CN207624723U - 带有柔性导电条带的叠瓦式太阳能光伏组件 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了带有柔性导电条带的叠瓦式太阳能光伏组件,包括一排或多排太阳能电池串组,太阳能电池串组上的部分或全部电池片背面设置有沿电池串组宽度方向布置的一个或多个开口区域;所述的开口区域通过粘接材料连接有柔性导电条带,柔性导电条带与电池片形成电接触,电池串两端的正极和负极与柔性导电条带形成电连接;相邻的太阳能电池串组上对应位置的柔性导电条带通过并联焊带形成电并联。本实用新型通过带有柔性导电条带的叠瓦式太阳能光伏组件结构可以减少银的使用,提升电池的转换效率,降低了成本。

Description

带有柔性导电条带的叠瓦式太阳能光伏组件
技术领域
本实用新型属于太阳能电池技术领域,特别涉及一种带有柔性导电条带的叠瓦式太阳能光伏组件。
背景技术
太阳能电池是一种利用光生伏特效应将光能直接转化为直流电的器件。根据光电转换材料的不同,太阳能电池包括单晶硅,多晶硅,非晶硅薄膜,碲化镉薄膜,铜铟镓锡薄膜,砷化镓,燃料敏化,钙钛矿,叠层等多个种类。其中最常见的是晶体硅太阳能电池,包括单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池。太阳能电池通常为片状,可以吸收光能并将其转化为电能的一面被称为吸光面或正面,另外一面被称为背面。对于部分太阳能电池,其背面也可以吸收并转化光能为电能,这些太阳能电池被称为双面电池。
将多个太阳能电池电学互连后封装在玻璃或有机聚合物中,得到的可以长期使用的光伏设备,被称之为光伏组件。晶体硅光伏组件中的电池片互联方式,常见的有将电池片顺序排列,以含铜基材的涂锡焊带作为互联条,互联条一端焊接在第一片电池片的正面主栅线上,互联条另一端焊接在相邻的第二片电池片的背面栅线上。第二根互联条的两端分别焊接在第二片电池片的正面主栅线和第三片电池片的背面栅线上,依次类推。由此将所有的电池片串联成一串。
叠片组件采用的是另外一种电池片互联的技术。将太阳能电池片甲的一侧置于另一电池片乙的下方,使电池片甲该侧正面的栅线电极与乙背面的电极相互重合。在两个电极之间采用导电材料形成导电连接。与此同时,电池片乙被置于电池片丙的下方,使得乙正面的栅线电极与丙背面的电极相互重合,在两个电极之间采用导电材料形成导电连接。按照同样的方法,可以将多片电池片依次互连形成电池串。
叠片电池片正面和背面的电极图案,通过在太阳能电池表面金属化的方法制备。常用的金属化方法是采用丝网印刷加烧结的方式将含有银颗粒的导电浆料印制在电池表面,通过调整丝网印刷的网版图形设计,可以改变电极图案。
晶体硅太阳能电池除了电极区域外,正面通常采用氮化硅膜,背面通常为丝网印刷的铝浆料。对于一些特殊的太阳能电池,如正反面都可以吸收光线的双面电池,其背面电极以外的区域表面也采用氮化硅膜而非铝浆料。
叠片组件中电池片电极之间的导电材料包括导电胶,焊带或锡膏等材料。根据导电材料的特性,应选择相应的制备方法。对于采用导电胶形成电学互连的电池串,可以采用点胶机或丝网印刷的方法。
光伏产品中使用的导电胶的主要成分包括树脂材料基体与金属填料。其中的金属填料通常是银或者含银的颗粒。与常用的涂锡铜带相比,导电胶不仅可以和银浆料形成良好的机械粘接力与导电连接,同时也可以与电池片的其它表面,如氮化硅膜层,或是硅材料形成良好的粘接。
由于银是一种贵金属,因此含有银的太阳能电池浆料和导电胶的成本都比较昂贵。可以采用便宜的金属材料如铜、铝、镍,或者非金属导电材料如各种碳材料、氧化铟锡等替代浆料或导电胶中的银,也可以适当地在电池片的表面减少银浆覆盖的面积。
