CN109287132A - 用于光伏模块的连接电池 - Google Patents

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Abstract

提供了一种搭接的光伏(PV)电池模块。所述PV电池模块包括第一PV电池串和第一连接电池。所述第一PV电池串包括多个搭接的PV电池段。每个PV电池段包括前电极和电耦合到所述前电极的相对的后电极。所述PV电池段的所述前电极与所述多个PV电池段中的相邻的PV电池段的所述后电极对准并耦合，以将所述多个PV电池段串联电耦合。所述第一连接电池包括带状电极和电耦合到所述带状电极和第一PV电池段的第一电极。所述带状电极耦合到与所述第一PV电池串相邻的导体，以传输所述PV电池段的功率输出。

Description

用于光伏模块的连接电池
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年2月19日提交的印度专利申请第201611005824号的优先权，其公开的内容通过引用的方式将其整体并入。
技术领域
本公开一般涉及光伏(PV)模块，更具体地，涉及连接电池(cell)以及用于将搭接(shingle)的PV电池串与用于在PV模块中使用的连接电池组装的方法。
背景技术
一些已知的光伏(PV)串通过使用由全尺寸PV电池产生的PV电池段搭接电池而构造。与其中使用银母线上的铜带焊接的全尺寸电池的传统太阳能模块相比，使用搭接的电池串构建PV模块减少了电气和光学损耗。图1A和1B是两个典型PV模块10、15的部分的底视图。PV模块10、15包括四个PV电池串20，每个PV电池串20包括彼此电耦合的多个PV电池段25。PV电池段25是PV电池被分开且搭接的部分。
每个PV电池段25具有前电极(未示出)和具有两个端子的后电极26。PV电池段产生在前电极与后电极之间耦合的电功率输出。每对相邻的PV电池段25电耦合在一起，其中一个段的前电极连接到相邻的段的后电极。在一些已知的系统中，导电粘合剂(ECA)设置在相邻的段的电极之间。在一些系统中，使用焊膏代替ECA。如本文所使用的，术语“ECA”包括导电粘合剂、焊料、焊膏、导电带以及用于电连接和机械连接电极PV电池段的任何其他材料。PV电池段25的功率输出通过PV电池串20收集。
为了从每个PV电池串20检索(retrieve)功率输出，导电带和/或母线30以相对复杂的布置延伸通过PV模块10、15。导电带30由导电材料制成，诸如铜、银和铝。带30典型地设置在PV模块10、15的底侧或背侧(即，不面向太阳的一侧)。带30包括多个接片34、内部带36和旁路二极管38。接片34由与带30类似的材料制成并且在电极的端子与带30之间延伸。例如，接片34可用于将PV电池段25的前电极耦合到带30。旁路二极管38被配置为使得电流能够绕过不活动的或性能降低的PV电池段25。例如，旁路二极管38可以分流电流使其远离遮挡的PV电池段425或损坏的PV电池段425。
PV模块10、15分别包括位于PV电池串20之间的间隙40、45。内部带36设置在间隙40内，其中接片从相邻电极的端子延伸。内部带36可用于将多个PV电池串电耦合在一起并且将其他部件耦合到PV模块10、15的中间功率输出，诸如接线盒、负载或旁路二极管(例如，旁路二极管38)。间隙40、45增加PV模块10、15的尺寸并且在PV电池段25之间留下空间，PV电池段25可以是不连续的和/或在视觉上从PV模块10、15的前面看没有吸引力。PV模块15通过将内部带36移动到PV电池段25中的一者的下方来减小间隙45的尺寸，然而，接片34可能导致PV模块15难以制造。
另外，接片34可能易于损坏，这可能降低PV模块10、15的效率(功率效率、成本效率、空间效率等)。例如，接片34增加了PV模块10、15的焊接点(即，通过焊料或另一导电粘合剂耦合在一起的接头)的数量，这可能增加PV模块10、15的成本。此外，延伸到PV模块10、15的前侧的接片34可以使PV模块10、15看起来不连续和/或在视觉上没有吸引力。
