面板布局相较于传统串联面板可以提供各种优点。分支之间的并联连接可以降低面板的整体内部电阻，并且可以导致更高的能量输出，因为降低的电阻消耗更少部分的光生能量。此外，在面板的特定部分被遮蔽或被碎片覆盖的情况下，策略性放置的旁路二极管可以保护面板的各个部分。然而，这种面板布局方法仍然存在缺陷。
该面板布局面临的一个主要问题是：将9个旁路二极管耦合到各个串可能仍然需要相对复杂的布线。此外，二极管本身的成本可以显著影响面板的成本。一种降低成本的方法是减少耦合到每个分支的二极管的数量。例如，代替如图3中所示的为每个分支使用三个二极管，每个分支可以使用单个二极管。可替代地，单个二极管可用于面板的每行。
然而，简单地减少旁路二极管的数量而不修改面板布局可能导致不同的问题。更具体地，当二极管的数量减少时，边缘遮蔽(这可能是面板阵列的常见情况)会导致显著的电力损失。
图4A示出了对于每个分支实现旁路二极管的太阳能面板的示例性边缘遮蔽场景。在图4A中，太阳能面板400包括三个并联连接的分支(分支402、404和406)。每个分支可以耦合到旁路二极管。面板400可以总共包括三个旁路二极管。在图4A中，太阳能面板400被示出为以两种不同方式被边缘遮蔽。在一种场景中，面板400的较长边缘(或水平边缘)被遮蔽，如阴影区域420所示。由于每个旁路二极管被耦合到整个串分支，因此分支中任何串的部分遮蔽可能导致整个分支被绕过。因此，虽然阴影区域420只遮蔽了太阳能面板400的最上面的行中的串的一部分，但是这种类型的边缘遮蔽会导致整个分支402被绕过。这意味着，在这种边缘遮蔽的场景下，太阳能面板400的三分之一不再能产生电力。另一方面，当太阳能面板400的较短边缘(或垂直边缘)被遮蔽时，如阴影区域440所示，所有分支将被绕过，并且整个太阳能面板400不再能产生电力。
图4B示出了对于每行实现旁路二极管的太阳能面板的示例性边缘遮蔽场景。在图4B中，太阳能面板450的每行可以耦合到旁路二极管。太阳能面板450可以总共包括六个旁路二极管。当太阳能面板450的较长边缘被遮蔽时，如阴影区域460所示，太阳能面板450的整个最上面的行将被绕过。这意味着太阳能面板450的六分之一不再能够产生电力。另一方面，当太阳能面板450的较短边缘被遮蔽时，如阴影区域480所示，太阳能面板450的所有行将被绕过，并且整个太阳能面板450不再能够产生电力。
从图4A和图4B中可以看出，尽管通过将更多的串耦合到每个旁路二极管可以减少旁路二极管的数量，但这可能导致严重的电力损失问题。在最极端的情况下，某个边缘的遮蔽会导致整个太阳能面板被绕过。因此，这种降低成本的方法不是可行的方法。
本发明的一些实施例提供了新型太阳能面板，其可以在被遮蔽时在不面临显著的电力损失的情况下实现成本降低的目标。更具体地，该新型太阳能面板可以包括多个串联耦合的串块，每个串块包括彼此并联耦合的多个串。图5示出了根据本发明实施例的示例性太阳能面板。在图5中，太阳能面板500可以包括多个串块(诸如块502、504、506和508)。每个块可以包括多个(例如三个)并联连接的串和并联耦合的旁路二极管。例如，块502可以包括彼此并联耦合的串512、514和516以及旁路二极管518；并且块504可以包括并联耦合的串522、524和526以及旁路二极管528。块可以彼此串联连接。为了适合于标准尺寸的面板，在图5中所示的示例中，四个块可以被布置成2乘2的阵列，其中两个块(例如，块502和504)被放置在顶部的行中，并且两个块(例如，块506和508)被放置在底部的行中。
在图3中所示的示例中，太阳能面板300可以包括三个并联连接的分支，每个分支包括四个串联连接的串。另一方面，在图5中，太阳能面板500可以包括四个串联连接的块，每个块包括三个并联连接的串。因此，太阳能面板300和500可以提供类似的电流和电压输出。与太阳能面板300相似，由太阳能面板500的内部电阻消耗的功率的量可以比传统的串联面板少。
在一些实施例中，串联连接的块可以是相同的块。更具体地，每个块中包含的串可以是相同的。例如，串512、514和516可以与串522、524和516相同，每个串包括相同数量的级联条带。在替代实施例中，块可以是不同的，其中不同块中的串包括不同数量的级联条带。在一个实施例中，块502中的每个串(例如，串512、514和516)可以包括16个条带，并且块504中的每个串(例如，串522、524和526)可以包括17个条带。考虑到可以通过将标准尺寸的光伏结构划分成3个片段来获得每个条带，该面板配置可以得到如下的太阳能面板，该太阳能面板可以产生类似于具有66个串联连接的标准尺寸的光伏结构的传统面板的电压和电流输出。在替代实施例中，太阳能面板500内的所有串可以包括18个级联条带。这种配置可以得到如下的太阳能面板，该太阳能面板可以产生类似于具有72个串联连接的光伏结构的传统面板的电压和电流输出。