现有技术中在电池片背面制作背银电极,在其上面涂覆导电胶,并把焊带粘接在导电胶上。这种方案增加了电池制作中背银的耗量,从而增加了电池的成本。特别是,叠片组件中,通常只有一小部分电池需要背面粘接焊带,但要做到这一点,生产设备需要增加对不同电池背面图案的分选和分别取用,设备变得更加复杂。如果设备没有上述分选和分别取用电池片的功能,则所有电池片都需增加这样的被银电极,从而增加了组件成本。
实用新型内容
为解决现有技术存在的问题,本实用新型提供了一种带有柔性导电条带的叠瓦式太阳能光伏组件的版型设计方案,以及与之相对应的低成本的叠片电池背面金属化方案。通过该结构可以减少银的使用,提升电池的转换效率,降低了成本。
为达到上述目的,本实用新型采用的制备技术方案为:
带有柔性导电条带的叠瓦式太阳能光伏组件,包括一排或多排太阳能电池串组,太阳能电池串组上的部分或全部电池片背面设置有沿电池串组宽度方向布置的一个或多个开口区域;所述的开口区域通过粘接材料连接有柔性导电条带,柔性导电条带与电池片形成电接触,电池串两端的正极和负极与柔性导电条带形成电连接;相邻的太阳能电池串组上对应位置的柔性导电条带通过并联焊带形成电并联。
所述的开口区域表面是绝缘层或非金属导电层。
太阳能电池串组的正负极与柔性导电条带之间,或者两个柔性导电条带之间设置有旁路二极管。
太阳能电池串组长度方向设置有旁路焊带,旁路焊带与并联焊带电连接。
每个太阳能电池串组上设置一个或多个旁路焊带,一个旁路焊带时,该旁路焊带横跨整个电池串组上的电池片的并联焊带;多个旁路焊带时,每个并联焊带一侧至少设置一个旁路焊带,所有的旁路焊带与电池串组上的电池片之间由绝缘垫条隔开。
太阳能电池串组的两端的汇流条与旁路焊带之间设置有旁路二极管;相邻的并联焊带之间设置有旁路二极管。
所述的粘接材料为胶、胶带、焊料或焊带。
所述的柔性导电条带为铜锡合金制成的焊带。
相对于现有技术,本实用新型具有以下优点:
本实用新型的光伏叠片组件通过在电池片背面设置有沿电池串组宽度方向布置的开口区域,并通过粘接材料连接有柔性导电条带,实现了柔性导电条带与电池片形成电接触。通过该结构,避免了银电极的使用,可以提升电池的转换效率,降低了成本。相邻电池串之间通过并联焊带形成电并联,实现了电池串之间的连接。该结构通过粘接柔性导电条带进行导电,制作简单,适合工业化批量生产。
进一步,太阳能电池串组的正负极与柔性导电条带之间,或者两个不同电势的柔性导电条带4之间设置有旁路二极管。
附图说明
图1为开设有开口的单片电池片的背面结构示意图;
图2为带有柔性导电条带的电池串背面结构示意图(全部电池片的背面有开口区域);
图3为带有柔性导电条带的电池串背面结构示意图二(部分电池片的背面有开口区域);
图4为各电池串背面的柔性导电条带通过一根并联焊带形成电并联示意图;
图5为使用2个二极管的组件版型示意图;
图6为使用3个二极管的组件版型示意图一;
图7为使用3个二极管的组件版型示意图二;
其中,1为铝背场,2为开口区域,3为背银电极,4为柔性导电条带,5为并联焊带,6为汇流条,7为旁路焊带(旁路焊带7与电池片之间由绝缘垫条隔开,绝缘垫条在图中未画出)。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明:
一种叠瓦式太阳能光伏组件,组件内含有一排或多排太阳能电池串组,每个太阳能电池串组由直线排列的一个或多个太阳能电池串组成,每个太阳能电池串由直线排列的二个或多个太阳能电池片组成。同一太阳能电池串内相邻的两片太阳能电池片的相邻边相互重叠,重叠宽度在0.2到2.5毫米。重叠区域采用具有导电性的材料甲,如导电胶,在二片电池片之间形成导电连接。重叠区域采用具有粘接性或表面融化后具有粘接性的材料乙,如胶、胶带、焊料或焊带等,将二片电池片粘接在一起。粘接材料乙与导电材料甲可以是同一种材料。
