CN112216757A - 一种太阳能电池片的串联结构、串联方法及电池组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能电池片的串联结构、串联方法及电池组件，涉及太阳能电池制造领域，用于减少两块电池片边缘的应力，该结构包括：两个太阳能电池片、互连条和胶圈；所述两个太阳能电池片分别设置于所述互连条的两侧；所述胶圈套设于所述互连条上，用于固定所述两个太阳能电池片。本发明提供的技术方案能够降低两片电池片之间的边缘处会因为互连条的存在而出现隐裂甚至裂片的可能以及节省成本。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造领域，尤其涉及一种太阳能电池片的串联结构、串联方法及电池组件。
背景技术
太阳能电池是一种把光能转换成电能的能量转换器件，太阳能电池工作原理的基础是半导体P-N结的光生伏特效应。其中，晶硅太阳能电池是推广应用最广泛的一种太阳能电池。
光伏组件技术已经十分成熟，典型的单玻光伏组件结构主要由玻璃、EVA(ethylene-vinyl acetate copolymer，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)、电池串组、EVA、背板封装而成；典型的双玻组件通过玻璃、EVA、电池串组、EVA玻璃封装而成。
目前市场上能够有效提高太阳能组件有效发电面积的技术有：叠瓦技术、拼片技术以及叠焊技术。
其中，叠焊技术将电池片切成若干小片，一般为2～8片，电池片间通过焊带连接，电池片间可以无限接近或相互重叠，以实现在工艺完全与原串焊方式一致的同时，能够达到与叠瓦技术相同的填充电池片空隙，增加同等大小组件内部电池片的数量，从而提高发电效率。
然而，在后期的叠层及层压过程中，由于外力的作用，两片电池片之间的边缘处会因为焊带的存在而出现隐裂甚至裂片的情况，以至于给后续的加工带来不便。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种太阳能电池片的串联结构、串联方法及电池组件，以降低两片电池片之间的边缘处会因为互连条的存在而出现隐裂甚至裂片的可能。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明实施例提供了一种太阳能电池片的串联结构，包括：两个太阳能电池片、互连条和胶圈；
所述两个太阳能电池片分别设置于所述互连条的两侧；
所述胶圈套设于所述互连条上，用于固定所述两个太阳能电池片。
进一步地，所述互连条包括连接部；
所述连接部两侧均被所述两个太阳能电池片覆盖。
进一步地，所述胶圈套设于所述连接部上。
进一步地，所述胶圈与所述连接部以及所述连接部对应的太阳能电池片的区域粘接。
进一步地，所述连接部为圆柱体；
所述胶圈为中空圆柱体。
进一步地，所述连接部为直四棱柱体；
所述胶圈为中空直四棱柱体。
进一步地，将胶圈的外侧面设置为凹陷的曲面；
进一步地，在胶圈的表面设置一层承压件，承压件的侧面相应地设计为凹陷的曲面。
进一步地，胶圈的内孔设置成喇叭形；互连条从喇叭口伸入胶圈，从喇叭末端挤出。
进一步地，在胶圈的中部设置一个喇叭形的固定件，互连条从固定件的喇叭口伸入胶圈，从喇叭末端挤出。
进一步地，利用EVA将互连条粘在胶圈的内壁上。
进一步地，所述胶圈的长度不小于所述连接部的长度。
进一步地，所述胶圈由乙烯-醋酸乙烯共聚物胶膜或聚烯烃弹性体胶膜缠绕在所述互连条上制成或者由乙烯-醋酸乙烯共聚物胶膜或聚烯烃弹性体加工制成。
优选地，所述胶圈还包括延时缓冲材料，所述延时缓冲材料的熔点大于乙烯-醋酸乙烯共聚物或聚烯烃弹性体且小于150℃。
