CN102683432A - 光伏模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了具有旁路二极管的光伏模块，该光伏模块具有高的每单位面积发电容量和高生产率。该光伏模块包括：其中多个光伏电池串联电连接的光伏电池组件；以及其中在基板上形成多个二极管的二极管组件，其排列与附连有这些二极管的光伏电池的排列一致。二极管组件设置在光伏电池的非光接收表面侧上，并且二极管电连接到光伏电池。光伏电池组件和二极管组件由密封剂密封并结合成一体。
Description
技术领域
本发明涉及具有旁路二极管的光伏模块。
背景技术
光伏模块通过使多个光伏电池串联电连接以便可获取预定输出来设计。
在光伏电池不发电时的特定情形中(在到光伏电池的日光被遮挡时的情形中)，其电阻率增加，并且可提取的电力减少。同样，存在将因电阻损耗而产生热的可能性，而这可导致热损坏等。由此，二极管并联电连接到光伏电池，并且当在光伏电池中发生故障时，电流通过二极管旁路。这样，可防止所提取的电力和对光伏电池的损坏减少。以此方式连接的二极管被称为旁路二极管。
通常，模制型二极管连接到光伏电池的外侧，作为旁路二极管。然而，在模制型二极管的情况下，有必要将相应的二极管一个接一个地安装到光伏电池。这是因附连它们时的其低可加工性而产生的问题。同样，由于二极管设置在光伏电池的外侧，因此对发电不起作用的面积增大，并且存在每单位面积的发电容量减少的问题。
专利文献1公开了通过按金属电极、非晶硅层和金属电极的次序在薄膜光伏电池的金属电极层侧的柔性薄膜上层叠金属电极、非晶硅层和金属电极来形成的保护二极管。专利文献1还公开了许多保护二极管可在公共绝缘基板上形成，并且可附连到光伏元件上。
相关技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请特许公开No.S59-94881
发明内容
本发明要解决的问题
通过使用使许多二极管在公共绝缘基板上形成、随后将它们附连到光伏电池的方法，可同时附连多个二极管。然而，如果二极管的排列图案和光伏电池的排列图案彼此不同，则可能难以将二极管附连到期望的光伏电池，从而在此情况下附连工作需要更多的时间和精力。
因此，本发明的目的在于，提供一种包括旁路二极管的光伏模块，该光伏模块具有高的每单位面积发电容量和高生产率。
本发明的光伏模块包括：具有串联电连接的多个光伏电池的光伏电池组件；以及具有在基板上形成的多个二极管的二极管组件，其排列与附连有这些二极管的光伏电池的排列一致，其中二极管组件设置在光伏电池组件的非光接收表面侧上，二极管电连接到光伏电池，并且光伏电池组件和二极管组件用密封剂密封并结合成一体。
在本发明的光伏模块中，优选其上形成有多个二极管的基板是柔性膜基板。
在本发明的光伏模块中，优选二极管组件通过导电胶带附连到光伏电池组件，并且导电胶带连接到光伏电池。
在本发明的光伏模块中，优选附连到光伏电池组件的二极管组件的面积小于或等于光伏电池组件的面积，并且二极管组件被设置成其不突出到光伏电池组件的外周边之外。
优选本发明的光伏模块的二极管组件包括：各自通过按第一电极层、半导体层和第二电极层的次序在基板的一个表面上层叠第一电极层、半导体层和第二电极层所形成的多个二极管；以及在基板的另一表面上形成的多个第三电极层，其中第三电极层中的每一个层通过导体连接到第二电极层，该导体通过穿透第一基板、第一电极层和半导体层的第一通孔与第一电极层基本绝缘，并且其中第三电极层中的每一个层通过导体连接到相邻二极管的第一电极层，该导体通过穿透基板的第二通孔与第二电极层基本绝缘。