部分或全部太阳能电池片的背面上有一个或多个开口2,如图1所示,该开口区域2无金属化浆料,表面可以是绝缘层如氧化铝或氮化硅,也可以是非金属导电层如氧化铟锡或石墨烯。太阳能电池串中部分电池片的开口区域2涂覆粘接材料丙,并通过粘接材料丙将柔性导电条带4(如铜锡合金制成的焊带)粘接在该电池片的背面。导电材料丁,如导电胶,位于上述柔性导电条带4与太阳能电池片背面的铝背场1之间,或是柔性导电条带4与开口区域2之间,并与电池片和导电条带之间均形成良好电接触。粘接材料丙与导电材料丁可以是同一种材料。导电材料甲、粘接材料乙、粘接材料丙、导电材料丁可以是同一种材料。如图2和图3所示。图2中除了粘接柔性导电条带4的电池片外,其它全部或部分电池片的背面也有开口区域2;图3中除了粘接柔性导电条带4的电池片外,其它电池片背面没有开口区域。
在同一块组件内部平行的太阳能电池串,其背面的柔性导电条带4相互直接电导通,或是通过其它导电材料,如涂锡铜带,相互电导通,从而在不同的太阳能电池串间形成电学并联关系。如图4所示,各电池串背面的柔性导电条带4通过一根并联焊带5形成电并联。
一个电池串背面可以有多片电池分别连接各自对应的柔性导电条带4,多个这样的电池串之间,可以通过多根并联焊带5形成电并联。
在电池串两端的正极和负极同样可以通过焊接或导电胶粘接与柔性导电条带4形成电学连接,同时相邻电池串的两端的柔性导电条带相互直接电导通,或是通过其它导电材料,如汇流条6,相互导通,从而形成电学并联关系。如图5,图6,图7所示。电池串两端的柔性导电条带4,除与电池串焊接或粘接的部分外,其余部分可以全部位于电池串以外,也可以经过折叠后,部分位于电池串的正面或背面。焊接或粘接在电池串背面电极上的柔性导电条带4,也可以全部位于电池串的背面。
电池串的背面有旁路焊带7,旁路焊带7与并联焊带5之间相互导通,旁路焊带7与电池背面之间有绝缘垫条隔开。对于有多个并联焊带的情况,不同的并联焊带对应不同的旁路焊带。
电池串组的正负极与柔性导电条带4或旁路焊带7之间,或者不同的柔性导电条带4或旁路焊带7之间,可以根据需要接入旁路二极管。
实施例1
一种使用2个二极管的组件版型如图5所示,电池串中段背面的柔性导电条4带通过并联焊带5并联。第一旁路焊带7-1和第二旁路焊带7-2与并联焊带5通过焊接导通。第一旁路焊带7-1和第二旁路焊带7-2也可以是同一根焊带位于并联焊带5两侧的两个部分。第一旁路焊带7-1及其引出线与第一汇流条6及其引出线之间接入一个旁路二极管A。第二旁路焊带7-2及其引出线与第二汇流条6及其引出线之间也接入一个旁路二极管B。上述2个旁路二极管分别位于组件两端的两个接线盒中。两个接线盒各引出一根线缆。
实施例2
一种使用3个二极管的组件版型如图6所示,电池串中段有两排电池片背面连有柔性导电条带4,分别通过第一并联焊带5-2和第二并联焊带5-2形成并联关系。第一旁路焊带7-1与第一并联焊带5-2导通。第二旁路焊带7-2、第三旁路焊带7-3与第二并联焊带5-2导通,第二旁路焊带7-2与第三旁路焊带7-3也可以是同一根焊带位于第二并联焊带5-2两侧的两个部分。第一旁路焊带7-1及其引出线与第一汇流条6-1及其引出线之间接入一个第一旁路二极管;第二旁路焊带7-2及其引出线与第一旁路焊带7-1及其引出线之间接入一个第一旁路二极管;第三旁路焊带7-3及其引出线与第二汇流条6-2及其引出线之间接入一个第二旁路二极管。第一旁路二极管和第二旁路二极管位于组件上端的一个接线盒中,第三旁路二极管位于组件下端的一个接线盒中。二个接线盒各引出一根线缆。
实施例3
