CN110767761A - 一种光伏组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光伏组件，包含横向若干行及纵向若干列的电池单元，在所述光伏组件的受光面上横向紧密交替排布N面电池单元与P面电池单元，且其相互之间用导电材料串联，该光伏组件减少了光照的遮挡因素，使得电池单元的发电区域得到充分利用，同时也节省材料成本，降低光伏组件封装难度，明显提高良率，延长组件寿命。

Description

一种光伏组件

技术领域

本发明涉及光伏技术领域，特别涉及一种光伏组件。

背景技术

光伏组件是一种利用光照作为能量来源以对外输出电压电流、提供电能的装置。其基本特点是:对几个甚至几十个电池单元进行合适排布，以焊带焊接、导电胶带粘接、或其他类型的导电连线，将零散的电池单元串联或并联在一起，再用汇流条导出电流和输出电压，从而对负载提供功率输出。

为获得光伏组件的高转换效率和使用寿命，实践中除了需要采用高效率的电池单元之外，也对光伏组件的封装技术提出很高要求，通常包括以下几个方面：1.电池单元紧密贴合，不浪费或少浪费光照面积； 2.尽量减少焊带、导电胶带的遮光面积； 3.减少光反射；4.降低组件内部的欧姆电阻；5. 实现小电流、高开压输出；6.优化电池单元的排布与连接，提高封装可靠性。

其中，针对电池单元的排布与连接方面，目前的现状为：

1、光伏组件的封装流行做法是将组件内所有电池的N面作为受光面，如图1所示；或者将组件内所有电池的P面作为光伏组件的受光面，如图2所示。二者的共同特点是：组件内的电池单元排布时，所有N面都位于组件的一个面上，所有的P面都位于组件的另外一个面上。而为了达到电池单元串联的效果，就需要在相邻电池的正面、背面交替布线，并且需要在相邻电池单元之间预留一定的空隙用于导电材料的穿越，不利于组件的发电。

2、组件封装的主流技术包括：

（1）完整电池单元串并联技术：常见电池单元，如双主栅、三主栅、四主栅、多主栅，smart wire等都采用此技术，如图1和图2所示。然而在这种组件技术中电池单元之间依靠导电带连接，在长期的冷热应力循环中，弯折连接的导电带会因为应力疲劳而断裂。同时，导电带与电池单元之间的连接也会产生虚接的可能，导电带背面的导电胶对电池单元会产生侵蚀作用，从而对光伏组件的发电能力产生负面影响。

（2）半片技术：将完整电池单元切成2小片或者多个小片，与完整电池单元相比，可以减小电流，提高输出电压，有效减少组件内部损耗，增加输出功率，连接方式仍然如图1和图2所示。然而半片技术中受到导电带的影响，电池单元之间难以紧密排布，浪费了部分光照面积，同时电池单元上覆盖的数量众多的导电带本身也会遮挡一部分受光面积，对光伏组件的发电产生不利影响。需要指出的是，由于连线方式基本一样，所以不光是半片电池组件有此问题，完整电池单元串并联技术也存在类似问题。

（3）叠瓦技术：该技术是对半片技术的改进，能够进一步降低遮光损耗，提高功率输出，如图3和图4所示。在叠瓦技术中，电池单元之间边缘部分重合，依靠导电胶粘接以起到电池单元互联的效果，能够在某种程度上减少导电带连接的大部分弊端，提高组件有效受光面积。但是，叠瓦技术也存在如下弊端：由于是电池单元边缘重合，组件层压后，内应力作用容易产生电池单元的隐裂，降低组件寿命；电池单元的交叠，浪费了交叠区的电池发电能力；层压前对电池单元的位置排布要求苛刻，相邻电池单元交叠面积需准确控制，对自动化要求高；电池单元的边缘导电胶要涂布均匀，面积一致，操作难度大；组件电池单元均为部分交叠状态，在组件封装过程中，对自动化的设备均有较高要求，要想达到高良率并非易事。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种光伏组件，通过相邻的N面电池单元与P面电池单元交替共为受光面且紧密排布，减少了光照的遮挡因素，使得电池单元的发电区域得到充分利用。同时也节省材料成本，降低光伏组件封装难度，明显提高良率，延长组件寿命。

为此，本发明提供了一种光伏组件，包含横向若干行及纵向若干列的电池单元，在所述光伏组件的受光面上横向紧密交替排布N面电池单元与P面电池单元，且其相互之间用导电材料串联。

可选地，所述光伏组件的受光面为单面或者双面。

可选地，用所述导电材料串联一行或者多行的所述电池单元以形成一组电池单元组合，在同一组所述电池单元组合内，相邻的所述导电材料交替设置于所述电池单元的正反两侧。

可选地，所述电池单元组合之间的对外输出功率采用串联或者并联方式。

可选地，所述光伏组件为异质结硅基太阳能电池组件。

相对于现有技术，本发明所披露的技术手段具有以下的技术效果：

1.本发明中，通过相邻N面电池单元与P面电池单元共为受光面且紧密排布，用导电材料直接连接受光发电的N面与P面就可以达到串联电池单元的目的。相较于常规光伏组件，克服了因电池单元交叠而浪费电池单元的发电面积问题，也不存在因交叠区应力集中而导致电池单元隐裂的问题。同时，导电带数量的减少或者取消，也节省了材料成本，降低了光伏组件封装难度，能够提高良率，延长组件寿命。