该背景技术部分旨在向读者介绍可能与本公开的各个方面有关的技术领域的各个方面，这些方面在下面描述和/或要求保护。相信该讨论有助于向读者提供背景信息以便于更好地理解本公开的各个方面。因此，应该理解，这些陈述应该从这个角度来阅读，而不是作为对现有技术的承认。
发明内容
在一个方面，提供了一种搭接的光伏(PV)电池模块。所述PV电池模块包括第一PV电池串和第一连接电池。所述第一PV电池串包括多个搭接的PV电池段。每个PV电池段包括前电极和电耦合到与所述前电极的相对的后电极。所述PV电池段的所述前电极与所述多个PV电池段的相邻的PV电池段的所述后电极对准并耦合，以将所述多个PV电池段串联地电耦合。所述第一连接电池包括带状电极和电耦合到所述带状电极和第一PV电池段的第一电极。所述带状电极耦合到与所述第一PV电池串相邻的导体，以传输所述PV电池段的功率输出。
在另一方面，提供了一种用于将包括多个PV电池段的搭接的PV电池串耦合到导体的连接电池。所述连接电池包括第一电极和电耦合到所述第一电极的带状电极。所述第一电极电耦合到所述PV电池段的第一PV电池段。所述带状电极耦合到与所述PV电池串相邻的导体，以传输所述PV电池段的功率输出。
附图说明
图1A是具有搭接的光伏(PV)电池段的现有技术PV模块的底视图。
图1B是具有搭接的PV电池段的另一现有技术PV模块的底视图。
图2是示例性PV模块的透视图。
图3是图2中所示的PV模块的横截面图。
图4是用于生产PV电池段的PV电池的顶部平面图。
图5是图4中所示的PV电池在分割(singulation)之后的顶部平面图。
图6是用于将PV电池段组装成搭接的PV电池串的方法的图示。
图7是具有搭接的PV电池和连接电池的示例性PV模块的底视图。
图8是图7中所示的包括第一连接电池的PV模块的第一端的示例性横截面侧视图。
图9是图7中所示的包括第一连接电池的PV模块的中间部分的示例性横截面侧视图。
图10是图7中所示的包括第二连接电池的PV模块的第二端的示例性横截面侧视图。
图11是图8和9中所示的示例性第一连接器电池的底视图。
图12是图10中所示的示例性第二连接器电池的底视图。
图13是具有搭接的PV电池和连接电池的另一示例性PV模块的底视图。
图14是具有搭接的PV电池和连接电池的另一示例性PV模块的底视图。
在附图的各个视图中，对应的附图标记表示对应的部件。
具体实施方式
首先参考图2和3，光伏(PV)模块的一个实施例总体用100表示。图2中示出了PV模块100的透视图。图3是以图2中所示的线A-A截取的PV模块100的横截面图。PV模块100包括层叠体102和限定(circumscribe)层叠体102的框架104。
层叠体102包括顶表面106(也称为太阳接收侧)和底表面108(如图3所示)。边缘110在顶表面106与底表面108之间延伸。在该实施例中，层叠体102是矩形的。在其他实施例中，层叠体102可具有任何合适的形状。层叠体102具有宽度W1和长度L1。
如图3所示，层叠体102具有包括若干层118的层叠结构。层118可包括例如玻璃层、密封剂、非反射层、电连接层、n型硅层、p型硅层和/或背衬(backing)层。层118中的一个或多个还可以包括PV电池串(图2和图3中未示出)。在示例性实施例中，层叠体102(从顶表面106到底表面108)包括玻璃层(也称为前层)、前侧密封剂层、PV电池串层(其还包括密封剂)、背侧密封剂层和背板或玻璃层(也称为后层)。在其他实施例中，层叠体102可以具有更多或更少(包括一个)层118、可以具有不同的层118、和/或可以具有不同类型的层118。此外，前层和后层可以是除了玻璃以外的材料，褚如塑料、另一层叠体、膜等。
层叠体102内的每个PV电池串包括串联连接的多个PV电池。在示例性实施例中，每个PV电池串包括串联连接的多个PV电池段。层叠体102内的PV电池串彼此串联电连接、并联电连接或串联和并联连接的组合来电连接，以产生所需的输出电压和电流。在具有多个PV电池串的实施例中，PV电池串典型地在接线盒内彼此耦合。可选地，PV电池串可以在层叠体102内耦合在一起。