优选本发明的光伏模块的二极管组件被设置成其二极管侧朝向光伏电池组件的非光接收表面侧，或者其第三电极层侧朝向光伏电池组件的非光接收表面侧。
优选本发明的光伏模块的光伏电池组件包括：基板；各自通过按背侧电极层、光电转换层和透明电极层的次序在基板的一个表面上层叠背侧电极层、光电转换层和透明电极层所构成的多个光伏电池；以及在基板的另一表面上形成的多个后电极层，其中后电极层中的每一个层通过导体连接到透明电极层，该导体通过穿透基板、背侧电极层和光电转换层的第一通孔与背侧电极层基本绝缘，并且其中后电极层中的每一个层通过导体连接到相邻光伏电池的背侧电极层，该导体通过穿透基板的第二通孔与透明电极层基本绝缘。
发明效果
本发明的光伏模块即使在到光伏电池的一部分的日光被遮挡时也可在不损失光伏电池的发电容量的情况下获取稳定的光伏特性。这是因为二极管组件设置在光伏电池组件的非光接收表面侧上。同样，在基板上形成该二极管组件，以使多个二极管处于与附连有二极管的光伏电池的排列一致的排列中。由此，二极管与期望附连有二极管的光伏电池的对准变得容易，并且二极管能可靠地附连到期望光伏电池，且具有好的可加工性。
附图说明
图1是根据本发明的实施例1的光伏模块的示意图。
图2是光伏模块的仰视图。
图3是光伏模块的光伏电池组件和二极管组件的分解立体图。
图4是光伏模块的光伏电池组件(二极管组件)的透明电极层(第二电极层)侧的平面图。
图5是光伏模块的光伏电池组件的后电极层(第三电极层)侧的平面图。
图6示出光伏模块的光伏电池组件和二极管组件彼此连接的情形。图6(a)示出一个二极管附连到一个光伏电池的情形，而图6(b)示出一个二极管附连到三个光伏电池的情形。
图7是根据本发明的实施例2的光伏模块的示意图。
具体实施方式
参考图1至6来描述本发明中的光伏模块的实施例1。
如图1和2所示，该光伏模块10主要由光伏电池组件20和二极管组件40构成。二极管组件40通过绝缘层60连接到光伏电池组件20的非光接收表面侧20b。同样，二极管组件40通过在粘合部分上也具有传导性的导电胶带70电连接到光伏电池组件20。此外，光伏电池组件20和二极管组件40的整体由密封剂80密封并结合成一体。
绝缘层60不受具体地限制，只要它具有绝缘性质即可。例如，绝缘层60可以是树脂材料，诸如乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂(EVA)、环氧树脂、或含氟树脂。
导电胶带70可由导电基底材料(诸如铜箔、或铝箔)构成，具有金属粉末与其上形成的胶等混合的导电粘合层。
密封剂80不具体地受限。例如，可使用由具有高热阻和高抗气候性的材料(诸如乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)等)制成的膜等。
如图3所示，光伏电池组件20由在单个基板上形成且串联电连接的多个光伏电池25制成。
参考图3，光伏电池25通过按背侧电极层22、光电转换层23和透明电极层24的次序在基板21的光接收表面侧20a上层叠背侧电极层22、光电转换层23和透明电极层24来构成。在该光伏电池组件20中形成多个光伏电池25。通过按背侧电极层22和光电转换层23的次序层叠背侧电极层22和光电转换层23来形成的连接部分25a、25a设置在每一个光伏电池25的两个端部上，其中不形成透明电极层24。同样，在基板21的非光接收表面侧20b上形成多个后电极层26，其具有与相应光伏电池25基本相同的间隔，但向相应的相邻光伏电池的一侧交错。
参考图3至图5，通过穿透后电极层26、基板21、背侧电极层22、光电转换层23和透明电极层24来形成第一通孔27。在相应的光伏电池25中以预定间隔形成多个第一通孔27。如图2所示，透明电极层24通过第一通孔27中的导体层28电连接到后电极层26。同样，背侧电极层22由光电转换层23覆盖，并且与透明电极层24、导体层28和后电极层26绝缘。