另一种使用3个二极管的组件版型如图7所示,电池串中段有2排电池片背面连有柔性导电条带,分别通过第一并联焊带5-2和第二并联焊带5-2形成并联关系。第一旁路焊带7-1、第二旁路焊带7-2与第一并联焊带5-2导通,第一旁路焊带7-1与第二旁路焊带7-2也可以是同一根焊带位于第一并联焊带5-2两侧的两个部分。第三旁路焊带7-3、第四旁路焊带7-4与第二并联焊带5-2导通,第三旁路焊带7-3与第四旁路焊带7-4也可以是同一根焊带位于第二并联焊带5-2两侧的两个部分。第一旁路焊带7-1及其引出线与第一汇流条6-1及其引出线之间接入一个第一旁路二极管;第二旁路焊带7-2及其引出线与第三旁路焊带7-3及其引出线之间接入一个第二旁路二极管;第四旁路焊带7-4及其引出线与第二汇流条6-2及其引出线之间接入一个第三旁路二极管。第一、第二、第三旁路二极管分别位于组件的1条长边的上中下3个位置的3个接线盒中,上下两个接线盒各引出一根线缆。
本实用新型设置旁路二极管的原理为:采用上述柔性导电条带4、并联焊带5、旁路焊带7,在光伏组件正常工作状态下,无电流通过或是仅有微小电流通过。当光伏组件工作异常,例如组件的部分区域被阴影遮挡,或是组件发生了热斑效应时,可以有大量的电流通过柔性导电条带4、并联焊带5、旁路焊带7,同时伴随着旁路二极管的导通,从而对组件中的太阳能电池片起到保护作用。
对于晶体硅太阳能电池,为了防止反向偏置电压过高导致电池片被击穿,与一个旁路二极管并联的电池串或电池串组中的串联电池片数量存在一定的上限。对于叠瓦组件,可以根据电池串组中的电池片情况,选择旁路二极管的数量和规格。图5、6、7分别示意了含有2个旁路二极管和3个旁路二极管的组件版型。如果有需要,可以采用与图6或图7原理类似的方法,形成由4个或更多个旁路二极管的叠片组件版型。
以上,仅为本实用新型的较佳实施例,并非仅限于本实用新型的实施范围,凡依本实用新型专利范围的内容所做的等效变化和修饰,都应为本实用新型的技术范畴。

Claims (8)

1.带有柔性导电条带的叠瓦式太阳能光伏组件,其特征在于,包括一排或多排太阳能电池串组,太阳能电池串组上的部分或全部电池片背面设置有沿电池串组宽度方向布置的一个或多个开口区域(2);所述的开口区域(2)通过粘接材料连接有柔性导电条带(4),柔性导电条带(4)与电池片形成电接触,电池串两端的正极和负极与柔性导电条带(4)形成电连接;相邻的太阳能电池串组上对应位置的柔性导电条带(4)通过并联焊带(5)形成电并联。
2.根据权利要求1所述的带有柔性导电条带的叠瓦式太阳能光伏组件,其特征在于,所述的开口区域(2)表面是绝缘层或非金属导电层。
3.根据权利要求1所述的带有柔性导电条带的叠瓦式太阳能光伏组件,其特征在于,太阳能电池串组的正负极与柔性导电条带(4)之间,或者两个柔性导电条带(4)之间设置有旁路二极管。
4.根据权利要求1所述的带有柔性导电条带的叠瓦式太阳能光伏组件,其特征在于,太阳能电池串组长度方向设置有旁路焊带(7),旁路焊带(7)与并联焊带(5)电连接。
5.根据权利要求4所述的带有柔性导电条带的叠瓦式太阳能光伏组件,其特征在于,每个太阳能电池串组上设置一个或多个旁路焊带(7),一个旁路焊带(7)时,该旁路焊带(7)横跨整个电池串组上的电池片的并联焊带(5);多个旁路焊带(7)时,每个并联焊带(5)一侧至少设置一个旁路焊带(7),所有的旁路焊带(7)与电池串组上的电池片之间由绝缘垫条隔开。
6.根据权利要求4或5所述的带有柔性导电条带的叠瓦式太阳能光伏组件,其特征在于,太阳能电池串组的两端的汇流条(6)与旁路焊带(7)之间设置有旁路二极管;相邻的并联焊带(5)之间设置有旁路二极管。
7.根据权利要求1所述的带有柔性导电条带的叠瓦式太阳能光伏组件,其特征在于,所述的粘接材料为胶、胶带、焊料或焊带。
8.根据权利要求1所述的带有柔性导电条带的叠瓦式太阳能光伏组件,其特征在于,所述的柔性导电条带(4)为铜锡合金制成的焊带。
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