CN110838527B - 一种用于半片叠瓦光伏组件的电池片及该组件的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于半片叠瓦光伏组件的电池片及该组件的制作方法，电池正面电极包括上下两部分，上部与下部互为中心对称，上下两部分中间区域无栅线连接，该区域为波浪形，电池上部分正面主栅线分布在波谷中心，电池下部分正面主栅线分布在波峰中心，半片叠瓦光伏组件包括电池片分片和焊带，其中电池片分片由电池片经过激光切割为两个相同的分片后得到，电池片分片的正极与相邻电池片分片的负极用焊带进行连接，同时相邻电池片分片的边缘重叠。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过将半片叠瓦组件中电池片分片间的交叠区域改变为波浪形交叠，以减小电池片分片的重叠区域、实现更高的组件功率和更好的组件可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，尤其涉及一种用于半片叠瓦光伏组件的电池片及该组件的制作方法。
背景技术
半片光伏组件技术和叠瓦光伏组件技术是目前高效太阳能组件技术的两个重要发展方向。半片光伏组件技术采用激光划片设备将电池片等分为两片电池片分片，降低组件内阻损耗从而提高组件功率，而叠瓦光伏组件技术由于消除了电池片片间距，从而使单位面积内排列更多数量的电池片而具有大幅提高组件功率的效应。
现发明一种用于半片叠瓦光伏组件的电池及组件制作方法，可将半片技术、叠瓦技术融为一体，获得更高功率组件的同时，组件功率与可靠性得到进一步提升。
具体地，叠瓦组件将相邻电池片的边缘重叠，其中一片电池片正面的边缘置于相邻电池片背面的边缘，正面电极与另一片电池片背面电极之间采用镀锡铜焊带形成电性能和机械性能连接。
在目前的光伏行业中，半片叠瓦光伏组件的电池片中间激光划片区为直线型，电池片分片交叠区域有较多部分被遮，导致组件功率有所损失。
有鉴于此，有必要提供一种改进的半片叠瓦光伏组件的电池设计以及组件制作方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种用于半片叠瓦光伏组件的电池片及该组件的制作方法，它包括具有波浪形激光划片区的电池片，电池片经激光分切后电池片分片的划片边缘具有波浪形，该设计可有效降低半片叠瓦电池片分片的交叠面积，增加半片叠瓦光伏组件的可靠性和功率。
为了达到以上目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于半片叠瓦光伏组件的电池片，所述电池片的正面包括正面主栅线、正面细栅线以及中间的激光划片区域。正面主栅线与正面细栅线相互垂直且相交，正面主栅线的头尾两端为分叉结构，正面主栅线与正面细栅线包括上下中心对称的两部分，半片叠瓦电池上部正面主栅线与下部正面主栅线为交叉平行分布，上下部分的中间区域为正面激光划片区，该部分无栅线连接。
具体的，正面主栅线的栅线数为五栅线、六栅线、九栅线和十二栅线。
具体的，正面主栅线的栅线宽度为0.05～0.8mm。
具体的，正面主栅线的栅线为实心或镂空结构。
具体的，正面激光划片区103的宽度为0.3～3mm。
半片叠瓦光伏组件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
A）准备一定数量的电池片；
B）利用激光划片设备沿着激光划片区进行切割，制备电池片分片，激光切割路线为波浪形；
优选的，激光切割电池片时，激光作用在电池片背面，该区域的位置与正面激光划片区对应；
优选的，采用1024nm波长激光，激光热影响区域宽度小于110um，切割深度为电池片厚度的50%±10%，后经机械掰片工装将激光划片后的电池片分切为2片电池片分片；
优选的，电池片经激光划片后分切为2片电池片分片104，上部经180°旋转后与下部完全相同；
优选的，激光切割路线为波浪形，且波峰与波谷的垂直距离为0.3～3mm；
C）准备镀锡铜焊带，焊带拉直后采用工装冲压焊带中部特定区域，将特定区域由一定厚度冲压减薄至特定厚度，随后利用电池片焊接设备将镀锡铜焊带焊接至电池片分片的正反面主栅线处；
优选的，镀锡铜焊带横截面为矩形或圆形，镀锡铜焊带的具体厚度视情况而定，总体厚度范围0.12～0.4mm，镀锡层总体厚度0.015～0.08mm，冲压区域厚度减薄至0.07～0.15mm；
