CN209766447U - 叠瓦组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种叠瓦组件，所述叠瓦组件包括从上向下排布的多个横置的长电池串，所述多个长电池串中的每一长电池串分别包括从左向右排布的多个横置的短电池串，所述多个短电池串中的每一短电池串分别由多个小电池片叠片互联形成。

Description

叠瓦组件

技术领域

本实用新型涉及一种叠瓦组件。

背景技术

随着全球煤炭、石油、天然气等常规化石能源消耗速度加快，生态环境不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的全球气候变化，人类社会的可持续发展已经受到严重威胁。世界各国纷纷制定各自的能源发展战略，以应对常规化石能源资源的有限性和开发利用带来的环境问题。太阳能凭借其可靠性、安全性、广泛性、长寿性、环保性、资源充足性的特点已成为最重要的可再生能源之一，有望成为未来全球电力供应的主要支柱。

在新一轮能源变革过程中，我国光伏产业已成长为具有国际竞争优势的战略新兴产业。然而，光伏产业发展仍面临诸多问题与挑战，转换效率与可靠性是制约光伏产业发展的最大技术障碍，而成本控制与规模化又在经济上形成制约。光伏组件作为光伏发电的核心部件，提高其转换效率发展高效组件是必然趋势。目前市场上涌现各种各样的高效组件，如叠瓦、半片、多主栅、双面组件等。随着光伏组件的应用场所和应用地区越来越广泛，对其可靠性要求越来越高，尤其是在一些恶劣或极端天气多发地区需要采用高效、高可靠性的光伏组件。

在大力推广和使用太阳能绿色能源的背景下，叠瓦组件利用小电流低损耗的电学原理(光伏组件功率损耗与工作电流的平方成正比例关系)从而使得组件功率损耗大大降低。其次通过充分利用电池组件中片间距区域来进行发电，单位面积内能量密度高。另外使用了具有弹性体特性的导电胶粘剂替代了常规组件用光伏金属焊带，由于光伏金属焊带在整片电池中表现出较高的串联电阻而导电胶粘剂电流回路的行程要远小于采用焊带的方式，从而最终使得叠瓦组件成为高效组件，同时户外应用可靠性较常规光伏组件性能表现更加优异，因为叠瓦组件避免了金属焊带对电池与电池互联位置及其他汇流区域的应力损伤。尤其是在高低温交变的动态(风、雪等自然界的载荷作用)环境下，采用金属焊带互联封装的常规组件失效概率远超过采用弹性体的导电胶粘剂互联切割后的晶硅电池小片封装的叠瓦组件。

当前叠瓦组件开发应用进度逐年加快，国内一线组件厂家已有多家进行叠瓦组件技术研发和产品量产及装机应用。由于叠瓦组件是通过激光切割整片然后按照从整片中分离的小片通过导电胶粘剂互联封装成型的，其中激光切割有将整片分离为5小片或6小片或更多小片等主流模式。根据反向承载电压特性，多晶电池片较单晶电池片漏电更加严重，导致目前市场以单晶和高效单晶为主作为叠瓦用电池片主材。由于采用单晶电池片会存在边部倒角的技术问题，市场上有部分厂家采用更高成本的方单晶电池进行切割施胶互联封装；同时也有厂家在一串互联的电池中存在直倒角两种混合类型；抑或在激光切割后采用直倒角分离在不同叠片工位上实现同一电池串是直角或倒角类型，但是在同一块组件中同时存在直角串和倒角串，外观差异较明显，且直角和倒角混用在一块叠瓦组件中封装因面积差异会有电流失配继而引起功率输出降低的问题。

其次按照与终端系统的电压要求，叠瓦组件输出电压大小通过互联的小电池串的串并联实现，目前市场主流有大宽幅横版型和小宽幅竖版型。内部电路结构也不尽相同，横版短电池串在于抗载荷性能上的卓越表现，竖版长电池串在于互联电池片数量更多、电压更高、损耗更低的优势。其中竖版在于旁路处理上相比于横版更加复杂，因为需要在电池与电池中间引出旁路汇流条。目前大多处理方式是通过在电池片背面印刷作为旁路连接的银浆焊点，封装层叠排版中在电池背面进行直接处理作业。这样会大大增加制程碎片风险，同时在户外使用过程中也增加失效风险且成本较高。

