KR20200134328A - 양면 광전지 모듈 - Google Patents

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KR20200134328A
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아담 데트릭
주송 왕
나딤 하크
케빈 깁슨
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솔라리아 코포레이션
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Abstract

양면 광전지 모듈은, 전방 및 후방 표면들 둘 모두에 대하여 모듈의 효율을 최대화하도록 배열된 컴포넌트들을 갖는다. 불투명 부분은 모듈들의 후방 표면들 상에 배치되며, 다중-모듈 시스템의 수평 지지 바들과 정렬된다. 접합 박스들은 불투명 부분의 대향되는 단부들에 배열되며, 시스템 내의 인접한 모듈들을 결합한다.

Description

양면 광전지 모듈
관련 출원에 대한 상호 참조
본 정규 출원은, 2018년 04월 14일자로 출원된 미국 가특허 출원번호 제62/657,805호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 그 전체가 모든 목적들을 위해 본원에 참조로서 포함된다.
기술분야
본 출원은 양면 광전지 모듈들 및 시스템들에 관한 것이다.
광전지 디바이스들은 세계적인 에너지 생산에서 점점 더 중요한 엘리먼트가 되고 있다. 광전지 재료들을 생성하기 위한 기술들이 개선되고 규모의 경제가 나타남에 따라, 광전지 재료의 가격이 기하급수적으로 떨어지고 있으며, 이는 광전지 설비들을 다른 에너지 생산 기술들에 비해 점점 더 가격-경쟁력이 있게 만들고 있다.
광전지 디바이스의 높은 스케일러빌러티(scalability) 및 태양 방사의 보편적인 존재로 인하여, 광전지 에너지 생성은 개인적인 주거 및 상용 구조물들에 기여하는 소규모 설비들에 적합하다. 이러한 시나리오들에 있어서, 광전지 셀들은 전형적으로 개별적인 패널들 또는 모듈들로 배열되며, 모듈들 중 하나 이상이 태양 방사에 노출되는 영역에 설치된다. 모듈들은 태양 에너지를 전기로 변환하며, 이는 구조물의 에너지 수요를 공급하기 위하여 사용되거나, 장래의 사용을 위하여 저장되거나, 또는 전기적 그리드에 전달된다.
본 출원의 실시예들은 양면 광전지 모듈들에 관한 것이다. 양면 모듈들은 특성들은, 모듈들이 경험하는 다양한 광 강도 상황들에서 최적 성능을 촉진하는 단일 다이오드에 의한 각각의 구역에 대한 보호, 다수의 인접한 모듈들 사이의 케이블링을 감소시키거나 또는 제거하며 그 사이의 연결을 크게 단순화하는 모듈 프레임의 측면들 상에 배치되는 접합 박스(junction box)들, 및 모듈의 전방 및 후방 표면들의 면적 효율을 동시에 최대화하는 컴포넌트들의 매우 효율적인 구성을 포함한다.
도 1a 및 도 1b는 광전지 셀의 개별적인 전면 및 후면을 예시한다.
도 2a 및 도 2b는 스트립들로 분리된 광전지 셀의 개별적인 전면 및 후면을 예시한다.
도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 광전지 스트링(string)의 개별적인 전방 표면, 측면 표면 및 후방 표면을 예시한다.
도 4는 스트링 내의 중첩된 스트립들을 예시한다.
도 5는 3개의 구역들을 갖는 광전지 모듈의 간략화된 예시이다.
도 6은 어셈블리된 광전지 모듈을 예시한다.
도 7a 및 도 7b는 후방 전도성 리본의 개별적인 코팅된 표면 및 코팅되지 않은 표면을 예시한다.
도 8a 및 도 8b는 전방 전도성 리본의 개별적인 코팅된 표면 및 코팅되지 않은 표면을 예시한다.
도 9는 고정물(fixture) 상에 적층된 복수의 전도성 리본들을 예시한다.
도 10은 광전지 모듈의 분해도이다.
도 11은 광전지 모듈의 배면도이다.
도 12는 스트링의 말단 위에 접힌 전도성 리본을 예시한다.
도 13은 전도성 리본 구성을 예시한다.
도 14는 광전지 모듈의 컴포넌트들을 예시한다.
도 15는 광전지 모듈을 예시한다.
도 16은 양면 광전지 모듈의 일 실시예를 예시한다. 도 16a 내지 도 16d는 도 16의 확대된 세부사항들을 도시한다.
도 17은 양면 광전지 모듈의 일 실시예를 예시한다.
도 18은 양면 광전지 모듈의 실시예의 전방 사시도를 예시한다. 도 18a는 도 18의 모듈의 후방 평면도를 예시한다. 도 18b는 도 18의 모듈의 측면도를 예시한다. 도 18c는 도 18의 모듈의 전방 평면도를 예시한다.
도 19는 양면 광전지 모듈의 일 실시예의 전방 사시도를 예시한다. 도 19a는 도 19의 모듈의 전방 평면도를 예시한다. 도 19b는 도 19의 모듈의 후방 평면도를 예시한다.
도 20은 광전지 모듈에 대한 양면 셀의 일 실시예를 예시한다.
도 21은 광전지 모듈에 대한 양면 셀의 일 실시예를 예시한다.
도 22a 내지 도 22b는 각기 양면 광전지 모듈의 전방 및 후방 테스트 결과들을 예시한다.
도 23a 내지 도 23b는 각기 양면 광전지 모듈의 전방 및 후방 테스트 결과들을 예시한다.
도 24a 내지 도 24b는 각기 양면 광전지 모듈의 전방 및 후방 테스트 결과들을 예시한다.
도 25는 양면 광전지 모듈의 테스트 결과들을 예시한다.
도 26은 양면 광전지 모듈의 테스트 결과들을 예시한다.
도 27은 양면 광전지 모듈의 테스트 결과들을 예시한다.
도 28은 양면 광전지 모듈의 테스트 결과들을 예시한다.
실시예들의 상세한 설명이 이하에서 첨부된 도면들과 함께 제공된다. 본 개시의 범위는 오로지 청구항들에 의해서만 제한되며, 다수의 대안예들, 수정예들 및 등가물들을 포괄한다. 다양한 프로세스들의 단계들이 특정 순서로 제공되지만, 실시예들이 반드시 열거된 순서로 수행되는 것으로 제한되는 것은 아니다. 일부 실시예들에 있어서, 특정 동작들은 동시에 수행될 수 있거나, 설명된 순서와는 다른 순서로 수행될 수 있거나, 또는 전혀 수행되지 않을 수 있다.
다수의 특정 세부사항들이 다음의 설명에서 기술된다. 이러한 세부사항들은 특정 예들을 통해 본 개시의 범위의 철저한 이해를 촉진하기 위하여 제공되며, 실시예들은 이러한 특정 세부사항들 중 일부 또는 전부 없이 청구항들에 따라 실시될 수 있다. 따라서, 본 개시의 특정 실시예들은 예시적이며, 제한적이거나 또는 배타적으로 의도되지 않는다. 명료성을 위하여, 본 개시가 불필요하게 모호해지지 않도록 본 개시와 관련된 기술 분야에서 공지된 기술적 재료는 상세하게 설명되지 않는다.
광전지 모듈은, 모듈이 사용 중일 때 태양을 향하는 면 및 태양으로부터 멀어지도록 향하는 대향되는 면(side)을 갖는다는 것을 인식하는 것이 편리하다. 모듈은 임의의 배향으로 존재할 수 있지만, "상부", "상단" 전방" 및 "개구면"은 태양을 향한 면을 지칭하고 "하부", "하단", 및 "후방"은 대향되는 면을 지칭하는 배향을 기준으로 하는 것이 편리하다. 따라서, 다른 엘리먼트 위에 놓이는 것을 언급되는 엘리먼트는 그것이 위에 놓이는 엘리먼트보다 "상부" 면에 더 가까울 것이다.
이러한 도면은 광전지 셀의 일 예에 불과하며, 당업자는 도 1에 도시된 특정 실시예에 대한 다른 변형예들, 수정예들, 및 대안예들을 인식할 것이다.
도 1a에 예시된 PV 셀(100)의 표면은 태양 방사에 노출되는 광전지 재료를 노출시키는 셀(100)의 개구 영역이다. PV 셀들(100)의 다양한 실시예들에 있어서, 광전지 재료는 실리콘, 다결정질 실리콘, 단결정질 실리콘, 또는 당업계에서 공지된 바와 같은 다른 광전지 재료들일 수 있다.
솔라 셀(100)은, 각각이 그것의 전방 면 상에 버스 바(bar)(102)를 갖는 복수의 스트립들을 포함하는 것으로서 특징지어질 수 있다. 도 1a에 도시된 셀(100)이 챔퍼링된(chamfered) 코너들을 가지기 때문에, 스트립들 중 일부는 상이한 형상들을 갖는다. 셀(100)은 셀의 제 1 에지에 대하여 배치된 제 1 단부 스트립(104), 및 제 1 에지에 대향되는 셀의 제 2 에지 상에 배치된 제 2 단부 스트립(106)을 갖는다.
도 1a에 도시된 실시예에 있어서, 제 1 단부 스트립(104)은 각각의 외부 코너 상에 45-도 챔퍼(110)를 갖는다. 다른 실시예들은 다른 셀 형상들을 가질 수 있으며, 예를 들어, 일부 실시예들에 있어서, 셀(100)은 직각 코너들을 갖는 직사각형 셀이다.
3개의 직사각형 내부 스트립들(108)이 PV 셀(100)의 중심 부분에 배치된다. 도 1a에서 내부 스트립들(108)의 각각은 실질적으로 직사각형 형상, 및 전방 표면에 걸쳐 이어지는 버스 바(102)를 갖는다. 버스 바들(102)에 수직으로 배열된 복수의 얇은 전도성 핑거(finger)들(114)이 스트립들의 개구 표면 상에서 보일 수 있다.
제 2 단부 스트립(106)과 연관된 버스(102)는 좁은 스크라이브(scribe) 영역(112)에 의해 인접한 내부 스트립(108)과 연관된 버스 바(102)로부터 분리된다. 스크라이브 영역(112)은, 다양한 스트립들을 분리하기 위하여 셀이 커팅될 수 있는 영역이다.
도 1의 셀(100)에 있어서, 제 1 단부 스트립(104), 제 2 단부 스트립(106), 및 복수의 스트립들(108), 및 제 2 단부 스트립(106)은, 셀이 3개의 내부 스트립들(108)을 포함하여 총 5개의 스트립들로 분할되도록 셀(100) 내에서 서로 평행하게 배열된다.
일 실시예에 있어서, PV 셀(100)은 156 mm 플러스 또는 마이너스 2 mm의 폭 및 길이를 가지지만, 다른 실시예들이 가능하다.
도 1b는 도 1a의 PV 셀(100)의 후면을 도시한다. 복수의 후면 버스 바들(110)이 PV 셀(100)의 후면 상에 비대칭적으로 배열된다.
셀(100) 내에서, 복수의 스트립들(104, 106 및 108)은 서로 모놀리식적으로(monolithically) 연결된다. 본 출원의 실시예들에 있어서, 모놀리식 솔라 셀(100)은, 예를 들어, 기계적인 소잉(sawing) 또는 레이저 에너지를 사용하여 스트립들이 물리적으로 서로 분리되는 분리 또는 싱귤레이션(singulation) 프로세스를 겪는다. 스트립들은 그것의 버스 바들에서 PV 셀(100)을 분할함으로써 서로 분리될 수 있으며, 따라서 스트립의 각각의 면은 스트립의 에지에 위치된 버스 바를 갖는다.
도 2a는, 셀들을 복수의 개별적인 스트립들로 분리하는 분리 프로세스를 겪은 PV 셀(100)의 전방 사시도이다. 도 2a에 도시된 실시예에 있어서, 셀(100)은 제 1 및 제 2 단부 스트립들(104 및 106), 및 셀의 중간으로부터의 3개의 직사각형 스트립들(108)로 분리된다. 도 2b는 동일한 셀(100)의 배면도를 도시한다.
도 2a와 도 2b 사이에서, 각각의 스트립이 스트립의 각각의 면 상에 노출된 하나의 버스 바를 갖는다는 것이 명백하다. 제 1 단부 스트립(104)의 전방 면은 전방 버스 바(102)를 노출하며, 제 2 단부 스트립(106)의 전방 면은 다른 전방 버스 바(102)를 드러내고, 셀의 내부로부터의 스트립들(108)의 전방 면들의 각각은 하나의 에지 상에 전방 버스 바(102)를 갖는다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 스트립들의 후방 면(face)들 상에서, 매 스트립은 스트립의 에지에 기대어 하나의 후면(backside) 버스 바(110)를 갖는다. 제 1 및 제 2 단부 스트립들(104 및 106)에 대하여, 후면 버스 바들(110)은 챔퍼링된 에지에 대향되는 스트립들의 가장 긴 에지 상에 배치된다. 따라서, 제 1 및 제 2 단부 스트립들(104 및 106)은 실질적으로 동일한 특성을 갖는다. 유사하게, 내부 스트립들(108)의 각각은 다른 내부 스트립들(108)과 실질적으로 동일한 특성을 갖는다.
도 1a 내지 도 2b가 표준 크기의 셀(100)로부터 분리된 스트립들을 예시하지만, 다른 실시예들이 가능하다. 예를 들어, 임의의 커팅 없이 네트(net) 형상의 PV 스트립들을 제조하는 것 및 다양한 형상 및 크기의 셀로부터 PV 스트립들을 커팅하는 것이 가능하다.
전방 버스 바(102) 및 후방 버스 바(110)의 존재는 스트링으로의 개별적인 스트립들의 타일형(tiled) 배열을 가능하게 한다. 도 3a, 도 3b 및 도 3c는, 각기 적어도 하나의 다른 스트립에 긴 에지 상에서 연결되는 복수의 스트립들(302)을 포함하는 스트링(300)의 일 실시예를 예시한다. 도 3a는 스트링(300)의 전방 면을 도시하며, 도 3b는 스트링(300)의 후방 면을 도시하고, 도 3c는 스트링(300)의 측면도를 도시한다.
도 3a 내지 도 3c의 실시예에 있어서, 스트링(300)은 직렬로 결합된 17개의 스트립들(302)을 갖는다. 그러나, 스트링(300) 내의 스트립들(302)의 수는 상이한 실시예들 사이에서 변화할 수 있다. 예를 들어, 스트링(300)은 2개의 스트립들(302), 10개의 스트립들(302), 20개의 스트립들(302), 또는 50개의 스트립들(302)을 포함할 수 있다.