在光伏电池25的连接部分25a上形成通过穿透后电极层26、基板21和背侧电极层22而形成的第二通孔29。后电极层26通过第二通孔29中的导体层30电连接到背侧电极层22。
光伏电池25中的每一个发电所产生的电子移动到连接部分25a、穿过第二通孔29、并且移动到光伏电池25的后电极层26。已移动到后电极层26的电子穿过第一通孔27，并且移动到相邻光伏电池25的透明电极层24。如上所述，相应的光伏电池25通过该光伏电池组件20中的第一通孔27和第二通孔29串联连接。诸如此结构之类的结构被称为SCAF(通过膜上的孔串联连接)结构。该结构可通过膜形成相应的电极层和光电转换层、使相应层图案化、以及通过这些工艺的组合来制造。例如，该结构可通过在日本专利No.3237621(USP6,235,982)中所描述的方法来制造。
该光伏电池组件20的制造方法的示例描述如下。在基板21的光接收表面侧上形成背侧电极层22，该光接收表面侧具有在其中形成为开口的第二通孔29，并且在非光接收表面侧上形成后电极层26。这样，背侧电极层22通过第二通孔29的内壁电连接到后电极层26。接下来，形成穿透基板21、背侧电极层22和后电极层26的第一通孔27。接下来，在基板21的光接收表面侧的整个表面上形成光电转换层23。此外，通过遮蔽光电转换层23的两个端部来形成透明电极层24。接下来，再次在基板21的后电极层26上形成后电极层。这样，透明电极层24通过第一通孔27的内壁电连接到后电极层26。此外，以上所述的SCAF结构的光伏电池组件通过将光伏电池25和后电极层26分成相应的预定形状来制造。
优选使用具有高热阻的基板21。例如，可使用玻璃基板、金属基板、树脂基板等。在这些基板中，优选使用由聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚对苯二甲酸乙二酯、芳族聚酰胺等制成的柔性膜基板。在使用柔性膜基板的情况下，光伏电池组件可被制成柔性的。基板21的膜厚不具体地受限。然而，鉴于柔性、强度和重量，优选为15μm至200μm。
背侧电极层22不具体地受限。例如，可使用Ag(银)、Ag合金、Ni(镍)、Ni合金、Al(铝)、Al合金等。
光电转换层23不具体地受限。可使用PIN型或NIP型非晶硅系列、微晶硅薄膜等。
透明电极层24不具体地受限。可使用ITO、SnO2、ZnO等。
后电极层26不具体地受限。可使用Ag、Ag合金、Ni、Ni合金、Al、Al合金等。
另一方面，二极管组件40设置在光伏电池组件20的非光接收表面侧20b上。在二极管组件40中，在基板41上形成多个二极管45，其排列与附连有这些二极管45的光伏电池25的排列一致。因此，二极管组件40设置在光伏电池组件20的后电极层侧26上。此外，二极管45并联电连接到光伏电池25且处于相反极性方向，如图3所示。
如图1和2所示，二极管组件40的面积优选小于或等于光伏电池组件20的面积，并且被设置成不突出到光伏电池组件20的周边之外。如果二极管组件40的面积大于光伏电池组件20的面积，或者被设置成突出到太阳能电池单元组件20的周边之外，则光伏模块对发电不起作用的部分增大。因此，光伏模块的每单位面积的发电效率降低。