在图5中所示的示例中，每个串块被耦合到旁路二极管，并且整个面板可以包括总共4个旁路二极管。与图3中所示的包括9个旁路二极管的面板相比，当前的新型面板可以使用5个更少的二极管，这可以显著地节约成本。值得注意的是，虽然使用比传统面板少的旁路二极管，但这种新型面板仍然可以提供比传统面板更好的旁路保护，特别是在各种边缘遮蔽条件下。图6示出了根据本发明实施例的太阳能面板的示例性边缘遮蔽场景。
在图6中，太阳能面板600可以包括被布置成2乘2阵列的四个串联连接的块，每个块耦合到旁路二极管并且包括三个并联耦合的串。在图6中，太阳能面板600被示出为以两种不同的方式被边缘遮蔽。在一种场景中，太阳能面板600的较长边缘被遮蔽，如阴影区域620所示。该边缘遮蔽可导致面板600的顶部的行中的两个块都被绕过。在不同的场景中，面板600的较短边缘被遮蔽，如阴影区域640所示，导致面板600的左边的列中的两个块都被绕过。总之，无论哪个边缘被遮蔽，在面板边缘处的遮蔽都可能导致太阳能面板600的至多一半被绕过。这意味着新型面板设计不仅可以减少所需的二极管的数量，而且还可以防止发生如图4A和4B中所示的在某些边缘遮蔽情况下整个面板可以被绕过的最坏情况的场景。
除了图5和图6中所示的2乘2阵列配置之外，也可以具有其它面板配置。例如，太阳能面板可以具有比图5和图6中所示的更少或更多的行或列。另外，串中的条带的数量可以不同于图5和图6中所示的数量。图7示出了根据本发明实施例的示例性太阳能面板。在图7中，太阳能面板700可以包括被布置成2乘3阵列的六个串块，其中每个串块包括彼此并联耦合的三个串。在一个实施例中，太阳能面板700内的每个串可以包括11个级联条带，并且每个条带可以是标准尺寸的光伏结构的1/3。这种配置可以提供如下的面板，该面板可以产生类似于具有66个串联连接的标准尺寸光伏结构的传统面板的电压和电流输出。
在图7中，每个串块被耦合到旁路二极管，并且太阳能面板700可以包括总共6个旁路二极管。与图6中所示的示例相比，太阳能面板700中的附加旁路二极管可以以更高的粒度提供旁路保护，这可以在相同的遮蔽条件下得到更好的面板性能。在图7中所示的示例中，如果太阳能面板700的较短边缘被遮蔽，则仅太阳能面板700的一列(或1/3)将被绕过。这是相对于图6中所示的其中如果太阳能面板600的较短边缘被遮蔽则太阳能面板600的一半将被绕过的场景的改进。
如之前所讨论的，为了在希望降低总面板内部电阻与希望保持制造复杂性和成本低之间保持平衡，可以优选地使用通过将标准尺寸的光伏结构划分成三个片段而获得的条带。然而，也可以使用通过将标准尺寸的光伏结构划分成更多(例如，四个)或更少(例如，两个)的片段而获得的条带。在这些情况下，为了产生与传统串联面板相当的输出，每个块可以具有相应数量的并联连接的串。例如，如果每个条带是标准尺寸的光伏结构的1/4，则每个块应包括四个并联耦合的条带。
具有导电背板的太阳能面板
虽然在图5和图7中所示的栅格状面板配置由于其对称的设计可以允许相对更容易的制造(当与具有并联耦合分支的传统面板相比时)，但是使用传统布线技术(例如，通过将金属接线片或带焊接到汇流排上)来在串之间建立电耦合仍然是挑战。为了简化串之间的电耦合，在一些实施例中，串间耦合可以经由导电背板来实现。更具体地，太阳能面板的背板(位于串和后盖之间的支撑和绝缘层)可以包括夹在多个绝缘层之间的导电中间层。可以根据太阳能面板布局来图案化导电中间层，并且可以通过在串的汇流排与导电中间层的一些部分之间建立导电路径来实现串之间的期望的电耦合。导电背板的详细描述可以在2015年10月27日提交的题为“HIGH EFFICIENCY SOLAR PANEL”的美国专利申请No.14/924,625(代理人卷号No.P161-1NUS)中找到，其公开内容处于各种目的通过引用以其全部并入本文。