스트링(300) 내의 스트립들(302)의 수는 스트링의 전기적 특성에 영향을 준다. 스트립들(302)이 스트링(300)을 형성하기 위하여 직렬로 연결될 때, 개별적인 스트립의 전류는 전체 스트링에 대한 전류와 동일하지만, 각각의 스트립의 전압이 결합된다. 단순화된 예에 있어서, 각각의 스트립이 5 볼트 및 5 암페어로 동작하는 10개의 스트립들의 스트링은 50 볼트의 동작 전압 및 5 암페어의 동작 전류를 가질 것이다. 따라서, 스트립들(302)을 스트링들(300)로 배열하는 것은 광전지 재료의 전기적 특성을 적응시키는 것을 용이하게 한다.
도 3c에서 보여지는 바와 같이, 스트립들(302)은 스트링(300) 내에서 중첩형(overlapped) 또는 타일형 구성으로 배열된다. 더 상세하게, 스트링(300) 내의 스트립들(302)의 전방 버스 바들(304)은 인접한 스트립들의 후방 버스 바들(306)과 중첩하고 이에 전기적으로 그리고 기계적으로 결합된다. 실시예들에 있어서, 스트립들(302)은 전기 전도성 접착제(electrically conductive adhesive; ECA) 또는 금속성 솔더와 같은 재료에 의해 연결될 수 있다.
ECA는 스트링(300) 내에서 재료를 결합할 때 몇몇 이점들을 갖는다. ECA의 폴리머 성분들은 금속 재료들보다 더 높은 탄성을 제공하며, 이는 재료들이 접촉하고 팽창할 때 다양한 열적 상태들 하에서 기계적인 결합을 유지하는 것을 도울 수 있다. 다시 말해서, ECA는 메이팅(mate)된 재료들 사이의 열 팽창 계수(coefficient of thermal expansion; CTE) 불일치에 의해 초래되는 기계적 응력을 완화시킬 수 있다. ECA는 다양한 용매들에 용해될 수 있도록 제형화될 수 있으며, 이는 다양한 제조 프로세스들을 가능하게 한다. 이에 더하여, ECA 결합은 전형적으로, 예를 들어, 솔더 결합보다 더 탄력적이며, 따라서 ECA 결합은 어셈블리 동안 갈라지는 경향이 더 적다.
스트립들이 ECA에 의해 연결되는 실시예에 있어서, ECA는, 전도성 금속 입자들로 고 농도로(highly) 채워진 경화된 접착성 폴리머 제형일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 전도성 재료는 은이다. ECA는 열경화성 아크릴레이트 접착제일 수 있다. 접착제는, 경도 및 결합 강도를 제공하는 에폭시, 페놀-포름알데히드, 우레아-포름알데히드, 등과 같은 하나 이상의 경화 성분들을 가지고 개질될 수 있다. 일 예에 있어서, ECA는 저온 경화 1-파트 접착제이다.
스트립들(302)이 스트링(300) 내에서 직렬로 연결될 때, 스트링의 원위(far) 단부들에서 버스 바들이 노출된다. 다시 말해서, 스트링(300)의 중간의 스트립들(302)과는 달리, 스트링 내의 최외측 스트립들의 하나의 버스 바는 인접한 스트립에 연결되지만, 하나의 버스는 스트립에 연결되지 않는다. 그 대신에, 본 개시의 실시예들에 있어서, 최외측 스트립들(302)의 버스 바들은 전도성 리본들에 연결된다.
본 개시의 실시예들에 있어서, 시스템은, 이하의 표 1에 도시된 바와 같이, 셀 스트립 폭의 1/3, 1/4 또는 1/6에 대하여 1/5 스트립 폭을 사용한다.
[표 1]
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표 1에서, 폭은 셀로부터 커팅된 이후의 스트립의 폭을 나타낸다. 전류는 스트립이 생산하는 전류의 양이며, 이는 스트립의 크기에 직접적으로 비례한다. 핑거들은 스트립을 가로질러 전류를 운반하며, 셰이딩(shad)은 핑거들에 의해 그늘지는 스트립의 영역이다. 셀 사용은, 스트립들이 서로 중첩하지 않는 스트링 내의 영역의 양이다. 배치들의 수는 얼마나 많은 스트립들이 셀로부터 커팅되어 스트링 내에 위치되는지를 나타낸다. 필 팩터(fill factor)는 그것의 최대 전력 생산 가능성과 비교되는 스트링 내에 존재하는 광전지 재료의 효율이다.
일 예에 있어서, 모듈들은 통상적인 모듈과 유사한 전류 및 저항 특성들(Voc, Vmp, Isc, Imp, 전력)을 갖도록 구성된다. 그러나, 모듈들은 상이한 애플리케이션들에 대하여 상이한 특성들을 갖도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 실시예들에 따라 생성된 모듈들은 태양 추적 애플리케이션들에 대하여 더 낮은 전압 및 더 높은 전류를 갖도록 구성될 수 있으며, 모듈 전력 전자제품들과 인터페이스하는 주거용 모듈들에 대하여 더 높은 전압 및 더 낮은 전류를 갖도록 구성될 수 있다.
일 예에 있어서, 일 실시예는 31.2 mm 스트립 폭을 사용하며, 이는 표준 모듈과 유사한 전류 및 전압을 제공할 뿐만 아니라 모듈 특성을 최적화한다. 이는 실시예들이 표준 인버터들, 전자제품들, 및 기계적 특징들을 이용하는 것을 가능하게 한다.
도 3a는 스트링(300) 내의 최하부 스트립(302)의 노출된 전방 버스 바(304) 위의 전방 리본(308)을 도시한다. 도 3b에서 보여지는 바와 같이, 후방 전도성 리본(310)은 스트링(300)의 최상부 스트립(302)에서 후방 버스 바(306)를 커버한다. 후방 버스 바(306)는 스트립(302)의 후방 단자이며, 전방 버스 바(304)는 전방 단자이다. 전방 및 후방 리본들(308 및 310)의 각각은 개별적인 리본으로부터 돌출하는 2개의 탭들을 갖는다. 평면 배향 시에, 전방 리본(308)의 탭들은 스트링(300)으로부터 바깥쪽으로 연장하며, 반면 후방 리본(310)의 탭들은 후방 리본(310)이 부착되는 에지 스트립으로부터 스트링의 중간을 향해 안쪽으로 연장한다. 일 실시예에 있어서, 스트립(302)의 전방 표면은 양의 극성을 가지며, 후방 표면은 음의 극성을 갖는다. 그러나, 노출된 전방 개구 표면들이 음의 극성을 가지며 후방 표면이 양의 극성을 갖는 다른 실시예들이 가능하다.
도 4는 스트링(300) 내에서 2개의 인접한 스트립들(302)이 서로 연결되는 중첩된 조인트(joint)의 세부도를 도시한다. 스트립들(302)의 중첩된 개방 단부들은 엇갈림식(staggered) 프로파일을 가지며, 이는 PV 셀들이 2개의 별개의 동작들, 예를 들어, 커팅 동작 및 브레이킹(breaking) 동작을 사용하여 분리되는 분리 프로세스로부터 기인한다. 커팅 동작은 에지의 삽입 부분에 커프(kerf)를 야기할 수 있지만, 반면 브레이킹 동작은 커프를 초래하지 않아서 도 4에서 보일 수 있는 약간의 돌출부를 야기한다.
스트링(300) 내의 각각의 스트립(302)은 PV 재료(314)의 두께 및 지지(backing) 재료(316)의 두께를 갖는다. 다수의 통상적인 PV 셀들에 있어서, 지지 재료(316)는 알루미늄이지만, 실시예들은 이러한 재료로 한정되지는 않는다. 후방 버스 바(306)는 지지 재료(316)에 의해 노출되며, ECA(312)의 층은 후방 버스 바(306)를 중첩된 스트립(302) 상의 전방 버스 바(308)에 기계적으로 그리고 전기적으로 결합한다.
도 5는 복수의 구역들(318)로 배열된 복수의 스트링들(300)을 포함하는 광전지 장치의 간략화된 도면이다. 도 5에 의해 도시되는 특정 실시예에 있어서, 각각의 스트링(300)은 서로 직렬로 연결된 20개의 스트립들(302)을 갖는다. 각각의 스트링(300)은 병렬로 연결된 스트링들의 대향되는 단부들에 배치된 전기적 버스들(320)을 통해 5개의 추가적인 스트링들과 병렬로 연결되며, 따라서 총 6개의 스트링들이 병렬로 연결된다. 병렬로 연결된 스트링들(300)의 각각의 세트는 본원에서 "구역(zone)"(318)으로 지칭된다.
구역(318) 내의 스트링들(300)의 수는 다양한 실시예들 사이에서 변화할 수 있다. 예를 들어, 다른 실시예들은 구역(318) 내에 2개 내지 10개의 스트링들(300)을 가질 수 있다.
도 5에 도시된 실시예는 3개의 별개의 구역들(318)을 가지며, 각각의 구역은 개별적인 구역 내의 6개의 스트링들(300)에 병렬로 결합된 단일 다이오드(322)에 의해 보호된다. 통상적인 PV 모듈 배열들은 모두 서로 직렬로 연결된 다수의 셀들로 분할되며, 다이오드들은 직렬로 연결된 셀들의 서브-그룹들 사이에 주기적으로 배치된다. 이러한 통상적인 배열들에 있어서, 예를 들어, 셰이딩에 의해 단일 셀이 디세이블(disable)될 때, 동일한 다이오드에 결합된 모든 다른 셀들이 또한 디세이블된다. 다시 말해서, 통상적인 디바이스들에 있어서, 하나의 셀이 디세이블될 때, 디세이블된 셀을 보호하는 다이오드에 결합된 모든 셀들이 또한 디세이블된다.
그에 반해서, 도 5에 도시된 PV 디바이스는 더 양호한 성능을 갖는다. 각각의 다이오드(322)는 통상적인 디바이스들보다 훨씬 더 효율적인 방식으로 구역(318)을 보호한다. 통상적인 디바이스들과 마찬가지로, 제 1 스트링(300) 내의 하나 이상의 스트립(302)이 디세이블될 때, 제 1 스트링 내의 스트립들 모두가 디세이블되며, 전류는 다이오드(322)를 통해 흐른다. 그러나, 통상적인 디바이스들과는 달리, 동일한 구역(318) 내에 존재하며 임의의 디세이블된 스트립들(302)을 갖지 않는 모든 다른 스트링들(300)은 계속해서 정상적인 레벨의 에너지를 생산한다. 따라서, 본 출원의 실시예들에서 셰이딩에 기인하는 에너지 손실이 통상적인 디바이스들보다 훨씬 더 낮다.
도 6은 도 5에 도시된 광전지 컴포넌트들을 포함하는 PV 모듈(324)의 일 예를 도시한다. 더 구체적으로, 도 6에 도시된 PV 모듈(324)은 20개의 스트링들(300)을 가지며, 각각의 스트링(300)은 서로 직렬로 기계적으로 그리고 전기적으로 연결된 복수의 스트립들(302)을 포함한다.
다시 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 스트링(300)의 전방 버스 바(304)는 전방 리본(308)에 의해 커버되고, 후방 버스 바(306)는 후방 리본(310)에 의해 커버된다. 리본들은 전기적 버스들(320) 및 PV 스트링(300)의 개별적인 버스 바들 사이에 기계적으로 그리고 전기적으로 연결된다. 전도성 리본들은 통상적인 광전지 디바이스들에서 발견되지 않는 다수의 혁신적인 특징들을 갖는다. 이제 리본들의 특징들이 더 상세하게 설명될 것이다.
리본들
도 7a 및 도 7b는 전방 리본(700)의 개별적인 제 1 및 제 2 표면들의 일 실시예를 예시한다. 전방 리본은, 스트링(300)의 원위 단부 상에 배치될 수 있는 PV 스트립(302)의 전방 버스 바(304)에 부착되도록 구성될 수 있다. 어셈블리된 모듈(324)에서, 전도성 리본들은 PV 스트링(300)의 대향되는 단부들에 배치되며, PV 모듈의 배선과 광전지 엘리먼트들 사이에서 전기를 전도시킨다.
전방 리본은, 제 1 탭(702a) 및 제 2 탭(702b)으로서 지칭될 수 있는 2개의 탭들을 포함하는 단일 모놀리식 몸체이다. 탭들은 버스 인터페이스 부분(704)에 연결된다. 버스 인터페이스 부분(704)은 전방 버스 바(304)를 커버하는 형상을 갖는다.
전방 리본(700)이 부착되는 전방 버스 바(304)는 PV 스트립(302)의 태양을 향한 면 상에 배치되며, 따라서 스트립(302)이 PV 모듈(324) 내에 장착될 때 이것이 보일 수 있다. 따라서, 버스 인터페이스 부분(704)의 높이 및 폭은 전방 버스 바(304)의 노출된 표면보다 더 클 수 있고, 따라서, 리본의 버스 인터페이스(704)가 전방 버스 바에 부착될 때, 이는 어셈블리된 모듈 내에서 전방 버스 바(304)가 보이지 않도록 완전히 가린다. 특정 실시예에 있어서, 버스 인터페이스(704)의 폭은 버스 인터페이스가 부착되는 버스 바의 폭보다 50% 이상 더 크다. 버스 인터페이스 부분(704)의 형상은 직사각형일 수 있거나 또는 이것에 부착되는 버스 바의 형상에 대응하는 어떤 다른 형상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 전방 리본(700)은 비대칭 형상을 갖는다. 예를 들어, 도 7a 및 도 7b에서 보여지는 바와 같이, 2개의 탭들(702a 및 702b)은 서로 상이한 형상들을 갖는다. 구체적으로, 제 1 탭(702a)은 챔퍼인 비대칭적 엘리먼트(706)를 갖지만, 다른 실시예들에 있어서 둥근 단부 또는 코너와 같은 다른 형상들일 수 있다. 제 2 탭(702b)은 비대칭적 엘리먼트(706)를 갖지 않으며, 따라서 제 1 탭(702a)은 제 2 탭(702b)과는 상이한 형상을 갖는다. 결과적으로, 제 1 탭(702a)은 제 2 탭(702b)과 비대칭적이며, 전방 리본(700)은 대칭적인 임의의 평면을 갖지 않는다.
전방 리본(700)의 비대칭은 리본의 배향의 시각적인 표시기로서 역할한다. 다른 특징들과 무관하게, 짧은 시각적인 관찰로부터 비대칭 엘리먼트(706)의 위치에 기초하여 전방 리본(700)의 배향을 결정하는 것이 가능하다. 비대칭 엘리먼트(706)가 없으면, 본 개시의 실시예들에 따른 PV 모듈의 엘리먼트를 제조하는 다양한 단계들에서 어떠한 표면이 도 7a에 도시된 제 1 표면이고 어떠한 표면이 도 7b에 도시된 제 2 표면인지 결정하는 것이 어려울 수 있다.