在此，“多个二极管45以与附连有这些二极管45的光伏电池25的排列一致的排列形成”的含义如下。如图6(a)所示，在二极管25中的每一个附连到相应的光伏电池25的情况下(即，在一个二极管附连到一个光伏电池的情况下)，光伏电池25的宽度W1a和二极管45的宽度W2a基本相同，并且光伏电池25的排列中的间隔W1b和二极管45的排列中的间隔W2b基本相同。如图6(b)所示，在单个二极管45附连到多个(图6(b)中有三个)光伏电池25的情况下，附连有单个二极管45的一组光伏电池25’的宽度W3a和二极管45的宽度W4a基本相同，并且该组光伏电池25’的排列中的间隔W3b和二极管45的排列中的间隔W4b基本相同。在此，即使在与图6(a)类似的配置的情况下，如果例如光伏电池25与二极管45之间的电连接位置设置在每一第三光伏电池上，则二极管布线与图6(b)的二极管布线基本相等。
参考图3，该二极管组件40的SCAF结构与以上所述的光伏电池组件20的SCAF结构相同。
即，通过按第一电极层42、半导体层43和第二电极层44的次序在基板41的表面上层叠第一电极层42、半导体层3和第二电极层44来构成二极管45，并且在基板41的表面上形成多个二极管45。二极管45的宽度和二极管45的排列中的间隔分别与光伏电池25的宽度和光伏电池25的排列中的间隔基本相同。
通过按第一电极层42和半导体层43的次序层叠第一电极层42和半导体层43来形成的连接部分45a、45a设置在每一二极管45的两个端部上，其中不形成第二电极层44。同样，在基板41的另一侧上形成多个第三电极层46，其具有与二极管45基本相同的间隔，但向相应的相邻二极管交错。
参考图3至图5，通过穿透第三电极层46、基板41、第一电极层42、半导体层43和第二电极层44来形成第一通孔47。在二极管45中的每一个中以预定间隔形成多个第一通孔47。第二电极层44通过第一通孔47中的导体层48电连接到第三电极层46。同样，第一电极层42被半导体层43覆盖，并且与第二电极层44、导体层48和第三电极层46绝缘。
在二极管45的连接部分45a上，通过穿透第三电极层46、基板41和第一电极层42来形成第二通孔49。第三电极层46通过第二通孔49中的导体层50电连接到第一电极层42。
二极管组件40通过绝缘层60附连到光伏电池组件20的非光接收表面侧20b，其中其二极管45侧朝向光伏电池组件20。同样，导电胶带70附连在二极管组件40的第三电极层46与光伏电池组件20的相应后电极层26之间。由此，二极管组件40的第三电极层46电连接到光伏电池组件20的后电极层26。
优选使用具有高热阻的基板41。例如，可使用玻璃基板、金属基板、树脂基板等。优选选择与光伏电池组件20的基板21的材料相同的材料。在这些材料中，优选使用由聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚对苯二甲酸乙二酯、芳族聚酰胺等制成的柔性膜基板。在使用柔性膜基板的情况下，可改进二极管组件的柔性，而不牺牲光伏电池组件的柔性。同样，在选择与光伏电池组件20的基板21的材料相同的材料的情况下，光伏电池组件20和旁路二极管组件40的热膨胀系数变得基本相同。由此，这些组件的接口处的脱离和变形可减少。
基板41的膜厚不具体地受限。然而，鉴于柔性、强度和重量，膜厚优选为15μm至200μm。
第一电极层42、第二电极层44和第三电极层46的材料不具体地受限。例如，可使用ITO、ZnO、SnO2、Ag、Ag合金、Ni、Ni合金、Al、Al合金等。半导体层43不具体地受限。例如，可使用PIN型或NIP型非晶硅、微晶硅薄膜等。二极管45在相反极性方向上并联连接到光伏电池25。由此，当附连有二极管45的光伏电池25正在发电时，没有电流流过二极管45。
