CN208189602U - 兼容接线盒遮挡的双面光伏叠片组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种兼容接线盒遮挡的双面光伏叠片组件，包括接线盒和封装在前板和背板之间的电池串组；电池串组由多个长电池串组成，每个长电池串由多个电池片叠片而成；接线盒设置在背板上，且接线盒遮挡长电池串上的部分电池片；被遮挡长电池串中，未被遮挡电池片为第一双面电池，被遮挡电池片为单面电池或第二双面电池，且满足：单片单面电池的工作电流不低于第一双面电池(A)正面产生的工作电流，单片第二双面电池(B)的双面工作电流不低于第一双面电池(A)的双面工作电流。通过对双面叠片组件中电池串的优化，解决现有几种双面叠片组件中存在的背面遮光、正面转换效率降低、生产设备与工艺复杂、与组件短边安装方式兼容性差等问题。

Description

兼容接线盒遮挡的双面光伏叠片组件

技术领域

本实用新型属于光伏组件技术领域，具体涉及一种兼容接线盒遮挡的双面光伏叠片组件。

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。

晶体硅太阳能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，通过改变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，正面通常为氮化硅膜，背面通常为丝网印刷的铝浆料并经过烧结形成铝背场。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P型硅PERC电池或双面N型硅PERT电池，其背面电极和金属化细栅线以外的区域表面也是氮化硅膜。对于双面HJT电池，即异质结电池，其正面和背面的电极和栅线以外的区域表面为透明导电氧化物膜，如氧化铟锡ITO。

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电极上。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。如图1所示，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，电池片乙的另一侧被置于电池片丙的下方，使得乙另一侧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。

叠片互联方式同样可以用来在太阳能电池切片之间形成互联。太阳能电池切片是指通过机械、激光或其他方式将一片完整的或不完整的太阳能电池切成的小片。太阳能电池切片的形状可以是多边形如矩形、三角形，曲线图形如圆形，扇形，椭圆形，或是不规则图形。一片太阳能电池可以切成的切片数量为K 片，其中1≤K≤20。

对于正方形或矩形的太阳能电池片，可以将其切为形状、大小均相同的K 个矩形切片，其中1≤K≤20。

对于带有倒角的准矩形太阳能电池片，可以将其切成K片切片电池，其中 1≤K≤20，且有的切片电池为有1或2个倒角的准矩形，有的切片电池为无倒角的矩形。例如图2是将太阳能电池片切成五个切片电池的一种方式，最左侧和最右侧的切片电池带有倒角，中间的三个切片电池没有倒角。

叠片组件中同一电池串内相邻电池片电极之间的导电材料包括导电胶，导电胶带，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，可以采用点胶或丝网印刷的方法。

导电胶的主要成分包括树脂材料基体与导电填料。其中的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电极成良好的机械粘接力与导电连接，同时有的导电胶也可以与电池片的其它表面，如氮化硅膜层，或者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，也可以通过改变电池表面金属图案的设计或导电胶图形的设计来相应减少银浆料或导电胶的使用量。

如图3所示，光伏叠片组件按照电池串的排列方向可以分为横版型和竖版型两种。电池串与组件短边平行的称为横版型叠片组件，电池串与组件长边平行的称为竖版型叠片组件。

一种采用2个并联二极管的叠片组件的电路图如图4所示，多个叠片电池串并联形成电池串组，每个电池串组与1个旁路二极管并联，2个这样的电池串组串联成为组件。采用这种电路的叠片组件，可以采用竖版型，也可以采用横版型。

采用双面叠片电池或双面叠片电池切片，如前面提到的P型硅双面PERC 叠片电池，N型硅双面PERT叠片电池，或HJT叠片电池，通过前述的叠片工艺，可以得到双面叠片组件。

在双面叠片组件中，从左至右共分为N个长电池串(N≥1)。例如图3中的竖版型双面叠片组件共含有6个长电池串，分别记为串A、B、C、D、E、F。

在叠片组件中，凡是位于组件正负极端的连接多个电池串的焊带，称为端汇流条；凡是位于组件中间电位，且连接多个电池串的焊带，称为并联焊带；凡是与并联焊带相连，走向平行于电池串的焊带，称为旁路焊带；凡是与旁路二级管和旁路焊带相连，走向垂直于电池串的焊带，称为旁路汇流条。

