CN114799525A - 一种光伏组件汇流条与接线盒快速焊接工艺及光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光伏组件汇流条与接线盒快速焊接工艺以及应用所述快速焊接工艺的光伏组件，本发明将接线盒中的导电端子与组件汇流条利用激光焊接进行焊接连接，结合汇流条与接线盒导电端子的形状和材料特点，设计了优化的焊接工艺参数，可以达到优异的焊接固定效果；工艺免除了锡片的使用，无需改变现有的接线盒的设计，降低了接线盒的生产成本；避免了传统锡焊造成的环境污染；激光焊接技术焊接汇流带相对于传统锡焊汇流带质量更加稳定，极大降低虚焊比例，组件良品率大大提升；采用激光焊接技术焊接汇流带，对于接线盒及光伏行业都具有积极的推动作用。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏组件生产技术领域，尤其涉及光伏组件汇流条与组件接线盒的导电端子之间的快速焊接工艺以及应用这种焊接工艺的光伏组件。
背景技术
随着全球经济的发展，新能源发电技术也迅速发展，太阳能以其资源量最丰富分布广泛清洁成为最有发展潜力的可再生能源之一。21世纪以来，世界太阳能光伏发电产业发展迅速，市场应用规模不断扩大，在后续能源的发展中的作用越来越重要。由多片太阳电池组合而成的光伏组件作为基本的光伏发电单元被大量使用于建设各种光伏发电系统，或将透明的薄膜组件作为建筑物幕墙材料来建成节能环保型建筑。
光伏组件在生产过程中，需要将组件的电池串汇流条与组件背面的组件接线盒中的导电端子连接再通过接线盒的电缆才能将光伏组件产生的电能引出以与外部的负载连接。因此，在组件加工过程中，组件汇流带与接线盒中的导电端子的连接是必不可少且很关键的一个工序，直接影响组件的使用性能，也会对组件的生产效率产生一定的影响。目前，组件汇流带与接线盒中的导电端子之间基本上是采用传统的锡焊焊接，这种工艺存在问题，一是效率比较低，而且传统锡焊汇流带有存在虚焊的可能性，影响电连接的可靠性；另外还有一个主要的问题是需要在接线盒的导电端子上预留焊锡片，焊锡时会产生锡烟造成环境污染。本专利的申请人在之前的申请的专利，公开号CN203984345U中提出了一种利用电阻焊工艺来将汇流条和接线盒的导电端子进行焊接连接的工艺，这种工艺可以解决传统锡焊产生的环境污染问题，但是电阻焊工艺需要在接线盒设计时留出一定的设备操作空间，而且为了方便电阻焊，一般需要对导电端子的形状做一些变更，比如要将平面设置的导电端子铜片设计成L形垂直结构，这些会导致接线盒尺寸变大，导电端子的面积也会增加，不利于小尺寸低成本的接线盒的应用，生产效率比较低，在应用小尺寸接线盒（比如分体式接线盒）的光伏组件生产中推广比较困难。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种光伏组件汇流条与接线盒快速焊接工艺，利用激光焊接技术来实现组件汇流条与接线盒中导电端子之间的可靠的焊接连接，可以使光伏组件的生产工艺更加高效且电连接效果优异。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种光伏组件汇流条与接线盒快速焊接工艺，所述的接线盒包括盒体，盒体内设有旁路保护模块支撑结构以及供组件汇流带穿过的槽孔，支撑结构将旁路保护模块水平固定；旁路保护模块包括正、负导电端子；所述的汇流带为镀锡铜带，正、负导电端子为镀锡铜板；所述的快速焊接工艺包括如下步骤：
S1、将组件汇流带依次穿过组件以及接线盒下方的槽孔伸至接线盒内导电端子的上方，并沿槽孔边缘向导电端子平面一侧折弯；然后将组件送至激光焊接工位；
S2、组件送至焊接工位后，组件生产线上的传感器感测到组件到位后，由驱动机构带动压块运动，利用压块将组件汇流带压平并与接线盒中的正、负导电端子的平面紧密贴合；
S3、汇流带压紧后，通过控制激光焊接设备将激光焊接设备的激光头移动至组件汇流带上方一定距离处；设定激光焊接设备的功率，并让激光头按照设计路径进行脉冲点状焊接或线性连续焊接；其中，焊接采用正离焦量的方式进行，激光设备为准连续脉冲激光设备或连续线性激光设备；当使用准连续脉冲激光设备焊接时，激光功率为1000-1400W，脉冲宽度为2-6ms，离焦量为2-4mm；当采用连续线性激光设备时，激光功率为500-1000W，离焦量为3mm以内； 以及，