전방 리본(700)이 전방 버스 바(304)에 부착되는 반면, 본 개시의 실시예들은 또한 PV 재료의 후방의 태양을 향하지 않는 면 상에 배치되는 후방 버스 바(306)에 부착되는 후방 리본(800)을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 전방 리본(700) 및 후방 리본(800)은 동일한 부품이다. 그러나, 후방 리본의 특정 제약들 및 환경은 전방 리본과는 상이할 수 있으며, 따라서, 전방 및 후방 단자들에 대하여 상이한 리본을 사용함으로써 달성될 수 있는 다수의 기술적 이점들이 존재한다.
도 8a 및 도 8b는, 이상에서 설명된 전방 리본(700)과는 상이한 특성들을 갖는 후방 리본(800)의 일 실시예를 예시한다. 후방 리본(800)은 버스 인터페이스(804)로부터 연장하는 제 1 및 제 2 탭들(802a 및 802b)을 가지며, 제 1 탭(802a)은 비대칭적 엘리먼트(806)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 전방 리본(700)의 탭들(702a 및 702b) 사이의 거리는 후방 리본(800)의 탭들(802a 및 802b) 사이의 거리보다 더 작다. 그러나, 다른 실시예들에 있어서, 탭들(702a 및 702b) 사이의 거리는 후방 리본(800)의 탭들(802a 및 802b) 사이의 거리보다 더 크다. 이러한 실시예들에 있어서, 후방 및 전방 리본들은, 병렬의 2개의 리본들의 탭들이 중첩하지 않기 때문에 시트 금속의 동일한 롤(roll)로부터 효율적으로 커팅될 수 있다. 따라서, 탭 간격이 전방 및 후방 리본들 사이에서 중첩하지 않는 실시예들은 상당한 재료, 시간 및 비용 절감을 야기한다.
이에 더하여, 전방 리본(700) 및 후방 리본(800)의 탭들 사이에 상이한 거리를 갖는 것은, 2개의 스트링들(300)이 서로 인접하여 배치되는 모듈의 효율적인 어셈블리를 용이하게 한다. 노출된 표면적의 단위 당 수집되는 태양 에너지의 양은 PV 모듈들에 대하여 중요한 특성이며, 특히 PV 모듈들의 크기 및 전자 인터페이스들이 점점 더 표준화됨에 따라 그러하다. 표면적 당 PV 모듈의 효율을 최대화하기 위하여, 본 개시의 실시예들은, PV 재료에 의해 점유되지 않은 태양을 향한 표면적의 양을 최소화하기 위하여 엔드-투-엔드(end-to-end)로 배열된 스트립들(300)을 포함한다. 이러한 배열을 용이하게 하기 위하여, 제 1 스트링(300)의 제 1 단부는 제 2 스트링의 제 2 단부에 근접하게 배열된다. 이러한 배열에 있어서, 후방 리본(800)에 비하여 전방 리본(700)의 탭들 사이에 상이한 간격을 갖는 것은 그렇지 않았다면 일어날 수 있었을 손상 및 전기적 단락을 방지한다.
일부 실시예들에 있어서, 버스 인터페이스(704)로부터 탭들이 연장하는 거리 또는 길이는 전방 및 후방 리본들 사이에서 상이하다. 예를 들어, 전방 리본(700)에 대한 탭 길이는 후방 리본(800)에 대한 탭 길이보다 더 길 수 있다. 일 실시예에 있어서, 심지어 탭들의 세트들 둘 모두가 유사한 크기의 버스 배선에 부착될 때에도, 전방 리본(700)에 대한 탭 길이들이 후방 리본(800)에 대한 탭 길이들보다 더 길기 때문에, 전방 리본은 이것이 부착되는 PV 스트립(302)의 에지 위로 굽혀질 수 있으며 그에 따라서 스트립이 PV 모듈(324) 내에 장착될 때 버스 배선을 시야(view)로부터 가릴 수 있다.
특정 실시예들에 있어서, 후방 리본 탭들(802)은 10 내지 20mm, 12 내지 17 mm, 또는 10 내지 15 mm만큼 버스 인터페이스(804)로부터 연장할 수 있다. 전방 리본 탭들(702)은 15 내지 30 mm, 15 내지 25 mm, 또는 15 내지 20 mm만큼 버스 인터페이스(704)로부터 연장할 수 있다. 전방 탭들(702)은 적어도 2mm만큼, 적어도 4mm만큼, 약 5mm만큼, 또는 5mm 이상 후방 탭들(802)보다 더 길 수 있다. 전방 및 후방 탭들의 폭들은 동일할 수 있으며, 3mm 내지 10mm, 4mm 내지 8mm, 또는 약 6mm일 수 있다. 후방 및 전방 리본들 사이의 다른 차이점들은 그들의 특징들의 후속 논의로부터 명백해질 것이다.
리본들은 PV 스트립들(302)에 의해 생성된 전기를 버스 배선으로 전도시킨다. 따라서, 리본들은 전기 전도성 재료들을 포함한다. PV 모듈들은 전형적으로 옥외에 설치되며, 매우 다양한 환경 조건들을 마주할 수 있고, 따라서, 부식에 저항하는 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
경도, 탄성률, 가단성(malleability), 및 열 팽창 계수(CTE)를 포함하는 전도성 리본에 대한 몇몇 재료 속성 고려사항들이 존재한다. 리본 재료는, 제조 프로세스 동안의 공구 세공(tooling)과의 상호작용에 의해 초래될 수 있는 스크래치들 및 가우지(gouge)들과 같은 표면 손상에 저항해야만 하며, 따라서, 구리와 같은 더 부드러운 전도성 재료들은 리본의 노출된 표면에 대하여 덜 바람직하다. 반면, 전방 리본(700)은 어셈블리 시에 스트립(302)의 에지 둘레로 굽혀지고 폴딩되며, 굽힘 반경이 스트립의 에지에 밀접하게 따르는(conform) 것이 바람직하다. 따라서, 상대적으로 타이트한 굽힘 반경이 바람직하며, 이는 구리와 같은 가단성 재료들에 의해 달성된다.
리본을 굽히기 위해 요구되는 힘의 양을 최소화하기 위하여 상대적으로 낮은 탄성률을 갖는 전도성 재료들이 바람직하다. 따라서, 전방 리본(700)의 일 실시예는, 이것이 핸들링 동안의 손상에 저항하기에 충분히 강하고 동시에 어셈블리 시에 수동으로 굽혀지기에 충분히 가단성이 있도록 열 처리될 수 있다. 리본 재료는, 얇은 버스 인터페이스에 의해 그래스핑(grasp)될 때 호일 몸체가 소성 변형을 겪지 않도록 하는 충분한 강도를 가질 수 있으며, 동시에 1.0 mm 미만의 코너 반경을 갖는 PV 재료의 코너 둘레에 수동으로 굽혀지기에 충분한 가단성을 가질 수 있다.
PV 모듈들은 다양한 환경적 조건들에 설치되며, 리본들은 광전지 재료들과 밀접하게 접촉한다. 모듈이 경험하는 열적 조건들은, 모듈의 외향 표면들이 모듈의 온도를 주변 공기 온도보다 훨씬 높게 증가시킬 수 있는 어두운 컬러일 때 강화될 수 있다. 따라서, 리본은 리본이 부착되는 광전지 스트립들의 재료의 CTE에 가까운 CTE를 갖는 것이 바람직하다.
경도, 전도율, 가단성, CTE 등의 경합하는 고려사항들 중 일부를 수용하기 위하여 전도성 리본은 코팅된 재료일 수 있다. 구체적으로, 본 개시의 일 실시예에 있어서, 전도성 리본은, 희망되는 인장 및 CTE 속성들을 유지하면서 표면 경도 및 산화 안정성을 부여하기 위하여 주석으로 도금된 구리 코어를 가질 수 있다. 더 구체적으로, 리본은 약 100 내지 150 마이크론의 두께를 갖는 구리 코어, 및 약 1 내지 5 마이크론의 주석 도금을 포함할 수 있다. 따라서, 리본 재료의 전체 두께는 일부 실시예들에서 약 100 내지 150 마이크론 사이일 수 있다.
전방 리본(700)의 외향 표면의 적어도 일 부분은 코팅(708)으로 코팅된다. 코팅(708)은, 일관적이고 균일한 외관을 제공하기 위하여 PV 모듈의 다른 컴포넌트들과 매칭되도록 선택된 미리 결정된 컬러를 갖는 불투명 재료일 수 있다.
전방 전도성 리본(700)의 버스 인터페이스(704)는, 이것이 PV 모듈의 가시적인 엘리먼트가 되도록 모듈의 태양을 향한 면 상에 배향된다. 따라서, 전방 리본(700)의 외향 표면은 불투명 코팅(708)을 갖는다. 유사하게, PV 모듈이 어셈블리될 때, 탭들(702a 및 702b)의 부분들은 모듈의 태양을 향한 면에 노출되며, 어셈블리된 모듈 내에서 보일 수 있다. 따라서, 코팅(708)은 버스 인터페이스 부분(704)에 인접한 탭들의 부분 위로 연장한다. 그러나, 일 실시예에 있어서, 탭들(702a 및 702b)의 단부들은 리본이 부착되는 PV 재료 뒤에 배치되며, 따라서 이들은 어셈블리된 모듈 내에서 시야로부터 숨겨진다. 이러한 실시예에 있어서, 전방 리본(700)의 탭들의 단부들을 코팅하는 것이 필수적인 것은 아니다.
다양한 실시예들에 있어서, 코팅 재료(708)는 몇몇 상이한 특성들을 가질 수 있다. 코팅(708)은 전도성 리본들의 외부 표면 재료에 용이하게 부착되어야만 한다. PV 모듈들이 전형적으로 직접적인 태양광에 노출되기 때문에, 코팅(708)은 양호한 UV 안정성, 바람직하게는, 20 년 이상의 지속기간 동안 갈라짐 및 페이딩(fading)에 저항하는 UV 안정성을 가져야만 한다. 잠재적인 단락 조건들을 최소화하기 위하여, 코팅(708)에 대한 재료는 수십 마이크론의 두께에서 유효한 전기적 절연을 제공하기에 충분한 유전체 속성들을 가질 수 있다.
어셈블리의 프로세스에서, 전도성 리본들은 다양한 환경적 조건들에 노출되며, 따라서 이러한 조건들 하에서 안정적인 재료들을 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 라미네이션(lamination) 프로세스들의 온도는 150℃에 도달하거나 또는 이를 초과할 수 있으며, 솔더링 프로세스들은 250℃에 도달하거나 또는 이를 초과할 수 있고, 따라서 250℃에서 안정적인 코팅(708)에 대한 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
이에 더하여, ECA(312)와 같은 전도성 리본에 근접한 재료들 내에 다양한 화학물질들이 존재한다. 따라서, 코팅(708)에 대한 재료는 경화되지 않은 ECA(312)에 존재하는 용매들 및 폴리머들과 양립이 가능해야 할 수 있다. 하나의 특정 실시예에 있어서, 코팅(708)은 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate; EVA)와 고도로 양립이 가능할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 코팅(708)은 솔더 플러그의 전형적인 성분들과 양립할 수 있다.
코팅(708) 재료는 액체 또는 파우더 형태로 적용되는 폴리머 재료일 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 폴리머는 촉매 폴리머(catalytic polymer) 또는 용매 내에 용해된 폴리머이다. 일부 실시예들에 있어서, 코팅(708)은 액체 폴리머 페인트이다. 다른 실시예들에 있어서, 코팅은 접착제 또는 용매 본드와 함께 리본에 적용되는 유색 시트 재료일 수 있다.
도 8a에서 보여지는 바와 같이, 일 실시예에 있어서, 후방 리본(800)이 코팅(808)을 갖는다. 도 8a의 실시예는 코팅되지만, 다른 실시예들에 있어서, 후방 리본(800)이 코팅되지 않는다.
본 개시의 도면들에 도시된 실시예들에 있어서, 후방 리본(800)은 완전히 PV 스트링들(300) 뒤에 배치된다. 따라서, 후방 리본(800)은 PV 모듈의 가시적인 엘리먼트가 아닐 수 있다.
전도성 리본들을 제조하는 프로세스에서, 전방 리본들(700) 및 후방 리본들(800)은 동일한 재료의 시트로부터 커팅되거나 또는 압인(stamp)될 수 있다. 각각의 PV 스트링(300)은 후면 버스 바를 갖는 제 1 단부 및 전면 버스 바로 끝나는 제 2 단부를 가지며, 따라서 각각의 PV 스트링은 하나의 전방 리본(700) 및 하나의 후방 리본(800)을 사용한다. 이러한 프로세스에 있어서, 후방 전도성 리본들(800)의 양은 전방 전도성 리본들(700)의 수와 동일하다.
전방 리본들(700)이 미리 결정된 두께까지 코팅되는 실시예에 있어서, 후방 리본들(800)은 후방 리본들이 전방 리본들과 동일한 두께를 가지도록 코팅될 수 있다. 이에 더하여, 코팅들은, 리본들이 고정물 상에 적층될 때 리본들이 실질적으로 수평이 되게 하는 방식으로 적용될 수 있다. 구체적으로, 리본들은 탭들뿐만 아니라 버스 인터페이스에 적용되는 코팅 재료를 가질 수 있다. 버스 인터페이스는 코팅되지만 탭들은 코팅되지 않을 때, 리본의 탭 부분의 두께는 버스 인터페이스의 두께보다 더 작으며, 이러한 전도성 리본들의 스택은 평평하지 않고 수평이 아닐 것이다.
도 9는 고정물(900) 상에 적층된 복수의 후방 전도성 리본들(800)의 일 실시예를 예시한다. 도 9에 도시된 실시예에 있어서, 복수의 후방 리본들(800)은 고정물 상에 평평하게 놓인다. 평면 배향을 달성하기 위하여, 버스 인터페이스(804)의 두께는 탭들(802)의 두께와 동일해야만 한다. 본 개시의 실시예들은 버스 인터페이스(804) 및 탭들(802) 둘 모두 상에 배치되는 전도성 돌출부들을 가지며, 코팅(808)은 탭들(802) 및 버스 인터페이스(804) 둘 모두 상에 배치된다. 이에 더하여, 후방 리본(800)의 하나의 면 상의 코팅(808)은 후방 리본의 대향되는 면 상의 전도성 돌출부들(810)과 정렬된다. 따라서, 복수의 후방 리본들이 고정물(900) 상에 평평하게 놓인다.