如图3所示，框架104限定层叠体102。框架104耦合到层叠体102，如图2中清楚所示。框架104包括四个框架部件120。框架104有助于保护层叠体102的边缘110并为PV模块100提供附加的刚性。示例性框架104包括与层叠体102间隔开的外表面130以及与层叠体102相邻的内表面132。外表面130与内表面132间隔开并基本平行于内表面132。在示例性实施例中，框架104由铝制成。更具体地，在一些实施例中，框架104由6000系列阳极化铝制成。在其他实施例中，框架104可以由提供足够刚性的任何其他合适的材料制成，包括例如辊轧或冲压的不锈钢、塑料或碳纤维。
图4是用于制造PV电池段的示例性PV电池200的顶部平面图。PV电池200包括设置在硅衬底204的顶表面上的母线202。母线202有时被称为前电极。硅衬底的后表面(未示出)包括一个或多个后电极。硅衬底204可以是单晶硅衬底或多晶衬底。PV电池200可以包括设置在硅衬底204上的基本上垂直于母线202的指状物(未示出)。在一个实施例中，PV电池200具有三条切割线206，PV电池200将在该切割线206处被分成PV电池段。设置在基板204上的指状物不在切割线206上延伸。可选地，指状物在切割线206中的一个或多个上延伸。利用四个母线202和三个切割线206，所示的PV电池200被配置为用于分割成四个PV电池段。可选地，PV电池200可以被配置为用于分割成更多或更少的PV电池段。例如，在各种实施例中，PV电池200被配置为用于分割成不少于两个PV电池段、不少于三个PV电池段、或不少于六个PV电池段。
图5是PV电池200在分割之后的顶部平面图。PV电池200已经在切割线206处被分成四个PV电池段208(有时称为电池)。PV电池200可以通过在切割线206处诸如用锯或激光切割机切割、通过在切割线处烧蚀或蚀刻并在蚀刻时拉断衬底204或者通过分离衬底204的任何其他合适的方法，来分成PV电池段208(如图4所示)。因为PV电池200的硅衬底204具有伪方形形状，所以位于PV电池200的外边缘上的两个PV电池段208是倒角段210。从PV电池200的内部部分分割的PV电池段208是矩形段212。
图6是用于将PV电池段208组装成搭接的PV电池串300的方法的图示。PV电池段208与下PV电池段208的前电极(即，母线202)重叠，该下PV电池段208直接接触位于其上方的PV电池段208的后电极(在图6中未示出)。如本文所使用的，直接接触、直接连接、直接地接触、直接地连接等描述了两个组件(诸如电极)之间的物理接触，而在接触点处的部件之间没有异物。没有使用导电粘合剂(ECA)或外来材料来将PV电池段208彼此机械连接和/或电连接。可选地，PV电池串可以使用ECA或另一种耦合材料将PV电池段208耦合在一起。相邻PV电池段之间的重叠可以在0.001mm与156mm之间。尽管上面描述了PV电池段，但是应该理解，整个PV电池可以在与PV电池段208类似的步骤之后组装成搭接的PV电池串。
图7-12是根据本公开的示例性PV模块400的各种视图。更具体地，图7是PV模块400的底视图，以及图8-10是包括如本文所述的连接电池的PV模块400的第一端404、中间部分406和第二端408的示例性横截面侧视图。图11和12是如本文所述的连接电池的底视图。
参考图7，PV模块400包括具有多个搭接的PV电池段425的两个PV电池串420。也就是，PV电池段425与每个相邻的段425部分地重叠，以将PV电池段电耦合在一起。PV电池串420包括第一端404、中间部分406和底端408。第一和第二端404、408耦合到一个或多个连接电池440。中间部分406包括位于PV电池串420内的连接器电池440中的一个。中间部分406可以是位于第一与第二端404、408之间的PV电池串420的任何部分。PV电池串420由间隙409分开，该间隙409延伸PV模块400的长度。PV模块400还包括导体或导电带430、连接电池440和块体460。带430包括延伸穿过PV电池串420的中间部分406的内部带436。带430沿着PV电池串420延伸并在间隙409之上延伸以累积来自PV电池串420的功率输出。带430还包括旁路二极管438，该旁路二极管438被配置为从遮挡的或损坏的PV电池段425分流电流以便于减少PV模块400的功率损耗。