S4、激光焊接完毕，激光头和压块回位；汇流条与导电端子电连接效果测试，确认OK后组件进入下道生产工序。
优选的，在步骤S3中，当使用准连续脉冲激光设备焊接时，激光功率在1200±50W，离焦量在3±0.5mm，脉冲宽度在4±0.4ms。
再优选的，在步骤S3中，当采用连续线性激光设备焊接时，激光功率设置在600-800W，离焦量为3mm以内，焊接速度在60-100mm/s。
再优选的，在步骤S3中，当采用连续线性激光设备焊接时，激光功率设置在700±20W左右，离焦量在1.5±0.2mm左右，焊接速度在80±5mm/s。
再优选的，在步骤S3中，当使用准连续脉冲激光设备焊接时，形成的焊点为一列或相互间隔的多列。
再优选的，当采用连续线性激光设备焊接时，焊缝可以是直线、螺旋形或波浪形；所述的焊缝为一条或相互间隔的多条或成S形走线的多道。
再优选的，所述的槽孔是设计成一个斜面槽孔结合垂直槽孔的结构。
再优选的，所述的压块至少对汇流带的两个相对的侧边进行压紧动作。
再优选的，所述的压块对汇流带四个侧边均进行压紧动作。
根据本发明的另一目的，本发明还提出应用上述的快速焊接工艺的光伏组件，所述的光伏组件包括光伏组件本体以及设于光伏组件本体背面的接线盒，其特征在于，光伏组件的电池组串汇流条与接线盒中的导电端子通过上述的快速焊接工艺连接固定；所述的接线盒是单体式接线盒、两分式接线盒或三分式接线盒。
本发明的光伏组件汇流条与接线盒快速焊接工艺，在光伏组件生产过程中引进激光焊接工艺，将接线盒中的导电端子与组件汇流条利用激光焊接进行焊接连接，免除了锡片的使用，降低了接线盒的生产成本，而且避免了环境污染；激光焊接技术焊接汇流带相对于传统锡焊汇流带质量更加稳定，极大降低虚焊比例，组件良品率大大提升。
附图说明
图1所示为本发明的光伏组件汇流条与接线盒快速焊接工艺的工艺流程示意图；
图2所示为本发明的光伏组件汇流条与接线盒快速焊接工艺的焊接时的焊接设备与接线盒的结构示意图；
图3所示为本发明的光伏组件汇流条与接线盒快速焊接工艺形成的激光焊点或焊线的形状示意图；
图4所示为应用本发明的快速焊接工艺的光伏组件的结构示意图；
图5所示为图3中光伏组件背后的分体式接线盒的放大示意图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
目前的光伏组件所用的汇流条一般采用的基材是紫铜，厚度仅有0.3mm左右，宽度在5-8mm；接线盒中的导电端子的基材也为紫铜材质，而紫铜对激光的反射率在97%以上，如果要直接将紫铜材质的汇流带与导电端子进行焊接，为了弥补反射的激光能量，需要加大激光功率，能耗较大；另外，如果激光功率控制不好，又会造成很薄的汇流带会被激光击穿，导致汇流带与导电端子的焊接连接失效。
因此，为了实现本发明的目的，结合图1和图2所示，本发明提出一种光伏组件汇流条与接线盒快速焊接工艺，所述的接线盒20包括盒体21，盒体21内设有旁路保护模块支撑结构211以及供组件汇流带101穿过的槽孔213，支撑结构211将旁路保护模块水平固定；旁路保护模块包括正、负导电端子121、122；所述的汇流带为镀锡铜带，正、负导电端子为镀锡铜板；所述的快速焊接工艺包括如下步骤：
S1、将组件汇流带101穿过组件及接线盒下方的槽孔213，伸至接线盒内导电端子121、122的上方并沿槽孔边缘向导电端子平面一侧折弯；然后将组件送至激光焊接工位；如图2所示，优选的，所述的槽孔213是设计成一个斜面槽孔结合垂直槽孔的结构，如此，可以方便将组件汇流带101顺利地穿过接线盒底部伸出到正、负导电端子121、122的上方；
S2、组件送至焊接工位后，组件生产线上的传感器感测到组件到位后，由电机或其他驱动机构带动压块50运动，利用压块50将组件汇流带101压平并与接线盒中的正、负导电端子121、122的平面紧密贴合；在优选的方案中，为了保证汇流带与导电端子的紧密贴合，压块至少对汇流带101的两个相对的侧边进行压紧动作，更优的，可以对汇流带101的两组相对的侧边，即在四个侧边都进行压紧动作，此时，压块可以设计成一个中间镂空的框型结构；中间镂空可以方便激光焊接设备的激光头靠近汇流带进行激光焊接；