光伏组件可以分为有边框组件和无边框组件。常见的一种边框截面如图5 所示，其中最下方伸出型腔的部分被称为边框的C面。对于有边框组件来说，边框C面上的安装孔是用螺栓将组件固定到安装支架上时螺栓安装的位置。对于一些固定或可调整的安装支架，以及一部分单轴或双轴光伏跟踪系统支架，在其上面安装组件时，会采用长边螺栓安装或短边螺栓安装的方式，与安装方式相对应，要求组件的长边边框或短边边框有C面和C面的安装孔。

如图6所示，现有技术方案一的竖版型双面叠片组件，使用两个接线盒，分别位于组件背面二个短边的中央偏内侧的位置。电池串A、B、C、D、E、F的长度相等或近似相等。为了节省物料成本，同时提高组件的光电转换效率，电池串ABCDEF的两端距离组件短边两端的距离比较短。

技术方案一中接线盒的位置在C、D串电池片的背面，从而对相应的电池片形成背面遮光，从而降低双面组件背面的发电能力，严重的还会产生热斑效应，降低组件的长期可靠性和使用寿命。

如果是有框组件，为了兼顾短边安装，组件短边的边框保留或部分保留C面以及安装孔，这部分边框C面形成了对电池串两端的阴影遮挡，同样降低了双面组件背面的发电能力，并有可能产生热斑效应，降低组件的长期可靠性。

技术方案二如图7所示，组件背面的2个接线盒位于电池串外侧，从而不对电池背面产生遮挡。技术方案二中电池串ABCDEF的两端距离组件短边的两端比较远，从而增加了玻璃，封装材料，边框等物料成本，同时降低了组件的光电转换效率。

技术方案三如图8所示，该方案与前二种方案的区别之处在于串C、D的长度短于串A、B、E、F，因此位于组件短边中央的接线盒对串C、D的背面不造成遮挡。具体的说，在该方案中，串C与串D的电池切片的宽度小于串ABEF的电池切片宽度，所以相同数目的电池切片叠成串后，串C、D的长度小于其余4串。在电池串排布时，串C、D在组件中部与其余4串齐平或接近齐平，串C、D在组件两端与端汇流条的距离较远，需要用较长的焊带将电池串与端汇流条相连。这样在组件两端串C、D的外侧的间隙可用来放置接线盒。这种方案在不增大串 ABEF两端与玻璃短边间距的情况下，避免了双面叠片组件背面的接线盒遮挡电池片。技术方案三虽然避免了双面叠片组件背面接线盒遮挡电池片，但是组件正面串C、D两端存在没有电池片的空白区域，降低了组件的功率和转换效率。而且由于串ABEF与玻璃短边的距离较小，与方案一类似，组件短边边框的C面形成了对电池片背面的阴影遮挡。串C、D的电池切片宽度小于串A、B、E、F, 增加了电池切片和叠片生产的复杂性，使得生产设备与工艺更负责。串C、D两端的焊带长度大于串A、B、E、F，也使得组件生产设备与流程更加复杂，并增加了物料成本。

如图9所示，现有技术方案四的横版型双面叠片组件，使用一个接线盒，位于组件背面一个长边的中央偏内侧的位置。电池串A、B、C、D、E、F、G、H、 I、J、K、L的长度相等或近似相等。为了节省物料成本，同时提高组件的光电转换效率，电池串A～L的两端距离组件长边两端的距离比较短。技术方案四中接线盒的位置在F、G串电池片的背面，从而对相应的电池片形成背面遮光，从而降低双面组件背面的发电能力，严重的还会产生热斑效应，降低组件的长期可靠性和使用寿命。

