CN109390427A - 背接触式导电集成背板、光伏组件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于光伏组件的背接触式导电集成背板、一种具有背接触式导电集成背板的光伏组件以及一种用于制造具有背接触式导电集成背板的光伏组件的方法。背接触式导电集成背板(10)包括聚合物基板(1)、设置在聚合物基板(1)上的聚合物安装层(2)、嵌入在聚合物安装层(2)中的导电材料(3)和设置在聚合物安装层(2)上的聚合物绝缘层(4)，其中在聚合物绝缘层(4)中开设有一个或多个孔，在孔内填充有导电材料(6)。光伏组件包括透光的保护层(20)、设置在保护层(20)上的透光的连接层(30)和设置在连接层(30)上的太阳能电池串(40)，背接触式导电集成背板(10)设置在所述太阳能电池串(40)上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于光伏组件、特别是太阳能叠片组件的背接触式导电集成背板。本发明还涉及一种具有该背接触式导电集成背板的光伏组件以及一种用于制造具有该背接触式导电集成背板的光伏组件的方法。
背景技术
近年来随着科技的发展，对于电能的需求越来越大。在各种发电方式中，太阳能发电作为一种清洁的发电方式越来越受到重视，其中所使用的太阳能发电装置也被称为光伏发电装置，其通常包括主要由多个太阳能电池片组合而成的太阳能组件或光伏组件，太阳能电池片基于自身半导体PN结的光生伏特效应而能够将太阳能转换成电能。
在现有的光伏组件中，太阳能电池片排列组合成多个太阳能电池串，太阳能电池串例如可以首先分组并联成多个电池组、并联而成的电池组彼此之间再串联连接，其中通常使用汇流条将各个太阳能电池片彼此连接，再通过汇流条将由太阳能电池片组成的太阳能电池串连接，由此将各个太阳能电池片所产生的电能通过汇流条导出。
另一方面，对于传统的光伏组件也可使用背接触式背板，然而，由于除了太阳能电池串之间需要使用导电材料(如汇流条)连接外，由太阳能电池片组成的太阳能电池片之间连接也需要使用导电材料 (如焊带)来连接，因此用于传统组件的现有背接触式背板除了背板两端需要有导电材料外，背板中间也需要有大量的导电材料，因而制造成本较高。
发明内容
有鉴于以上现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种新型的用于光伏组件的背接触式导电集成背板，以解决现有技术中存在的缺陷，例如简化了背接触式导电集成背板和光伏组件的结构，改进了其制造方法，提高了其产能和良率。
为了实现此目的，根据本发明的背接触式导电集成背板包括聚合物基板、设置在聚合物基板上的聚合物安装层、嵌入在聚合物安装层中的导电材料和设置在聚合物安装层上的聚合物绝缘层，其中在所述聚合物绝缘层中开设有一个或多个孔，在所述孔内填充有导电材料。
特别地，根据本发明的背接触式导电集成背板可以用于太阳能叠片组件。
叠片组件的技术是对太阳能电池片的排列方式进行了改进，将太阳能电池片切片后以边缘重叠的方式连接，其也称为叠瓦组件。然而，在这种光伏组件的安装过程中，需要首先将汇流条与对应的太阳能电池串连接(参见图1A)，然后再将汇流条弯折180°到太阳能电池面板的另一面(参见图1B)，并且为了防止热斑效应并保证光伏组件质量，还需要在光伏组件中加入旁路二极管。
基于这种传统的使用汇流条的叠片光伏组件的安装方式和结构特征，存在一系列的生产和应用方面的问题。首先，为了将汇流条与各个太阳能电池串连接使用焊接的方式，但这种焊接连接各个电池串耗时费力，影响产能并增加了作业人员工作强度，而且在焊接后容易在汇流条表面产生锡堆和锡渣，其在层压过程中会挤压太阳能电池片，从而容易产生裂片、影响产品良率。其次，在焊接汇流条后，将汇流条弯折180°的过程耗时费力，影响产能并增加了作业人员工作强度，在弯折过程中焊带与太阳能电池片连接处存在拉应力会导致产生裂片的风险，从而影响产品良率；并且在层压过程中，弯折的汇流条会与电池片相互挤压，存在产生裂片的风险，也影响产品的良率。此外，为了在光伏组件中加入旁路二极管，需要额外焊接一根或多根汇流条，由此增加额外焊接步骤而影响产能。另外，汇流条在弯折后需要在汇流条与电池片之间、连接二极管的汇流条与电池片之间都需要加垫EVA(ethylene-vinyl acetate copolymer、乙烯-醋酸乙烯共聚物) 和EPE(ExpandablePolyethylene、可发性聚乙烯)小条，避免汇流条与电池片直接接触造成短路，但同时这也使得上述区域厚度过厚，在户外长期使用过程中有脱层与短路风险。综合以上，这些问题一直制约着光伏组件的产能和良率，也制约着光伏组件的大规模生产与应用。
