CN109861639A - 加固型智能光伏组件结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加固型智能光伏组件结构，在矩形的组件边框内设置由玻璃板、电池层、胶接层和背膜层组成的多层结构，电池层包括铺设在玻璃板内表面的N个电池组和电池组一端外侧的汇流带，汇流带具有N个与电池组对应并联的开关部，N个开关部连接N+1个汇流段构成汇流带，在开关部中相邻汇流段之间架设旁路开关件，在旁路开关件外周设有保护框，保护框固定在相邻汇流段上，旁路开关件为单向导通器件，其中N≥1。本发明采用旁路开关件架设在相邻汇流段之间形成汇流带，旁路开关件代替现有的光伏接线盒，简化封装工艺和光伏组件结构，通过汇流带实现对电池组的热斑保护，通过层压工艺快速制成光伏组件，改善制作工艺。

Description

加固型智能光伏组件结构

技术领域

本发明涉及光伏组件领域，尤其是一种加固型智能光伏组件结构。

背景技术

太阳能光伏电池是一种把太阳的光能直接转化为电能的新型电池。目前通常使用的是以硅为基底的硅光伏电池，包括单晶硅、多晶硅和非晶硅光伏电池。按照应用要求，光伏电池经过一定的组合，将达到一定的额定输出功率和输出电压的多个光伏电池封装成可作为电源使用的组件称为光伏组件。当光伏组件中一串联支路中的光伏电池被遮蔽、没有太阳照射时，被遮蔽的光伏电池将会消耗其他有光照的光伏电池所产生的能量并会发热，这种情形称为热斑效应。热斑效应会严重损害光伏电池，甚至影响整个光伏组件。为了防止光伏电池由于热斑效应而遭到损害，通常在光伏电池串的正负极间并联一个旁路二极管，利用旁路二极管的导通功能对并联的光伏电池进行保护。

现有技术通常使用光伏接线盒对光伏电池串进行保护，在光伏接线盒内设置旁路二极管，降低光伏电池串断路的可能性，提高光伏组件的可靠性和发电效率。但是，现有技术存在以下缺点：光伏接线盒采用外挂式连接在光伏组件背部，制作封装需要较多工序，人工和材料成本高。光伏接线盒中旁路二极管的反向漏电流较大，发热损耗较大，不仅需要加设散热结构，也影响光伏发电效率。旁路二极管在导通对热斑进行保护时温度上升，反向漏电流快速增大，易发生反向击穿失效。光伏组件上的光伏接线盒将各组光伏电池汇流到一起，使得外部引线和汇流带较长，材料消耗大、成本高，而且汇流带和光伏电池的连接复杂，整个光伏组件制作工序繁多，制造成本高。现有的光伏接线盒没有监控报警功能，当光伏组件出现问题时不能精确、实时监测故障位置，通过人工寻查费时费力，而且无法进行数据采集。

发明内容

本申请人针对上述现有光伏组件结构存在的外接光伏接线盒导致的制作封装复杂、制作成本高、发热损耗大、易发生二极管击穿、外部引线和汇流带较长、功能单一等缺点，提供了一种结构合理的加固型智能光伏组件结构，能够简化制作工序和封装结构，降低生产成本，解决发热问题，简化组件连接结构，实现多功能、智能化扩展，同时对旁路开关进行加固保护，提高旁路开关可靠性。

本发明所采用的技术方案如下：

一种加固型智能光伏组件结构，在矩形的组件边框内设置由玻璃板、电池层、胶接层和背膜层组成的多层结构，电池层包括铺设在玻璃板内表面的N个电池组和电池组一端外侧的汇流带，汇流带具有N个与电池组对应并联的开关部，N个开关部连接N+1个汇流段构成汇流带，在开关部中相邻汇流段之间架设旁路开关件，在旁路开关件外周设有保护框，保护框固定在相邻汇流段上，旁路开关件为单向导通器件，其中N≥1。