2.相邻电池单元的连接根据需要可以选取导电胶或者焊带，兼容性好。

3.各电池单元之间紧密排布，并且平铺于一个平面上，使得电池单元的铺设非常简单可靠，对自动化设备要求低，可操作性良好，降低成本。

4.在可选方案中，每列都为同种类型的电池单元时，由于不存在电势差，所以各行电池单元可以紧密连接，甚至于近似零距离连接，而不必担心漏电或者击穿问题。此时，电池组件更能有效利用组件受光面积，而且左右两端分别引线，使得组件引线更为简单，可预见的封装成本更低。

附图说明

图1：现有技术中N面为受光面的示意图。

图2：现有技术中P面为受光面的示意图。

图3：叠瓦技术中N面为受光面的示意图。

图4：叠瓦技术中P面为受光面的示意图。

图5：本发明单面受光发电的电池单元示意图。

图6：本发明双面受光发电的电池单元示意图。

图7：偶数列且纵向N面与P面交替排布示意图。

图8：奇数列且纵向N面与P面交替排布示意图。

图9：图7、图8中的电池单元组合串联示意图。

图10：图7、图8中的电池单元组合并联示意图。

图11：偶数列且纵向均为N面或P面的示意图。

图12：奇数列且纵向均为N面或P面的示意图。

图13：图11中的电池单元组合并联示意图。

图14：图12中的电池单元组合并联示意图。

图15：图13或图14中若干电池单元组合构成的模块示意图。

图16：图15模块构成的电池组件示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方法来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明中光伏组件所包含的电池单元可以为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、硅基异质结太阳能电池等多种，所述光伏组件可以为单面受光的单面组件，也可以为双面受光的双面组件。当光伏组件为单面组件时，其正面接受光照产生光伏效应，背面通常为不透光或者弱透光，此时的一个电池单元可为P面受光发电的P面电池单元或N面受光发电的N面电池单元。当光伏组件为双面组件时，其正面背面均可接受光照产生光伏效应，即此时的一个电池单元既是P面电池单元同时也是N面电池单元，即P面N面双面受光发电。在本发明中，光伏组件的受光面上横向紧密交替排布N面电池单元与P面电池单元，其相互之间用导电材料串联。

所述电池单元厚度范围为50um~500um，电池单元可以有不同的规格形状，例如可采用正方形、长方形、梯形、三角形、圆角正方形、圆角长方形等。所述电池单元也可以有不同的尺寸大小，例如，当P面电池单元和N面电池单元组合时，二者尺寸可以相同，也可以不同。为了表示方便，本发明附图中的电池单元均采用矩形表示。

在如图5所示的实施例中，电池组件为单面受光，N面电池单元101与P面电池单元102紧密且交替排布，N面电池单元的受光面与P面电池单元的受光面为光伏组件的同一面，光生电流从N面流入，从P面流出。N面电池单元与P面电池单元之间采用导电材料201连接，所述导电材料201可以采用焊带、粘接胶带、浆料、电子墨水等，其连接结构可以为电池单元的边缘连接，或者穿越电池表面的多主栅连接等形式。相邻的所述导电材料201分别位于所述电池单元的两侧，即交替位于所述电池单元的正面和背面。

图6与图5相似，二者主要区别在于此处电池单元为P面N面双面受光发电的电池单元103，这种结构有利于提高电池的利用效率。

本发明涉及的电池组件由横向若干行及纵向若干列的N面电池单元101与P面电池单元102，或者P面N面双面受光发电的电池单元103经过不同的排列方式组合而成。利用导电材料串联一行或者多行的电池单元以形成一组电池单元组合，在同一组所述电池单元组合内，相邻的所述导电材料交替设置于所述电池单元的正反两侧。以下对各种排列方式进行详细阐述。

（1）、图7和图8所示的光伏组件均由2m（m为自然数）行电池单元组成，其中图7中的光伏组件包含2n（n为自然数）列电池单元，图8中的光伏组件包含2n+1列电池单元。结合图7和图8可知，在横向奇数行电池单元排布为N-P-N-P…的方式紧密排列，在横向偶数行电池单元排布为P-N-P-N…的方式紧密排列，即在纵向每一列上电池单元的N面与P面也为交替排布。在此类光伏组件中，相邻两行的电池单元经串联构成了一组电池单元组合。例如，第1、2行电池单元为一组，第3、4行电池单元为一组，以此类推，2m行电池单元共分为m组。每行内相邻的电池单元之间紧密排列。在所述同一组电池单元组合内，两行电池单元之间依靠导电材料201进行串联连接，并且相邻的导电材料201交替位于电池单元的两侧，即正面（实线表示）和背面（虚线表示）。纵向每列中相邻的两个电池单元间会形成电势差，且越靠近组件电流引出端电势差越大，所以为了防止相邻的电池单元组合间的漏电或者击穿，需要将各行电池单元保留一定的距离或者采取一定的绝缘措施，例如所述相邻的两组电池单元组合间可以预留0~2mm间隙，或者在层压封装时，将绝缘材料压入两行电池单元间的缝隙起到间绝缘作用。