当背接触式背板应用在传统的光伏组件上时，因其需要将太阳能电池片的正负两极均移到太阳能电池片背面，传统的太阳能电池片制备工艺无法满足要求，需要对太阳能电池片生产线进行彻底的更换或改造，成本相对较高。此外，在传统的光伏组件中除了太阳能电池串之间需要用导电金属(如汇流条)连接外，太阳能电池片之间连接也需要导电金属(如焊带)连接，故用于传统光伏组件的背接触式背板除了背板两端需要有导电金属外，背板中间也需要有大量的导电金属，制造成本较高。相反，当应用在叠片组件时，无需将太阳能电池片的正负两极均移到其背面(例如通过太阳能电池片穿孔将正负两极均移到其背面)，由此采用常规的制造太阳能电池片的工艺即可，不需要对电池片生产线进行改造。
另一方面，对于在叠片组件中使用传统的汇流条进行连接，因为需要焊接连接各个太阳能电池串和/或太阳能电池片的汇流条，以及需要放置将汇流条与太阳能电池片隔离的EPE绝缘条，制约了叠片组件的生产效率。而将根据本发明的背接触式导电集成背板应用于太阳能叠片组件，除了在太阳能电池串之间需要使用例如汇流条等连接外，其他的太阳能电池片之间都是通过太阳能电池片本身连接，故在背接触式背板用于叠片组件时其内部导电材料较少，电路较为简单，制造成本相对较低。
根据本发明的一种优选实施方式，在聚合物绝缘层上设置有聚合物封装层。
根据本发明的一种优选实施方式，与在聚合物绝缘层中的孔的位置和大小相一致地，在聚合物封装层中开设有一个或多个孔，在聚合物封装层中的孔内填充有导电材料。
根据本发明的一种优选实施方式，聚合物封装层由EVA、POE (Polyolefinelastomer、聚烯烃弹性体)构成。
根据本发明的一种优选实施方式，导电材料是金属箔，其例如由铝箔、锡箔、铜箔、镍箔、银箔、金箔、镀锡铜箔等一种或多种组成。
根据本发明的一种优选实施方式，导电材料是在100℃～150℃温度范围内融化的导电粘连剂，例如由导电材料颗粒和粘连剂组成的导电胶等，其用于将在聚合物安装层中的导电材料与太阳能电池串阵列的正负触头相连接，从而与现有技术相比不需要焊接，由此能够实现无应力、无损伤、更美观的优点，并且节省了材料成本、提高了生产效率，适合高品质系统的要求。此外，由于该导电材料具有粘性，因此能够用于将该背接触式导电集成背板与太阳能电池串粘接。
根据本发明的另一方案，提供一种光伏组件，其具有上述的背接触式导电集成背板。此外，光伏组件还包括透光的保护层、设置在保护层上的透光的连接层和设置在连接层上的太阳能电池串，上述的背接触式导电集成背板设置在太阳能电池串上。
根据本发明的又一方案，提供一种用于制造具有背接触式导电集成背板的光伏组件的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-提供透光的保护层，并在保护层上铺设一层透光的连接层；
-将太阳能电池串排版在连接层上；
-将按照前述权利要求中任一项的背接触式导电集成背板敷设在太阳能电池串上；
-在100℃～150℃的温度范围内进行真空层压；
-将通过设置在聚合物基板中的一个或多个开口穿出的导电材料与外部器件连接；以及
-在外部装框。
根据本发明的一种优选实施方式，保护层由玻璃或树脂材料构成。
根据本发明的一种优选实施方式，连接层的透光率至少为93％，例如由EVA、POE等构成。
根据本发明的一种优选实施方式，背接触式导电集成背板内由导电材料构成的电路与光伏组件的电路设计相一致。
根据本发明的一种优选实施方式，太阳能电池串的正负触头与背接触式导电集成背板中的导电材料对齐。