进一步地，所述延时缓冲材料的弹性和透明度均不小于乙烯-醋酸乙烯共聚物或聚烯烃弹性体时，单独利用所述延时缓冲材料制作所述胶圈。
进一步地，所述胶圈的厚度为20μm～200μm。
进一步地，所述互连条连接一个所述太阳能电池片的正面主栅线，以及另一个所述太阳能电池片的背面主栅线。
本发明还提供了一种太阳能电池片的电池组件，包括上述的太阳能电池片的串联结构。
本发明还提供了一种太阳能电池片的串联方法，包括如下步骤：
步骤1：制作胶圈；
步骤2：将胶圈套设于互连条上；
步骤3：在互连条的一侧连接一个太阳能电池片的正面主栅线，在互连条的另一侧连接另一个太阳能电池片的背面主栅线；
步骤4：层压操作，实现电池片的串联。
进一步地，步骤3中，相邻太阳能电池片之间存在重叠的区域，重叠区域与胶圈对应。
本发明技术方案的有益效果：
1.将由乙烯-醋酸乙烯共聚物或聚烯烃弹性体制成的胶圈焊接在互连条和两个太阳能电池片之间。层压时，高温使得胶圈软化，如此在大气压的作用下，胶圈会发生形变，以增加胶圈与两块电池片的接触面积，弥补两块电池片边缘处的高度差，从而减少了两块电池片边缘的应力，进而降低两片电池片之间的边缘出现隐裂甚至裂片的可能。此外，胶圈在熔化-冷却过程中，实现两个太阳能电池片的粘接，并能够防止太阳能电池片之间发生相对滑动。
2.本发明实施例提供的串联结构容易实现，只需将胶圈套在互连条的连接部上，而不需要添加其他额外的工艺，因而节省了成本。此外，互连条的直径通常是固定的，因此胶圈可以做成标准件，以便于生产制造。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例提供的一种太阳能电池片的串联结构的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种互连条的结构示意图；
图3为与图2中互连条匹配的胶圈的结构示意图；
图4为图3中胶圈和图2中互连条装配示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种互连条的结构示意图；
图6为与图5中互连条匹配的胶圈的结构示意图；
图7为图6中胶圈和图5中互连条装配示意图。
图8为本发明实施例提供的另一种胶圈的剖面图。
附图标记：
1-太阳能电池片，2-互连条，3-胶圈。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
如图1所示，本发明实施例提供了一种太阳能电池片的串联结构，包括：太阳能电池片1、互连条2和胶圈3。
两个太阳能电池片1分别设置于互连条2的两侧，胶圈3套设于互连条2上，用于固定两个太阳能电池片1，互连条2连接一个太阳能电池片1的正面主栅线，以及另一个太阳能电池片1的背面主栅线。需要说明的是，本发明实施例提供的串联结构只是一个基本单元，太阳能电池组件中包括多串电池串，每串电池串包括多个串联结构。
在本发明实施例中，互连条2包括连接部，连接部两侧均被两个太阳能电池片1覆盖。如图1所示，太阳能电池片1之间存在重叠的区域，互连条2的连接部刚好对应这个区域。
胶圈3套设于连接部上，由于胶圈由乙烯-醋酸乙烯共聚物胶膜或聚烯烃弹性体胶膜制成，因此在进行层压时，高温使得胶圈软化，软化的胶圈就会覆盖在连接部周围的区域，使得胶圈3与连接部以及连接部对应的太阳能电池片的区域粘接，并弥补两个太阳能电池片之间的高度差。如此增加了下面太阳能电池片的受力面积，有效地减少了其连接部对应区域的应力，最终降低两片电池片之间的边缘处会因为互连条的存在而出现隐裂甚至裂片的可能。此外，胶圈在熔化-冷却过程中，实现两个太阳能电池片的粘接，并能够防止太阳能电池片之间发生相对滑动。