因此，如果是有框双面光伏叠片组件，为了兼顾长边螺栓安装，组件长边的边框保留或部分保留C面以及安装孔，同时考虑接线盒遮挡的及部分边框C面对电池串两端的阴影遮挡，电池盒和边框C面共同作用降低了双面组件背面的发电能力，并有可能产生热斑效应，降低组件的长期可靠性。如何解决双面光伏叠片组件两端电池串被电池盒和边框C面遮挡而产生热斑效应是本实用新型需要解决的主要问题。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种兼容接线盒遮挡的双面光伏叠片组件，本实用新型旨在通过对双面叠片组件中电池串的优化，解决现有几种双面叠片组件中存在的背面遮光、正面转换效率降低、生产设备与工艺复杂、与组件短边安装方式兼容性差等问题。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种兼容接线盒遮挡的双面光伏叠片组件，包括接线盒和封装在前板和背板之间的电池串组；电池串组由多个长电池串组成，每个长电池串由多个电池片叠片而成；接线盒设置在背板上，且接线盒遮挡长电池串上的部分电池片；被遮挡长电池串中，未被遮挡电池片为第一双面电池，被遮挡电池片为单面电池或第二双面电池，且满足：单片单面电池的工作电流不低于第一双面电池正面产生的工作电流，单片第二双面电池的双面工作电流不低于第一双面电池的双面工作电流。

叠片组件为竖版型，接线盒设置在背板短边的中部。

所有的长电池串中，除了被遮挡长电池串外，其他长电池串均由第一双面电池组成。

所有的长电池串的两个端部电池片均为单面电池或第二双面电池，中部电池片均为第一双面电池。

叠片组件为竖版型，接线盒设置在背板长边的中部。

所有的长电池串中，除了被遮挡长电池串外，其他长电池串均由第一双面电池组成。

长电池串由两个短电池串组成，所有的长电池串对应的两个短电池串中间连接处的电池片均为单面电池或第二双面电池。

所有的长电池串对应的两个短电池串两端的电池片均为单面电池或第二双面电池。

叠片组件为横版型。

所有的长电池串的长度相当。

相对于现有技术，本实用新型具有以下技术效果：

本实用新型的光伏组件采用两种工作电流不同的电池片叠片制成电池串，并将接线盒设置在高工作电流的电池片处，使得单片单面电池的工作电流不低于第一双面电池正面产生的工作电流，单片第二双面电池的双面工作电流不低于第一双面电池的双面工作电流。这样就可以避免或基本缓解由于电池背面被接线盒遮挡而产生的发电量减少，热斑效应和组件长期可靠性下降的风险，本实用新型中的双面叠片组件，可以在解决组件背面接线盒与边框C面遮光的问题的同时，提升叠片组件双面综合发电量。同时由于不需要考虑接线盒遮光，可以对接线盒的形状、长宽高、绝缘性、散热性、外观等方面有更大的优化空间。具体原理如下：

因为单面电池背面不受光，所以接线盒位于单面电池背面对单面电池不造成遮挡，基本不会影响单面电池的工作电流和转换效率。同样的，在电池串两端靠近组件短边两端的情况下，有框叠片组件的短边边框的C面对单面电池正面不造成遮挡，所以不会对组件形成阴影遮挡，所以该组件兼容短边边框安装方式。通过调整单面电池的面积或转换效率，可以使得单面电池的工作电流大于或接近双面电池A两面受光后的总工作电流。这样就可以避免或基本缓解由于单面电池工作电流小于双面电池A工作电流导致的热斑效应，从而避免了热斑导致的组件长期可靠性问题。

因为在同样光照条件下，双面电池B的工作电流高于双面电池A，所以即使双面电池B的背面存在接线盒或边框C面造成的部分遮光，通过调整双面电池B 的面积、转换效率或者双面因子，可以使得部分遮光后双面电池B的工作电流仍然大于或者接近双面电池A的工作电流，这样就可以避免或基本缓解由于双面电池B实际工作电流小于双面电池A实际工作电流导致的热斑效应，从而避免了热斑导致的组件长期可靠性问题，并同时兼容组件的短边边框安装方式。