连接电池440由类似于PV电池段425的材料制成，诸如硅。在其他实施例中，连接电池440可以是不同的材料，诸如具有导电层的陶瓷或塑料。连接电池440被设置为穿过PV电池串420以替换图1A和1B中所示的PV模块10、15的接片34和间隙40、45。在示例性实施例中，连接电池440包括两种类型的连接电池，如本文所述的第一类型连接电池442和第二类型连接电池450。可选地，连接电池440可以包括不同数量的类型，诸如一种或三种类型的连接电池。
现在参考图8和9，第一类型连接电池442分别在第一端404和中间部分406处耦合到搭接的PV电池段425。在示例性实施例中，PV电池段425和第一类型连接电池442包括第一(前/面向太阳)表面401和第二(后)表面402。每个PV电池段425包括后电极426、前电极427和通常表示为VPVC的功率输出。当PV电池段425被搭接时，两个相邻PV电池段425的每个后电极426和前电极427对准并直接电耦合在一起。在一些实施例中，可以在电极426与427之间使用诸如焊料或ECA的导电材料，以将相邻的段425耦合在一起。
第一类型连接电池442包括电耦合在一起的后电极444、前电极446和带状电极448。在一些实施例中，第一类型连接电池442具有PV特性。在其他实施例中，第一类型连接电池442是不活跃的(即，不具有PV特性)。第一类型连接电池442被配置为连接到一个或多个PV电池和带430，以便于在没有接片的情况下在后表面402处耦合到带430。虽然电极426、427和444被示出为设置在PV电池段425和第一类型连接电池442的表面的高度，但是应该理解，电极426、427和444可以为不同的配置，诸如，从PV电池段425和/或第一类型连接电池442的表面向外延伸。参考图11，第一类型连接电池442包括用于每个电极444、446(分别为444A、444B和446A、446B)的一对间隔开的端子。电极444、446电耦合到具有单个端子448A的带状电极448。该单个端子448A使得带430能够电耦合到第一类型连接电池442并且间接地耦合到PV电池段425，而不需要多个焊接点。在其他实施例中，电极444、446、448可以包括不同数量的端子。附加地或可选地，第一连接电池442可以包括不同配置的电极和端子。
现在参考图8，第一类型连接电池442使得带430能够在不使用第一端404处的接片的情况下耦合到PV电池段425。更具体地，PV电池段425耦合到前电极446并且带耦合到带状电极448。在示例性实施例中，当第一类型连接电池442连接到串的第一端404处的最后的段425时，不使用第一类型连接电池442的后电极444。在至少一些实施例中，连接器电池442不包括后电极444或前电极446。可选地，后电极444或前电极446可在不使用时被移除或以其他方式被绝缘。
图9是包括第一类型连接电池442的中间部分406的横截面。第一类型连接电池442用于消除PV电池段的串之间的内部间隙，诸如图1A和1B中所示的间隙40、45。在示例性实施例中，两个相对的PV电池段425分别耦合到后电极444和前电极446。内部带436在带状电极448处被耦合，以将PV电池段425彼此电耦合以及耦合到内部带436。
现在参考图10和12，第二类型连接电池450包括后电极452和带状电极454。第二类型连接电池450被配置为在PV电池串420的第二端408处耦合到PV电池段425的前电极427，以允许在电池串420的后侧进行电连接。后电极452包括耦合到PV电池段425的两个对应的端子的一对间隔开的端子452A和452B(如图12所示)。带状电极454包括单个端子454A。与第一类型连接电池442的带状电极448类似，带状电极454有助于减少焊接点的数量并简化PV模块400的布线系统。
在示例型实施例中，第二类型连接电池450不是功能性PV电池。例如，第二类型连接电池450可以由层叠材料制成。
