CN103378205A - 太阳能模组 - Google Patents

Abstract

一种太阳能模组，包括串联的至少两个太阳能电池单元，各个太阳能电池单元呈蜿蜒形状，且各个太阳能电池单元的发电面积相同。本发明提供的太阳能模组通过增加太阳能电池单元的长度的方法来获取较大的电流和较小的电压，减少了导电带的数量，减小了太阳能模组结构和工艺的复杂度，降低了生产成本。

Description

太阳能模组

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能模组。

背景技术

石油等传统能源的大量消耗以及其储存量有限，并且对环境存在着严重污染等缺点，使得风能、太阳能等清洁能源越来越受到人们的重视，特别是太阳能受地域限制较少，并且能源丰富，越来越成为研究的热点和重点。

在公开号为CN101775591A的中国专利申请中公开了一种非晶硅薄膜太阳能电池，如图1所示，所述非晶硅薄膜太阳能电池自下至上依次包括：背板16、底部电极15、N型非晶硅层14、本征非晶硅层13、P型非晶硅层12、透明电极11和玻璃基板10。其中，所述P型非晶硅层12、本征非晶硅层13和N型非晶硅层14共同组成一个非晶硅光伏单元。

在非晶硅薄膜太阳能电池的工作工程中，光投射至玻璃基板10、透过透明电极11到达非晶硅光伏单元，所述非晶硅光伏单元将光信号转换为电信号，所述电信号经由透明电极11和底部电极15输出。

然而，对于大多数用途来说，单个薄膜太阳能电池的电极上产生的电压是不够的。因此，为了能够获得足够的功率和电压就将一个太阳能板制作成很多单个薄膜太阳能电池串联的阵列，或者称其为一个组件。另外，在其他的应用中，有时则需要将组件并联起来以在较小的电压下输出较大的电流。

图2和图3示出了薄膜太阳能电池串联的一种实施方式。参考图2所示，太阳能模组由薄膜太阳能电池21、22、23和24串联形成，且在薄膜太阳能电池21上设置导电带(contact strip)26以作为正极(+)，在薄膜太阳能电池24上设置导电带27以作为负极(-)。薄膜太阳能电池21、22、23和24的结构相同，且薄膜太阳能电池21、22、23和24并排设置在基板31上，太阳光通过所述基板31照射到每个薄膜太阳能电池上。具体地，所述薄膜太阳能电池24包括一个由透明的导电氧化物制成的透明电极32、一个由半导体材料，如非晶硅氢化物制成的光伏单元33、一个由金属材料(如铝)或透明材料(如氧化锡)制成的底部电极34。所述光伏单元33可以包括一个PIN结构，例如可以是图1所示的P型非晶硅层12、本征非晶硅层13和N型非晶硅层14共同组成的非晶硅光伏单元。

各薄膜太阳能电池的透明电极32之间形成有第一凹槽36，光伏单元33之间形成有第二凹槽37，底部电极34之间形成有第三凹槽38。其中，所述第一凹槽36中填充有光伏单元33中的半导体材料，使得所述透明电极32在电气上相互绝缘；而填充了金属材料以作为底部电极的第二凹槽37又把相邻的光伏单元33相互隔离，并且使得光伏单元33的透明电极32和底部电极34互相串联起来；而相邻的底部电极34则被第三凹槽38隔开，在电气上相互绝缘。最后通过在最外端的电池上形成导电带26和导电带27，就可以获得四个薄膜太阳能电池串联后的电压值，即最终输出的电压为各个薄膜太阳能电池的电压之和。

然而在其他一些应用中，则可能需要较小的电压但却较大的电流，这时就需要将多个组件并联起来。通常地，可以将对应于组件正极的导电带连接在一起，并且将对应于组件负极的导电带连接在一起。

图4和图5示出了薄膜太阳能电池并联的一种实施方式。结合参考图4和图5，太阳能模组包括组件40和组件50。所述组件40包括多个串联的薄膜太阳能电池41，所述组件50包括多个串联的薄膜太阳能电池51，且组件40和组件50的开路电压相同。所述组件40的正负极位置上分别形成有导电带61和62，所述组件50的正负极位置上分别形成有导电带63和64。为了将所述组件40和组件50并联，需要将组件40正极位置上的导电带61和组件50正极位置上的导电带63通过导电带65(图5中未示出)进行电连接，同时将组件40负极位置上的导电带62和组件50负极位置上的导电带64通过导电带66(图5中未示出)进行电连接。