进一步，叠片组件的长电池串的两端均采用第一双面电池，同时解决接线盒和边框C面造成的部分遮光的问题。

附图说明

图1：电池片的叠片互联示意图；

图2：带有倒角的电池(左侧)切成5个电池切片(右侧)；

图3：横版型(a)与竖版型(b)叠片组件；

图4：带有2个二极管的叠片组件电路图；

图5：组件的边框截面示意图；

图6：现有方案一示意图；

图7：现有方案二示意图；

图8：现有方案三示意图；

图9：现有方案四示意图；

图10：由N1片电池组成的叠片电池串示意图，其一端的N2片为工作电流更大的单面或双面电池，其余为常规双面电池；

图11：由N1片电池组成的叠片电池串示意图，其一端的N2片和另一端的 N3片电池片为工作电流更大的单面或双面电池，其余为常规双面电池；

图12：一种改进的双面叠片组件示意图一；

图13：一种改进的双面叠片组件示意图二；

图14：一种改进的双面叠片组件示意图三；

图15：一种改进的双面叠片组件示意图四；

图16：同一电池串中重叠2种不同电池片的生产装置一示意图；

图17：同一电池串中重叠2种不同电池片的生产装置二示意图；

图18：本实用新型的一个具体实施例示意图；

图中标记，1-焊带，2-端汇流条，3-旁路焊带，4-并联焊带，6-接线盒，7- 吸盘抓手，A-第一双面电池，B-第二双面电池，C-传送带，D-传送带，S1-料盒或堆栈，S2-料盒或堆栈。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明：

如图10所示，对于一个由N1(5≤N1≤120)个电池片或电池切片叠片后形成的电池串，其中间部分的电池片或电池切片为双面电池A，其一端的N2 (1≤N2≤10)片电池片为单面电池或双面电池B；N2<N1，且在同样光照条件下，单片单面电池的工作电流高于单片双面电池A正面产生的工作电流，或者单片双面电池B的双面产生的工作电流高于单片双面电池A的双面产生的工作电流。以上可以通过使用比双面电池A面积更大或转换效率更高的单面电池，或者比双面电池A面积更大，或转换效率更高，或双面因子更高的双面电池B实现。

或者如图11所示，对于一个由N1(5≤N1≤120)个电池片或电池切片叠片后形成的电池串，其中间部分的电池片或电池切片为双面电池，其一端的N2 (1≤N2≤10)片电池片和另一端的N3(1≤N3≤10)片电池片均为单面电池或双面电池B；且在同样光照条件下，单片单面电池的工作电流高于单片双面电池A正面产生的工作电流，或者单片双面电池B的双面产生的工作电流高于单片双面电池A的双面产生的工作电流。以上可以通过使用比双面电池A面积更大或转换效率更高的单面电池，或者比双面电池A面积更大，或转换效率更高，或双面因子更高的双面电池B实现。

本实用新型的原理为：对于使用单面电池的情况，因为单面电池背面不受光，所以接线盒位于单面电池背面对单面电池不造成遮挡，不会影响单面电池的工作电流和转换效率。同样的，在电池串两端靠近组件短边两端的情况下，有框叠片组件的短边边框的C面对单面电池不造成遮挡，所以不会对组件形成阴影遮挡，所以该组件兼容短边边框安装方式。通过调整单面电池的面积或转换效率，可以使得单面电池的工作电流大于或接近双面电池二面A两面受光后的总工作电流。这样就可以避免或基本缓解由于单面电池工作电流小于双面电池A工作电流导致的热斑效应，从而避免了热斑导致的组件长期可靠性问题。

对于使用双面电池B的情况，因为在同样光照条件下，双面电池B的工作电流高于双面电池A，所以即使双面电池B的背面存在接线盒或边框C面造成的部分遮光，通过调整双面电池B的面积、转换效率或者双面因子，可以使得部分遮光后双面电池B的工作电流仍然大于或者接近双面电池A的工作电流，这样就可以避免或基本缓解由于双面电池B实际工作电流小于双面电池A实际工作电流导致的热斑效应，从而避免了热斑导致的组件长期可靠性问题，并同时兼容组件的短边边框安装方式。