再次参考图7，连接电池440被制造成具有与PV模块400的前侧(即，面向太阳的一侧)上的PV电池段425类似的外观。例如，如果PV电池段425在前侧是黑色的，则连接电池440可以被制造成基本上与PV电池段425的颜色匹配。除了基本上使PV电池段425和连接电池440的颜色匹配之外，还可以在PV电池串420后面放置具有相同或类似的颜色背板(未示出)。当从前侧观察PV模块400时，背板提供与间隙409内的PV电池串420相同的颜色，以使PV模块400的前表面显得是连续的。
此外，连接电池440可以具有添加的细节，诸如指状物和母线、印刷、镶嵌或以其他方式设置在PV模块400的可见前表面上。尽管PV模块400被描述为具有图7中所示的连接器电池440的布置，应该理解，可以使用不同配置的连接电池。例如，PV模块400可以包括不同类型、数量和位置的连接电池。
块体460穿过间隙409在相邻的PV电池串420之间延伸。更具体地，块体460位于PV电池串420与带430之间。块体460被配置为当从PV模块400的前侧观察时穿过间隙409从视图中隐藏带430。此外，块体460可以被配置成为PV电池串提供附加的支撑和/或使带与PV电池端425的前侧401(图8-10中所示)绝缘。在一些实施例中，块体460由与背板类似的材料制成。在其他实施例中，块体可以由不同的材料制成，诸如橡胶。
在示例性实施例中，块体460被制造成具有与PV电池段425、连接电池440和背板类似的前侧外观。通过使用具有类似外观的块体460，PV模块可以看起来是连续的并且在视觉上吸引至少一些观察者。
图13是具有搭接的PV电池段的另一示例性PV模块500。PV模块500类似于图7中所示的PV模块400，以及在没有相反表示的情况下，PV模块500包括类似的组件和功能。PV模块500包括一对PV电池串520、导电带530和一个或多个连接电池540。
带530包括多个接片534、中间带536和旁路二极管538。在示例性实施例中，使用接片534代替第二连接电池(例如，图7中所示的第二类型连接电池450)。连接电池540包括用于替换至少一些接片534的第一类型连接电池542。在其他实施例中，接片534可用于替换一个或多个第一类型连接电池542。
例如，图14是另一示例性PV模块600。PV模块600与图7和13中所示的PV模块400、500类似，以及在没有相反的表示的情况下，PV模块600包括类似的组件和功能。PV模块600包括一对PV电池串620、导电带630和一个或多个连接电池640。
带530包括多个接片634、中间带636和旁路二极管638。在示例性实施例中，接片634用于代替围绕PV模块600的外围的第一类型连接电池642和第二连接电池(例如，图7中所示的第二类型连接电池450)。连接电池640包括用于耦合到内部带636的第一类型连接电池642。
本文描述的技术可用于生产具有视觉上吸引人的美感和更简单的制造的PV模块。PV电池段的串中的搭接的PV电池段与使用连接电池的带或母线之间的电连接有助于将带设置在PV电池段的后侧而不延伸到PV模块的前侧。本公开的PV模块可以被制造成从PV模块的前侧来看具有类似或连续的外观，这可以在视觉上吸引用户。另外，连接电池使得能够将带耦合到PV电池串的过程简化为PV电池段上的单个端子。
当介绍本发明或其实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在为包含性的，并且意味着可能存在除所列元件之外的其他元件。
在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言可以被应用于修改任何可以允许变化的定量表示，而不会导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语(诸如“大约”、“约”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些例子中，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。在此以及整个说明书和权利要求中，范围限制可以组合和/或互换；除非上下文或语言另有说明，否则这些范围被识别并包括其中包含的所有子范围。
由于在不脱离本发明的范围的情况下可以在上面进行各种改变，因此包含在以上描述中并且在附图中示出的所有内容应当被解释为示例性的而不具有限制性意义。