另一方面，如果特定光伏电池25在其被遮蔽时停止发电，例如，电子通过导电胶带70从相邻光伏电池25一侧上的后电极层26移动到相应二极管45的第三电极层46。已移动到相应二极管45的第三电极层46的电子通过第二通孔49移动到第一电极层42。已移动到第一电极层42的电子通过半导体层43移动到第二电极层44，并且移动到第一通孔47。此外，电子通过第一通孔47移动到相邻二极管45的第三电极层46。然后，电子通过导电胶带70移动到相邻光伏电池25另一侧上的后电极层26。
如上所述，例如，即使当因光伏模块的一部分被遮蔽而遮挡到光伏电池25的一部分的日光时，通过旁路不发电的光伏电池25，电流流到下一光伏电池25。由此，可获取稳定的光伏特性。
在本发明的光伏模块中，二极管组件40设置在光伏电池组件20的非光接收表面侧上。由此，即使当遮挡到光伏电池的一部分的日光时，可在不损失光伏电池25的发电容量的情况下获取稳定的光伏特性。同样，在具有模式基板的二极管组件被用作二极管组件40(即，柔性膜基板被用作基板41)的情况下，二极管组件40是薄的和柔性的。由此，整个光伏模块的厚度和重量不会增加太大。此外，当光伏电池组件20具有柔性时，确保该模块的柔性。
同样，在该二极管组件40中，在基板41上形成多个二极管45，其排列与附连有这些二极管45的光伏电池25的排列一致。由此，二极管45与附连有二极管的光伏电池25的对准变得容易，并且二极管45能可靠地附连到期望的光伏电池25，且具有好的可加工性。
在此，通过在本实施例中使用导电胶带70将二极管组件40附连到光伏组件20，二极管45电连接到光伏电池25。然而，将二极管45电连接到光伏电池25的措施不限于导电胶带。诸如导电胶或焊接之类的常规方法可用于进行连接。在这些方法中，导电胶带具有好的可加工性，并且不包含加热工艺。由此，没有因热而对光伏电池造成损坏等。因此，尤其优选导电胶带。替换地，可通过在绝缘层60的一部分中开孔来将二极管45电连接到光伏电池25。在此情况下，光伏电池组件20的后电极层26和二极管组件40的第二电极层44在没有绝缘层60的区域中导电。这样，不一定附连导电胶带，并且这可有助于降低材料成本和缩短加工工艺。此外，可消除光伏电池组件20与二极管组件40之间的绝缘层60，以使光伏电池组件20的后电极层26与二极管组件40的第二电极层44直接接触。这有助于使整个模块变薄且重量轻，并且消除了附连导电胶带的需求。由此，这还可有助于降低材料成本和缩短加工工艺。
同样，在本实施例中，光伏电池组件20和二极管组件40两者都使用SCAF结构。然而，光伏电池组件20和二极管组件40中仅一个可使用SCAF结构，或者两者都可使用不同于SCAF结构的结构。在光伏电池组件20和二极管组件40两者具有相同结构(例如，相同的SCAF结构)的情况下，可通过相同生产线来制造光伏电池组件20和二极管组件40。由此，可有效地使用制造设备。
用于光伏电池组件的不同于SCAF结构的结构可如下。例如，在基板的光接收表面侧上形成多个光伏电池，并且光伏电池中的每一个串联连接。在另一示例中，在导电基板上形成光电转换层、透明电极层等，并且在透明电极层的一部分上以预定间隔形成多个集电极。在又一示例中，基板本身是光电转换层的一部分，并且多个结构单元串联连接，在每一个结构单元中电极层在光接收表面侧的相反侧上形成。同样，具有不同于SCAF结构的结构的二极管组件可如下。例如，在基板的表面上形成多个旁路二极管，并且这些二极管中的每一个串联连接等。
同样，在本实施例中，光伏电池具有其中背侧电极层、光电转换层和透明电极层按该次序层叠在基板上的基板结构。然而，光伏电池可具有其中透明电极层、光电转换层和电极层按该次序层叠在透明基板上的上板结构。在此，在光伏电池具有上板结构的情况下，由于电极层侧变成非光接收表面而透明基板侧变成光接收表面，因此旁路二极管组件40设置在电极层上。
参考图7来描述本发明中的光伏模块的实施例2。