예시되지는 않았지만, 전방 리본들(700)은 마찬가지로 대향되는 면들 상에서 코팅(708)의 부분들과 정렬되는 전도성 돌출부들(710)을 가지며, 따라서 이들은 적층될 때 수평이다. 전방 리본들(700)은 후방 리본들(800)과 동일한 고정물(900) 상에 적층될 수 있거나, 또는 각각의 리본 유형에 대하여 상이한 고정물들이 사용될 수 있다.
전도성 리본들의 수평 스택은 몇몇 이점들을 갖는다. 수평 스택은, 이송되거나 또는 핸들링될 때 전도성 리본들이 손상될 기회를 감소시킨다. 전도성 리본들의 수평 스택은 자동 및 수동 어셈블리 프로세스들에 대하여 안정적이고 예측할 수 있는 표면을 제공한다. 이에 더하여, 전도성 리본들을 적층하는 것은 제조 프로세스에서 복수의 고정물들을 저장하고 이송하기 위한 효율적인 방식이다.
일 실시예에 있어서, 전방 및 후방 리본들은 동일한 고정물 상에 적층될 수 있다. 동일한 수의 전방 및 후방 전도성 리본들이 고정물 상에 적층되는 것을 보장하기 위하여, 전방 및 후방 리본들이 동일한 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이에 더하여, 동일한 고정물 상에 후방 및 전방 리본들에 대하여 동일한 스택 높이를 갖는 것이 동일한 고정물로부터 리본들 둘 모두를 픽업하는 자동화 프로세스들을 용이하게 한다.
도 7b에서 보여지는 바와 같이, 전방 리본(700)의 일 실시예는 복수의 전도성 돌출부들(710)을 포함한다. 전도성 돌출부들(710)은, 리본의 코팅된 면에 대향되는 PV 스트링(300)의 전방 버스 바(304)에 결합된 전방 리본의 면으로부터 돌출한다.
이상에서 논의된 바와 같이, ECA(312)는 전도성 리본들을 PV 스트립들(302)의 버스들에 전기적으로 결합하기 위하여 사용될 수 있다. 그러나, 전도성 인터페이스로서 ECA(312)의 몇몇 잠재적인 제한들이 존재한다. 접착제들은 전형적으로 전기를 전도시키지 않는 유기 재료들이다. 그 대신에, 대부분의 ECA들은 ECA 내에 내장된 금속 입자들로부터 그들의 전도성 속성들을 얻는다. 금속 입자들이 접착 속성들을 결여하기 때문에, ECA는 전형적으로 전도율과 접착력 사이의 절충을 나타낸다. 금속 입자들의 함량이 높을수록 전도율이 증가하지만, 접착 강도가 감소한다.
ECA 재료들과 연관된 다른 잠재적인 문제는 ECA 재료에 의해 제공되는 장벽 속성들과 관련된다. 전도성 리본들에 대하여 적절한 다수의 전도성 금속 재료들은 또한 산화를 겪기 쉬우며, 이는 전도율을 감소시킨다. PV 모듈들이 잠재적으로 다양한 환경적인 조건들을 겪으며 20년 이상의 예상된 수명을 가지기 때문에, 전도성 리본들 및 버스들의 금속 재료들을 ECA를 통해 산화되는 것이 가능하다. 산소가 ECA 내의 공극들을 통해 도입될 수 있거나, 또는 ECA가 시간의 경과에 따라 열화됨에 따라 ECA 자체로부터 릴리즈될 수 있다.
전도성 돌출부들(710)은 이상에서 설명된 ECA 결합의 단점들 중 일부를 완화한다. 전도성 돌출부들(710)은 전방 리본(700)의 표면으로부터 바깥쪽으로 연장하며, 이들이 부착되는 버스 재료와 직접적으로 접촉하거나 또는 전도성 리본과 버스 사이의 ECA의 두께를 감소시킨다. 다시 말해서, 전도성 돌출부들(710)은 전방 리본(700)과 버스 사이의 ECA의 양을 제거하거나 또는 감소시키며, 이는 리본과 버스 사이의 전도율을 증가시키고 버스 및 리본 재료들의 산화의 가능성 및 영향을 감소시킨다.
이에 더하여, 전도성 돌출부들은 전도성 접촉 표면의 표면적을 증가시키며, 이는 접착력 및 전도율 둘 모두를 향상시킬 수 있다. 그러나, 일부 재료 조합들에 대하여, ECA와 전도성 돌출부들 사이의 결합은 ECA와 전도성 리본 표면 재료 사이의 결합보다 덜할 수 있다.
전도성 돌출부들(710)은 높은 정도의 전도율을 갖는 금속 재료, 예컨대 은, 구리, 금 또는 알루미늄일 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 돌출부들(710)은 전방 리본의 표면으로부터 2 내지 20 마이크론, 2 내지 15 마이크론, 또는 5 내지 10 마이크론만큼 돌출할 수 있다.
도 7b에서 보여지는 바와 같이, 전도성 돌출부들(710)은 미리 결정된 패턴으로 배열된다. 구체적으로, 복수의 전도성 돌출부들(710)은 교번하는 오프셋 패턴으로 버스 인터페이스(704)를 따라 배치된다. 이에 더하여, 복수의 전도성 돌출부들(710)은, 탭들이 버스 배선에 결합되는 탭들을 따른 지점에서 제 1 및 제 2 탭들(702a 및 702b)의 각각 상에 배치될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에 있어서, 전도성 돌출부들(710)은 버스 배선에 결합되지 않은 탭들(702)의 부분 또는 면 상에 배치된다. 이러한 실시예에 있어서, 전도성 돌출부들(710)은, 고정물 상에 적층되거나 또는 실릴 때 하나 이상의 전방 리본들(700)이 평평하게 놓이도록 탭들(702) 상에 존재할 수 있다.
전도성 돌출부들(710)의 패턴은 버스 인터페이스(704)의 전체 길이에 걸쳐 연장하지 않을 수 있다. 도 7b에 도시된 실시예에 있어서, 버스 인터페이스(704)는 그것의 원위 단부들에 알몸의(bare) 패치(patch)들을 갖는다. 버스 인터페이스(704)의 단부들의 노출된 부분들의 길이는 돌출부들의 패턴에서 인접한 전도성 돌출부들(710) 사이의 거리보다 더 크다. 다양한 실시예들에 있어서, 버스 인터페이스(704)는, 인접한 전도성 돌출부들(710) 사이의 거리의 적어도 5배, 10배 또는 20배인 폭을 갖는 하나 이상의 알몸의 노출된 부분을 가질 수 있다. 알몸의 패치들은, 전도성 리본(700)의 재료가 전도성 돌출부들(710)의 재료보다 ECA(312)에 대해 더 큰 접착 강도를 가질 때 접착력을 향상시킬 수 있다.
전도성 돌출부들(710)에 의해 점유되는 버스 인터페이스 부분(704)의 총 표면적은 버스 인터페이스(704)의 표면적의 상당한 부분일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에 있어서, 전도성 돌출부들(710)은 버스 인터페이스(704)의 표면적의 10%, 25%, 또는 50% 이상을 차지할 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 전도성 돌출부들(710)의 직경 또는 높이는 버스 인터페이스(704)의 폭의 25% 이상 또는 50% 이상일 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 전도성 돌출부들(710)은 전도성 리본들 상에 존재하지 않는다. 다른 실시예들에 있어서, 전도성 리본들 상에 배치된 전도성 돌출부들(710)은 버스 배선과 같은 다른 전도성 엘리먼트들과 리본 탭들 사이의 일부 연결들 상에 존재하지 않는다. ECA 인터페이스의 단점들 중 일부는, 접착제의 장벽 속성들을 향상시킴으로써, 접착제 제형 내에 환원제를 제공함으로써, 높은 전도성의 ECA를 제형화함으로써, 전도성 리본들의 표면들을 패시베이팅(passivate)함으로써, 등에 의해 극복될 수 있다.
ECA 대신에 금속 솔더 재료가 사용될 수 있지만, 금속 솔더에 의해 생성되는 결합은 리본과 버스 사이의 CTE 불일치에 의해 훼손될 수 있다. 따라서, 솔더 결합들은 동일한 재료들 또는 유사한 CTE들을 갖는 재료들을 결합하는데 더 적합하며, 반면 ECA는, 결합되는 재료들 사이에 상당한 CTE 불일치가 존재할 때 또는 재료들 중 하나가 솔더링 온도에서 열화될 때 더 적절하다.
도 8b에서 보여지는 바와 같이, 후방 전도성 리본(800)은, 이상에서 논의된 전방 전도성 리본(700)의 돌출부들(710)과 동일한 특성들을 가질 수 있는 복수의 전도성 돌출부들(810)을 갖는다. 예를 들어, 복수의 전도성 돌출부들(810)은, 탭들이 버스 배선에 결합되는 탭들을 따른 지점에서 제 1 및 제 2 탭들(802a 및 802b)의 각각 상에 배치될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에 있어서, 전도성 돌출부들(810)은 버스 배선에 결합되지 않은 탭들(802)의 부분 또는 면 상에 배치된다. 이러한 실시예에 있어서, 전도성 돌출부들(810)은, 고정물 상에 적층되거나 또는 실릴 때 하나 이상의 전방 리본들(800)이 평평하게 놓이도록 탭들(802) 상에 존재할 수 있다. 전도성 돌출부들은 은 또는 구리와 같은 전도성 금속 재료일 수 있다.
PV 패널들과 내부 버싱(bussing) 사이에 강하고 신뢰할 수 있는 전기적 및 기계적 연결을 생성하기 위하여, 전도성 리본은 높은 정도의 평탄도(flatness) 및 직진성(straightness)을 가져야만 한다. 0.1 mm만큼 낮은 평탄도 및 위로 휨(camber)의 편차가 리본 어셈블리 및 성능에 측정할 수 있는 부정적인 영향을 가질 수 있다. 따라서, 제조 프로세스에서 리본들의 핸들링을 최소화하기 위하여 주의가 기울여져야만 한다. 핸들링이 최소화되는 하나의 방식은 동일한 구조물 상에 전방 및 후방 리본들(700 및 800)의 복수의 쌍들을 적층하는 것에 의하는 것이다.
전도성 돌출부들이 리본 상에 존재할 때, 돌출부들은, 예를 들어, 사용시에 또는 어셈블리 동안 리본이 열에 노출될 때 리본이 뒤틀리게끔 할 수 있다. 전도성 돌출부들에 의해 초래되는 뒤틀림(warpage)은 전도성 리본의 성능을 훼손하기에 충분할 수 있다. 그러나, 뒤틀림은 전도성 리본의 대향되는 면에 코팅 재료를 적용함으로써 제한될 수 있다.
예를 들어, 이는, 탭들(802) 상의 코팅(808)이 전도성 리본(800)의 다른 면 상의 전도성 돌출부들(810)의 위치에 정반대로 배치되는 도 8a 내지 도 8b를 비교하는 것으로부터 명백하다. 유사하게, 버스 인터페이스(804)의 제 1 표면은 복수의 전도성 돌출부들(810)을 가지며, 반면 버스 인터페이스(804)의 대향되는 제 2 표면은 코팅(808)으로 커버된다. 일 실시예에 있어서, 코팅(808)은, 그렇지 않았다면 전도성 돌출부들이 형성될 때 발생했을 뒤틀림을 방지하기 위하여 전도성 돌출부들(810)이 적용되기 이전에 리본에 적용된다. 따라서, 코팅(808)은 몇몇 기술적 이점들을 제공한다.
도 10은 전도성 리본을 형성하기 위한 프로세스(1000)의 일 실시예를 예시한다. S1002에서, 약 100 내지 150 마이크론의 두께를 갖는 평면 호일을 생성하기 위하여 구리 와이어 또는 플레이트가 롤링(roll)된다. S1004에서, 호일은, PV 모듈을 어셈블리할 때 의도하지 않은 소성 변형을 최소화하기에 충분한 강도를 유지하면서 탭들의 형상이 원위 에지의 코너의 형상을 밀접하게 따르도록 하기 위하여 호일이 스트링의 원위 에지 둘레로 탭들을 굽히기에 적절한 굴곡 탄성률(flexural modulus)을 갖도록 열 처리될 수 있다.
S1006에서, 구리 호일은 핫 딥(hot dip) 또는 전기도금 프로세스에 의해 코팅되며, S1008에서 트리밍(trim)되고 릴(reel) 상으로 롤링된다. S1010에서, 호일 릴은 네트 형상의 e-리본들을 펀칭(punch)하는 압인 기계로 공급된다. 기계는 릴 상의 호일의 동일한 부분으로부터 전방 및 후방 리본 쌍 형상들을 동시에 펀칭할 수 있으며, 전도성 리본들은 이들이 호일에 부착된 채로 남아있도록 압인될 수 있다.
그런 다음, S1012에서, 릴은, 호일에 부착된 리본들의 하나의 면에 코팅을 적용하는 코팅 장치로 공급된다. 코팅이 전방 및 후방 리본들 둘 모두에 적용될 수 있다. 그런 다음, S1014에서, 전도성 돌출부들이 호일의 대향되는 면에 적용된다. 전도성 돌출부들은 호일의 표면 상으로 전도성 금속을 용융시킴으로써 적용될 수 있다. 그런 다음, S1016에서, 호일은 롤러들의 교정(straightening) 세트를 통과할 수 있으며, 그런 다음 릴로부터 후방 및 전방 리본을 분리하는 펀치로 전달될 수 있다. 그런 다음, S1018에서, 개별적인 e-리본들이 선적 및 스트링거(stringer)들 내로의 삽입을 위하여 고정물들 상에 적층된다.
어셈블리된 모듈
도 11은 PV 모듈(1100)의 일 실시예의 컴포넌트들의 배향(back-facing) 도면을 예시한다. PV 모듈(1100)의 외부 표면은 유리 패널(1102)이며, 반투명 라미네이트 재료(1004)가 유리 패널과 PV 엘리먼트들의 개구면 사이에 배치된다. 일 실시예에 있어서, 라미네이트 재료(1104)는, PV 모듈(1100)이 어셈블리될 때 PV 엘리먼트들을 밀봉(seal)하는 EVA 필름의 시트이다. PV 모듈이 어셈블리될 때, 라미네이트가 인접한 컴포넌트들을 밀봉하고 이에 결합하도록 열 및 압력이 도 11에 도시된 모듈의 컴포넌트들에 인가될 수 있다.