根据本发明的一种优选实施方式，在真空层压的过程中，连接层交联固化，并且在背接触式导电集成背板中的孔内的导电材料熔融固化，将背接触式导电集成背板中的导电材料与太阳能电池串的阵列的正负触头连接在一起并同时将背接触式导电集成背板与太阳能电池串粘接在一起。
根据本发明的一种优选实施方式，外部器件是接线盒。
附图说明
图1A示出了根据现有技术的汇流条与对应的太阳能电池串的连接。
图1B示出了将图1A中的汇流条弯折180°后的示意图。
图2示出了根据本发明的用于光伏组件的背接触式导电集成背板的示意图。
图3A示出了根据本发明的用于制造具有背接触式导电集成背板的光伏组件的方法已装配好部分构件的示意图。
图3B示出了根据本发明的用于制造具有背接触式导电集成背板的光伏组件的方法所使用的示例性背接触式导电集成背板的示意图。
图3C示出了根据本发明的用于制造具有背接触式导电集成背板的光伏组件的方法所得到的光伏组件。
具体实施方式
下面，将参照附图详细描述根据本发明的用于光伏组件的背接触式导电集成背板10、具有该背接触式导电集成背板10的光伏组件以及用于制造具有该背接触式导电集成背板10的光伏组件的方法。以下所给出的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围内。
以下详细描述中出现的方位术语，例如“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等是相对于附图中所示方向而言的。
参见图2，其示出了根据本发明的用于光伏组件的背接触式导电集成背板10的示意图，其为多层的复合结构，并且在光伏组件的组装中其在一侧(在图2中为上侧)贴靠太阳能电池串从而与太阳能电池串一起组装成光伏组件。具体地，该背接触式导电集成背板10主要包括聚合物基板1、设置在聚合物基板1上的聚合物安装层2、嵌入在聚合物安装层2中的导电材料3和设置在聚合物安装层2上的聚合物绝缘层4。可选地，在聚合物绝缘层4上还可以设置有聚合物封装层5。
根据本发明，聚合物基板1例如可以为三层的聚合物结构，即外层1a、中间层1b和内层1c。外层1a作为与周围环境接触的最外侧需要具有耐候性并且可以防止水汽透过进入光伏组件内部，因此其通常选用聚氟乙烯(PVF)薄膜、聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜、聚三氟氯乙烯(ECTFE)、四氟乙烯—六氟丙烯—偏氟乙烯共聚物(THV) 等。聚合物基板1的中间层1b用作绝缘层，以将光伏组件的内部电路与外部周围环境电隔离，因此中间层1b可使用任何电绝缘的聚合物材料。内层1c作为连接层用于将聚合物基板1与聚合物安装层2 例如粘接在一起。此外，在聚合物基板1设有一个或多个开口，以便导电材料3从中穿过以与外部器件、例如接线盒连接。
嵌入在聚合物安装层2中的导电材料3的排布应与光伏组件的电路设计一致，并且导电材料3可以是金属箔，其例如由铝箔、锡箔、铜箔、镍箔、银箔、金箔、镀锡铜箔等一种或多种组成。
设置在聚合物安装层2之上的聚合物绝缘层4用于将导电材料3 与光伏组件中的太阳能电池片(未示出)电隔离，以避免两者的直接接触引发短路。此外，在聚合物绝缘层4中可以根据光伏组件的电路设计需要开设有一个或多个孔，在孔内填充有导电材料6。导电材料 6可以为已知的可在100℃～150℃温度范围内融化的任何导电粘连剂，例如由导电材料颗粒和粘连剂组成的导电胶等，其用于将在聚合物安装层2中的导电材料3与太阳能电池串阵列的正负触头相连接。此外，由于该导电材料6具有粘性，因此能够用于将该背接触式导电集成背板10与太阳能电池串粘接，但可以理解的是，背接触式导电集成背板10与太阳能电池串也可以其它方式连接在一起。
优选地，聚合物封装层5可以例如由EVA、POE等构成，并且在聚合物封装层5中也根据光伏组件的电路设计需要开设有一个或多个孔并且该孔位置与大小与在聚合物绝缘层4中开设的孔相一致，导电材料6同样填充在聚合物封装层5的孔中，以实现在聚合物安装层2中的导电材料3与太阳能电池串阵列的正负触头相连接。
本发明还包括具有上述导电集成背板10的光伏组件。此外，该光伏组件还包括透光的保护层20、设置在保护层20上的透光的连接层30、设置在连接层30上的太阳能电池串40，上述导电集成背板10 设置在太阳能电池串40上。