对于上述光伏组件所产生的电流，可以通过汇流条301汇集进行功率输出。如图7和图8所示，各电池单元组合所产生电流的正极输出与负极输出均位于光伏组件的同一端（左端），此时各电池单元组合之间的对外输出功率可以采用串联方式或者并联方式。图9所示的为第K电池单元组合与第k+1电池单元组合串联的示意图（k+1<m），图10所示的为第K电池单元组合与第k+1电池单元组合串联的示意图（k+1<m），图9与图10中的正极输出与负极输出均在光伏组件的左端。

上述图7-图10所示的一组电池单元组合包含了两行电池单元，实际上，也可以包含三行、四行、五行、六行等多行电池单元。

（2）、图11和图12所示的光伏组件均由m行电池单元组成，其中图11中的光伏组件包含2n列电池单元，图12中的光伏组件包含2n+1列电池单元。在图11和图12中，每一行的电池单元串联构成一组电池单元组合，m行电池单元共有m组，各电池单元组合所产生电流的正极输出与负极输出位于光伏组件的两端，各电池单元组合之间的对外输出功率可以采用图13或者图14所示的并联方式。由于图11-图14中每列电池单元间没有电势差，所以各行电池单元可以紧密连接，甚至于近似零距离连接，而不必担心漏电或者击穿问题。至于图11-图14的其他特征，与图7-图10基本类似，此处不再赘述。

为了提高组件输出电压，可以在图13、图14的并联方式的基础上延伸出其他的连接方式。具体可为：将图13或者图14所示的并联后的若干个电池单元组合视为如图15所示的模块，其左端为正极输出，右端为负极输出。再将若干个模块用导电材料串联成图16所示的电池组件，即模块1的一端为正极输出，模块的3的另一端为负极输出，实际应用中，组成一个模块的电池单元组合的个数可以自由选择，组成一个电池组件的模块的个数也可以自由选择。此种可选的技术方案能够达到提高组件输出电压、降低内部欧姆损耗的目的。由于相邻模块之间存在电势差，为了防止漏电或者击穿，需要在相邻模块之间保持一定距离或者采取一定的绝缘措施，例如预留0~2mm间隙，或者在层压封装时，将绝缘材料压入模块之间的缝隙起到间绝缘作用。

本发明中，通过相邻N面电池单元与P面电池单元共为受光面且紧密排布，用导电材料直接连接受光发电的N面与P面就可以达到串联电池单元的目的。相较于常规光伏组件，克服了因电池单元交叠而浪费电池单元的发电面积问题，也不存在因交叠区应力集中而导致电池单元隐裂的问题。同时，导电带数量的减少或者取消，也节省了材料成本，降低了光伏组件封装难度，能够提高良率，延长组件寿命。根据实际的需要，相邻电池单元的连接可以选取导电胶或者焊带，使之具备较佳的兼容性。另外，由于各电池单元之间紧密排布且平铺于一个平面上，使得电池单元的铺设非常简单可靠，对自动化设备要求低，可操作性良好，从而降低成本。

在图11-图14所示的可选方案中，纵向每列电池单元间不存在电势差，所以各行电池单元可以紧密连接，甚至于近似零距离连接，而不必担心漏电或者击穿问题。此时，电池组件更能有效利用组件受光面积，而且左右两端分别引线，使得组件引线更为简单，可预见的封装成本更低。

需要特别说明的是，本发明所涉及的光伏组件特别适合于异质结硅基太阳能电池，由于异质结硅基太阳能电池是正反完全对称的结构，两面受光的发电特性基本一致，所以其正面与背面的发电能力都可以充分体现。

另外，除了本发明上述的按行的方式连接外，光伏组件的电池单元也可以整面连接。即先完成所有电池的正面串联，再完成所有电池的背面串联，最后对外输出功率。同样地，本发明也可以采取其他的连接方式来实现各组电池单元之间的电流电压分配，以期实现更佳的组件性能。

虽然本发明已以较佳的实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (5)

1.一种光伏组件，包含横向若干行及纵向若干列的电池单元，其特征在于：在所述光伏组件的受光面上横向紧密交替排布N面电池单元与P面电池单元，且其相互之间用导电材料串联。

2.根据权利要求1所述的一种光伏组件，其特征在于：所述光伏组件的受光面为单面或者双面。

3.根据权利要求1所述的一种光伏组件，其特征在于：用所述导电材料串联一行或者多行的所述电池单元以形成一组电池单元组合，在同一组所述电池单元组合内，相邻的所述导电材料交替设置于所述电池单元的正反两侧。

4.根据权利要求3所述的一种光伏组件，其特征在于：所述电池单元组合之间的对外输出功率采用串联或者并联方式。

5.根据权利要求1所述的一种光伏组件，其特征在于：所述光伏组件为异质结硅基太阳能电池组件。

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