PV 엘리먼트들은 라미네이트(1104) 바로 아래에 배치된다. 본 개시의 일 실시예에 있어서, PV 엘리먼트들은 복수의 스트링들(300)이며, 이들의 각각은 대응하는 복수의 스트립들(302)을 포함한다. 스트링들(300)의 각각은 스트링의 제 1 단부 상에 배치된 전방 리본(700) 및 스트링의 대향되는 제 2 단부 상에 배치된 후방 리본(800)을 갖는다.
버스 배선(1106)이 복수의 스트링들(300) 뒤에 배치된다. 버스 배선(1106)은 PV 스트링들(300)의 전방 및 후방 단자들을 PV 모듈의 회로부(circuitry)에 연결한다. 본 실시예들이 평면 버스 배선(1106)을 사용하지만, 다른 실시예들은 다른 와이어 형상들을 사용할 수 있다.
PV 모듈(1100)의 전도성 엘리먼트들 사이의 전기적 단락들을 방지하기 위하여 복수의 절연 패치들(1108)이 PV 재료와 평면 버스 배선(1106) 사이에 배치된다. 제 2 반투명 엘리먼트(1004)가 버스 배선(1106)과 절연 패치들(1108) 뒤에 배치되며, PV 모듈의 외부 지지 표면을 형성하는 후방 시트(1110)가 이어진다.
도 12는 PV 모듈(1100)의 배면도를 예시한다. 도 12의 실시예에서 보여지는 바와 같이, 5개의 PV 스트링들(300)이 4개의 별개의 구역들(318)을 형성하기 위하여 서로 병렬로 배열된다. 각 구역(318)의 PV 스트링들(300)의 각각은 서로 정렬되고 동일한 버스 와이어(1106)에 공통적으로 결합된 대향되는 단자 단부들을 갖는다. 구역들은, 하나의 구역(318)의 전방 단자가 인접한 구역의 후방 단자에 인접하도록 배열된다.
예를 들어, 도 12의 좌측 하단 섹터의 구역의 전방 단자 단부는, 도면에 표시된 X 방향 또는 좌측 상단 섹터의 구역의 후방 단자에 바로 인접한다. 유사하게, 각각의 구역(318)의 후방 및 전방 단자 단부들은 Y 방향에서 인접한 구역의 배향에 반대되는 배향이다. 결과적으로, 각 구역(318)의 각각의 단자 단부는 반대 극성을 갖는 다른 구역의 단자 단부에 인접한다.
도 13은 도 12의 섹션 A의 세부도이며, 본 개시의 일 실시예에 따른 PV 스트링(300)의 PV 스트립(302)의 전방 단자 단부를 도시한다. 전방 리본(700)의 버스 인터페이스 부분(704)은 ECA(312)의 층을 통해 전방 버스 바(304)에 결합된다. 전방 리본(700)의 탭들(702)은 1.0 mm 이하 또는 0.5mm 내지 2.0mm 사이일 수 있는 미리 결정된 거리만큼 PV 스트립(302)의 에지를 지나 연장한다. 미리 결정된 거리에 의해 생성되는 간극은 PV 재료에 대한 손상을 방지할 수 있다.
일 실시예에 있어서, PV 스트립(302)의 에지 위로 전방 리본(700)의 굽힘을 형성하기 위하여 툴이 사용된다. 툴은, 탭들이 굽혀질 때 ECA 결합이 훼손되지 않도록 리본 재료를 제 위치에 고정하면서 미리 결정된 간극이 제공되는 것을 보장할 수 있다. 탭들은, 이들이 리본(700)의 평면 배향에 비하여 반대 방향으로 연장하도록 평면 배향으로부터 180도 굽혀질 수 있다.
불투명 코팅 재료(708)는, PV 모듈(1000)이 어셈블리될 때 보일 수 있는 전방 리본(700)의 외향 부분들 상에 존재한다. 전방 리본의 전체 버스 인터페이스 부분(704)은 불투명 코팅(708)으로 코팅된다. 이에 더하여, 탭들(702)의 부분들은, 탭들의 코팅된 부분이 버스 인터페이스(704) 위의 코팅에 인접하도록 코팅(708)으로 코팅된다. 코팅된 탭들(702)의 부분들은 PV 스트립(302)의 에지 위로 폴딩되는 부분들이다. 전도성 리본(700)의 이러한 영역들 내에 코팅 재료가 존재하는 일 실시예에 있어서, 어셈블리된 PV 모듈(1000) 내에서 전도성 리본의 반사성 표면들이 가시적이지 않다.
절연 패치(1108)는 전방 리본(700)의 내부 표면과 PV 스트립(300)의 후면 표면 사이에 배치된다. 절연 패치(1108)는 EVA와 같은 접착제 또는 라미네이트 재료에 의해 PV 스트립(302)의 후면 표면에 고정될 수 있다. 도 12에 도시된 실시예에 있어서, 버스 인터페이스(704)의 표면으로부터 연장하는 전도성 돌출부들(710)은 PV 스트립(302)의 전방 버스 바(304)와 정렬되며, 전방 리본(700)과 PV 스트립 사이에 저 저항 연결을 제공한다. 그에 반해서, 탭들(702) 상의 전도성 돌출부들(710)은 절연 패치(1008)를 향해 안쪽으로 향한다. 따라서, 도 12에 도시된 실시예들에 있어서, 탭들(704) 상의 전도성 돌출부들(710)은 PV 스트립(302)의 버스와 리본(700) 사이의 전도성 경로 내에 있지 않다.
다시 도 12를 참조하면, 모듈의 상단 에지 상의 PV 스트링들(300)의 외부 에지들 상에 배치된 전방 리본들(700)의 탭들(702)은 제 1 평면 버스 와이어(1106)에 연결된다. 유사하게, 상단 에지를 따른 후방 리본들(800)의 탭들(802)은 제 2 버스 와이어(1106)에 결합된다. 그에 반해서, 모듈(1100)의 하단 에지를 따라 배치된 개별적인 전방 및 후방 리본들(700 및 800)의 탭들(702 및 802)은 공통적으로 동일한 버스 와이어(1106)에 결합된다. 유사하게, 인접한 구역들(318)의 인접한 에지들의 전방 리본들(700) 및 후방 리본들(800)은 공통적으로 동일한 버스 와이어(1106)에 결합된다.
전방 및 후방 리본들의 탭들과 버스 배선(1006) 사이의 연결은 ECA 연결 또는 솔더 연결일 수 있다. ECA 연결이 존재할 때, 탭들 상에 배치된 전도성 돌출부들은 ECA 재료와 정렬될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 전도성 리본의 탭들 상의 전도성 돌출부들은 동일한 리본의 버스 인터페이스 부분 상의 전도성 돌출부들로부터 리본의 대향되는 면 상에 존재할 수 있다. 다시 말해서, 리본의 탭들 상의 전도성 돌출부들은 리본의 버스 인터페이스 상의 전도성 리본들로부터 대향되는 면 상에 존재할 수 있다.
도 14는 도 12의 섹션 B의 세부도이며, 인접한 PV 스트링들(300)에 대한 리본 구성들을 도시한다. 후방 리본(800)의 버스 인터페이스(804)는, 후방 리본의 코팅된 표면이 PV 재료의 후방 면으로부터 바깥쪽으로 향하도록 에지 스트립(302)의 후방 버스 바(306)에 결합된다. 절연 패치(1108)는 PV 재료의 후방 표면에 결합되며, EVA와 같은 접착제 또는 라미네이트 재료에 의해 유지될 수 있다.
후방 리본(800)의 탭들(802)은 버스 인터페이스(804)로부터 멀어지도록 연장하며, 절연 패치(1008) 위로 폴딩되고, 버스 배선(1106)에 결합된다. 전방 리본(700)의 탭들(702)은, 이들이 부착된 스트립(302)의 전방으로부터 후방 리본(800)이 부착된 스트립(302)의 후방 표면으로 폴딩된다.
따라서, 제 1 스트링(300)에 부착된 후방 리본(800)의 탭들(802)은 제 1 스트립에 인접한 제 2 스트링(300)의 전방 리본(700)의 탭들(702)과 평행하게 정렬된다. 따라서, PV 스트링들(300)의 대향되는 단자들이 서로 인접하는 실시예에 있어서, 개별적인 전도성 리본들의 탭들은 동일한 방향으로 라우팅(route)되고, 동일한 버스 와이어(1006)에 공통적으로 결합된다.
더 상세하게, 전방 리본(700)의 탭들(702)은, 이들이 어셈블리 내에서 후방 리본(800)의 굽혀지지 않은 탭들(802)에 평행하게 배열되도록 2개의 대향되는 90 도 굴곡부(bend)들을 갖는다. 이러한 배향에서, 전방 및 후방 리본들 둘 모두는 서로 근접하여 동일한 버스 와이어(1006)에 연결될 수 있다. 연결은 솔더 연결 또는 ECA 연결일 수 있다.
불투명 코팅(808)은 후방 리본(800)의 탭들(802) 및 버스 인터페이스(804)의 노출된 표면 상에서 보일 수 있다. 전도성 돌출부들(710)은 전방 리본(700)의 탭들(702)의 노출된 면으로부터 바깥쪽으로 돌출하며, 반면 후방 리본(800)의 탭들(802) 상의 전도성 돌출부들(810)은 절연 패치(1008) 내로 향한다. 도 14에는 도시되지 않았지만, 버스 와이어(1006)에 결합된 전방 리본 탭(702)의 표면은 코팅되지 않는다.
인접한 스트링들(300) 사이에 간극이 존재한다. 간극은 온도 변동으로부터의 치수 변화들, 예를 들어, 라미네이션 프로세스 동안의 PV 재료의 팽창을 수용할 수 있다. 전방 탭(702)의 일 부분이 스트링들 사이의 간극을 가로질러 통과하지만, 그 탭의 그 부분이 불투명 코팅 재료(710)로 코팅될 때, 어떠한 반사성 표면들도 어셈블리된 PV 모듈(1100) 내에서 간극을 통해 보이지 않는다. 다양한 실시예들에 있어서, 간극은 1 내지 10 mm, 1 내지 5 mm, 1 내지 3 mm, 또는 약 2 mm일 수 있다. 간극을 통해 보일 수 있는 후방 시트(1110)의 표면은 코팅(710)의 컬러와 동일한 컬러를 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 컬러는 흑색이다.
전도성 리본들은 PV 패널(1100) 내의 기계적인 서브-구조체들의 컴포넌트들일 수 있다. 어셈블리 내에서, 전도성 리본들은 스트링들(300) 사이의 강성의 기계적 링크이다. 일 실시예에 있어서, 전도성 리본들은 ECA(312)를 통해 스트링들(300)에 물리적으로 결합되며, 각각의 전도성 리본의 2개의 탭들이 버스 배선(1106)에 솔더링된다. 버스 배선(1106)은 매 스트링(300)의 단부들 둘 모두에 걸쳐 이어지며, 각각의 구역은 그것의 폴(pole)들의 각각에 걸쳐 이어지는 하나의 버스 와이어를 갖는다. 따라서, 전도성 리본들, 버스 배선, 및 PV 스트링들은, 도 12의 X/Y 평면인 PV 모듈의 주(primary) 평면 내의 변형에 특히 저항하는 PV 모듈(1100)의 강성의 기계적 서브-구조체들을 포함한다. 다른 구성들, 예를 들어, 버스 배선이 라운드인 구성은 라미네이션 프로세스에서 변위를 방지하기 위해 주 평면 내에서의 변형에 충분히 저항하지 않는다.
PV 모듈(1100)의 컴포넌트들은 라미네이션 프로세스 동안 상당한 힘들에 노출될 수 있다. 라미네이션 프로세스에서, 압력 및 열은, 라미네이트 재료(1104)가 컴포넌트들 사이의 공간들 및 간극들을 충전하여 밀봉된 라미네이트 구조체를 생성하게 흐르도록 PV 모듈 컴포넌트들에 인가된다. 일 실시예에 있어서, 도 11에 도시된 컴포넌트들 모두가 단일 라미네이션 프로세스에서 압축된다.
라미네이션 프로세스는 상당한 양의 힘을 PV 모듈의 컴포넌트들에 인가한다. 전도성 리본들을 포함하는 기계적 서브-구조체들이 라미네이션 프로세스 동안 모듈 컴포넌트들이 움직이는 것을 방지한다. 전도성 리본들 및 평면 버스 와이어들을 포함하는 기계적 서브-구조체들이 존재할 때, 이는 스트립들이 서로에 대하여 5mm 미만만큼 또는 2mm 미만만큼 움직이는 것을 방지할 수 있다.
도 15는, 접합 박스(1502), 긴 프레임 피스(1504), 짧은 프레임 피스(1506), 및 코너 프레임 피스(1508)를 포함하는 패널(1100)의 몇몇 추가적인 컴포넌트들을 예시한다. 어셈블리된 패널(1100)에서, 긴 프레임 피스들(1504)은 코너 피스들(1508)에 의해 짧은 프레임 피스들(1506)에 연결된다. 패널(1100)의 개구면 상에 배치되는 프레임 피스들의 전방 표면들은 균일한 외관을 제공하기 위하여 유리, 라미네이트 및 지지 재료들의 에지들 위에서 연장하는 부분들을 가질 수 있다.
다시 도 12를 참조하면, PV 모듈(1100) 내의 컴포넌트들의 효율적이고 고유한 배열은 다수의 기술적 이점들을 제공한다. 인접한 구역들(318)의 대향되는 폴들로부터 전도성 리본들의 탭들을 연결하기 위한 동일한 버스 재료(1106)의 사용은, 도 5에서 보여지는 바와 같이, 패널 내의 재료들의 양 및 연결들의 수를 최소화하면서 동일한 구역 내의 스트링들(300) 사이의 병렬 연결들 및 별개의 구역들 사이의 직렬 연결들을 동시에 달성한다. 따라서, 본 출원의 일 실시예에 따른 PV 모듈(1100)은 매우 효율적이고 신뢰할 수 있다.
이에 더하여, 패널(1100)의 패널 배열의 엘리먼트들은 패널의 개구면으로부터 보일 수 있는 반사성 표면들을 갖지 않는 PV 패널을 제공한다. 스트링들의 각각 내의 PV 스트립들의 타일링은 통상적인 패널들에서 보일 수 있는 금속성 버스 바들을 감춘다. PV 스트링(300)의 각각의 단부에서 PV 스트립(302)이 금속성 버스 바가 노출될 하나의 버스 영역을 갖지만, 본 출원의 실시예들은 그 버스 바를 전도성 리본으로 완전히 커버하며, 어셈블리된 PV 모듈 내에서 보일 수 있는 전도성 리본의 모든 표면들은 불투명 코팅 재료로 커버된다. 한편, PV 스트링들은, 인접한 스트립들 및 스트링들 사이에 수 밀리미터보다 더 큰 간극들이 존재하지 않도록 패널 내에 배열되며, 존재하는 어떤 간극들은 크기가 최소이다. PV 모듈의 컴포넌트들은, 간극들 및 정렬이 높은 공차로 유지되는 것을 보장하기 위하여 라미네이션 프로세스 동안 컴포넌트들을 제 위치에 유지하는 기계적 서브-구조체들을 형성하기 위해 부착될 수 있다.