叠瓦组件横版宽幅较大，尺寸非常规标准化的992mm。对于封装物料如玻璃、胶膜等采购困难且当前玻璃有效钢化的宽度大多在 1050mm以下，过大宽幅的原片玻璃在钢化过程中会造成玻璃边缘钢化不均现象出现，无法保障叠瓦组件的机械强度，长期应用是一种安全隐患。其次，采用短电池串封装，电池串数大幅增加，加大了生产过程作业难度降低生产过程效率。竖版型虽然宽幅可以实现 992mm标准化的尺寸，但是长串旁路汇流引出处理难度高、工艺点复杂、碎片高等大大限制了长串的优势。在短电池串通过汇流端引线互联成长电池串采用全并联输出的方式，无法适合6小片及以上等分互联输出的电压要求。即随着小电池数量的增加长串全并联结构输出电压增高，影响系统端方阵设计，兼容性较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种叠瓦组件，其能有效地解决目前叠瓦组件横版和竖版结构各自的封装弊端，兼容横版抗载荷能力和竖版标准化量产的优点，同时可以更好的与系统端逆变器进行电气匹配，且具有外观一致的优势。

所述目的通过根据本实用新型的一种叠瓦组件实现，所述叠瓦组件包括从上向下排布的多个横置的长电池串，所述多个长电池串中的每一长电池串分别包括从左向右排布的多个横置的短电池串，所述多个短电池串中的每一短电池串分别由多个小电池片叠片互联形成。

根据本实用新型的一种优选实施方式，所述多个长电池串可以根据所需的电压和电流、按照串并联电路结构封装成所述叠瓦组件。

根据本实用新型的一种优选实施方式，所述多个短电池串可以通过汇流端引线并联拼接。

优选地，所述叠瓦组件可以包括六个长电池串，所述六个长电池串按照三并两串的连接方式排版，其中，第一长电池串、第二长电池串、第三长电池串彼此并联成第一单元，第四长电池串、第五长电池串、第六长电池串彼此并联成第二单元，所述第一单元和所述第二单元彼此串联。

优选地，所述六个长电池串中每一长电池串可以分别包括两个短电池串，第一短电池串通过汇流端引线与第二短电池串电气地和机械地联接，其中，所述第一短电池串在联接处的首片和所述第二短电池串在联接处的首片正负极性相同，所述第一短电池串在外侧的尾片和所述第二短电池串在外侧的尾片正负极性相同。

优选地，所述第一长电池串至第三长电池串的最左侧尾片和最右侧尾片的极性为负，所述第四长电池串至第六长电池串的最左侧尾片和最右侧尾片的极性为正。

根据本实用新型的一种优选实施方式，所述小电池片可以均为直角片或均为倒角片。例如，在叠片工位采用直角片、倒角片单独分离封装成直角电池串或倒角电池串，在层叠排版时采用在线视觉判定直角电池串或倒角电池串然后直角电池串或倒角电池串按照颜色和效率等特性集中单独封装在同一块组件中，确保了叠瓦组件的外形一致美观。

根据本实用新型的一种优选实施方式，所述汇流端引线可以具有冲孔。通过所述冲孔，可以降低应力大小。所述冲孔的尺寸可以根据汇流端引线尺寸单独进行设计，优选地，所述冲孔的直径可以为5至10mm。

根据本实用新型的叠瓦组件可以通过如下方法制造，所述方法包括如下步骤：将预定数量的小电池片相互叠片成多个短电池串；将所述多个横置的短电池串从左向右排布形成长电池串；将多个横置的所述长电池串从上向下排版形成所述叠瓦组件。

优选地，多个所述长电池串根据所需的电压和电流、按照串并联电路结构封装成所述叠瓦组件。

优选地，所述多个短电池串可以通过汇流端引线并联拼接。

进一步优选地，所述叠瓦组件可以包括六个长电池串，所述六个长电池串按照三并两串的连接方式排版，其中，第一长电池串、第二长电池串、第三长电池串彼此并联成第一单元，第四长电池串、第五长电池串、第六长电池串彼此并联成第二单元，所述第一单元和所述第二单元彼此串联。

进一步优选地，所述六个长电池串中每一长电池串可以分别包括两个短电池串，第一短电池串通过汇流端引线与第二短电池串电气地和机械地联接，其中，所述第一短电池串在联接处的首片和所述第二短电池串在联接处的首片正负极性相同，所述第一短电池串在外侧的尾片和所述第二短电池串在外侧的尾片正负极性相同。

进一步优选地，可以通过使所述第一短电池串或第二短电池串整体旋转180°，调整所述第一短电池串或第二短电池串的正负极方向。替代地，可以通过将电池片设计成两种金属化图形分别在叠焊机的AB侧单独进行上料划片、刷胶、裂片、叠片，得到所述第一短电池和所述第二短电池串。