图8示出了根据本发明实施例的具有导电背板的示例性太阳能面板。在图8中，太阳能面板800可以包括放置在背板810上的多个串(例如，串802和804)，并且可以被布置成6乘2的阵列，其中六个行中的每一个包括两个串。背板810可以包括图案化导电中间层，如多个片段的遮蔽区域(例如，区域812、814和816)所指示的。为了简化说明，在图8中，背板810的绝缘层未被示出，并且串被显示为是透明的以便显示在下面的图案化导电中间层。
在图8中，在串的每个端部处示出了一对浓阴影的圆圈，指示串的极与位于串下面的导电中间层的对应部分之间的电耦合。这些圆圈仅用于说明目的，并不反映串的汇流排与导电中间层之间电耦合的物理外观。在图8所示的示例中，串802、804和806的正极被耦合到导电中间层的区域812；并且串802、804和806的负极被耦合到导电中间层的区域814。这种布置可以导致串802、804和806彼此并联耦合，因为导电中间层的每个区域是等电位平面。类似地，串822、824和826的正极被耦合到区域814，并且串822、824和826的负极被耦合到区域816，指示串822、824和826被彼此并联耦合。此外，因为串802、804和806的负极以及串822、824和826的正极被耦合到导电中间层的相同区域814，所以这两个串块彼此串联耦合。
太阳能面板800中的串的底部的三行也可以类似地耦合到导电中间层的相应区域。结果，每列中的串被彼此并联耦合，形成两个底部串块，并且这两个底部串块彼此串联耦合。此外，底部的两个串块被串联耦合到顶部的两个串块，因为底部的三行的右边的列上的串的正极和顶部的三行的右边的列上的串(例如，串822、824和826)的负极被耦合到导电中间层的相同区域816。如从图8中可以看出，通过简单地将导电背板图案化成五个分离区域，可以容易地实现串之间所需的电耦合。这种对称设计可以显著降低制造复杂性。
还在图8中示出了旁路二极管，例如，二极管832、834、836和838。每个旁路二极管可以被耦合到串块。例如，旁路二极管832可以被耦合到并联耦合的串802、804和806；并且旁路二极管834可以被耦合到并联耦合的串822、824和826。旁路二极管836和838被分别类似地耦合到底部左边和右边的串块上的串。
旁路二极管和串块之间的耦合也可以经由导电中间层来实现。在图8中，旁路二极管被示出为放置在太阳能面板800的边缘的上方或下方。实际上，旁路二极管可以被放置在太阳能面板800的后面。更具体地，如果太阳能面板800以其前盖面向入射光的方式定向，则旁路二极管可以被放置在面板外部(在后盖后面)。在背盖和背板的底部绝缘层内可以建造通孔，以允许旁路二极管和背板的导电中间层之间的耦合。因为导电中间层的分离区域彼此靠近，所以可以将旁路二极管彼此靠近地布置。在一些实施例中，四个旁路二极管可以被放置在同一接线盒内。这种接线盒可以是市售的现货组件，从而确保低成本的大规模面板制造。
图9示出了根据本发明实施例的具有导电背板的示例性太阳能面板。在图9中，太阳能面板900可以与图8中所示的太阳能面板800相似，并且可以包括串联连接的串块，其中每个块包括并联连接的串。太阳能面板900在导电中间层的图案化方面可以不同于太阳能面板800。在太阳能面板900中，代替具有大的连续导电区域，背板910的导电中间层可以包括小段的导电材料。例如，导电条带902可以提供串902、904和906的正极之间的电耦合。只要可以实现低电阻耦合，这些导电片段(诸如导电条带902)的尺寸可以被设计得足够小。在一些实施例中，导电条带910的宽度可以在汇流排的宽度与汇流排的宽度的五倍之间。条带914和916可以提供与导电区域814和816类似的功能，除了条带914和916可以具有较小的面积。因为导电中间层通常可以包括低电阻金属材料，例如Cu，所以保持导电区域小可以降低背板的成本。
从图9中可以看出，因为导电条带现在更小并且彼此远离，所以可能需要额外的布线来将旁路二极管连接到串块。然而，这种布线可以被放置在太阳能面板900的外部，因此不会显著增加制造复杂性。
图10示出了根据本发明实施例的太阳能面板的示例性制造过程。在制造期间，系统可以首先获得标准尺寸的光伏结构(操作1000)，并且将每个光伏结构划分成多个条带(操作1002)。系统然后可以形成期望长度的串，这可以涉及将一定数量的条带布置成级联方式(操作1004)。在一些实施例中，串可以包括16或17个条带。
随后，可以以期望的形式将串放置到导电背板上(操作1006)，并且建立串之间的电耦合(操作1008)。在一些实施例中，可将串的子集布置成串块(例如，具有并联布局的三个串的3串块)，并且可将多个串块布置成阵列(例如，2×2的阵列)。在一些实施例中，建立电耦合可以涉及施加和固化填充到预图案化导电背板内的多个通孔中的导电浆。