进一步的，镀锡铜焊带冲压区域冲压后厚度减薄但宽度增加，总体横截面积基本不变，为提高半片叠瓦光伏组件的机械载荷性能，可于冲压区域冲孔，冲孔形状可为菱形、矩形、圆形和椭圆形；
具体的，镀锡铜焊带冲压区域为非焊接区域，该区域与相邻电池片分片的重叠区域接触，需要确保其冲压的长度大于相邻电池片分片重叠区域的宽度，镀锡铜焊带区域为焊接区域，该区域与电池片分片的正背面电极接触并高温焊接在一起，焊接温度185℃～380℃；
进一步的，焊带冲压区域可以有多种截面形状，冲压区域截面为S型时，该焊带截面可保证相邻电池片之间的交叠高度最小，冲压区域截面为凹型时，该焊带截面可保证电池片激光划片区域不与焊带接触，可提升组件可靠性并降低电池片短路风险；
D）利用机械手将两片焊接后的电池片分片边缘精准的重叠在一起，焊带自电池片分片正面延伸至相邻电池片的背面，相邻电池片分片重叠区域为波浪形，该设计可以保证焊带与电池片分片交叠区的面积，同时，降低其他无效交叠区域的面积，可有效提高组件功率，焊带与电池片分片接触面积越大，焊带对电池片分片的压强越小，组件可靠性越高。
具体的，相邻电池片边缘重叠的宽度为0.2～3.0mm；
优选的，相邻电池片分片边缘重叠的精度为±100um；
E）重复步骤D完成半片叠瓦电池串制作，不同电池串之间采用汇流条串联或并联在一起，相邻汇流条之间焊接旁路二极管来保护电池片；
具体的，组件上半部分与下半部分电池串的电池片数量相等；
具体的，每一串电池串的电池片数量为6～14片；
优选的，汇流条210为镀锡铜焊带，宽度为3～8mm，厚度为0.12～0.45mm；
F）采用玻璃、封装胶膜、背板、接线盒、边框、密封胶将步骤E得到的叠瓦电池串组装并层压成组件。
具体的，玻璃为超白压延钢化玻璃，厚度2.0～4.0mm；
优选的，玻璃表面可镀减反膜，以提高入射光透射率；
优选的，封装胶膜为EVA，共两层结构，分别位于玻璃面和背板面；
与现有技术相比，本发明的有益效果是：相比于常规的半片叠瓦电池，本发明通过将半片叠瓦电池片边缘采用波浪形切割，有效提高了组件在焊带交叠区域的宽度，同时降低了非焊带交叠区域的面积，从而在提高组件可靠性的同时提高了组件功率。
附图说明
图1是本发明中电池片的正面网版示意图。
图2是本发明中电池片分片的正面网版示意图。
图3是本发明中电池片分片的交叠示意图（波浪形）。
图4是本发明中电池片分片的交叠示意图（直线型）。
图5是本发明中电池片分片焊接用焊带加工示意图。
图6是本发明中电池片分片的交叠示意图。
图7是图6中交叠区域为S型和凹型的放大示意图。
图8是本发明中半片叠瓦光伏组件示意图。
图9是本发明中半片叠瓦光伏组件的电路结构示意图。
图10是本发明中半片叠瓦光伏电池片正面网版示意图。
附图标记列表：
100-电池片，101-正面主栅线，102-正面细栅线，103-激光划片区域，104-电池片分片，105-波浪形，106-半片叠瓦光伏组件，108-重叠区域，109-常规半片叠瓦电池串，201-焊带，202-焊带冲压区域，203-焊带焊接区域，207-二极管焊接点a，208-二极管焊接点b，209-二极管焊接点c，2141-电池串a，2142-电池串b，2143-电池串c，2144-电池串d，2145-电池串e，2146-电池串f，210-汇流条，211-正极引出线，212-负极引出线，213-旁路二极管，2151-电池串g，2152-电池串h，2153-电池串i，2154电池串j，2155电池串k，2156-电池串l。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围之内。
在本发明申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本申请的主体的基本结构。
另外，本文使用的例如“上”、“下”等表示空间相对位置的术语是处于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的单元翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下”或“上”的单元将位于其他单元或特征“上”。因此，实例性术语“下”可以囊括上和下这两种方位。设备可以以其他方式被定向（旋转90°或其他朝向），并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。
实施例1：半片叠瓦电池片制作