进一步优选地，所述第一长电池串至第三长电池串的最左侧尾片和最右侧尾片的极性为负，所述第四长电池串至第六长电池串的最左侧尾片和最右侧尾片的极性为正。

优选地，所述小电池片可以均为直角片或均为倒角片。

优选地，所述汇流端引线可以具有冲孔。优选地，所述冲孔的直径可以为5至10mm。

优选地，在多个所述长电池串排版焊接好之后依次经过胶膜和背板敷设、中检、层压、修边、装框、中间位接线盒、固化、清洗、测试环节完成叠瓦单玻封装，形成叠瓦单玻组件。

优选地，在多个所述长电池串排版焊接好之后依次经过胶膜和二次玻璃敷设、中检、层压、清边、打挂钩、中间位接线盒、固化、清洗、测试环节完成叠瓦双玻封装，形成叠瓦双玻组件。

根据本实用新型的制造方法同样兼容叠瓦单玻组件和叠瓦双玻组件，具有外观一致、高可靠性、高兼容性、更低成本等特点，从而最终可快速实现叠瓦组件量产并迅速降低度电成本LCOE，实现光伏发电平价上网。

附图说明

图1示出了根据本实用新型一种优选实施方式的叠瓦组件的排版示意图，其中，形成所述叠瓦组件的电池小片均为倒角片；

图2示出了根据本实用新型另一优选实施方式的叠瓦组件的排版示意图，其中，形成所述叠瓦组件的电池小片均为直角片；

图3示出了图1和图2所示的叠瓦组件的电路图；

图4示出了用于制造根据本实用新型的叠瓦组件的方法的一种流程图；

图5示出了用于制造根据本实用新型的叠瓦组件的方法的另一流程图；

图6a至6c分别示出了倒角短电池串、待联结的第一倒角短电池串和第二倒角短电池串、联结形成的倒角长电池串；

图6d和图6e分别示出了在图6b中示出的汇流端引线和并联端引线；

图7a至图7c分别示出了直角短电池串、待联结的第一直角短电池串和第二直角短电池串、联结形成的直角长电池串。

具体实施方式

下面参照附图对本实用新型的内容进行说明。本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不限于此，等同的内容也落入本实用新型的范围内。

图1示出了根据本实用新型一种优选实施方式的叠瓦组件的排版示意图，其中，形成所述叠瓦组件的电池小片均为倒角片。所述叠瓦组件包括上下排布的六个横置的长电池串，从下往上依次为第一长电池串1、第二长电池串2、第三长电池串3、第四长电池串4、第五长电池串5、第六长电池串6；每一长电池串分别包括左右排布的两个横置的短电池串，每一短电池串分别由多个倒角片叠片互联形成。

图2示出了根据本实用新型另一优选实施方式的叠瓦组件的排版示意图，其中，形成所述叠瓦组件的电池小片均为直角片。所述叠瓦组件包括上下排布的六个横置的长电池串，从下往上依次为第一长电池串1’、第二长电池串2’、第三长电池串3’、第四长电池串4’、第五长电池串5’、第六长电池串6’。每一长电池串分别包括从左向右排布的两个横置的短电池串，每一短电池串分别由多个直角片叠片互联形成。

图3示出了图1和图2所示的叠瓦组件的电路图。所述六个长电池串按照三并两串的连接方式排版，其中，第一长电池串、第二长电池串、第三长电池串彼此并联成第一单元，第四长电池串、第五长电池串、第六长电池串彼此并联成第二单元，所述第一单元和所述第二单元彼此串联。根据需要输出的电压和电流，叠瓦组件也可以采用其他形式的串并联电路。

图4示出了用于制造根据本实用新型的叠瓦组件的方法的一种流程图。在图4所示的方法中，基于叠瓦五栅、六栅或六栅以上规格的六寸电池片，按照叠瓦工艺主要流程进行印刷涂胶、激光划片、叠片、互联、并联、直倒角串分离、层叠排版、旁路汇流等输出竖版结构的叠瓦组件。图4所示的用于制造叠瓦组件的方法具体包括如下步骤。

S1印刷导电胶粘剂的步骤：采用五栅线或以上数量栅线的叠瓦单晶电池片，进行整片丝网印刷。在激光切割裂片动作发生之前印刷导电胶粘剂，尤其适合于高产能的印刷导电胶粘剂，比如，同步一次动作可印刷六小片以上的叠瓦小电池片，可大大降低单位时间内叠瓦单片印刷涂胶的工作节拍。

