CN115398651A - 用于光伏模块的改进型太阳能电池串 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于光伏模块的太阳能电池串(1)，其包括(i)太阳能电池(2a、2b、2c)的串，所述太阳能电池(2a、2b、2c)以相反极性彼此面对，并且在有或没有太阳能电池(2a、2b、2c)的部分重叠的情况下在串的方向上呈叠瓦状；(ii)至少一个细长且导电的互连(3a、3b)，其在串的方向上从一个太阳能电池的一侧延伸到下一个太阳能电池(2a、2b、2c)的相对侧，以在太阳能电池的交替的顶侧和底侧上沿串的方向机械和电连接叠瓦状的太阳能电池(2a、2b、2c)的正负电极；以及(iii)至少两个粘合剂，任选地为热粘合箔(4a、4b)，其覆盖至少一个细长的互连(3a、3b)以及每个太阳能电池的顶侧或底侧的至少一部分，所述太阳能电池包括细长的互连，前提条件是(a)叠瓦状的太阳能电池之间不存在水平间隙；(b)粘合剂(4a、4b)彼此不接触，且不会延伸超过一个太阳能电池，不会延伸到太阳能电池(2a、2b、2c)的可选的部分重叠中，并且至少部分地覆盖和机械地固定至少一个互连(3a、3b)至太阳能电池(2a、2b、2c)。
Description
本发明涉及用于光伏模块的太阳能电池串(1)，其包括(i)太阳能电池(2a、2b、2c)的串，所述太阳能电池(2a、2b、2c)以相反极性彼此面对，并且在有或没有太阳能电池(2a、2b、2c)的部分重叠的情况下在串的方向上呈叠瓦状；(ii)至少一个细长且导电的互连(3a、3b)，其在串的方向上从一个太阳能电池的一侧延伸到下一个太阳能电池(2a、2b、2c)的相对侧，以在太阳能电池的交替的顶侧和底侧上沿串的方向机械和电连接叠瓦状的太阳能电池(2a、2b、2c)的正负电极；以及(iii)至少两个粘合剂，任选地为热粘合箔(4a、4b)，其覆盖至少一个细长的互连(3a、3b)以及每个太阳能电池的顶侧或底侧的至少一部分，所述太阳能电池包括细长的互连，前提条件是(a)叠瓦状的太阳能电池之间不存在水平间隙；(b)粘合剂(4a、4b)彼此不接触，且不会延伸超过一个太阳能电池，不会延伸到太阳能电池(2a、2b、2c)的可选的部分重叠中，并且至少部分地覆盖和机械地固定至少一个互连(3a、3b)至太阳能电池(2a、2b、2c)。
典型地，光伏模块由许多单独地生产且分离地运输的太阳能电池串(即太阳能板)组装而成，并且这些串并排排列以形成一个巨大的扁平体。通过一个电池的电极侧与相邻电池的电极侧连接的导线或带将串的太阳能电池电互连，从而允许电流沿串的方向流动。具有平行地布置的太阳能电池的太阳能串经常具有正面-正面配置的特征，其中电池的所有正面侧具有相同的电极电荷，并且导线或带将连接一个电池的正面电极和相邻电池的相反电荷的背面电极。
最常见的互连方案的特征是在相邻电池之间有一定间隙，以便能够将互连器从一个电池的顶侧引导到所连接的电池的底侧。
在另一种方式中，太阳能电池可以通过轻微的重叠来连接，从而允许相邻电池的直接导电接触。
重叠且呈叠瓦状的太阳能电池串不需要常规的导线或带互连器，因为相反电荷的电池电极非常接近。通常通过添加低电阻导电互连材料(如导电粘合合金)来实现机械和导电接触。金属化互连通常较厚，以增进电流流动。由于不再需要正面-正面布置的太阳能电池之间用于电绝缘的间隙，所以可以将叠瓦状的正面-背面布置的太阳能电池和太阳能电池串的尺寸设计得更小，从而有机会实现更高的模块效率。