需要说明的是，应力的单位与压强的单位一样都是帕斯卡，因此可以毫无疑义推出增加受力面积可以减小相应区域的应力。此外，铺在太阳能电池片1上的胶膜对两个太阳能电池片之间的间隙进行密封，如此在层压时，软化的胶圈不会因挤压而被挤出两个太阳能电池片之间的间隙，以保证胶圈的缓冲效果。
在本发明实施例中，胶圈的材料不限于乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)和聚烯烃弹性体，还可以在乙烯-醋酸乙烯共聚物中加入一些高熔点的材料。例如，在EVA中加入聚乙烯蜡。层压是一个逐步升温并逐步加压的过程，因此在温度上上升至75℃时EVA已开始融化，其缓冲作用开始减弱，当EVA完全融化时，其不再有缓冲作用。但层压时，其温度通常要上升至150℃，因此加入熔点较高的聚乙烯蜡可以延长胶圈的缓冲压力的时效。加入的高熔点的材料比例与材料的弹性相关，高熔点材料的弹性越好加入的比例越高，如果高熔点材料的弹性和透明度均不低于EVA时甚至可以直接替代EVA作为胶圈的材料。
在本发明实施例中，连接部和胶圈3的形状和尺寸相匹配如图2-7所示。例如，连接部为图2中的圆柱体，则胶圈3为图3中的中空圆柱体。
为了增加下面电池片的受力面积，现有工艺通常会将互连条2的连接部压扁，此时连接部为图5中的直四棱柱体，则胶圈3为图6中的中空直四棱柱体。
通常情况下，胶圈3的内径略大于互连条2的直径，以便于胶圈3能套在互连条2上。同时，胶圈3的长度(L)不小于连接部的长度(W)，以保证胶圈3软化扩展得到足够大受力面积，但胶圈3的长度不宜过长，因为在重叠区域之外，互连条2下面的太阳能电池片几乎不承受压力。
此外，在本发明实施例中，胶圈的厚度(H)为20μm～200μm，以保证软化的胶圈能覆盖足够大的面积，具体尺寸与太阳能电池片的质量和易碎程度有关。例如，通常情况下太阳能电池片的质量越大，相应的胶圈的厚度也越大，以增加互连条2下面的太阳能电池片的受力面积，从而减小应力。电池片越大，越薄，电池片越容易碎，相应的需要增加胶圈越厚以减小电池片碎裂的可能性。
如图1和图3所示，由于胶圈为环形，因此在完成串连之前，胶圈3与太阳电池片1之间存在相对滑动的趋势。这意味着在将光伏组件发生晃动时，太阳能电池片会发生相对滑动，这种滑动可能会减小太阳能电池片的受光面积，从降低太阳能电池片的发电效率。
因此，如图8所示，本发明实施例提供了一种胶圈，该胶圈的上下外表面均为平面，平面形状可以为圆形、矩形等平面形状，胶圈的外侧面为凹陷的曲面，或者在胶圈的表面设置承压件，承压件的上下外表面均为平面，平面形状可以为圆形、矩形等平面形状，胶圈的外侧面为凹陷的曲面。
需要说明的是，在层压的过程中，为降低层压加载力带来的电池片的隐裂甚至裂片的可能，将胶圈的外侧面设置为凹陷的曲面，在胶圈的表面设置一层承压件时，将承压件的侧面相应地设计为凹陷的曲面，例如在正对的两个外侧面设置的曲面为双曲线曲面，以缓冲和释放层压加载力的应力效应。
在本发明实施例中，为了防止互连条在胶圈内部沿胶圈轴向移动，将胶圈的孔设置成喇叭形，此时互连条从喇叭口伸入胶圈。由于胶圈为弹性体，因此互连条可以从喇叭末端挤出，同时喇叭末端会给互连条施加一个压力使得互连条不会在胶圈中沿胶圈轴向移动。此外，也可以在胶圈的中部设置一个喇叭形的固定件，同样可以固定使得互连条不会在胶圈中沿胶圈轴向移动。还可以利用EVA将互连条粘在胶圈的内壁上。