S2激光切割裂片的步骤：在自动划片机处，在特定能量大小的激光下在指定切割位置上进行高温烧蚀或采用骤热骤冷工艺处理，完成切割并自动进行裂片处理。自动划片机具有上料前视觉外观检测定位，并且在裂片后对小片进行检测，确保经过激光切割后符合切割深度和热影响区及均匀性的要求。

S3直倒角片分离的步骤：在自动裂片后，边部的倒角片被自动分离到叠焊机的特定轨道上。

S4叠片互联成短电池串的步骤：按照直角片、倒角片分别叠片成短电池串，确保实现叠片成串上的电池小片是同一外观类型(如图6a所示的倒角短电池串和图7a所示的直角短电池串)。其中在首片位置通过叠焊机上拉丝机构，实现汇流端引线焊接处理，如在图6b和图7c中所示，将在短电池串的一端设置汇流端引线。

将预定数量的同一类型的小电池片、即倒角片或直角片相互叠片成串，获得第一短电池串。按照上述方式继续完成第二短电池串，其中，第二短电池串与第一短电池串的叠片数量一致。

S5短电池串并联成长电池串的步骤：第一短电池串通过叠焊机上的拉丝机构通过并联端引线与同一类型的第二短电池串电气地和机械地联结，最终形成并联结构的长电池串(如在图6c中所示的倒角长电池串和在图7c中所示的直角长电池串)，第一短电池串和第二短电池串在联结处的首片正负极性相同，它们形成长电池串的最外侧尾片的正负极性相同。在叠焊机上第二短电池串的正负极方向调整可通过将直角短电池串或倒角短电池串整体180°旋转换向，或者通过电池片设计成两种金属化图形分别在叠焊机的AB侧单独进行上料划片、刷胶、裂片、叠片实现。

为确保高温焊接下汇流端引线、并联端引线与电池正负极之间热应力最低，汇流端引线、并联端引线通过预冲孔设计来降低应力大小，孔的尺寸根据汇流段引线、并联端引线尺寸进行单独设计。

S6直角长电池串和倒角长电池串分离的步骤：具有完整的并联结构的直角或倒角长电池串在叠焊机作业轨道上被位于上方检测汇流(并联)端引线位置的相机拍摄，通过软件算法设定化锡比率判定焊接有无虚焊等不良(通常端引线与电池片正负极焊接时物理接触是通过专用钼丝进行压覆，焊接良好率根据压覆位置处形貌判定)，同时识别直角或倒角电池串。并联结构的直角长电池串进入直角层叠排版缓存区，并联结构的倒角长电池串进入倒角层叠排版缓存区。

S7排版的步骤：直角层叠排版缓存区或倒角层叠排版缓存区分别对应直角或倒角长电池串排版机，按照3并2串的连接方式进行摆串。正负极如图3中的电路示意图，从下往上，依次为第一长电池串、第二长电池串、第三长电池串、第四长电池串、第五长电池串、第六长电池串，第一长电池串至第六长电池串的右侧边最外侧尾片的极性为负、负、负，正、正、正，第一长电池串至第六长电池串的左侧边最外侧尾片的极性为负、负、负，正、正、正。

S8旁路汇流的步骤：经过自动摆串机按照极性放置好并联结构的直角或倒角电池串后，自动排版机或人工作业在中间位铺设正负极汇流条和旁路汇流条且通过电阻、电磁或热风等加热方式完成电气连接，实现叠瓦组件正负极电流输出。

S9制备叠瓦单玻组件或叠瓦双玻组件的步骤：在排版焊接好之后可以依次经过胶膜和背板敷设、中检、层压、修边、装框、中间位接线盒、固化、清洗、测试等环节完成叠瓦单玻封装，形成叠瓦单玻组件。替代地，在排版焊接好之后可以依次经过胶膜和二次玻璃敷设、中检、层压、清边、打挂钩、中间位接线盒、固化、清洗、测试等环节完成叠瓦双玻封装，形成叠瓦双玻组件。

图5示出了用于制造根据本实用新型的叠瓦组件的方法的另一流程图。与图4所示的方法流程不同，根据图5所示的方法先进行激光切割裂片的步骤再印刷导电胶粘剂。图7a至图7c所示的用于制造叠瓦组件的方法具体包括如下步骤。

S1’激光切割裂片的步骤：采用五栅线或以上数量栅线的叠瓦单晶电池片，在特定能量大小的激光下在指定切割位置上进行高温烧蚀或采用骤热骤冷工艺处理，完成切割并自动进行裂片处理。自动划片机具有上料前视觉外观检测定位，并且在裂片后对小片进行检测，确保经过激光切割后符合切割深度和热影响区及均匀性的要求。