然而，在叠瓦状的太阳能电池的重叠中的互连上的机械应力具有(微)裂纹的可能性，这可能由于热机械应力导致电流减少或者甚至电子短路。在重叠区域中的太阳能电池以直接接触方式叠瓦的另一个缺点是相对较大的重叠，这是保证良好接触所必需的，因此重叠部分不再可用于电流形成。
WO2019/016118A1公开了太阳能电池串，其包括(i)太阳能电池的串，所述太阳能电池在串的方向上呈叠瓦状，从而造成正负电极重叠；(ii)互连，其用于电连接叠瓦状的太阳能电池的正负电极；以及(iii)粘合箔，其横跨串的至少一部分并且如下定位：(a)在至少两个叠瓦状的太阳能电池的顶侧(向阳侧)，和/或(b)在两个叠瓦状的太阳能电池的底侧(远侧)，或(c)在一个太阳能电池的顶侧并且在重叠的太阳能电池的底侧，在这种情况下，粘合箔包括互连并且连接重叠，从而机械地连接并且定位叠瓦状的太阳能电池。
美国专利7432438B2涉及一种用于接触光伏元件的导电表面的电极，电极包括电绝缘光学透明膜、设置在膜的平面表面上的粘合剂层、以及嵌入粘合剂层中的多条基本平行的导电线，其中，导线位于膜的平面表面上，并且粘合剂层的厚度小于嵌入其中的导线的厚度，其中导线的表面的一部分从粘合剂层突出并且表面的至少一部分被涂层覆盖，所述涂层由具有低熔点的合金组成，以便于将导线焊接到导电表面和第一端子条。
本发明的目的是提供用于组装光伏模块的导电高效且机械稳定的太阳能电池串，特别是导电高效且机械稳定的叠瓦状的太阳能电池串。
在本发明的第一方面，该目的通过用于光伏模块的太阳能电池串(1)来实现，所述太阳能电池串包括：
(i)至少两个太阳能电池(2a、2b、2c)的串，所述至少两个太阳能电池(2a、2b、2c)以相反极性彼此面对，并且在有或没有太阳能电池(2a、2b、2c)的部分重叠的情况下在串的方向上呈叠瓦状；
(ii)至少一个细长且导电的互连(3a、3b)，可选地为导线、带或汇流条，其在串的方向上从一个太阳能电池的一侧延伸到下一个太阳能电池(2a、2b、2c)的相对侧，以在太阳能电池的交替的顶侧和底侧上沿串的方向机械和电连接叠瓦状的太阳能电池(2a、2b、2c)的正负电极，以及
(iii)至少两个粘合剂(4a、4b)，可选地为热粘合箔，其覆盖至少一个细长的互连(3a、3b)以及每个太阳能电池的顶侧或底侧的至少一部分，所述太阳能电池包括细长的互连；
前提条件是(a)叠瓦状的太阳能电池之间不存在水平间隙；(b)粘合剂(4a、4b)彼此不接触，且不会延伸超过一个太阳能电池，不会延伸到太阳能电池(2a、2b、2c)的可选的部分重叠中，并且至少部分地覆盖和机械地固定至少一个互连(3a、3b)至太阳能电池(2a、2b、2c)。
如本文所定义的术语“太阳能电池串”包括一个以上的太阳能电池的所有机械和导电布置，所述太阳能电池在串的方向上，即在电流从一端的太阳能电池流向相反的一端的太阳能电池的方向上，沿着相邻定位的太阳能电池产生并传输光伏产生的电流。
本发明的太阳能电池串用于光伏模块，即用于组装和形成功能性光伏模块的一部分。可选地，用于本发明的太阳能电池是常规的，例如具有位于顶表面和底表面之间的半导体材料，例如阳极和阴极材料，即正电极和负电极，其可以例如通过金属化或透明导电涂层(例如透明膜涂层)形成。
如本文所用的术语“在串方向上呈叠瓦状”是指连续的，即相邻太阳能电池在串的方向上垂直偏移。在根据本发明布置的太阳能电池的串中，太阳能电池以重叠或不重叠的方式呈叠瓦状，这意味着连续的太阳能电池部分地彼此覆盖，即，上部电池部分地遮蔽垂直偏移的下部太阳能电池，或者，替代地，连续的太阳能电池垂直偏移但不形成水平间隙。
垂直偏移的下部太阳能电池的重叠边缘区域可选地被最小化，以避免由于所得太阳能电池模块中的遮蔽而导致的光伏活动的损失。