随着技术的发展，太阳电池片的价格是不断下降的，而封装太阳电池片的组件的价格却不断上涨。目前，效率小于18.6％封装功率270w的电池片的价格在3.77元/片左右，对于60型封装组件而言，60个电池片的价格在226元左右，而该组件的封装成本在230元左右，其中组件的封装成本包括玻璃、边框、背板、接线盒、胶膜、包装和运输的成本。具体地，2018年时，一张60型的封装成本占比高达51％，而电池成本仅有49％。
按照上述趋势，高效电池片变得越来越廉价而封装成本占比越来越高，在这种情形下，浪费电池片而节省单瓦封装成本的叠焊组件技术正变得越来越有性价比，例如，在一张60型面积大小相当的版型内，叠焊组件可以封装66～68张电池片，比常规组件封装模式平均多封装13％的电池片。因此，在未来减少太阳能电池成本的主要方式是降低太阳能电池的封装成本。
但叠焊技术的最大缺点是两片电池片之间的边缘出现隐裂甚至裂片，而现有技术只是单纯地通过添加EVA等材料或增加胶膜厚度，来缓冲两个叠焊在一起的两个太阳能电池。而上述方法中有的需要增加其他工艺，例如增加在互连条上开设缓冲槽的工艺，在层压前增加注入EVA或聚烯烃弹性体并冷却的工艺。增加工艺必然会增加封装组件的成本。
同时，注入EVA或其它材料时，通常都是过量的，并没有精确地控制EVA或聚烯烃弹性体的量，这也会增加封装组件的成本。增加胶膜厚度也会增加封装组件的成本。
具体地，通常光伏组件制备主要包括太阳能电池分类和分选、材料裁剪、太阳能电池串焊、叠层、层压、组件修边、安装边框、安装接线盒等步骤。其中，为提高光伏组件的转换效率，在制备时，须将性能一致或相近的太阳能电池进行匹配组合；太阳能电池分类和分选、材料裁剪、太阳能电池串焊是影响封装成本的关键步骤。
光伏组件制备过程中，需要裁剪的材料主要有封装胶膜、背板、互连条和汇流条等。并且，裁剪好的互连条和汇流条需要在助焊剂中浸泡一定时间。在互连条上开设缓冲槽会增加该步骤的工作量
太阳能电池串焊主要是通过互连条将单个太阳能电池连接成电池串。串焊通常又包括两个步骤：首先在单个太阳能电池的正面电极的主栅线上焊接互连条，互连条的长度约为电池边长的2倍，其中一半互连条焊在主栅线上，另一半互连条留待与另一个太阳能电池的背面电极焊接；之后，将上述未与正面电极主栅线焊接的另一半互连条焊接到相邻的下一个太阳能电池的背面电极的主栅线上，从而将多个太阳能电池串联形成电池串。注入EVA或聚烯烃弹性体并冷却会增加该步骤的工作量，并由于注入的EVA或聚烯烃弹性体难于控制而增加封装成本。
基于以上问题，本发明实施例提供的技术方案为如何在叠焊组件条件下降低太阳能电池片封装组件的成本提供了解决方案。
具体地，将用于填充的EVA或聚烯烃弹性体制成胶圈，如此可以通过控制胶圈厚度的方式来控制EVA或聚烯烃弹性体的用量，从而实现控制封装组件的成本。由于胶圈只需套设在互连条上，之后直接执行层压就可以完成封装。因此该方法既不需要在互连条上开槽，又不需要添加注入、冷却等工艺步骤，从而进一步实现控制封装组件的成本。胶圈可以在互连条生产过程中就套设在互连条上，也可以在光伏组件生产过程中增加胶圈套设环节，在串焊前完成胶圈套设即可。
此外，互连条的直径通常是固定的，因此胶圈可以做成标准件，既能便于生产制造，以进一步实现控制封装组件的成本；又可以适应封装两主栅、三主栅、五主栅、六主栅、甚至十二主栅演进的技术趋势，具有较强的适用性。
实施例1
本发明实施例提供了一种太阳能电池片的串联结构，包括：太阳能电池片1、互连条2和胶圈3。
以一个串联结构单元为例，胶圈3套设于互连条2上，两个太阳能电池片1分别设置于互连条2的两侧，互连条2的一侧连接一个太阳能电池片1的正面主栅线，互连条2的另一侧连接另一个太阳能电池片1的背面主栅线，实现相邻两个电池片的串联，胶圈实现相邻的两个太阳能电池片1的固定。