S3、汇流带压紧后，通过控制激光焊接设备将激光焊接设备的激光头60移动至组件汇流带101上方一定距离处；设定激光焊接设备的功率，并让激光头按照设计路径进行脉冲点状焊接或线性连续焊接。激光头与汇流带表面的距离调整的目的是设定离焦量，即调整激光焦点与焊接工件表面的距离，如果激光焦点在焊接工件表面下方为负离焦，这种情况下，焊点或焊缝的熔深会比较深，由于常用的光伏组件汇流带的厚度只有0.3mm，负离焦极容易造成焊带击穿导致焊接失效；因此，对于本发明的技术方案来讲，使用正离焦的方式进行焊接，即激光焦点在焊接工件（汇流带）的上方；另外，离焦量的设定还需要考虑使用的激光设备的类型和激光功率；比如，使用准连续脉冲激光设备进行点焊时，由于激光功率比较高，而且汇流带表面镀锡，对激光的反射能力比紫铜表面的反射能力差，作用到汇流带表面的能量比较多，因此离焦量可以设置得大一点，避免材料焊穿，根据实验测试结果，当采用准连续脉冲激光设备点焊时，激光功率可以设置在1000-1400W，脉冲宽度即激光维持在功率峰值的时间为2-6ms，离焦量为2-4mm；功率越高，离焦量随之变大，焊点（光班）的尺寸越大；比较优选的方案采用1200W左右的激光功率，离焦量在3mm左右，脉冲宽度在4ms左右，可以得到较好的焊点及焊接效果，焊接剪切率可以达到35N左右；而采用连续线性激光焊接设备时，由于这种焊接设备的激光功率比较小，一般在500-1000W之间，此时，由于激光是沿着设定路线连续运动，不光是要考虑离焦量的设置，还要考虑激光的速度，根据实验测试结果，当采用连续线性激光设备沿设定路线进行连续焊接时，激光功率可以设置在600-800W，离焦量为3mm以内，焊接速度在60-100mm/s时是可以获得理想的焊接效果的；在比较优选的方案中采用700W左右的激光功率，离焦量在1.5mm左右，焊接速度在80mm/s时可以得到较好的焊点及焊接效果，焊接剪切率可以达到50N以上。由于不同厂家生产的汇流带和导电端子的品质会有不同，镀锡表面对激光的反射率会有所差别，激光设备也有所差别，但是，上述的由实验结果验证的参数基本可以保证目前的汇流带与接线盒导电端子的焊接连接需求，应用时，可以根据实际的汇流带以及激光设备状况，在上述推荐的参数范围内进行实际调试几次即可得到理想的焊接工艺，并达到预期的焊接效果。另外，在实际焊接时，形成的焊点或焊线（焊缝）的形状可以参考图3中示出的几种形式，图3中，（a）是采用脉冲点焊，（b、（c）、（d）是连续焊，连续焊的焊缝可以是直线、螺旋形或波浪形，图3仅为示例，并不用于限定仅有这几种形式；另外，应用时，参考图3，可以根据实际要求以及汇流带与导电端子的覆盖面积，设置多条焊点线或焊缝或者焊缝是成S形走线的连续的多道焊缝，相邻焊点线/焊缝的间距也可以根据焊接强度要求以及汇流带与导电端子的覆盖面积大小合理设置。
S4、激光焊接完毕，激光头和压块回位；汇流条与导电端子电连接效果测试，确认OK后组件进入下道生产工序。
根据本发明的另一目的，本发明还提出应用上述的快速焊接工艺的光伏组件，所述的光伏组件包括光伏组件本体以及设于光伏组件本体背面的接线盒，光伏组件的电池组串汇流条与接线盒中的导电端子通过上述的激光焊接工艺连接固定。所述的接线盒可以是单体式接线盒、两分式接线盒或三分式接线盒。参照图4及图5，其示出了应用三分体接线盒的光伏组件的结构示意图，接线盒包括左接线盒10、中接线盒20以及右接线盒30，左接线盒10、中接线盒20以及右接线盒30内均设有导电端子，分别与光伏组件本体100中对应的汇流条通过上述的激光快速焊接工艺焊接连接。
本发明在光伏组件生产过程中引进激光焊接工艺，将接线盒中的导电端子与组件汇流条利用激光焊接进行焊接连接，结合汇流条与接线盒导电端子的形状和材料特点，设计了优化的焊接工艺参数，可以达到优异的焊接固定效果。工艺免除了锡片的使用，无需改变现有的接线盒的设计，降低了接线盒的生产成本，而且避免了传统锡焊造成的环境污染；激光焊接技术焊接汇流带相对于传统锡焊汇流带质量更加稳定，极大降低虚焊比例，组件良品率大大提升；采用激光焊接技术焊接汇流带，对于接线盒及光伏行业都具有积极的推动作用。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种光伏组件汇流条与接线盒快速焊接工艺，所述的接线盒包括盒体，盒体内设有旁路保护模块支撑结构以及供组件汇流带穿过的槽孔，支撑结构将旁路保护模块水平固定；旁路保护模块包括正、负导电端子；所述的汇流带为镀锡铜带，正、负导电端子为镀锡铜板；其特征在于，所述的快速焊接工艺包括如下步骤：