现有技术中都是采用直切的方式形成薄膜太阳能电池，每个薄膜太阳能电池为长条状。当太阳能模组中需要较低的开路电压和最大功率点电压时，只能先将多个薄膜太阳能电池串联成多个组件，再使用多个导电带将多个组件进行并联。但是针对不同的并联方式，导电带的焊接位置需要不断改变，最终导致太阳能模组的结构和工艺都比较复杂，生产成本较高。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种太阳能模组，在获取较低开路电压和最大功率点电压的同时，可以减少导电带的数量，降低复杂度。

为解决上述问题，本发明提供了一种太阳能模组，包括串联的至少两个太阳能电池单元，各个太阳能电池单元呈蜿蜒形状，且各个太阳能电池单元的发电面积相同。

可选地，各个太阳能电池单元的宽度相同，各个太阳能电池单元的长度相同。

可选地，所述太阳能模组为长方体；各个太阳能电池单元相互平行延伸，且各个太阳能电池单元的长度大于太阳能模组的长度，各个太阳能电池单元呈曲折延伸的长条状。

可选地，所述太阳能模组还包括：两个导电带，分别位于太阳能模组正极端和负极端的两个太阳能电池单元的端部。

可选地，各个太阳能电池单元依次包括：基板、前电极、光伏单元和背电极。

可选地，所述光伏单元依次包括：P型非晶硅层、本征非晶硅层、N型非晶硅层、P型微晶硅层、本征微晶硅层和N型微晶硅层。

可选地，所述太阳能模组包括两个太阳能电池单元，各个太阳能电池单元的长度是所述太阳能模组的长度的三倍，所述太阳能模组的宽度是各个太阳能电池单元的宽度的六倍。

可选地，所述太阳能模组包括三个太阳能电池单元，各个太阳能电池单元的长度是所述太阳能模组的长度的五倍，所述太阳能模组的宽度是各个太阳能电池单元的宽度的十五倍。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明提供的太阳能模组中包括串联的至少两个太阳能电池单元，各个太阳能电池单元呈蜿蜒形状，且各个太阳能电池单元的发电面积相同，从而通过增加太阳能电池单元的长度的方法来获取较低开路电压和最大功率点电压，减少了导电带的数量，减小了太阳能模组结构和工艺的复杂度，降低了生产成本。

附图说明

图1是现有技术一种非晶硅薄膜太阳能电池的结构示意图；

图2和图3是现有技术薄膜太阳能电池串联的一种实施方式示意图；

图4和图5是现有技术薄膜太阳能电池并联的一种实施方式示意图；

图6是本发明实施例一中太阳能模组的结构示意图；

图7是图6中第一太阳能电池单元的结构示意图；

图8是图6中第二太阳能电池单元的结构示意图；

图9是沿图6中A-A方向的一种结构示意图；

图10是沿图6中A-A方向的另一种结构示意图；

图11是本发明实施例二中太阳能模组的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本文中，用语“蜿蜒”指非直线形状，例如由多条线段和/或弧线连接而成。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，现有技术中的薄膜太阳能电池都是采用直切方式得到的长条状，从而为了得到较低开路电压和最大功率点电压，则需要先采用多个薄膜太阳能电池串联的方式保证得到具有较大电流的组件，再采用组件并联的方式保证得到具有较低电压的太阳能模组，最终需要使用多个导电带，且导电带的位置随具体的并联方式而改变，导致太阳能模组的结构和工艺都比较复杂，生产成本较高。

针对上述缺陷，本发明提供了一种太阳能模组，包括串联的至少两个太阳能电池单元，各个太阳能电池单元呈蜿蜒形状，且各个太阳能电池单元的发电面积相同。本发明通过将太阳能电池单元由长条形改为蜿蜒形状，从而可以增加太阳能电池单元的长度，进而可以获取较低开路电压和最大功率点电压，减少了导电带的数量，减小了太阳能模组结构和工艺的复杂度，降低了生产成本。

下面结合附图进行详细说明。

实施例一

参考图6所示，本实施例提供了一种太阳能模组，包括：第一太阳能电池单元100和第二太阳能电池单元200。其中，第一太阳能电池单元100和第二太阳能电池单元为串联，且第一太阳能电池单元100和第二太阳能电池单元200都呈蜿蜒形状，第一太阳能电池单元100的发电面积和第二太阳能电池单元200的发电面积相同。