胶圈的材质主要为乙烯-醋酸乙烯共聚物或聚烯烃弹性体，可以由乙烯-醋酸乙烯共聚物胶膜或聚烯烃弹性体胶膜缠绕在所述互连条上制成，也可以由乙烯-醋酸乙烯共聚物胶膜或聚烯烃弹性体材料通过压塑、挤塑等工艺加工制成。
对于市售乙烯-醋酸乙烯共聚物或聚烯烃弹性体产品，如能满足需求，可直接加工成所需尺寸和形状使用。考虑到后续的层压操作，层压时，其温度通常要上升至150℃，因此本实施例加入了熔点较高的聚乙烯蜡，以延长胶圈的缓冲压力的时效。此时胶圈的制作方法可包括如下步骤：
S1：选取胶圈制作材料，如按照质量份数选择30～100份乙烯-醋酸乙烯共聚物和1-30份聚乙烯蜡，乙烯-醋酸乙烯共聚物和聚乙烯蜡的质量比可以根据胶圈所需的延长缓冲压力的时效确定，不限于上述比例关系；
S2：胶圈模具制作
根据互连条的外径制作胶圈模具，胶圈模具的孔径略小于互连条外径，互连条的外径与内径差为20μm～200μm；
S3：胶圈注塑成型
模具升温至70℃～80℃保温，将步骤S1选材加入射料舱中并加温至80℃～120℃，进行注塑成型作业，注塑完成后阻料闭模，模具维持保温温度5min～8min，冷却开模后形成胶圈；
S4：进行裁切和后处理
将胶圈裁切成所需尺寸，并进行表面光滑处理，以免使用时损伤电池片。本发明实施例提供的串联结构只是一个基本单元，而太阳能电池片的电池组件是由多个串联结构构成的。
综上所述，本发明实施例提供的技术方案能够有效地降低两片电池片之间的边缘处会因为互连条的存在而出现隐裂甚至裂片的可能，并且在实现上述效果的同时还能够顺应当前的技术趋势对封装组件的成本进行有效的控制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种太阳能电池片的串联结构，其特征在于，包括：两个太阳能电池片、互连条和胶圈；
所述两个太阳能电池片分别设置于所述互连条的两侧；
所述胶圈套设于所述互连条上。
2.根据权利要求1所述的串联结构，其特征在于，
所述互连条包括连接部；
所述连接部两侧均被所述两个太阳能电池片覆盖。
3.根据权利要求2所述的串联结构，其特征在于，
所述胶圈套设于所述连接部上；
所述胶圈与所述连接部以及所述连接部对应的太阳能电池片的区域粘接。
4.根据权利要求3所述的串联结构，其特征在于，
所述连接部为圆柱体，所述胶圈为中空圆柱体；或者所述连接部为直四棱柱体，所述胶圈为中空直四棱柱体。
5.根据权利要求4所述的串联结构，其特征在于，
所述胶圈的长度不小于所述连接部的长度。
6.根据权利要求1-5任一项所述的串联结构，其特征在于，
所述胶圈由乙烯-醋酸乙烯共聚物胶膜或聚烯烃弹性体胶膜缠绕在所述互连条上制成或者由乙烯-醋酸乙烯共聚物胶膜或聚烯烃弹性体加工制成。
7.根据权利要求1-5任一所述的串联结构，其特征在于，
所述胶圈的厚度为20μm～200μm。
8.一种太阳能电池片的电池组件，其特征在于，包括权利要求1-7所述的串联结构。
9.一种太阳能电池片的串联方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：制作胶圈；
步骤2：将胶圈套设于互连条上；
步骤3：在互连条的一侧连接一个太阳能电池片的正面主栅线，在互连条的另一侧连接另一个太阳能电池片的背面主栅线；
步骤4：层压操作，实现电池片的串联。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池片的串联方法，其特征在于，步骤3中，相邻太阳能电池片之间存在重叠的区域，重叠区域与胶圈对应。
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