本发明的太阳能电池串包括至少一个细长且导电的互连(3a、3b)，可选地为导线或汇流条，其在串的方向上从一个太阳能电池的一侧延伸到下一个太阳能电池(2a、2b、2c)的相对侧，以在太阳能电池的交替的顶侧和底侧上沿串的方向机械和电连接叠瓦状的太阳能电池(2a、2b、2c)的正负电极。
在本发明的一个替代实施例中，本发明的太阳能电池串(1)是一个，其中，叠瓦状的太阳能电池至少部分地重叠，并且互连(3a、3b)未固定至重叠区域中的至少一个或两个太阳能电池。这种替代方案的优点在于，叠瓦状的太阳能电池串在重叠区域中保持一些额外的机械柔性。
在另一替代实施例中，叠瓦状的太阳能电池在太阳能电池串中不重叠。
在本发明的串中，用于机械和电连接叠瓦状的太阳能电池的电极的互连可以是用于所述功能的任何材料。例如，至少一个细长的互连(3a、3b)，可选地为导线、带或汇流条，其可以进一步连接所有的接触结构，可选地连接至每个太阳能电池的接触指。
在一个可选实施例中，本发明的太阳能电池串(1)是一个，其中，至少一个细长的互连(3a、3b)的高度或直径确定太阳能电池串(1)中相邻太阳能电池的最小垂直偏移(5)，可选地为间隙(5)。换言之，连续且相邻的太阳能电池仅通过互连垂直地分离并机械地连接，互连的机械柔性基本上决定了太阳能电池串的柔性。
例如，至少一个互连(3a、3b)选自包括以下的组：汇流条、带和金属线，可选地金属线涂覆有可焊接材料，可选地涂覆有包含Ag-、Cu-、Bi-、In-、Pb-、Sn-及其组合的焊料，可选地为包括SnBi-或In-的焊料。在一个非限制性实施例中，互连(3a、3b)可以与太阳能电池的导电层机械和电接触。
本发明的太阳能电池串包括至少两个粘合剂(4a、4b)，可选地为热粘合箔，其覆盖至少一个细长的互连(3a、3b)以及每个太阳能电池的顶侧或底侧的至少一部分，所述太阳能电池包括细长的互连。
众所周知，用于太阳能电池的顶侧的粘合剂，即朝向太阳的粘合剂，其对于太阳光必须是透明的，以启动和继续太阳能电池中的光伏过程。如果粘合剂基本上不阻止太阳光到达光伏活性顶侧，或者如果粘合剂位于太阳能电池的底部，即阴影侧，则粘合剂可能不是透明的。
粘合剂(4a、4b)，例如，粘合箔，可选地热粘合箔是聚合物箔或包括聚合物箔，可选地选自包括以下的组：复合热固性塑料(duroplasts)，可选地为EVAs(乙烯醋酸乙烯酯)、TPSEs(热塑性硅弹性体)、TPUs(热塑性聚氨酯)、PETs(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、TPOs(热塑性聚烯烃弹性体)、离聚物；热塑性塑料，可选地为PVBs(聚乙烯醇缩丁醛)、硅酮、聚烯烃(PO)、PPs(聚丙烯)、离聚物；以及热复合热固性塑料(thermoduoplasts)的组合，可选地为聚合物箔热粘合剂，其温度范围为50℃至250℃，可选地为60℃至200℃，可选地为75℃至175℃。
本发明的太阳能电池串的独特之处在于：(a)叠瓦式的太阳能电池之间不存在水平间隙，即太阳能电池部分地重叠，或者相邻电池之间的水平距离，即间隙(5)为零；(b)粘合剂(4a、4b)彼此不接触，且不会延伸超过一个太阳能电池，不会延伸到太阳能电池(2a、2b、2c)的可选的部分重叠中，并且至少部分地覆盖和机械地固定至少一个互连(3a、3b)至太阳能电池(2a、2b、2c)。