전도성 리본들의 코팅된 표면들 외에는, 어떠한 버스 배선도 PV 모듈(1100)의 개구면으로부터 보이지 않는다. 본 개시의 일 실시예에 따른 PV 모듈(1100)의 개구면으로부터 인지될 수 있는 유일한 반사성 엘리먼트들은 PV 재료의 표면에 걸쳐 이어지는 핑거들이며, 핑거들은 10 피트 이상의 거리로부터 눈에 띄기에는 너무 작고, 따라서 핑거들은 전형적인 PV 설비의 대부분의 보는 위치들로부터 반사성 표면들로서 인지되지 않는다.
본 개시의 실시예들은 PV 모듈 기술에 몇몇 개선들을 제공한다. 광전지 기술들의 확장은, 컬러 편차 및 반사성 표면들의 존재를 포함하는 미감적 엘리먼트들에 의해 제한된다. 본 개시의 실시예는 적어도 10 피트의 거리에서 보일 수 있는 실질적으로 반사성 엘리먼트가 없다. 이에 더하여, 컴포넌트들의 간격 및 배열에 기인하여, 본 개시의 실시예들은 엘리먼트들 사이의 간극을 최소화함으로써 효율을 최대화하며, 보일 수 있는 PV 엘리먼트들 뒤의 재료의 양을 최소화한다.
모듈 및 리본 특징부들
일 실시예에 있어서, 광전지(PV) 스트링은, 직렬로 연결된 복수의 PV 스트립들로서, 복수의 스트립들의 각각의 스트립은 스트링은 대향되는 단부들에 배치되는 제 1 및 제 2 단부 스트립들 및 제 1 및 제 2 단부 스트립들 사이에 배치되는 적어도 하나의 중간 스트립을 포함하며, 여기에서 각각의 스트립은: 개구 면; 개구 면 상에 배치되는 전방 버스 바; 개구 면에 대향되는 후면; 및 후면 상에 배치되는 후방 버스 바로서, 매 중간 스트림의 후방 버스는 스트링 내의 인접한 스트립의 전방 버스 위에 놓이는, 후방 버스바를 포함하는, 복수의 PV 스트립들; 제 1 단부 스트립의 전방 버스에 결합되는 제 1 전도성 리본으로서, 전방 전도성 리본은: 제 1 단부 스트립의 전방 버스 위에 배치되는 버스 인터페이스; 제 1 단부 스트립의 개구 면을 향하는 버스 면; 버스 면에 대향되는 노출된 면; 버스 인터페이스로부터 연장하는 적어도 하나의 탭; 및 버스 인터페이스의 노출된 면을 커버하며 적어도 하나의 적어도 일 부분에 걸쳐 연장하는 불투명 코팅을 포함하는, 제 1 전도성 리본을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 전방 전도성 리본은 전기 전도성 접착제(ECA)에 의해 제 1 단부 스트립의 전방 버스 바에 부착된다. 일 실시예에 있어서, 전방 전도성 리본은, 전방 전도성 리본과 제 1 단부 스트립의 전방 버스 사이의 전기적 연결의 부분인 버스 인터페이스의 버스 면으로부터 돌출하는 전도성 돌출부들의 제 1 패턴을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 전방 전도성 리본은 적어도 하나의 탭의 버스 면 상에 배치되는 전도성 돌출부들의 제 2 패턴을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 버스 면 상의 모든 전도성 돌출부는 노출된 면 상의 불투명 코팅의 일 부분과 직접적으로 대향된다. 일 실시예에 있어서, 전방 전도성 리본은 주석으로 코팅된 구리 코어를 갖는다.
일 실시예에 있어서, 적어도 하나의 탭은 제 1 탭 및 제 1 탭에 대하여 비대칭적인 제 2 탭을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 적어도 하나의 탭은 버스 인터페이스로부터 75mm 내지 200mm만큼 연장한다. 일 실시예에 있어서, PV 스트링은 제 2 단부 스트립의 후방 버스에 결합된 후방 전도성 리본을 더 포함한다. 일 실시예에 있어서, 후방 전도성 리본은: 제 2 단부 스트립의 후방 버스를 완전히 커버하는 제 2 버스 인터페이스; 제 2 단부 스트립의 후면을 향하는 제 2 버스 면; 제 2 버스 면에 대향되는 제 2 노출된 면, 제 2 버스 인터페이스로부터 연장하는 제 2 탭, 제 2 버스 인터페이스로부터 연장하는 제 2의 적어도 하나의 탭; 및 버스 인터페이스의 제 2 노출된 면; 및 제 2 탭의 적어도 일 부분을 커버하는 제 2 불투명 코팅을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 후방 전도성 리본은 ECA에 의해 제 2 단부 스트립의 후방 버스에 결합되며, 후방 전도성 리본은 ECA로부터 돌출하는 전도성 돌출부들의 제 3 패턴을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 전방 전도성 리본은 제 1 복수의 탭들을 포함하며, 후방 리본은 제 2 복수의 탭들을 포함하고, 제 1 복수의 탭들의 인접한 탭들 사이의 거리는 제 2 복수의 탭들의 인접한 탭들 사이의 거리와는 상이하다. 일 실시예에 있어서, 전방 전도성 리본의 적어도 하나의 탭은 제 1 단부 스트립의 후면 상으로 폴딩되며, 후방 전도성 리본의 적어도 하나의 탭은 스트링의 후면 상에서 전방 제 1 단부 스트립을 향해 연장한다. 일 실시예에 있어서, 전방 전도성 리본은 75 마이크론 내지 200 마이크론의 두께를 갖는 금속 호일을 포함한다.
광전지 셀로부터 전기를 전도시키기 위한 전기적 상호연결 구조체의 일 실시예는, 광전지 셀의 전면 상의 전방 버스 바에 부착되는 전방 전도성 리본으로서, 전방 전도성 리본은 광전지 셀의 전방 버스 바를 완전히 커버하는 형상을 갖는 버스 인터페이스를 포함하는, 전방 전도성 리본; 광전지 셀의 전방 버스 바를 향하는 버스 면; 버스 면에 대향되는 노출된 면; 버스 인터페이스로부터 연장하는 적어도 하나의 탭; 및 버스 인터페이스의 노출된 면을 커버하며 적어도 하나의 탭의 적어도 일 부분에 걸쳐 연장하는 불투명 코팅을 포함한다.
다양한 실시예들에 있어서, 전방 전도성 리본은 전방 전도성 리본과 제 1 단부 스트립의 전방 버스 사이의 전기적 연결의 부분인 버스 인터페이스의 버스 면으로부터 돌출하는 전도성 돌출부들의 제 1 패턴을 포함하며; 전방 전도성 리본은 적어도 하나의 탭의 버스 면 상에 배치된 전도성 돌출부들의 제 2 패턴을 포함하고; 구조체는, 광전지 셀의 후면 상의 후방 버스 바에 부착되도록 구성된 후방 전도성 리본으로서, 후방 전도성 리본은 광전지 셀의 후방 버스 바를 완전히 커버하는 형상을 갖는 제 2 버스 인터페이스를 포함하는, 후방 전도성 리본; 제 2 단부 스트립의 후면을 향하는 제 2 버스 면; 제 2 버스 면에 대향되는 제 2 노출된 면; 및 제 2 버스 인터페이스로부터 연장하는 제 2 탭을 갖는다. 일 실시예에 있어서, 후방 전도성 리본은 제 2 버스 인터페이스 상에 배치되는 전도성 돌출부들의 제 3 패턴을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 전방 전도성 리본은 제 1 복수의 탭들을 포함하며, 후방 리본은 제 2 복수의 탭들을 포함하고, 제 1 복수의 탭들의 인접한 탭들 사이의 거리는 제 2 복수의 탭들의 인접한 탭들 사이의 거리와는 상이하다.
광전지(PV) 모듈들의 일 실시예는, 직렬로 결합된 복수의 PV 스트립들을 포함하는 스트링으로서, 복수의 스트립들의 각각은 스트링의 대향되는 단부들에 배치되는 제 1 및 제 2 단부 스트립들 및 제 1 및 제 2 단부 스트립들 사이에 배치되는 적어도 하나의 중간 스트립을 가지며, 각각의 스트립은: 개구면; 개구면 상에 배치되는 전방 버스 바; 및 개구면에 대향되는 후면을 포함하며, 매 중간 스트립의 후방 버스 바는, 인접한 스트립에 의해 커버되지 않는 전방 버스 바만이 제 1 단부 스트립의 전방 버스 바가 되도록 스트링 내의 인접한 스트립의 전방 버스 바를 커버하는, 스트링; 제 1 단부 스트립의 전방 버스 바를 완전히 커버하는 전방 전도성 리본으로서, 전방 전도성 리본은: 상기 제 1 단부 스트립의 상기 전방 버스 바를 완전히 커버하는 버스 인터페이스; 및 버스 인터페이스의 노출된 면을 커버하는 불투명 코팅을 포함하는, 전방 전도성 리본; 프레임; 스트링의 개구면 위에 배치되는 투명 커버링; 및 스트링의 후면을 커버하는 후방 시트를 포함하며, 투명 커버링, 후방 시트, 및 PV 스트립들의 스트링은 상기 프레임 내에 장착된다.
일 실시예에 있어서, 전방 전도성 리본의 모든 가시적인 표면들은 불투명 코팅에 의해 커버된다. 일 실시예에 있어서, 스트링 내의 복수의 스트립들은 전기 전도성 접착제(ECA)를 사용하여 서로 결합되고, 전방 리본은 ECA에 의해 제 1 단부 스트립의 전방 버스 바에 결합된다. 일 실시예에 있어서, 모듈은 복수의 구역들을 포함하며, 각각의 구역은 병렬로 결합된 복수의 스트링들을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 복수의 구역들의 매 구역은 적어도 하나의 다른 구역에 인접하며, 인접한 구역들 사이의 간극들은 5mm 이하이다. 일 실시예에 있어서, 복수의 구역들은 제 1 구역 및 제 2 구역을 포함하며, 제 1 구역 및 제 2 구역은, 제 1 구역의 제 1 단부 스트립이 제 2 구역의 제 2 단부 스트립에 인접하고, 후방 리본이 각각의 스트링 제 2 구역의 제 2 단부 스트립의 후방 버스 바 위에 배치되도록 배열된다. 일 실시예에 있어서, 전방 리본은 버스 인터페이스로부터 연장하는 2개의 탭들을 포함하며, 후방 리본은 버스 인터페이스로부터 연장하는 2개의 탭들을 포함하고, 전방 리본의 2개의 탭들 사이의 간격은 후방 리본의 2개의 탭들 사이의 간격과는 상이하다. 일 실시예에 있어서, 제 1 및 제 2 구역들 내의 매 스트링의 전방 및 후방 리본들의 각각은 적어도 하나의 탭을 가지며, 여기에서, 제 2 구역의 후방 전도성 리본들의 적어도 하나의 탭은 평면 와이어에 기계적으로 그리고 전기적으로 결합되고, 여기에서 제 1 구역의 전방 전도성 리본들의 적어도 하나의 탭은 평면 와이어에 기계적으로 그리고 전기적으로 결합된다.
일 실시예에 있어서, 제 1 구역 내의 매 스트링의 개별적인 전방 리본들의 적어도 하나의 탭은 제 2 평면 와이어에 기계적으로 그리고 전기적으로 결합된다.
일 실시예에 있어서, 각각의 스트링 내의 스트립들 사이의, 제 1 전도성 와이어와 전방 및 후방 전도성 리본들의 탭들 사이의, 그리고 제 2 평면 와이어와 개별적인 전방 리본들의 적어도 하나의 탭 사이의 기계적 연결들은 각각의 구역 내에 스트링들을 제약(constrain)하는 상호연결된 기계적 서브-구조체를 형성한다. 일 실시예에 있어서, 기계적 서브-구조체는, 스트링들이 2개의 EVA 층들 사이에 적층될 때, 인접한 스트링들 사이의 간극들이 2mm 미만으로 움직이도록 인접한 스트링들을 제약한다.
일 실시예에 있어서, PV 모듈은 제 1 구역 및 제 2 구역을 포함하는 복수의 구역들을 더 포함하며, 여기에서 제 1 구역의 제 2 단부 스트립은 제 1 구역의 제 1 단부 스트립에 인접하고, 여기에서 후방 전도성 리본들은 제 2 단부 스트립들의 후방 버스 바들 위에 배치된다. 일 실시예에 있어서, 제 1 구역 내의 각각의 스트링에 대하여, 전방 전도성 리본은 제 1 단부 스트립의 에지 위에 폴딩되며, 제 1 단부 스트립의 후방 표면 위로 연장한다. 일 실시예에 있어서, 제 2 구역 내의 각각의 스트링에 대하여, 전방 전도성 리본의 적어도 하나의 탭은 제 1 및 제 2 구역들 사이의 간극을 통과하며, 제 1 구역 내의 인접한 스트링의 후면 위로 연장한다. 일 실시예에 있어서, 제 1 구역의 모든 전방 전도성 리본 및 제 2 구역의 모든 전방 전도성 리본은 동일한 형상을 갖는다.
일 실시예에 있어서, 광전지(PV) 모듈은 복수의 스트링들로서, 각각의 스트링은 직렬로 결합된 복수의 PV 스트립들을 포함하며, 상기 복수의 스트립들의 각각은 스트링의 대향되는 단부들에 배치되는 제 1 및 제 2 단부 스트립들 및 제 1 및 제 2 단부 스트립들 사이에 배치되는 적어도 하나의 중간 스트립을 가지며, 각각의 스트립은: 개구면; 개구면 상에 배치되는 전방 버스 바; 개구면에 대향되는 후면; 및 후면 상의 후방 버스 바로서, 매 중간 스트립의 후방 버스 바는, 인접한 스트립에 의해 커버되지 않는 전방 버스 바만이 제 1 단부 스트립의 전방 버스 바가 되도록 스트링 내의 인접한 스트립의 전방 버스 바를 커버하는, 후방 버스 바를 포함하는, 복수의 스트링들; 제 1 단부 스트립의 전방 버스 바를 완전히 커버하는 전방 전도성 리본으로서, 전방 전도성 리본은: 제 1 단부 스트립의 상기 전방 버스 바를 완전히 커버하는 버스 인터페이스; 및 버스 인터페이스의 노출된 면을 커버하는 불투명 코팅을 포함하는, 전방 전도성 리본; 제 2 단부 스트립의 상기 후방 버스 바 위에 배치되는 후방 전도성 리본; 각기 병렬로 결합된 복수의 스트링들을 포함하는 제 1 구역 및 제 2 구역; 프레임; 복수의 구역들의 상기 개구면 위에 배치되는 투명 커버링; 및 복수의 구역들의 후면을 커버하는 후방 시트를 포함하며, 투명 커버링, 후방 시트, 및 상기 PV 스트립들의 스트링은 상기 프레임 내에 장착되고, 각각의 전방 전도성 리본의 모든 가시적인 표면들은 상기 불투명 코팅에 의해 커버된다.