使用这种混合电池串制成双面叠片组件如图12，图13，亦可在同一块组件中同时使用混合电池串与普通双面电池串制成双面叠片组件如图14，图15。上述图中的单面电池或双面电池B用有斜纹的矩形代表，普通双面电池A用无斜纹的矩形代表。这些双面叠片组件，可以在解决接线盒与边框C面遮光的问题的同时，提升叠片组件双面综合发电量。同时由于不需要考虑接线盒遮光，可以对接线盒的形状、长宽高、绝缘性、散热性、外观等方面有更大的优化空间。

一种与该设计相配套的叠片电池串生产设备如图16和图17所示。单面电池或双面电池B被放置在料盒或堆栈S1中，双面电池A通过传送带C或另外的料盒或堆栈S2提供。吸盘抓手通过吸盘依次从C和S1中，或者S2和S1中抓取电池，并将其放置在传送带D上。在放置过程中，后续的电池片依次重叠在前面电池片的边缘上，形成叠片电池串。

本实用新型中使用的料盒，是指电池片重叠堆积且相邻片彼此接触的的电池片临时存放装置。堆栈是指相邻电池片之间有间隔隔开的电池片临时存放装置。

实施例

如图18所示，电池长串ABCDEF由76个电池切片组成，其中第1片和第76片为1/5切片的边长156.75mm的双面叠片电池，其余切片为1/6切片的边长 156.75mm的双面叠片电池。

长串ABCDEF的两端分别与组件两端的端汇流条2相连；端汇流条2通过引出线与接线盒6中的旁路二极管相连。长串ABCDEF分别由两个短串组成，短串之间通过焊带连接。这些焊带又通过一根并联焊带4连在一起。串CD之间有一根旁路焊带3，旁路焊带3的两端分别与两个旁路二极管相连，旁路焊带3的中间与并联焊带4相连。

本实用新型的保护范围并不限于上述的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，倘若对本实用新型进行的各种改动和变形属于本实用新型权利要求及等同技术范围内，则本实用新型的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (10)

1.一种兼容接线盒遮挡的双面光伏叠片组件，其特征在于，包括接线盒和封装在前板和背板之间的电池串组；电池串组由多个长电池串组成，每个长电池串由多个电池片叠片而成；接线盒设置在背板上，且接线盒遮挡长电池串上的部分电池片；被遮挡长电池串中，未被遮挡电池片为第一双面电池(A)，被遮挡电池片为单面电池或第二双面电池(B)，且满足：单片单面电池的工作电流不低于第一双面电池(A)正面产生的工作电流，单片第二双面电池(B)的双面工作电流不低于第一双面电池(A)的双面工作电流。

2.根据权利要求1所述的兼容接线盒遮挡的双面光伏叠片组件，其特征在于，叠片组件为竖版型，接线盒设置在背板短边的中部。

3.根据权利要求2所述的兼容接线盒遮挡的双面光伏叠片组件，其特征在于，所有的长电池串中，除了被遮挡长电池串外，其他长电池串均由第一双面电池(A)组成。

4.根据权利要求2所述的兼容接线盒遮挡的双面光伏叠片组件，其特征在于，所有的长电池串的两个端部电池片均为单面电池或第二双面电池(B)，中部电池片均为第一双面电池(A)。

5.根据权利要求1所述的兼容接线盒遮挡的双面光伏叠片组件，其特征在于，叠片组件为竖版型，接线盒设置在背板长边的中部。

6.根据权利要求5所述的兼容接线盒遮挡的双面光伏叠片组件，其特征在于，所有的长电池串中，除了被遮挡长电池串外，其他长电池串均由第一双面电池(A)组成。

7.根据权利要求5所述的兼容接线盒遮挡的双面光伏叠片组件，其特征在于，长电池串由两个短电池串组成，所有的长电池串对应的两个短电池串中间连接处的电池片均为单面电池或第二双面电池(B)。

8.根据权利要求7所述的兼容接线盒遮挡的双面光伏叠片组件，其特征在于，所有的长电池串对应的两个短电池串两端的电池片均为单面电池或第二双面电池(B)。

9.根据权利要求1所述的兼容接线盒遮挡的双面光伏叠片组件，其特征在于，叠片组件为横版型。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的兼容接线盒遮挡的双面光伏叠片组件，其特征在于，所有的长电池串的长度相同。