如图1所示，一种用于半片叠瓦光伏组件的电池片正面网版，包括正面主栅线101、正面细栅线102以及中间的激光划片区域103，正面主栅线101与正面细栅线102相互垂直且相交，正面主栅线101的头尾两端为分叉结构，正面主栅线101与副栅线102包括上下中心对称的两部分，半片叠瓦电池片100上部正面主栅线101与下部正面主栅线101为交叉平行分布，上下部分的中间区域为正面激光划片区103，该部分无栅线连接，正面主栅线根数为5，宽度0.6mm，正面主栅线之间间距为31.35mm，上半部分左边主栅线距边23.5mm，上半部分右边主栅线距边7.85mm，电池片分为上下两部分，上部分旋转180°即为下部分。正面细栅线根数为110根，上半部分为55根，下半部分为55根，细栅线宽度50um，激光划片区域103宽度3mm。
如图2所示，采用激光划片设备沿划片路径105进行激光切割，激光功率50W，波长1024nm，激光切割时激光切割作用在电池片背面与正面激光划片区域103对应，波浪形划片路径由半径31.2mm的圆弧组成，上半部分电池片主栅线分布于波谷，下半部分电池片主栅线分布于波峰。激光划片深度为50%±10%，划片后采用机械手将电池片沿划片道掰开，得到相同的2个电池片分片。
实施例2：半片叠瓦电池片制作
如图10所示，一种半片叠瓦电池片正面网版，包括正面主栅线101、正面细栅线102以及中间的激光划片区域103，正面主栅线101与正面细栅线102相互垂直且相交，正面主栅线101的头尾两端为分叉结构，正面主栅线101与副栅线102包括上下中心对称的两部分，半片叠瓦电池片100上部正面主栅线101与下部正面主栅线101为交叉平行分布，上下部分的中间区域为正面激光划片区103，该部分无栅线连接。正面主栅线根数为5，宽度0.6mm，正面主栅线之间间距为31.35mm，上半部分左边主栅线距边19.6mm，上半部分右边主栅线距边11.75mm，电池片分为上下两部分，上部分旋转180°即为下部分。正面细栅线根数为110根，上半部分为55根，下半部分为55根，细栅线宽度50um，激光划片区域103宽度3mm。采用激光划片设备沿划片路径103进行激光切割，激光功率50W，波长1024nm，激光切割时激光切割作用在电池片背面与正面激光划片区域103对应，波浪形划片路径由半径8.2mm的圆弧组成，上半部分电池片主栅线分布于波谷，下半部分电池片主栅线分布于波峰，相邻主栅之间间隔2个波峰或波谷，激光划片深度为50%±10%，划片后采用机械手将电池片沿划片道掰开，得到相同的2个电池片分片。
实施例3：半片叠瓦光伏组件制作方法
所述半片叠瓦光伏组件的制作方法，包括以下步骤：
A）准备66片电池片，电池片边长156.75mm，电池片厚度180um，主栅线数5根，电池片正面网版图形如实施例2所述；
B）利用激光划片设备沿着激光划片区103进行切割，制备半片叠瓦电池片分片104，激光切割路线为波浪形105；激光作用在电池片背面以避免损伤PN结，激光波长1024nm，激光功率50W，激光波形为0#波形，热影响区域宽度105um，切割深度50%，后经机械掰片工装将激光划片后的电池片分切为2片分片，将电池片上半部分旋转180°，即可得到132片电池片分片，激光划片道为波浪形，波峰与波谷的垂直距离为2.0mm；
C）准备镀锡铜焊带201，焊带拉直后采用工装冲压焊带中部焊带冲压区域202，将焊带冲压区域202由一定厚度冲压减薄至特定厚度，随后利用电池片焊接设备将焊带焊接区域203焊接至电池片分片的正反面主栅线处；镀锡铜焊带横截面为0.9mm宽、0.25mm厚的矩形，冲压区域长度3.0mm，冲压后厚度由0.25mm降低至0.12mm，宽度增加至1.9mm。如图4所示，焊带长度135mm，其中约70.5mm居中敷设在电池片正面主栅线上，剩余64.5mm敷设在相邻电池片背面主栅线，采用红外线加热方式将焊带焊接至电池片正反面主栅线上，焊接温度240℃，焊接时间1.5s，电池片正面焊带起焊点靠近激光划片道。
D）利用机械手将两片焊接后的电池片边缘精准的重叠在一起，如图3所示，焊带107自电池片正面延伸至相邻电池片的背面，相邻电池片分片重叠区域108为波浪形，该设计可以保证焊带与电池片交叠区的面积，同时，降低其他无效交叠区域的面积，可有效提高组件功率，焊带与电池片接触面积越大，焊带对电池片的压强越小，组件可靠性越高。图4为常规半片叠瓦电池串109，相邻电池片之间的交叠为矩形，相同的焊带与电池片接触面积情况下，其电池片之间的交叠区域面积较大。相邻电池片边缘重叠的宽度为2.0mm，相邻电池片边缘重叠的精度为±100um；