일 실시예에 있어서, 제 1 및 제 2 구역들은 제 1 구역의 제 1 단부 스트립이 제 2 구역의 제 2 단부 스트립에 인접하도록 배열되고, 제 1 구역 내의 각각의 스트링에 대하여, 전방 전도성 리본은 제 1 단부 스트립의 에지 위에 폴딩되며, 제 1 단부 스트립의 후방 표면 위로 연장한다. 일 실시예에 있어서, 제 2 구역 내의 각각의 스트링에 대하여, 전방 전도성 리본의 적어도 하나의 탭은 제 1 및 제 2 구역들 사이의 간극을 통과하며, 제 1 구역 내의 인접한 스트링의 후면 위로 연장한다.
양면 모듈
본 출원의 실시예들은, 양면 PV 셀들을 사용하는 PV 모듈인 양면 모듈에 관한 것이다. 이러한 모듈은 모듈의 전면 및 후면 둘 모두로부터 태양 에너지를 수신한다.
양면 모듈이 후면 상에서 광을 캐치할 때, 이는 전형적으로 태양으로부터의 직접 광과는 대조적으로 반사된 광이다. 반사된 광은 유리, 암석, 먼지, 교각(pier) 등에 반사될 수 있으며, 이와 같이, 이는 확산 광일 수 있다. 그러나, 양면 모듈의 후방 표면에 의해 캡처되는 반사된 광은, 매우 균질한 경향이 있는 하늘로부터의 확산 광과 동일하지 않다. 모듈이 일반적으로 지면에 상대적으로 가깝게 장착되기 때문에, 모듈에 가까운 아이템들은 이것이 확산하지 않도록 셰이딩하는 경향이 있다(또는 반사된 광). 이와 같이, 모듈의 후방 상에 비추는 확산 광은 전형적으로 근처 구조체로부터의 셰이딩으로부터 비-균질하거나 또는 근처 구조체(반짝이는 암석, 콘크리트 슬래브, 금속 도관 등) 때문에 더 밝다. 따라서, 양면 모듈의 후면은 그것의 표면에 걸쳐 변화하는 강도의 광을 수신할 수 있다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른 양면 PV 모듈(1600)을 예시한다. 도 16a는 도 16의 세부사항 A의 확대도를 도시한다. 도 16b는 도 16의 세부사항 B의 확대도를 도시한다. 도 16c는 도 16의 세부사항 C의 확대도를 도시한다. 도 16d는 도 16의 세부사항 D의 확대도를 도시한다.
모듈은 4개의 구역들(1602)을 포함하며, 각 구역은 19개 스트립들의 6개의 스트링들(1604)을 포함한다. 도 12에 도시된 모듈과는 대조적으로, 양면 모듈의 모든 구역들의 포지티브(+) 및 네거티브(-) 단자들(1603, 1605)이 서로 공간적으로 정렬된다.
구역들은 전기적으로 직렬로 연결된다. 도 12의 모듈과 마찬가지로, 모듈의 중간에서 서로 인접한 구역들의 단부들(도 16d)은 스트링들의 단부들 상에 배치된 전도성 리본들을 통해 단일 버스 바에 서로 연결된다. 모듈의 대향되는 단부들 상의 구역들의 포지티브 및 네거티브 단자들(도 16a 내지 도 16c)은 모듈의 중간 부분을 통해 라우팅되는 배선을 통해 결합된다.
중간 부분 라우팅은 다양한 실시예들에 의해 상이하게 달성될 수 있다. 라우팅에서의 와이어들은 노출되는 표면적을 최소화하기 위하여 평면이거나, 또는 둥글거나 또는 정사각형일 수 있다. 와이어들은 투명 폴리머 재료에 의해 유지될 수 있다. 중심 라우팅은 전적으로 인접한 구역들 사이의 간극 내에 배치될 수 있거나, 또는 이는 PV 재료 위에서 라우팅될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 패널의 중간 부분에는 후방 표면 상에 PV 재료가 없으며, 와이어 라우팅은 중간 부분에 배치된다. 이러한 실시예에 있어서, 패널의 전면은 유사하게 PV 재료가 없을 수 있거나, 또는 오로지 전방 표면 상에만 배치된 단면 스트립들을 가질 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, PV 스트립들의 알루미늄 처리된 후방 표면들이 중간 부분과 정렬될 수 있으며, 그 결과 배선은 알루미늄 처리된 후면 표면들 위에 라우팅된다.
중심 라우팅 부분 내로 모듈의 불투명 엘리먼트들을 통합하는 것은 몇몇 이점들을 갖는다. 특정 불투명 엘리먼트들을 적층하는 것이 가능하며, 따라서 이들을 단일 위치에 통합하는 것이 불투명 엘리먼트들에 의해 커버되는 표면적을 감소시킬 수 있다. 다른 이점은, 중심 비-PV 부분을 통해 와이어들을 라우팅하는 것이 접합 박스들이 비-PV 부분의 각각의 단부에 배치되는 것을 용이하게 한다는 점이다. 접합 박스들의 부분들은 임의의 PV 재료를 셰이딩하지 않고 비-PV 부분 위에 배치될 수 있다. 이에 더하여, 배선이 비-PV 부분 내에 통합될 때, 접합 박스들은 PV 엘리먼트들 사이에서 배선에 직접적으로 연결될 수 있으며, 이는 추가적인 배선의 비용 및 복잡성을 감소시킨다.
다른 이점은 태양 추적 장치에 대한 부착에 대한 것이다. 태양 추적 장치는 전형적으로 교각들을 포함하며, 이들은 서로 이격되고 수평 바들 또는 토크(torque) 튜브들을 통해 연결되는 수직 기둥들이다. 몇몇 모듈들이 전형적으로 2개의 인접한 수직 기둥들 사이에 장착되며, 이들은 패널의 중간 포인트에서 토크 튜브에 부착된다. 따라서, 본 개시의 일 실시예에 있어서, 토크 튜브는 패널의 중간 부분을 완전히 셰이딩한다.
추적 시스템의 토크 튜브와 패널의 후방 표면의 비-PV 부분을 정렬하는 것은, 토크 튜브에 의해 완전히 셰이딩될 비-PV 부분의 충격을 최소화한다. 이러한 구조체는, PV 모듈의 후면 상의 PV 재료의 일 부분이 토크 튜브에 의해 영구적으로 셰이딩되는 것을 방지하는 추가적인 이점을 갖는다. 영구적으로 셰이딩된 PV 재료는 모듈의 성능 및 수명을 손상시킬 수 있다.
양면 모듈의 실시예들은 단일 다이오드에 의해 보호되는 다수의 병렬 스트링들을 포함한다. 여기에서, 도 16의 특정 실시예에 있어서, 이러한 다이오드는 도 16c에 도시된 확대된 세부도의 내장된 다이오드(1650)로서 도시된다.
구체적으로, 다이오드 보호를 갖는 병렬 스트링 구조체의 고유한 특징은, 이것이 불균일 조명을 통상적인 모듈보다 더 양호하게 핸들링한다는 점이다. 통상적인 모듈에 있어서, 스트링 전류는 최약 링크에 의해 제한된다.
그러나, 병렬 구조체를 가지면, 비-셰이딩된 스트링들이 셰이딩된 스트링들을 보상하며, 이는 모듈이 더 많은 파워 및 에너지를 생성하는 것을 가능하게 한다. 이는 오염, 파편, 셰이딩, 및 열화와 같은 전면 이슈들에 대하여 참이다.
또한, 슁글된(shingled) 모듈 구조체에 대한 예상치 못한 이점은, 이러한 구조체와 연관된 모든 이점들이 모듈의 후면에 대하여 향상된다는 점이다. 일 실시예에 있어서, 2개의 별개의 다이오드들이 각기 구역 내의 모든 스트립들의 후면 및 전면을 보호한다.
다른 실시예에 있어서, 단일 바이패스 다이오드 구조체가 구역 내의 면들 둘 모두를 보호할 수 있다. 도 16c의 내장된 다이오드(1650)의 특정 실시예에서 이러한 것이 도시됨을 유의해야 한다.
단일 바이패스 다이오드를 가지고 구역을 보호하는 것의 이점들은 특히 양면 모듈에서 중요하다. 모듈의 후면 상으로 광을 반사하는 재료들의 엄청난 잠재적인 변동에 기인하여, 광 강도에서의 변동들은, 전형적으로 태양광을 직접 수신하도록 위치된 전면 표면에서보다 후면 표면 상에서 더 크다.
도 16 내지 도 16d의 특정 실시예가 내장된 다이오드로서 구역의 전면 및 후면 둘 모두를 보호하는 단일 바이패스 다이오드 구조체를 도시하지만, 이러한 것이 요구되는 것은 아니다. 대안적인 실시예들에 따르면, 구역-보호 단일 바이패스 다이오드 구조체가 모듈 내에 내장될 필요가 없으며, 다른 다이오드 구성들이 가능하다.
그리고, 도 16 내지 도 16d의 특정 실시예가 모듈 후면 상에 존재하는 것으로서 구역을 보호하는 단일 바이패스 다이오드 구조체를 도시하지만, 이것이 또한 요구되지는 않는다. 대안적인 실시예들에 따르면, 구역-보호 단일 바이패스 다이오드 구조체는 모듈 전면 상에 존재할 수 있다.
또 다르게 대안적으로, 구역의 전면 및 후면을 보호하는 단일 바이패스 다이오드 구조체가 모듈의 면 상에 존재하지 않을 수 있다. 예를 들어, 이러한 구역-보호 단일 바이패스 다이오드 구조체는 접합 박스 내에 존재할 수 있다.
도 17은 양면 광전지 모듈(1700)의 일 실시예의 계층화(1702)를 보여주는 분해도를 예시한다. 여기에서, 상단 층(1704)은 하단 층(1706)과 마찬가지로 유리와 같은 광학적 투명 재료를 포함한다.
도 16 내지 도 16d와 관련하여 이상에서 논의된 바와 같이, 솔라 셀과는 별개의 스트립들이 그 사이에 샌드위치되며 스트링들로 어셈블리되고, 스트링들은 구역들 내에서 병렬로 어셈블리되며, 배선이 구성된다. 전면 상의 EVA 층(1708)이 또한 도시된다.
통상적인 PV 모듈에 있어서, 접합 박스는 모듈의 후방 시트 상에, 전형적으로 후방 시트의 상부 부분 또는 코너에 배치된다. 이와 대조적으로, 도 18은, 후면(1804) 상에 PV 엘리먼트들이 없는 중간 부분(1802)을 가지며 무-PV(PV-free) 부분의 각각의 단부에 배치되는 접합 박스(1806)를 갖는 PV 모듈(1800)의 일 실시예를 도시한다. 실시예는 포지티브 접합 박스(1806a) 및 네거티브 접합 박스(1806b)을 갖는다. 접합 박스들은, 이들이 모듈의 후방 표면에 의해 노출되는 PV 재료를 가리지 않도록 모듈의 에지들(1810) 상에 배치된다. 일 실시예에 있어서, 접합 박스들은, PV 엘리먼트들을 봉입하는 프레임(1812)에 직접 장착된다.
모듈의 측면 상에 배치되는 접합 박스를 갖는 것의 이점은 인접한 모듈들 사이의 개선된 연결들이다. 다수의 모듈들이 나란히 배열되고 그리고 서로 전기적으로 결합되지만, 모듈들은 인접한 접합 박스들의 커넥터들(1814)을 부착함으로써 용이하게 연결된다. 이는 모듈들 사이의 상호연결들을 크게 단순화하며, 통상적인 상호연결들에 비하여 저항성 손실들을 감소시킨다.
도 18은 모듈의 짧은 방향에서 수평으로 라우팅된 배선을 갖는 PV 모듈의 특정 실시예를 예시한다. 도 19는 모듈의 긴 방향에서 수직으로 라우팅된 배선을 갖는 PV 모듈(1900)의 일 실시예를 예시한다.
모듈(1900)은 각기 수직으로 배열된 6개의 스트링들을 갖는 3개의 구역들(1902)을 가지며, 각각의 구역은 구역으로부터 연장하는 적어도 하나의 와이어 리드(lead)(1904)를 갖는다. 와이어들(1906)은 양면 모듈의 후면(1908) 상에서 PV 재료 위에 배치된다. 일 실시예에 있어서, 와이어들은, 후면 PV 재료로부터 와이어들을 절연하는 EVA와 같은 투명 재료 상에 장착된다. 이러한 후면 EVA 시트의 일 예가 도 17에서 1750으로서 도시된다. 이러한 실시예에 있어서, 배선이 PV 재료를 커버하는 유일한 불투명 엘리먼트이다.
도 20 및 도 21은, 양면 모듈에서 사용될 수 있는 PV 셀(2000)의 일 실시예의 개별적인 전방 및 후방 표면들을 예시한다. 도 20에 의해 예시되는 전면(2002)은 금속성 핑거들(2004)과 결합하는 금속성 버스 바 재료가 없다. 그 대신에, PV 재료가 부분들(2006)에 의해 직접 노출되며, 여기에서 금속성 버스 재료가 통상적인 셀들 내에 존재한다. 이러한 실시예에 있어서, 셀들은, 금속성 바들이 그렇지 않았다면 스트립들을 형성하기 위해 존재했을 부분들에서 커팅되며, ECA 재료는 하나의 스트립 상의 핑거들을 중첩하는 스트립들의 핑거들에 전기적으로 결합하기 위하여 스트립들의 단부들에 적용된다. 금속성 핑거들(2008)이 셀의 후면(2010) 상에 존재하며, 이들은, 셀들이 스트립들로 커팅되고 스트링으로 배열될 때 인접한 PV 엘리먼트의 전면의 핑거들에 결합된다. 스트립의 전방 상의 핑거들은 ECA 재료에 의해 중첩하는 스트링의 후방 상의 핑거들에 결합될 수 있다.