S2’直倒角片分离的步骤：在自动裂片后，进行直角片和倒角片的分离。

S3’印刷导电胶粘剂的步骤：印刷按照同一类型的电池小片(直角片或倒角片)进行先后处理，确保实现后续叠片成串上的电池小片是同一外观类型。

S4’叠片互联成短电池串的步骤、S5’短电池串并联成长电池串的步骤、S6’直角长电池串和倒角长电池串分离的步骤、S7’排版的步骤、S8’旁路汇流的步骤、S9’制备叠瓦单玻组件或叠瓦双玻组件的步骤与图6a至图6c所示的实施方式相同，在此不再赘述。

在图6a中示出了倒角短电池串11，其由倒角片叠片互联而成。在图6b中示出了待联结的第一倒角短电池串11和第二倒角短电池串12，所述第二倒角短电池串12与第一倒角短电池串11的叠片数量相同，在所述第一倒角短电池串11和第二倒角短电池串12的一侧将分别设置汇流端引线13、14。图6c中示出了第一倒角短电池串 12与第一倒角短电池串11通过并联端引线15彼此并联形成的倒角长电池串16。

在图6d和图6e中分别以局部放大图示出了在图6b中示出的汇流端引线和并联端引线，所述汇流端引线、并联端引线设有冲孔，孔的尺寸可以根据汇流段引线、并联端引线尺寸进行单独设计，例如直径为5至10mm。

在图7a中示出了直角短电池串11’，其由直角片叠片互联而成。在图7b中示出了待联结的第一直角短电池串11’和第二直角短电池串12’，所述第二直角短电池串12’与第一直角短电池串11’的叠片数量相同，在所述第一直角短电池串11’和第二直角短电池串12’的一侧将分别设置汇流端引线13’、14’。图7c中示出了第一直角短电池串12’与第一直角短电池串11’通过并联端引线彼此并联形成的直角长电池串16’。

与常规的横版叠瓦组件或竖版叠瓦组件相比，根据本实用新型的叠瓦组件集合了常规横版和竖版叠瓦组件各自的优点，同时摒弃了各自的缺点，兼容性更优。

本实用新型的保护范围仅由权利要求限定。得益于本实用新型的教导，本领域技术人员容易认识到可将本实用新型所公开结构的替代结构作为可行的替代实施方式，并且可将本实用新型所公开的实施方式进行组合以产生新的实施方式，或者将本实用新型应用于其他类似的领域，它们同样落入所附权利要求书的范围内。

Claims (9)

1.叠瓦组件，所述叠瓦组件包括从上向下排布的多个横置的长电池串，所述多个长电池串中的每一长电池串分别包括从左向右排布的多个横置的短电池串，所述多个短电池串中的每一短电池串分别由多个小电池片叠片互联形成，其特征在于，所述多个长电池串形成两个单元，所述两个单元彼此串联。

2.根据权利要求1所述的叠瓦组件，其特征在于，所述多个长电池串根据所需的电压和电流、按照串并联电路结构封装成所述叠瓦组件。

3.根据权利要求2所述的叠瓦组件，其特征在于，所述多个短电池串通过汇流端引线并联拼接。

4.根据权利要求2所述的叠瓦组件，其特征在于，所述叠瓦组件包括六个长电池串，所述六个长电池串按照三并两串的连接方式排版，其中，第一长电池串、第二长电池串、第三长电池串彼此并联成第一单元，第四长电池串、第五长电池串、第六长电池串彼此并联成第二单元，所述第一单元和所述第二单元彼此串联。

5.根据权利要求4所述的叠瓦组件，其特征在于，所述六个长电池串中每一长电池串分别包括两个短电池串，第一短电池串通过汇流端引线与第二短电池串电气地和机械地联结，其中，所述第一短电池串在联结处的首片和所述第二短电池串在联接处的首片正负极性相同，所述第一短电池串在外侧的尾片和所述第二短电池串在外侧的尾片正负极性相同。

6.根据权利要求4所述的叠瓦组件，其特征在于，所述第一长电池串至第三长电池串的最左侧尾片和最右侧尾片的极性为负，所述第四长电池串至第六长电池串的最左侧尾片和最右侧尾片的极性为正。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的叠瓦组件，其特征在于，所述小电池片均为直角片或均为倒角片。

8.根据权利要求3或5所述的叠瓦组件，其特征在于，所述汇流端引线具有冲孔。

9.根据权利要求8所述的叠瓦组件，其特征在于，所述冲孔的直径为5至10mm。