在本实施例中，二极管组件40设置在光伏电池组件20的非光接收表面侧20b上，以使其第三电极层46侧朝向光伏电池组件侧。即，二极管组件40的第三电极层46与光伏电池组件20的后电极层26接触，并且两者电连接。
在本实施例中，同样如实施例1，当特定光伏电池25变成被遮蔽并停止发电时，来自相邻光伏电池25一侧上的后电极层26的电子移动到相应二极管45的第三电极层46。已移动到相应二极管45的第三电极层46的电子通过第二通孔49移动到第一电极层42。已移动到第一电极层42的电子通过半导体层43移动到第二电极层44，随后移动到第一通孔47。此外，电子通过第一通孔47移动到相邻二极管45的第三电极层46，并且电子移动到相邻光伏电池25另一侧上的后电极层26。
根据本实施例，由于没有绝缘层，因此即使当SCAF结构用于光伏电池组件20时，本实施例也可有助于使整个模块变薄且重量轻。另外，由于电极彼此直接接触而不需要附连导电胶带，因此本实施例可有助于降低材料成本和缩短加工工艺。
Claims (9)
1.一种光伏模块，包括：
具有多个串联电连接的光伏电池的光伏电池组件；以及
具有在基板上形成的多个二极管的二极管组件，其排列与附连有所述二极管的所述光伏电池的排列一致，
其中所述二极管组件设置在所述光伏电池组件的非光接收表面侧，并且所述二极管电连接到所述光伏电池。
2.如权利要求1所述的光伏模块，其特征在于，其上形成有所述多个二极管的所述基板是柔性膜基板。
3.如权利要求1所述的光伏模块，其特征在于，所述二极管组件通过导电胶带附连到所述光伏电池组件，并且所述导电胶带连接到所述光伏电池。
4.如权利要求1所述的光伏模块，其特征在于，附连到所述光伏电池组件的所述二极管组件的面积小于或等于所述光伏电池组件的面积，并且所述二极管组件被设置成其不突出到所述光伏电池组件的外周边之外。
5.如权利要求1所述的光伏模块，其特征在于，
所述二极管组件包括：
各自通过按第一电极层、半导体层和第二电极层的次序在所述基板的一个表面上层叠所述第一电极层、所述半导体层和所述第二电极层而形成的所述多个二极管；以及
在所述基板的另一表面上形成的多个第三电极层，
其中所述第三电极层中的每一个层通过导体连接到所述第二电极层，所述导体通过穿透所述第一基板、所述第一电极层和所述半导体层的第一通孔与所述第一电极层基本绝缘，并且
其中所述第三电极层中的所述每一个层通过导体连接到相邻二极管的所述第一电极层，所述导体通过穿透所述第一基板的第二通孔与所述第二电极层基本绝缘。
6.如权利要求5所述的光伏模块，其特征在于，所述二极管组件被设置成其二极管侧朝向所述光伏电池组件的非光接收表面侧。
7.如权利要求5所述的光伏模块，其特征在于，所述二极管组件被设置成其第三电极层侧朝向所述光伏电池组件的非光接收表面侧。
8.如权利要求1所述的光伏模块，其特征在于，
所述光伏电池组件包括：
基板；
各自通过按背侧电极层、光电转换层和透明电极层的次序在所述基板的一个表面上层叠所述背侧电极层、所述光电转换层和所述透明电极层而构成的所述多个光伏电池；以及
在所述基板的另一表面上形成的多个后电极层，
其中所述后电极层中的每一个层通过导体连接到所述透明电极层，所述导体通过穿透所述基板、所述背侧电极层和所述光电转换层的第一通孔与所述背侧电极层基本绝缘，并且
其中所述后电极层中的所述每一个层通过导体连接到相邻光伏电池的所述背侧电极层，所述导体通过穿透所述基板的第二通孔与所述透明电极层基本绝缘。
9.如权利要求1所述的光伏模块，其特征在于，所述光伏电池组件和所述二极管用密封剂密封并合成一体。
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