参见图3A-图3C，其概括性示出了根据本发明的用于制造具有导电集成背板的光伏组件的方法的流程示意图。首先参照图3A，在根据本发明的方法中，首先提供透光的保护层20，其例如由玻璃或树脂材料等构成，在该保护层20上铺设一层透光的连接层30，其透光率至少为93％并且例如可以由EVA、POE等构成。随后将太阳能电池串40按照一定的方式(例如图3A所示的方式)排版在连接层30上。在此处，示例性地示出了10个太阳能电池串，其中左侧五个太阳能电池串并联成第一个电池组、右侧五个太阳能电池串并联成第二个电池组，第一电池组和第二电池组之间串联。本发明的技术方案并不限于以上电池串的示例性的连接方式，本领域技术人员能够根据实际需要，任意选择并联或串联的电池串的数量以及电池串或电池组之间的并联/串联连接方式。
然后将根据本发明的背接触式导电集成背板10敷设在太阳能电池串上，其中该背接触式导电集成背板10内由导电材料6构成的电路与光伏组件的电路设计相一致。在图3B的示例中，导电材料6的布线方式例如包括：将太阳能电池串40并联而成两个电池组串联的部分6a，其与太阳能电池串40的正负触头对齐；分别将太阳能电池串40并联并且穿过在聚合物基板1设有一个或多个开口以与外部器件、例如接线盒(未示出)连接的部分6b；连接接线盒二极管并保护并联的太阳能电池串40的区域的部分6c。此后，在100℃～150℃的温度范围内进行真空层压，使得铺设在保护层20上的连接层30交联固化并且填充在背接触式导电集成背板10中的孔内的导电材料6也熔融固化，将背接触式导电集成背板10中的导电材料6与太阳能电池串40阵列的正负触头连接在一起并同时将背接触式导电集成背板 10与太阳能电池串40粘接在一起。随后，将通过设置在聚合物基板 1中的一个或多个开口穿出的导电材料6与外部器件、例如接线盒连接。由此得到装配好的光伏组件，如图3C所示。
可选地，可以根据实际需要在光伏组件的外部装框。
通过以上内容，本领域技术人员容易认识到可将本发明所公开结构的替代结构作为可行的替代实施方式，并且可将本发明所公开的实施方式进行组合以产生新的实施方式，它们同样落入所附权利要求书的范围内。
Claims (23)
1.一种用于光伏组件的背接触式导电集成背板(10)，其特征在于，所述背接触式导电集成背板(10)包括聚合物基板(1)、设置在所述聚合物基板(1)上的聚合物安装层(2)、嵌入在所述聚合物安装层(2)中的导电材料(3)和设置在所述聚合物安装层(2)上的聚合物绝缘层(4)，其中在所述聚合物绝缘层(4)中开设有一个或多个孔，在所述孔内填充有导电材料(6)。
2.按照权利要求1所述的背接触式导电集成背板(10)，其特征在于，所述光伏组件是太阳能叠片组件。
3.按照权利要求1或2所述的背接触式导电集成背板(10)，其特征在于，在所述聚合物绝缘层(4)上设置有聚合物封装层(5)。
4.按照权利要求3所述的背接触式导电集成背板(10)，其特征在于，与在所述聚合物绝缘层(4)中的孔的位置和大小相一致地，在所述聚合物封装层(5)中开设有一个或多个孔，在所述聚合物封装层(5)中的孔内填充有导电材料(6)。
5.按照权利要求3所述的背接触式导电集成背板(10)，其特征在于，所述聚合物封装层(5)由EVA、POE构成。
6.按照权利要求1或2所述的背接触式导电集成背板(10)，其特征在于，所述聚合物基板(1)包括外层(1a)、作为绝缘层的中间层(1b)和作为粘接层的内层(1c)。
7.按照权利要求1或2所述的背接触式导电集成背板(10)，其特征在于，所述导电材料(3)是金属箔。
8.按照权利要求1或2所述的背接触式导电集成背板(10)，其特征在于，所述导电材料(6)是在100℃～150℃温度范围内融化的导电粘连剂。
9.一种光伏组件，其特征在于，其包括如权利要求1-8所述的背接触式导电集成背板(10)。
10.按照权利要求9所述的光伏组件，其特征在于，所述光伏组件还包括透光的保护层(20)、设置在所述保护层(20)上的透光的连接层(30)和设置在所述连接层(30)上的太阳能电池串(40)，所述背接触式导电集成背板(10)设置在所述太阳能电池串(40)上。