E）重复步骤D完成半片叠瓦电池串制作，将12串电池串按图8所示的分布排列，如果3所示，将11片电池片分片104通过焊带201叠焊成电池串，按图8所示的分布排列成组件，不同电池串之间采用汇流条210串联或并联在一起，相邻汇流条之间焊接旁路二极管来保护电池片，共有3处二极管焊接点（207、208、209），组件的正极引出线在二极管焊接点a207，负极引出线在二极管焊接点c209。组件的等效电路如图9所示，电池串a2141、电池串b2142、电池串c2143、电池串d2144、电池串e2145和电池串f2146串联在一起组成组件的上半部分，正极引出线为211，负极引出线212，电池串g2151、电池串h2152、电池串i2153、电池串j2154、电池串k2155和电池串l2156串联在一起组成组件的下半部分，正极引出线为211，负极引出线212，组件的上半部分与下半部分并联在一起，采用3个旁路二极管213保护电池片。组件上半部分与下半部分电池串的电池片数量相等，汇流条210为镀锡铜焊带，宽度为5mm，厚度为0.4mm；
F）采用玻璃、封装胶膜、背板、接线盒、边框、密封胶将步骤E得到的叠瓦电池串组装并层压成组件。玻璃为超白压延钢化镀膜玻璃，厚度3.2mm，镀膜层为光学厚度650nm的SiO2，玻璃尺寸1750*986mm，透射率≥94.1%，采用2层EVA胶膜封装，靠近玻璃面EVA胶膜对太阳光的紫外波段吸收率低，以提高组件功率，EVA克重500g/m2，靠近背板面EVA胶膜对太阳的紫外波段吸收率高，以延长背板使用寿命，EVA克重480g/m2；背板为KPF结构背板。组件组装完毕后，将其放入层压机中，层压温度141℃，层压时间15min。
本发明相比于常规的半片叠瓦电池，本发明通过将半片叠瓦电池片边缘采用波浪形切割，有效提高了组件在焊带交叠区域的宽度，同时降低了非焊带交叠区域的面积，从而在提高组件可靠性的同时提高了组件功率。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种用于半片叠瓦光伏组件的电池片，其特征在于：所述电池片的正面包括正面主栅线、正面细栅线以及中间的激光划片区域，所述正面主栅线与正面细栅线相互垂直且相交设置，正面主栅线的头尾两端均为分叉状，其中，位于激光划片区域上方的正面主栅线与位于激光划片区域下方的正面主栅线相互平行且交错设置，所述激光划片区域为波浪状，其中位于激光划片区域上方的正面主栅线分布于激光划片区域的波谷位置，位于激光划片区域下方的正面主栅线分布于激光划片区域的波峰位置；
所述激光划片区域为呈正弦分布的波浪状，相邻两正面主栅之间间隔两个波峰的距离；
所述波峰与波谷之间的相对垂直距离0.2～2m；
所述半片叠瓦光伏组件包括电池片分片和焊带，其中，电池片分片的正极与相邻电池片分片的负极用焊带进行连接，相邻电池片分片的边缘重叠，交叠区域的两电池片分片中一片电池片分片的边缘为波浪形，另一片电池片分片的边缘为直线；
所述半片叠瓦光伏组件中电池片分片交叠处的焊带厚度为0.07～0.15mm；
所述半片叠瓦光伏组件中相邻两电池片分片的交叠宽度0.1～1.8mm。
2.根据权利要求1所述的一种用于半片叠瓦光伏组件的电池片，其特征在于：所述电池的正面位于激光划片区域上下方的两部分面积相同，且各部分构成电池片分片。
3.根据权利要求1所述的一种用于半片叠瓦光伏组件的电池片，其特征在于：所述半片叠瓦光伏组件中焊带的横截面为矩形或圆形的镀锡铜焊带。
4.根据权利要求1所述的一种半片叠瓦光伏组件的制作方法，其特征在于，具体步骤为：
A）准备一定数量的电池片；
B）利用激光划片设备沿着激光划片区进行切割，制备电池片分片，激光切割路线为波浪形；
C）准备镀锡铜焊带，焊带拉直后采用工装冲压焊带中部特定区域，将特定区域由一定厚度冲压减薄至特定厚度，随后利用电池片焊接设备将镀锡铜焊带焊接至电池片分片的正反面主栅线处；
D）利用机械手将两片焊接后的电池片分片边缘精准的重叠在一起，焊带自电池片分片正面延伸至相邻电池片分片的背面，相邻电池片分片重叠区域为波浪形；
E）重复步骤D完成半片叠瓦电池串制作，不同电池串之间采用汇流条串联或并联在一起，相邻汇流条之间焊接旁路二极管来保护电池片；
F）采用玻璃、封装胶膜、背板、接线盒、边框、密封胶将步骤E）得到的叠瓦光伏电池串组装并层压成组件。
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