本实施例中第一太阳能电池单元100的宽度W始终相同，第二太阳能电池单元200的宽度W始终相同，第一太阳能电池单元100的宽度等于第二太阳能电池单元200的宽度，第一太阳能电池单元100的长度等于第二太阳能电池单元200的长度。本实施例中每个太阳能电池单元宽度的取值范围与现有技术相同，其对于本领域的技术人员是熟知的，在此不再赘述。

第一太阳能电池单元100可以作为太阳能模组的正极+，且仅在第一太阳能电池单元100的端部设置第一导电带120。第二太阳能电池单元200可以作为太阳能模组的负极-，且仅在第二太阳能电池单元200的端部设置第二导电带220。图6中的箭头方向表示电流的方向(即从负极流向正极)。

需要说明的是，本实施例还可以以第一太阳能电池单元100作为太阳能模组的负极，第二太阳能电池单元200作为太阳能模组的正极，其不限制本发明的保护范围。此外，第一导电带120还可以设置在第一太阳能电池单元100的其他位置，第二导电带220也可以设置在第二太阳能电池单元200的其他位置。

本实施例中太阳能模组为长方体，第一太阳能电池单元100和第二太阳能电池单元200相互平行延伸，且第一太阳能电池单元100的长度大于太阳能模组的长度L，第二太阳能电池单元200的长度也大于太阳能模组的长度L，第一太阳能电池单元100和第二太阳能电池单元200都呈曲折延伸的长条状。具体地，所述太阳能电池单元可以呈

形。第一太阳能电池单元100和第二太阳能电池单元200的每一蜿蜒分支均间隔分布。需要说明的是，所述太阳能电池单元还可以呈其它任意形状，其不限制本发明的保护范围。

太阳能电池单元产生的电流由以下公式确定：

Isc＝Jsc×A，Jsc＝∫R(λ)×S(λ)dλ

其中，A是太阳能电池单元的发电面积，Jsc是太阳能电池的短路电流密度，R(λ)是光谱响应度，S(λ)是光谱辐射度分布，λ是吸收光的波长。

当太阳能电池的短路电流密度恒定时，太阳能电池单元产生的电流与发电面积成正比，发电面积越大，电流越大。为了降低太阳能电池单元的电压，则可以增加太阳能电池单元的电流，即增大太阳能电池单元的发电面积。

本实施例中每个太阳能电池单元都呈曲折延伸的长条状，从而满足下面公式：

A＝L×W

其中，L为太阳能电池单元的长度，W为太阳能电池单元的宽度。

为了增大太阳能电池单元的发电面积，可以增大太阳能电池单元的长度和/或宽度。但是太阳能电池单元的宽度需要满足一定范围，不能随意增大。本实施例改变太阳能电池单元的布局，使其呈蜿蜒形状，从而增大了太阳能电池单元的长度，进而增大了太阳能电池单元的发电面积，增加了太阳能电池单元的电流，减小了太阳能电池单元的电压。

需要说明的是，在发明的其他实施例中，在保证每个太阳能电池单元的发电面积和短路电流密度均相同的前提下，单个太阳能电池单元的宽度也可以发生变化，不同太阳能电池单元的长度也可以不同。优选地，各个太阳能电池单元的宽度相同，各个太阳能电池单元的长度相同，从而不会在单个太阳能电池单元的宽度较窄处发生热点(hotspot)问题，也不会因长度不同而在部分连接处发生电流较集中的问题，最终保证了太阳能模组的性能稳定。

第一太阳能电池单元100所在的区域包括绝缘区域110，第二太阳能电池单元200所在的区域包括绝缘区域210。绝缘区域110和绝缘区域210可以是绝缘材料填充形成的区域，也可以是切割去除形成的凹槽，其用于实现同一太阳能电池单元相邻区域的绝缘。本实施例对绝缘区域110或绝缘区域210的具体宽度不作限制，绝缘区域110或绝缘区域210的长度是太阳能模组长度L减去第一太阳能电池单元宽度和第二太阳能电池单元宽度，即L-2W。当太阳能电池单元采用其他形状排布时，绝缘区域的长度还可以取其他值；或者，太阳能电池单元所在的区域还可以不包括绝缘区域，其不限制本发明的保护范围。