作为上述技术方案的进一步改进：

旁路开关件焊接在相邻两个汇流段上。

旁路开关件嵌置或间隙配合在保护框内。

保护框为框形的PCB板，PCB板下表面通过焊接铜片与汇流段焊接。

PCB板的厚度为0.4～1.2mm。

在相邻两个汇流段端部之间设有填充材料，在PCB板的外表面填涂填充材料使开关部形成光滑的坡面。

每个电池组由两个电池串串联构成，每个电池串由M个电池片串联构成，其中M≥1。

每个开关部与对应电池组中的两个电池串形成的串联电路两端相互并联。

旁路开关件采用MOS芯片开关，或者是MOS芯片开关和RFID芯片组成的串联电路，或者是MOS芯片开关、RFID芯片和检测传感器组成的电路。

胶接层将玻璃板、电池层和背膜层粘接成一个多层结构整体。

本发明的有益效果如下：

本发明采用旁路开关件架设在相邻汇流段之间形成汇流带，旁路开关件与对应的电池组并联，代替现有的光伏接线盒，简化了封装工艺和光伏组件的结构，解决了现有技术将各个电池组通过引线引入接线盒的问题，节省资源，降低制作成本。本发明仅通过汇流带即可实现对电池组的热斑保护，通过层压工艺快速制成光伏组件，使光伏组件的制作工艺发生重大变革。

本发明的旁路开关件架设并焊接在相邻两个汇流段的端部上，在旁路开关件的外周设置保护框，利用保护框来抵抗两端的汇流段产生的拉伸作用，在制作加工或使用过程中有效保护旁路开关件及焊接部位，提高设备的可靠性，延长使用寿命。保护框选用框形的PCB板，利用PCB板自带的焊接铜片与汇流段焊接，既保证牢固性，又不会产生突起，使PCB板与汇流段贴合相连，便于光伏组件的整体封装工艺。旁路开关件利用汇流带进行散热，不需要现有技术中接线盒内的散热铜片，提高光伏组件的可靠性和光伏发电效率。相邻汇流段的端部采用保护框连接，配合填充材料的使用，使汇流带的固定和旁路开关件的连接更加牢固，电路连接更加可靠。

本发明的旁路开关件集成MOS芯片开关，实现低能耗、高效能、高温反偏能力强、不易击穿等效果。本发明在MOS芯片开关的基础上加设RFID芯片形成集成芯片开关，能够准确定位、智能监测各个旁路开关件的导通状态。本发明还可以进行功能性扩展，加设一种或多种检测传感器，实现光伏组件温度、电流、电压等数据的监测，提高光伏电站的管理和维护能力。

附图说明

图1为本发明的示意图。

图2为本发明汇流带的主视图。

图3为图2的俯视图。

图4为图2的A部放大图。

图5为图4的俯视图。

图6为图5中B-B截面的剖视图。

图中：1、组件边框；2、电池组；3、电池串；4、电池片；5、汇流带；6、开关部；7、汇流段；8、旁路开关件；9、填充材料；10、PCB板；11、焊接铜片；12、焊接点；13、组件引线。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1至3所示，本发明所述的加固型智能光伏组件结构在矩形的组件边框1内设置多层结构，多层结构包括玻璃板、电池层、胶接层及背膜层。多层结构的四个边部与组件边框1嵌合，玻璃板位于最外层，电池层包括平铺设置在玻璃板内表面上的N个电池组2，每个电池组2由两个电池串3串联构成，每个电池串3由M个电池片4串联构成。其中，N、M的取值与玻璃板的尺寸相适配，并根据光伏组件的设计要求和使用需求等因素确定，在图1中N=3，M=6。玻璃板上所有的电池片4在玻璃板内表面上呈矩阵分布，每个电池串3沿直线分布。在电池组2的一端外侧沿边长方向设置一条具有N个开关部6的汇流带5，N个开关部6为汇流带5的组成部分，N个开关部6连接N+1个汇流段7构成一条汇流带5。汇流带5与各个电池串3相互垂直，电池串3的一端连接在汇流带5上，另一端与对应的同组的电池串3串联。开关部6与电池组2一一对应设置，电池组2内的相互串联的两个电池串3分别连接在开关部6两端的汇流带5上，即开关部6与两个电池串3形成的串联电路两端相互并联。开关部6内部通过旁路开关件8和框形的PCB板10连接，旁路开关件8为单向导通器件。汇流段7的材质为铜等金属。汇流带5的两个外端分别连接一根组件引线13，组件引线13向外部延伸，可与用电设备或者其他光伏组件连接。

如图4至图6所示，在每个开关部6中相邻的汇流段7的端部架设旁路开关件8，旁路开关件8为薄片形状，底部通过若干焊接点12与相邻两个汇流段7的上表面焊接，即旁路开关件8作为媒介连接两端的汇流段7。在旁路开关件8的外周为PCB板10，旁路开关件8可以嵌置或间隙配合在PCB板10的框内。PCB板10下表面通过自带的焊接铜片11与两个相邻的汇流段7焊接。PCB板10的厚度为0.4~1.2mm，优选为0.8mm。在两个汇流段7端部之间设有填充材料9，在PCB板10的外表面填涂填充材料9使开关部6形成光滑的坡面。所述几处填充材料9均为绝缘材料。胶接层位于电池层表面上并渗透到电池层间隙处，胶接层的表面上平铺设有背膜层。胶接层优选采用EVA胶。胶接层将玻璃板、电池层和背膜层粘接成一个多层结构整体。