如本文所述的太阳能电池串及其实施例具有许多优点。例如，粘合剂，特别是粘合箔，仅将互连/导线固定在每个太阳能电池，而不延伸到下一个太阳能电池。因此，机械稳定性、有限的柔性和连接性基本上仅由太阳能电池连接互连提供，并且这些互连不跨越连续的太阳能电池之间的任何水平间隙，因此避免了当过度弯曲太阳能电池之间的互连时的机械应力，但是允许一些有限的机械柔性，当然这取决于所使用的互连材料的柔性及其尺寸和形状，例如线状或带状。
可选地，粘合剂，例如热粘合箔，其不会延伸到连续的太阳能电池的部分重叠区域中。
在本发明的另一实施例中，串中的连续的太阳能电池的重叠区域中的互连不与太阳能电池电或机械连接(例如焊接)，因此节省了昂贵的连接材料，例如焊膏，例如含银焊膏。
并且，对于没有粘合剂(例如热粘合箔)延伸到串中两个连续的太阳能电池的部分重叠区域的替代方案，在粘合剂层压期间将存在较小的应力，从而导致提高工艺产量，并且粘合箔的缺乏将降低层压后互连器的弯曲应力。
本发明的太阳能电池串通常更具柔性，但也能抵抗机械应力(例如在运输、天气影响等期间)，并且它们能够容易且经济地生产，因为例如，首先可以将互连(例如导线)定位并固定至粘合剂(例如箔)，随后将太阳能电池定位和固定在叠瓦式布置中。可选地，首先可以将互连(例如导线)定位并固定至连续的太阳能电池，随后定位并固定粘合箔。
本发明的其他方面涉及一种用于生产如本文所述的太阳能电池串的方法，并且涉及一种包括太阳能电池串的光伏模块。
在下文中，将通过代表性的实例和附图来说明本发明，这些实例和附图均不应被解释为将本发明的范围限制在所附权利要求之外。
附图标记列表
(1)太阳能电池串
(2)(2a、2b、2c)太阳能电池
(3a、3b) 导电的互连
(4a、4b) 粘合剂(可选地为热粘合箔)
(5)太阳能电池串中相邻太阳能电池的垂直偏移(间隙)
说明书附图
图1示意性地示出了用于组装根据本发明的光伏模块的叠瓦式的太阳能电池串1，其具有三个连续的太阳能电池2a、2b、2c且其在端部具有部分重叠。互连3a、3b可以例如实现为汇流条、带和金属线，可选地为涂覆有可焊接材料的金属线，例如本文所述。虚线表示该结构位于太阳能电池下方。例如，互连3a位于太阳能电池2a的顶部(太阳直射)，并且当位于太阳能电池2b下方(阴影)时继续作为互连3b。粘合箔4a是透明的，而粘合箔4b可以任选地不是透明的，因为它在操作使用中无论如何都是被遮蔽的。粘合箔4a将互连3a附接到太阳能电池2a的顶侧，并且几乎不延伸到太阳能电池2a和太阳能电池2b的部分重叠5中。因此，粘合箔4a与互连3a的高度或直径一起有助于最小垂直偏移。在替代实施例中，粘合剂4a不延伸到重叠5中，并且垂直偏移仅由互连3a的高度或直径确定。粘合箔4b将互连3b附接(即固定)到太阳能电池2b的底侧，并且可以可选地延伸或不延伸到太阳能电池2a和太阳能电池2b的部分重叠5中。可选地，互连3a、3b可以不附接(即固定)到重叠区域5中的太阳能电池2a、2b，并且可以允许有限的机械柔性，例如弯曲，这取决于互连3a、3b的形状、材料特性和柔韧性。
图2是图1的太阳能电池串的实施例的侧视图，其中粘合剂4a、4b(例如热粘合箔)将互连3a、3b附接到太阳能电池2，但是不延伸到重叠区域中，并且其中太阳能电池的垂直偏移基本上由互连3a、3b的高度或直径确定。
图3是图2的太阳能电池串的侧视图，其具有线状互连3a、3b的选项，其中太阳能电池2的垂直偏移基本上由互连3a、3b的直径确定，并且粘合箔4a、4b不会延伸到太阳能电池2的重叠区域中。
Claims (9)
1.用于光伏模块的太阳能电池串(1)，其包括：
(i)至少两个太阳能电池(2a、2b、2c)的串，所述至少两个太阳能电池(2a、2b、2c)以相反极性彼此面对，并且在有或没有太阳能电池(2a、2b、2c)的部分重叠的情况下在串的方向上呈叠瓦状；