S1、将组件汇流带依次穿过组件以及接线盒下方的槽孔伸至接线盒内导电端子的上方，并沿槽孔边缘向导电端子平面一侧折弯；然后将组件送至激光焊接工位；
S2、组件送至焊接工位后，组件生产线上的传感器感测到组件到位后，由驱动机构带动压块运动，利用压块将组件汇流带压平并与接线盒中的正、负导电端子的平面紧密贴合；
S3、汇流带压紧后，通过控制激光焊接设备将激光焊接设备的激光头移动至组件汇流带上方一定距离处；设定激光焊接设备的功率，并让激光头按照设计路径进行脉冲点状焊接或线性连续焊接；其中，焊接采用正离焦量的方式进行，激光设备为准连续脉冲激光设备或连续线性激光设备；当使用准连续脉冲激光设备焊接时，激光功率为1000-1400W，脉冲宽度为2-6ms，离焦量为2-4mm；当采用连续线性激光设备时，激光功率为500-1000W，离焦量为3mm以内； 以及，
S4、激光焊接完毕，激光头和压块回位；汇流条与导电端子电连接效果测试，确认OK后组件进入下道生产工序。
2.如权利要求1所述的一种光伏组件汇流条与接线盒快速焊接工艺，其特征在于，在步骤S3中，当使用准连续脉冲激光设备焊接时，激光功率在1200±50W，离焦量在3±0.5mm，脉冲宽度在4±0.4ms。
3.如权利要求1所述的一种光伏组件汇流条与接线盒快速焊接工艺，其特征在于，在步骤S3中，当采用连续线性激光设备焊接时，激光功率设置在600-800W，离焦量为3mm以内，焊接速度在60-100mm/s。
4.如权利要求3所述的一种光伏组件汇流条与接线盒快速焊接工艺，其特征在于，在步骤S3中，当采用连续线性激光设备焊接时，激光功率设置在700±20W左右，离焦量在1.5±0.2mm左右，焊接速度在80±5mm/s。
5.如权利要求1所述的一种光伏组件汇流条与接线盒快速焊接工艺，其特征在于，在步骤S3中，当使用准连续脉冲激光设备焊接时，形成的焊点为一列或相互间隔的多列。
6.如权利要求1所述的一种光伏组件汇流条与接线盒快速焊接工艺，其特征在于，当采用连续线性激光设备焊接时，焊缝为直线、螺旋形或波浪形；所述的焊缝为一条或相互间隔的多条或成S形连续走线的多道。
7.如权利要求1所述的一种光伏组件汇流条与接线盒快速焊接工艺，其特征在于，所述的槽孔是设计成一个斜面槽孔结合垂直槽孔的结构。
8.如权利要求1所述的一种光伏组件汇流条与接线盒快速焊接工艺，其特征在于，所述的压块至少对汇流带的两个相对的侧边进行压紧动作。
9.如权利要求8所述的一种光伏组件汇流条与接线盒快速焊接工艺，其特征在于，所述的压块对汇流带四个侧边均进行压紧动作。
10.一种光伏组件，所述的光伏组件包括光伏组件本体以及设于光伏组件本体背面的接线盒，其特征在于，所述光伏组件的电池组串汇流条与接线盒中的导电端子通过如权利要求1-9任一项所述的快速焊接工艺连接固定；所述的接线盒为单体式接线盒、两分式接线盒或三分式接线盒。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11908971B1 (en) | 2022-10-26 | 2024-02-20 | Shanghai Jinko Green Energy Enterprise Management Co., Ltd. | Photovoltaic module and manufacturing method thereof |
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2022
- 2022-05-28 CN CN202210593539.7A patent/CN114799525A/zh active Pending
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