旁路开关件8可以采用不同的结构以实现不同的功能，比如，旁路开关件8采用MOS芯片开关。MOS芯片开关制成薄片结构，架设在每个开关部6的两个汇流段7之间，底部通过两组焊接点12分别与对应的汇流段7的上表面焊接。

再如，旁路开关件8采用集成芯片开关。集成芯片开关采用MOS芯片开关和RFID芯片组成的串联电路。集成芯片开关架设在每个开关部6的两个汇流段7之间，底部焊接在两个汇流段7上。

再如，集成芯片开关采用MOS芯片开关、RFID芯片和检测传感器组成的电路。检测传感器可以是一种或多种，如温度传感器。RFID芯片优选为有源RFID芯片，能够在旁路开关件8导通时向接收器发送ID。有源RFID芯片利用旁路开关件8在导通下的电压进行供电，不需要附加外部电池。

本发明的旁路开关件8在内部集成MOS芯片开关，采用芯片开关代替接线盒内的二极管，实现低能耗、高效能、高温反偏能力强、不易击穿等效果。本发明在MOS芯片开关的基础上加设RFID芯片形成集成芯片开关，集成芯片开关嵌入在汇流带5中，对光伏组件中的各个旁路开关件8的导通状态进行监测，实时获取各个旁路开关件8的导通状态，具有准确定位、智能监测等功能，解决人工寻查效率低、成本高等问题。而且，有源RFID芯片可以巧妙地利用旁路开关件8在导通下的电压，不需要附加外部电池，更加便捷。本发明在MOS芯片开关和RFID芯片形成集成芯片开关的基础上可以进行功能性扩展，加设一种或多种传感器，实现光伏组件温度、电流、电压等数据的监测，提高光伏电站的管理和维护能力。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种加固型智能光伏组件结构，其特征在于：在矩形的组件边框（1）内设置由玻璃板、电池层、胶接层和背膜层组成的多层结构，电池层包括铺设在玻璃板内表面的N个电池组（2）和电池组（2）一端外侧的汇流带（5），汇流带（5）具有N个与电池组（2）对应并联的开关部（6），N个开关部（6）连接N+1个汇流段（7）构成汇流带（5），在开关部（6）中相邻汇流段（7）之间架设旁路开关件（8），在旁路开关件（8）外周设有保护框，保护框固定在相邻汇流段（7）上，旁路开关件（8）为单向导通器件，其中N≥1。

2.根据权利要求1所述的加固型智能光伏组件结构，其特征在于：旁路开关件（8）焊接在相邻两个汇流段（7）上。

3.根据权利要求1所述的加固型智能光伏组件结构，其特征在于：旁路开关件（8）嵌置或间隙配合在保护框内。

4.根据权利要求1所述的加固型智能光伏组件结构，其特征在于：保护框为框形的PCB板（10），PCB板（10）下表面通过焊接铜片（11）与汇流段（7）焊接。

5.根据权利要求4所述的加固型智能光伏组件结构，其特征在于：PCB板（10）的厚度为0.4~1.2mm。

6.根据权利要求4所述的加固型智能光伏组件结构，其特征在于：在相邻两个汇流段（7）端部之间设有填充材料（9），在PCB板（10）的外表面填涂填充材料（9）使开关部（6）形成光滑的坡面。

7.根据权利要求1所述的加固型智能光伏组件结构，其特征在于：每个电池组（2）由两个电池串（3）串联构成，每个电池串（3）由M个电池片（4）串联构成，其中M≥1。

8.根据权利要求7所述的加固型智能光伏组件结构，其特征在于：每个开关部（6）与对应电池组（2）中的两个电池串（3）形成的串联电路两端相互并联。

9.根据权利要求1所述的加固型智能光伏组件结构，其特征在于：旁路开关件（8）采用MOS芯片开关，或者是MOS芯片开关和RFID芯片组成的串联电路，或者是MOS芯片开关、RFID芯片和检测传感器组成的电路。

10.根据权利要求1所述的加固型智能光伏组件结构，其特征在于：胶接层将玻璃板、电池层和背膜层粘接成一个多层结构整体。