(ii)至少一个细长且导电的互连(3a、3b)，可选地为导线、带或汇流条，其在串的方向上从一个太阳能电池的一侧延伸到下一个太阳能电池(2a、2b、2c)的相对侧，以在太阳能电池的交替的顶侧和底侧上沿串的方向机械和电连接叠瓦状的太阳能电池(2a、2b、2c)的正负电极；以及
(iii)至少两个粘合剂(4a、4b)，可选地为热粘合箔，其覆盖至少一个细长的互连(3a、3b)以及每个太阳能电池的顶侧或底侧的至少一部分，所述太阳能电池包括细长的互连；
前提条件是(a)叠瓦状的太阳能电池之间不存在水平间隙；(b)粘合剂(4a、4b)彼此不接触，且不会延伸超过一个太阳能电池，不会延伸到太阳能电池(2a、2b、2c)的可选的部分重叠中，并且至少部分地覆盖和机械地固定至少一个互连(3a、3b)至太阳能电池(2a、2b、2c)。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池串(1)，其中，叠瓦状的太阳能电池至少部分地重叠，并且互连(3a、3b)不会固定至重叠区域中的至少一个或两个太阳能电池。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池串(1)，其中，叠瓦状的太阳能电池并不重叠。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池串(1)，其中，至少一个细长的互连(3a、3b)，可选地为导线、带或汇流排，其进一步连接至所有的接触结构，可选地连接至每个太阳能电池的接触指。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的太阳能电池串(1)，其中，至少一个细长的互连(3a、3b)的高度或直径确定太阳能电池串(1)中相邻太阳能电池的最小垂直偏移，优选为间隙(5)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的太阳能电池串(1)，其中，至少一个互连(3a、3b)选自包括以下的组：汇流条、带和金属线，可选地金属线涂覆有可焊接材料，可选地涂覆有包含Ag-、Cu-、Bi-、In-、Pb-、Sn-及其组合的焊料，可选地为包括SnBi-或In-的焊料。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的太阳能电池串(1)，其中，互连(3a、3b)与太阳能电池的导电层机械和电接触。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的太阳能电池串(1)，其中，粘合箔(4a、4b)是聚合物箔或包括聚合物箔，可选地选自包括以下的组：复合热固性塑料，可选地为EVAs(乙烯醋酸乙烯酯)、TPSEs(热塑性硅弹性体)、TPUs(热塑性聚氨酯)、PETs(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、TPOs(热塑性聚烯烃弹性体)、离聚物；热塑性塑料，可选地为PVBs(聚乙烯醇缩丁醛)、硅酮、聚烯烃(PO)、PPs(聚丙烯)；以及热复合热固性塑料的组合，可选地为聚合物箔热粘合剂，其温度范围为50℃至250℃，可选地为60℃至200℃，可选地为75℃至175℃。
9.一种光伏模块，其包括根据权利要求1至8中任一项所述的太阳能电池串(1)。
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