制造过程可以以施加前侧盖来继续(操作1010)。然后可以翻转面板以施加后侧盖(操作1012)。在一些实施例中，后侧盖可以包括允许电线穿过的通孔。然后，可以位于接线盒内的旁路二极管可以经由这些通孔被连接到各个串块(操作1014)。然后太阳能面板可以通过标准叠层(操作1016)和构造/修整(操作1018)过程来完成制造。
仅出于说明和描述的目的呈现了各种实施例的前述描述。它们并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的形式。因此，对于本领域技术人员而言，许多修改和变化将是清楚的。另外，上面的公开内容并不意图限制本发明。

Claims (20)

1.一种太阳能面板，包括：
多个光伏条带串，被夹在前盖和后盖之间；并且
其中串被布置成包括多个块的阵列，其中各个块包括彼此并联电耦合的串的子集，其中块内的串的子集被耦合到旁路二极管，并且其中所述多个块彼此串联电耦合。
2.根据权利要求1所述的太阳能面板，其中，各个串包括以级联方式布置的多个光伏条带，其中通过将标准光伏结构划分成多个片段来获得各个光伏条带。
3.根据权利要求2所述的太阳能面板，其中，通过将标准光伏结构划分成三个片段来获得光伏条带，并且其中所述块包括三个串。
4.根据权利要求3所述的太阳能面板，其中，所述串包括16或17个级联条带。
5.根据权利要求1所述的太阳能面板，其中，所述阵列是包括串的四个块的二乘二阵列，并且其中所述太阳能面板包括四个旁路二极管。
6.根据权利要求1所述的太阳能面板，其中，所述多个块是相同的。
7.根据权利要求1所述的太阳能面板，其中，所述多个块包括具有不同长度的串的块。
8.根据权利要求1所述的太阳能面板，还包括位于所述串与所述后盖之间的导电背板，其中所述导电背板包括夹在至少两个绝缘层之间的图案化导电中间层。
9.根据权利要求8所述的太阳能面板，其中，所述多个串之间的电耦合经由所述图案化导电中间层来实现。
10.根据权利要求8所述的太阳能面板，其中，所述串的子集和所述旁路二极管之间的电耦合经由所述图案化导电中间层来实现。
11.一种制造太阳能面板的方法，包括：
获得多个光伏条带串；
将所述多个串布置成包括多个块的阵列，其中各个块包括串的子集；
在串的子集之间建立并联电耦合；
将串的子集电耦合到旁路二极管；
在所述多个块之间建立串联电耦合；以及
将所述多个串放置在前盖和后盖之间。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，获得各个串涉及：
通过将标准光伏结构划分成多个片段来获得各个光伏条带；以及
将多个光伏条带布置成级联方式。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，获得所述光伏条带涉及将标准光伏结构划分成三个片段，并且其中所述块包括三个条带。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，获得所述串包括级联16或17个光伏条带。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述阵列是包括串的四个块的二乘二阵列，并且其中所述方法还涉及将所述串的四个块电耦合到四个旁路二极管。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多个块是相同的。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多个块包括具有不同长度的串的块。
18.根据权利要求11所述的方法，还包括将所述多个串放置在导电背板上，其中所述导电背板包括夹在至少两个绝缘层之间的图案化导电中间层。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，在串的子集之间建立并联电耦合和/或在所述多个块之间建立串联电耦合涉及在所述多个串与所述图案化导电中间层之间建立导电路径。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，将串的子集电耦合到所述旁路二极管涉及在所述旁路二极管与所述图案化导电中间层之间建立导电路径。
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