所述太阳能电池单元可以为非晶硅薄膜太阳能电池单元、微晶硅薄膜太阳能电池单元或非晶硅和微晶硅叠层薄膜太阳能电池单元。具体地，参考图7所示，所述第一太阳能电池单元100可以依次包括：基板101、前电极103、一个或多个光伏单元105和背电极107。相应地，参考图8所示，所述第二太阳能电池单元200可以依次包括：基板201、前电极203、一个或多个光伏单元205和背电极207。所述基板101和基板201、前电极103和前电极203、背电极107和背电极207对于本领域的技术人员是熟知的，且基板101与基板201为一体，在此不再赘述。

所述光伏单元105或光伏单元205可以为薄膜结构的PIN结。当所述太阳能电池单元为非晶硅薄膜太阳能电池单元时，所述光伏单元105或205依次包括：P型非晶硅层、本征非晶硅层和N型非晶硅层。当所述太阳能电池单元为微晶硅薄膜太阳能电池单元时，所述光伏单元105或205依次包括：P型微晶硅层、本征微晶硅层和N型微晶硅层。当所述太阳能电池单元为非晶硅和微晶硅叠层薄膜太阳能电池单元时，所述光伏单元105或205依次包括：P型非晶硅层、本征非晶硅层、N型非晶硅层、P型微晶硅层、本征微晶硅层和N型微晶硅层。需要说明的是，所述光伏单元还可以为薄膜结构的PN结，在此不再赘述。

结合图9所示，所述第一太阳能电池单元100和所述第二太阳能电池单元200之间串联的切割方式可以采用图9所示的方式，即：前电极103与前电极203之间形成有第一凹槽121，光伏单元105与光伏单元205之间形成有第二凹槽122，背电极107和背电极207之间形成有第三凹槽123。其中，所述第一凹槽121中填充有光伏单元中的半导体材料，使得两个前电极在电气上相互绝缘；而填充了金属材料以作为背电极的第二凹槽122又把两个光伏单元相互隔离，并且使得前电极203和背电极107互相串联起来；而两个背电极则被第三凹槽123隔开，在电气上相互绝缘。

结合图10所示，所述第一太阳能电池单元100和所述第二太阳能电池单元200之间串联的切割方式还可以采用图10所示的方式，即：前电极103与前电极203之间形成有第一凹槽211，光伏单元105与光伏单元205之间形成有第二凹槽212，背电极107和背电极207之间形成有第三凹槽213，且第三凹槽贯穿其下的光伏单元205。其中，所述第一凹槽211中填充有光伏单元中的半导体材料，使得两个前电极在电气上相互绝缘；而填充了金属材料以作为背电极的第二凹槽212又把两个光伏单元相互隔离，并且使得前电极203和背电极107互相串联起来；而两个背电极则被第三凹槽213隔开，在电气上相互绝缘，同时光伏单元205也被第三凹槽213分隔开。

为了不浪费太阳能模组的面积，太阳能电池单元的长度＝太阳能模组长度的三倍+绝缘区域210宽度+绝缘区域110宽度，太阳能模组的宽度＝太阳能电池单元宽度的六倍+绝缘区域210宽度+绝缘区域110宽度。由于绝缘区域210宽度或绝缘区域110宽度一般很小，可以忽略不计。因此，本实施例中太阳能电池单元的长度是太阳能模组的三倍，太阳能模组的宽度是太阳能电池单元宽度的六倍。

对于本实施例中长度L和宽度6W的太阳能模组，采用现有技术时，太阳能模组可以包括6个长度为L、宽度为W的长方体太阳能电池单元，且每个太阳能电池单元的电流为X安培，电压为Y伏特，当使其中三个太阳能电池单元串联后形成两个电流为X安培、电压为3Y伏特的组件，进而采用两个导电带将两个组件并联(即将正负极分别相连)，则太阳能模组的电流为2X安培、电压为3Y伏特、功率为6XY瓦特。本实施例中相当于两个电流为3X安培、电压为Y伏特的太阳能电池单元串联，从而太阳能模组的电流为3X安培、电压为2Y伏特、功率为6XY瓦特。

通过比较可以发现，在节省两个导电带且保持功率不变的前提下，本实施例可以实现得到更低的电压，从而本实施例通过改变太阳能电池单元的布局，使太阳能电池单元呈蜿蜒形状，从而增加太阳能电池单元的长度以获取较大的电流和较小的电压(即获取较低开路电压和最大功率点电压)，减少了导电带的数量，减小了太阳能模组结构和工艺的复杂度，降低了生产成本。

实施例二

参考图11所示，与实施例一相比，本实施提供的太阳能模组包括：第一太阳能电池单元300、第二太阳能电池单元400和第三太阳能电池单元500。其中，三个太阳能电池单元为串联，三个太阳能电池单元都呈蜿蜒形状，且三个太阳能电池单元的发电面积相同。