11.按照权利要求9或10所述的光伏组件，其特征在于，所述保护层(20)由玻璃或树脂材料构成。
12.按照权利要求9或10所述的光伏组件，其特征在于，所述连接层(30)的透光率至少为93％，由EVA、POE构成。
13.按照权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述背接触式导电集成背板(10)内由所述导电材料(6)构成的电路与所述光伏组件的电路设计相一致。
14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于，所述太阳能电池串(40)的正负触头与所述背接触式导电集成背板(10)中的导电材料(6)对齐。
15.一种用于制造具有背接触式导电集成背板的光伏组件的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-提供透光的保护层(20)，并在所述保护层上铺设一层透光的连接层(30)；
-将太阳能电池串(40)排版在所述连接层(30)上；
-将按照前述权利要求中任一项所述的背接触式导电集成背板(10)敷设在所述太阳能电池串(40)上；
-在100℃～150℃的温度范围内进行真空层压；
-将通过设置在所述聚合物基板(1)中的一个或多个开口穿出的导电材料(6)与外部器件连接。
16.按照权利要求15所述的方法，其特征在于，所述光伏组件是太阳能叠片组件。
17.按照权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述保护层(20)由玻璃或树脂材料构成。
18.按照权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述连接层(30)的透光率至少为93％，由EVA、POE构成。
19.按照权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述背接触式导电集成背板(10)内由所述导电材料(6)构成的电路与所述光伏组件的电路设计相一致。
20.按照权利要求19所述的方法，其特征在于，所述太阳能电池串(40)的正负触头与所述背接触式导电集成背板(10)中的导电材料(6)对齐。
21.按照权利要求15或16所述的方法，其特征在于，在所述真空层压的过程中，所述连接层(30)交联固化。
22.按照权利要求15或16所述的方法，其特征在于，在所述真空层压的过程中，在所述背接触式导电集成背板(10)中的孔内的导电材料(6)熔融固化，将所述背接触式导电集成背板(10)中的导电材料(6)与所述太阳能电池串(40)的阵列的正负触头连接在一起并同时将所述背接触式导电集成背板(10)与所述太阳能电池串(40)粘接在一起。
23.按照权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述外部器件是接线盒。
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| CN201710652958.2A CN109390427A (zh) | 2017-08-02 | 2017-08-02 | 背接触式导电集成背板、光伏组件及其制造方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112366239A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-02-12 | 绵阳辉日科技有限公司 | 一种高灵活性光伏电池组件 |
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2017
- 2017-08-02 CN CN201710652958.2A patent/CN109390427A/zh active Pending
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