양면 모듈에 대하여, 전면 및 후면 상의 핑거들이 상이한 재료들로 구성될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 예를 들어, 전방 핑거들은 은을 포함할 있으며, 반면 후방 핑거들은 알루미늄을 포함한다.
도 20 내지 도 21의 PV 셀은 실질적으로 정사각형 형상이며, 그 결과 이들은 전체 셀에 대하여 매우 작은 절두(truncated) 코너들(2012)을 갖는다. 다른 실시예에 있어서, PV 셀은 도 1a에 예시된 셀과 유사한 절두 코너들을 갖는다.
몇몇 기술적 이점들은, 스트립들의 개구면 상의 통상적인 금속성 버스 바 인터페이스가 없는 PV 스트립들에 의해 달성될 수 있다. 전방 버스 바들을 생성하기 위하여 사용되는 시간 및 재료들이 절약되며, 이는 비용 및 복잡성을 감소시킨다. 스트링 내의 스트립들의 정렬에 대한 공차들이 증가될 수 있으며, 이는 시간 및 비용 절감들을 야기한다. 솔라 모듈의 전방 상에 주의를 산만하게 하는 엘리먼트들이 없기 때문에 외관이 개선된다. 이에 더하여, 테스트는, 저항에서의 감소, 그럼으로써 모듈의 효율 및 성능을 증가시키는 것을 포함하여, 전기적 인터페이스의 전기적 특성들이 개선된다는 것을 보여주었다.
조항 1A. 양면 광전지(photovoltaic; PV) 모듈로서,
직렬로 결합된 복수의 PV 스트립들을 포함하는 스트링으로서, 상기 복수의 스트립들의 각각은 상기 스트링의 대향되는 단부들에 배치되는 제 1 및 제 2 단부 스트립들 및 상기 제 1 및 제 2 단부 스트립들 사이에 배치되는 적어도 하나의 중간 스트립을 포함하며, 각각의 스트립은,
노출된 PV 재료를 갖는 전면; 및
상기 개구면에 대향되는 후면으로서, 상기 후면은 노출된 PV 재료를 갖는, 상기 후면을 포함하고;
매 중간 스트립의 상기 후방 버스 바는, 인접한 스트립에 의해 커버되지 않는 상기 전방 버스 바만이 상기 제 1 단부 스트립의 전방 버스 바가 되도록 상기 스트링 내의 인접한 스트립의 부분을 커버하는, 상기 스트링;
상기 PV 스트립들을 둘러싸는 프레임;
상기 프레임의 제 1 측면 상에 장착되는 제 1 접합 박스; 및
상기 제 1 측면에 대향되는 상기 프레임의 제 2 측면 상에 장착되는 제 2 접합 박스를 포함하는, PV 모듈.
조항 2A. 조항 1A에 있어서, 상기 제 1 접합 박스는 포지티브 단자이고, 상기 제 2 접합 박스는 네거티브 단자이며, 상기 제 1 및 제 2 측면들은 상기 모듈의 긴 측면들인, PV 모듈.
조항 3A. 조항 2A에 있어서, 상기 접합 박스들의 어떠한 부분도 상기 모듈의 후면 상에 배치된 상기 PV 재료와 중첩하지 않는, PV 모듈.
조항 4A. 조항 1A에 있어서, 상기 스트링 내의 상기 복수의 스트립들은 전기 전도성 접착제(ECA)를 사용하여 서로 결합되는, PV 모듈.
조항 5A. 조항 1A에 있어서, 상기 모듈은 복수의 구역들을 포함하며, 각각의 구역은 병렬로 결합된 복수의 스트링들을 포함하는, PV 모듈.
조항 6A. 조항 5A에 있어서, 각각의 구역은 단일 다이오드에 의해 보호되는, PV 모듈.
조항 7A. 조항 1A에 있어서, 상기 PV 모듈은, 상기 제 1 및 제 2 접합 박스들 사이에서 상기 모듈의 중간에 걸쳐 이어지는 상기 모듈의 상기 후면 상에 배치되는 불투명 부분을 더 포함하는, PV 모듈.
조항 8A. 조항 6A에 있어서, 상기 PV 재료를 상기 접합 박스들에 연결하는 복수의 와이어들이 상기 불투명 부분 위에 배치되는, PV 모듈.
조항 9A. 조항 1A에 있어서, 상기 스트립들의 상기 전방 표면들의 각각은 상기 스트립의 길이를 따라 배향된 복수의 금속성 핑거들을 가지며, 상기 스트립들은 상기 핑거들에 직교하도록 배향된 금속성 버스 재료가 없는, PV 모듈.
조항 10A. 조항 9A에 있어서, ECA 재료는 스트립의 상기 전방 표면 상의 상기 핑거들을 상기 스트링들 내의 중첩하는 스트립의 후방 표면 상의 핑거들에 결합하는, PV 모듈.
조항 11A. 복수의 양면 모듈들을 포함하는 광전지(PV) 시스템으로서,
제 1 및 제 2 기둥(pillar)들;
상기 제 1 및 제 2 기둥들 사이에 결합된 토크 튜브(torque tube);
상기 토크 튜브 상에 장착된 복수의 PV 모듈들을 포함하며, 각각의 PV 모듈은,
직렬로 결합된 복수의 PV 스트립들을 포함하는 스트링으로서, 상기 복수의 스트립들의 각각은 상기 스트링의 대향되는 단부들에 배치되는 제 1 및 제 2 단부 스트립들 및 상기 제 1 및 제 2 단부 스트립들 사이에 배치되는 적어도 하나의 중간 스트립을 포함하며, 각각의 스트립은, 노출된 PV 재료를 갖는 전면; 및 개구면에 대향되는 후면으로서, 상기 후면은 노출된 PV 재료를 갖는, 상기 후면을 포함하며;
매 중간 스트립의 상기 후방 버스 바는, 인접한 스트립에 의해 커버되지 않는 상기 전방 버스 바만이 상기 제 1 단부 스트립의 전방 버스 바가 되도록 상기 스트링 내의 인접한 스트립의 부분을 커버하는, 상기 스트링;
상기 PV 스트립들을 둘러싸는 프레임;
상기 프레임의 제 1 측면 상에 장착되는 제 1 접합 박스;
상기 제 1 측면에 대향되는 상기 프레임의 제 2 측면 상에 장착되는 제 2 접합 박스; 및
상기 제 1 및 제 2 접합 박스들 사이에서 상기 모듈의 중간에 걸쳐 이어지는 상기 모듈의 상기 후면 상에 배치되는 불투명 부분을 포함하고,
상기 모듈들의 상기 불투명 부분은 상기 토크 튜브와 중첩하는, 시스템.
조항 12A. 조항 11A에 있어서, 상기 복수의 모듈들 중 하나의 상기 제 1 접합 박스는 인접한 모듈의 상기 제 2 접합 박스에 직접 결합되는, 시스템.
도 22a 내지 도 28은, 도 19의 실시예에 도시된 바와 같은, 모듈의 장축을 따라 배향된 배선을 갖는 PV 모듈들의 테스트로부터의 테스트 결과들을 예시한다. 도 22a 내지 도 22b 및 도 23a 내지 도 23b는 직사각형 스트립들을 갖는 모듈들에 대한 전방/후방 테스트 결과들을 예시한다.
이러한 결과들이 또한 다음의 표들에 열거된다.
도 22a 내지 도 22b
Figure pct00002
도 23a 내지 도 23b
Figure pct00003
도 24a 내지 도 24b는 하나의 에지를 따라 절두된 코너들을 갖는 스트립들을 사용하는 모듈에 대한 전방/후방 테스트 결과들을 도시한다. 이러한 테스트 결과들이 또한 다음의 표에 열거된다.
도 24a 내지 도 24b
Figure pct00004
절두된 모듈로부터 출력되는 파워는 완전한 직사각형 스트립들을 갖는 모듈들로부터 출력되는 파워보다 약간 더 작다.
도 25 내지 도 28은, 그들의 결과들이 도 22a 내지 도 24b에 예시된 모듈들과는 상이한 PV 재료를 사용하는 모듈들에 대한 테스트 결과들을 도시한다. 이러한 테스트 결과들이 또한 다음의 표들에서 요약된다.
도 25
Figure pct00005
도 26
Figure pct00006
도 27
Figure pct00007
도 28
Figure pct00008
도 25 내지 도 28의 모듈들은 각기 모듈의 폭을 따라 병렬로 6개의 스트립들, 직렬 연결로 82개의 스트립들을 가지며, 여기에서 모듈들 내에 총 492개의 스트립들을 갖는다. 도 25 및 도 26의 테스트 결과들 및 도 27 및 도 28의 결과들 사이의 차이점들은 제조 변동의 결과이다.

Claims (20)

  1. 장치로서,
    직렬로 연결된 광전지 재료의 제 1 복수의 중첩하는 스트립들을 포함하는 제 1 스트링으로서, 상기 제 1 복수의 중첩하는 스트립들의 각각은,
    전면 상에 위치된 제 1 전도성 핑거(finger),
    상기 제 1 전도성 핑거와 연통하는 제 1 전면 버스 바(bar),
    전면 상에 위치된 제 2 전도성 핑거, 및
    상기 제 2 전도성 핑거와 연통하는 제 1 후면 버스 바를 포함하는, 상기 제 1 스트링;
    직렬로 연결된 광전지 재료의 제 2 복수의 중첩하는 스트립들을 포함하는 제 2 스트링으로서, 상기 제 2 복수의 중첩하는 스트립들의 각각은,
    전면 상에 위치된 제 3 전도성 핑거,
    상기 제 3 전도성 핑거와 연통하는 제 2 면(side) 버스 바,
    후면 상에 위치된 제 4 전도성 핑거, 및
    상기 제 4 전도성 핑거와 연통하는 제 2 후면 버스 바를 포함하는, 상기 제 2 스트링;
    병렬로 연결된 상기 제 1 스트링 및 상기 제 2 스트링을 포함하는 제 1 구역; 및
    상기 제 1 구역과 전용으로 전기적으로 연통하며, 상기 제 2 스트링의 상기 후면에 대하여 상기 제 1 스트링의 상기 후면의 불균일 조명을 보상하도록 구성되는 바이패스 다이오드 구조체를 포함하는, 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 장치는 태양 추적 장치를 더 포함하며, 상기 제 1 스트링 및 상기 제 2 스트링은 함께 상기 태양 추적 장치에 장착되는 모듈을 포함하는, 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 태양 추적 장치는 서로 이격되며 토크 튜브(torque tube) 통해 연결되는 수직 기둥들의 교각들을 포함하고, 상기 모듈은 상기 토크 튜브에 장착되는, 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 토크 튜브는 상기 불균일 조명을 야기하기 위하여 상기 제 2 스트링의 상기 후면에 대하여 상기 제 1 스트링의 상기 후면을 셰이딩(shade)하는, 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 모듈은 접합 박스를 포함하는, 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 단일 바이패스 다이오드 구조체는 상기 접합 박스 내에 존재하는, 장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 단일 바이패스 다이오드 구조체는 상기 모들의 전면 상에 존재하는, 장치.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 단일 바이패스 다이오드 구조체는 상기 모듈의 후면 상에 존재하는, 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 단일 바이패스 다이오드 구조체는 내장된 다이오드인, 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 1 스트링 및 상기 제 2 스트링은 함께 모듈을 포함하며;
    상기 모듈은 폴리머를 더 포함하고;
    상기 단일 바이패스 다이오드 구조체는 상기 폴리머 내에 내장되는, 장치.
  11. 방법으로서,
    직렬로 연결된 광전지 재료의 제 1 복수의 중첩하는 스트립들을 포함하는 제 1 스트링의 후면을 제 1 강도를 갖는 광에 노출시키는 단계;
    직렬로 연결된 광전지 재료의 제 2 복수의 중첩하는 스트립들을 포함하는 제 2 스트링의 후면을 제 1 강도에 대하여 제 2 강도를 갖는 광에 노출시키는 단계; 및
    단일 바이패스 다이오드 구조체에 걸쳐 병렬로, 상기 제 1 스트링의 상기 후면의 전기 전도성 재료를 상기 제 2 스트링의 상기 후면 상의 전기 전도성 재료와 연결하는 단계를 포함하며,
    상기 단일 바이패스 다이오드 구조체는 상기 제 1 광 강도와 상기 제 2 광 강도 사이의 차이들로부터 발생하는 불균일 전류들에 대하여 보호하도록 역할하는, 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제 1 광 강도는 상기 제 2 스트링의 상기 후면의 셰이딩에 기인하여 상기 제 2 광 강도와는 상이한, 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 셰이딩은 태양 추적 장치에 기인하는, 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 셰이딩은 상기 태양 추적 장치의 토크 바에 기인하는, 방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 방법은,
    제 1 스트링의 전면을 제 3 강도를 갖는 광에 노출시키는 단계;
    제 2 스트링의 전면을 제 4 강도를 갖는 광에 노출시키는 단계;
    상기 단일 바이패스 다이오드 구조체에 걸쳐 병렬로, 상기 제 1 스트링의 상기 전면의 전기 전도성 재료 및 상기 제 2 스트링의 상기 전면 상의 전기 전도성 재료를 연결하는 단계를 더 포함하며,
    상기 단일 바이패스 다이오드 구조체는 상기 제 3 광 강도와 상기 제 4 광 강도 사이의 차이들로부터 발생하는 불균일 전류들에 대하여 보호하도록 역할하는, 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제 3 강도의 광 및 상기 제 4 강도의 광은 직접 태양광을 포함하는, 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제 3 강도의 광 및 상기 제 4 강도의 광 사이의 차이들은 오염, 잔해, 셰이딩, 및 열화 중 적어도 하나에 기인하는, 방법.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 제 1 스트링의 상기 전면의 상기 전기 전도성 재료 및 상기 제 2 스트링의 상기 전면의 상기 전기 전도성 재료는 제 1 금속을 포함하며;
    상기 제 1 스트링의 상기 후면의 상기 전기 전도성 재료 및 상기 제 2 스트링의 상기 후면의 상기 전기 전도성 재료는 상기 제 1 금속과는 상이한 제 2 금속을 포함하는, 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제 1 금속은 은을 포함하며, 상기 제 2 금속은 알루미늄을 포함하는, 방법.
  20. 청구항 11에 있어서,
    상기 제 1 스트링 및 상기 제 2 스트링은 함께 모듈을 포함하며;
    상기 단일 바이패스 다이오드 구조체는 상기 모듈의 면(face) 상에 존재하는, 방법.
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