本实施例中每个太阳能电池单元的宽度相同且都是W，每个太阳能电池单元的长度相同且都大于太阳能模组的长度L。

本实施例中太阳能模组为长方体。第一太阳能电池单元300和第三太阳能电池单元500分别位于太阳能模组的正极端和负极端。第一太阳能电池单元300包括绝缘区域310和320，且第一太阳能电池单元300上设置有导电带330以作为正极输出。第三太阳能电池单元500包括绝缘区域510和520，且第三太阳能电池单元500上设置有导电带530以作为负极输出。

在忽略绝缘区域310、320、510和520宽度的前提下，太阳能模组的长度为L、宽度为15W，每个太阳能电池单元的长度为5L、宽度为W，每个太阳能电池单元的形状为

。

当长度为L、宽度为W的长方体太阳能电池单元对应的电流为X安培、电压为Y伏特时，本实施例中采用蜿蜒排布的太阳能模组的电流为5X安培、电压为3Y伏特，且仅需要两个作为正负极输出的导电带。

本实施例每个所述太阳能电池单元的长度是所述太阳能模组的五倍，所述太阳能模组的宽度是所述太阳能电池单元宽度的十五倍，其同样可以获取较低开路电压和最大功率点电压，且减小了导电带的数量，减小了太阳能模组结构和工艺的复杂度，降低了生产成本。

实施例三

与实施例一相比，本实施例提供了一种圆柱体的太阳能模组，其包括串联的至少两个太阳能电池单元，各个太阳能电池单元呈蜿蜒形状，且各个太阳能电池单元的发电面积相同。具体地，每个太阳能电池单元的形状为曲线如：每个太阳能电池单元呈螺旋曲线形状。每个所述太阳能电池单元的宽度相同，每个所述太阳能电池单元的长度相同，每个所述太阳能电池单元的长度大于太阳能模组的圆周长度。

所述太阳能模组的具体切割方式和太阳能电池单元的具体结构与实施例一相同，在此不再赘述。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，太阳能模组还可以是其他任意形状；太阳能模组还可以包括三个以上串联太阳能电池单元，且每个太阳能电池单元的宽度相同，每个太阳能电池单元的长度相同且大于太阳能模组的长度，每个太阳能电池单元可以是长方体之外的任意蜿蜒形状。当长度为L、宽度为W的长方体太阳能电池单元对应的电流为X安培、电压为Y伏特时，本实施例中采用蜿蜒排布的太阳能模组可以包括M个长度为NL、宽度为W的太阳能电池单元，此时，太阳能模组的电流为NX安培、电压为MY伏特，且仅需要两个作为正负极输出的导电带。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种太阳能模组，其特征在于，包括串联的至少两个太阳能电池单元，各个太阳能电池单元呈蜿蜒形状，且各个太阳能电池单元的发电面积相同。

2.如权利要求1所述的太阳能模组，其特征在于，各个太阳能电池单元的宽度相同，各个太阳能电池单元的长度相同。

3.如权利要求2所述的太阳能模组，其特征在于，所述太阳能模组为长方体；各个太阳能电池单元相互平行延伸，且各个太阳能电池单元的长度大于太阳能模组的长度，各个太阳能电池单元呈曲折延伸的长条状。

4.如权利要求1所述的太阳能模组，其特征在于，还包括：两个导电带，分别位于太阳能模组正极端和负极端的两个太阳能电池单元的端部。

5.如权利要求1所述的太阳能模组，其特征在于，各个太阳能电池单元依次包括：基板、前电极、光伏单元和背电极。

6.如权利要求5所述的太阳能模组，其特征在于，所述光伏单元依次包括：P型非晶硅层、本征非晶硅层、N型非晶硅层、P型微晶硅层、本征微晶硅层和N型微晶硅层。

7.如权利要求2所述的太阳能模组，其特征在于，所述太阳能模组包括两个太阳能电池单元，各个太阳能电池单元的长度是所述太阳能模组的长度的三倍，所述太阳能模组的宽度是各个太阳能电池单元的宽度的六倍。

8.如权利要求2所述的太阳能模组，其特征在于，所述太阳能模组包括三个太阳能电池单元，各个太阳能电池单元的长度是所述太阳能模组的长度的五倍，所述太阳能模组的宽度是各个太阳能电池单元的宽度的十五倍。

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