Claims (18)

1.一种搭接的光伏(PV)电池模块，包括：
第一PV电池串，包括：
多个搭接的PV电池段，每个PV电池段包括前电极和电耦合到所述前电极的相对的后电极，其中所述PV电池段的所述前电极与所述多个PV电池段中的相邻的PV电池段的所述后电极对准并耦合，以将所述多个PV电池段串联地电耦合；以及
第一连接电池，其包括第一电极和电耦合到所述第一电极的带状电极，所述第一电极电耦合到所述多个搭接的PV电池段的第一PV电池段，其中所述带状电极被配置为耦合到与所述第一PV电池串相邻的导体，以传输所述多个PV电池段的功率输出。
2.根据权利要求1所述的搭接的PV电池模块，其中所述第一连接电池还包括电耦合到所述第一电极和所述带状电极的第二电极。
3.根据权利要求2所述的搭接的PV电池模块，其中所述第一电极和所述第二电极位于所述第一连接电池的相对表面上。
4.根据权利要求3所述的搭接的PV电池模块，其中所述第二电极电耦合到所述多个PV电池段的第二PV电池段，其中所述第一连接电池设置在所述第一PV电池段与所述第二PV电池段之间。
5.根据权利要求1所述的搭接的PV电池模块，其中所述第一电极和所述带状电极位于所述第一连接电池的同一表面上。
6.根据权利要求5所述的搭接的PV电池模块，其中所述第一电极和所述带状电极位于所述第一连接电池的后表面上，所述第一PV电池段位于所述第一PV电池串的一端，以及所述第一PV电池段的后电极耦合到相邻的PV电池段，并且所述第一连接电池的所述第一电极耦合到所述第一PV电池段的所述前电极，以允许所述导体耦合到位于所述PV电池模块的后侧上的所述带状电极。
7.根据权利要求1所述的搭接的PV电池模块，还包括电耦合到所述多个PV电池的第二连接电池，所述第二连接电池包括第一电极和带状电极。
8.根据权利要求7所述的搭接的PV电池模块，其中所述第一连接电池在所述第一PV电池串的一端耦合到所述第一PV电池段，所述第二连接电池在所述第一个PV电池串的中间部分耦合在两个相邻的PV电池段之间。
9.根据权利要求8所述的搭接的PV电池模块，还包括第三连接电池，所述第三连接电池在所述第一PV电池串的与所述第一连接电池相对的一端电耦合到所述多个PV电池。
10.根据权利要求1所述的搭接的PV电池模块，还包括：
与所述第一PV电池串间隔开的第二PV电池串，所述第二PV电池串包括：
多个搭接的PV电池段；以及
包括第一电极和电耦合到所述第一电极的带状电极的第二连接电池，所述第一电极电耦合到所述多个搭接的PV电池段的第一PV电池段；以及
耦合到所述第一和第二连接电池的所述带状电极的导体，所述导体延伸越过所述第一PV电池串和所述第二PV电池串之间的间隙。
11.根据权利要求10所述的搭接的PV电池模块，还包括设置在所述导体与所述第一和第二连接电池的部分之间的块体，所述块体延伸越过所述第一PV电池串与所述第二PV电池串之间的所述间隙。
12.根据权利要求11所述的搭接的PV电池模块，其中所述多个搭接的PV电池段和所述第一连接电池具有类似的外观的前表面。
13.根据权利要求1所述的搭接的PV电池模块，其中所述第一连接电池不是PV电池。
14.根据权利要求1所述的搭接的PV电池模块，其中所述第一电极包括一对第一电极端子，且所述带状电极包括电耦合到所述一对第一电极端子的单个带状电极端子。
15.一种连接电池，用于将包括多个PV电池段的搭接的光伏(PV)电池串耦合到导体，所述连接电池包括：
第一电极，所述第一电极被配置为电耦合到所述多个PV电池段的第一PV电池段；以及
电耦合到所述第一电极的带状电极，所述带状电极被配置为耦合到与所述PV电池串相邻的导体，以传输所述多个PV电池段的功率输出。
16.根据权利要求15所述的连接电池，其中所述连接电池还包括电耦合到所述第一电极和所述带状电极的第二电极。
17.根据权利要求16所述的连接电池，其中所述第一电极和所述第二电极位于所述连接电池的相对表面上。
18.根据权利要求15所述的连接电池，其中所述第一和带状电极位于所述连接电池的同一表面上。
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