[发明专利]用于电连接太阳能电池组件内的光伏电池的装置和方法

说明书

本申请要求2005年12月2日提交的美国临时专利申请60/741,916和2006年1月12日提交的美国临时专利申请60/758,519的利益。

发明领域

本发明涉及电连接太阳能电池组件内的光伏(PV)电池，在本发明的一个方面涉及用于电连接太阳能电池组件内的多个PV电池，以有效延长PV电池之间的连接的运行寿命的装置和方法。

发明背景

最近几年，在用于将太阳能直接转换为有用电能的光伏电池等方面已经有了相当的进步。典型地，将多个这样的光伏电池装入透明片(例如玻璃、塑料等)和背衬材料片之间，从而形成具有易处理尺寸(例如)的扁平的矩形组件(有时也称为“层压板”或“面板””)。这是通常安装在现有结构(例如房屋、建筑物等)的屋顶上以提供由该结构使用的全部或至少一部分电能的太阳能电池组件类型。

在构造这种太阳能电池组件时的一个主要考虑因素是，如何在组件内将个体PV电池电连接。典型地，将PV电池放置成紧密接近的多个行，并以一个电池的正极侧(即端子或输出端)连接到相邻PV电池的负极侧(即输入端)的形式串联电连接。电池通过某一长度的导电材料(例如铜、铝等的线或平带(flat ribbon)，下文称为“带”)相连，所述导电材料的末端焊接到相应电池的适当侧面。

典型地，各个带的各个末端的一部分长度被焊接到其相应PV电池的顶部或底部，并基本上达到或非常接近于相应PV电池的边缘。也就是说，带的大部分被焊接到电池上，只有实际位于相邻电池之间的很短长度是未焊接的。

尽管这些连接看起来似乎在相对长的时期内运行良好，但已经发现这些连接中的一些可能在达到太阳能电池组件的预期使用寿命之前失效。看起来，这些连接中的一个或多个可能失效的主要原因是，由于组件运行过程中温度的循环变化引起电池膨胀和收缩，以致电池之间的短长度带经受应力。这种应力使得带疲劳并导致其断裂，就像连续弯曲线导致该线在弯曲点断裂，并且这种应力可引起焊接点本身断裂。

由于太阳能电池组件是密封单元，所以PV电池(通常是串联的)之间的这些连接中仅一个失效就可能使得组件不能运行，在远未到达其使用寿命之前就需要更换。由于所涉及的成本，这会严重损害太阳能的商业化。因此，可看出，特定太阳能电池组件内电连接器寿命的任何延长都会进而延长该太阳能电池组件的运行寿命，并将因此为太阳能电池组件用户提供重大益处。

发明概述

本发明提供了用于将太阳能电池组件内的相邻PV电池电连接到一起的装置和方法。基本上，使用个体长度的导电材料将相邻电池的端子连接到一起；所述导电材料为例如由铜等制成的某一长度的带，这些带典型地用焊料涂布。导电材料如带的大部分中段是未焊接的，从而在电池之间的导电材料内提供应力消除区，以减少带的应力失效。PV电池可以是(并优选是)由半导体晶片如硅晶片制成的类型。硅晶片可以由单晶硅或多晶硅制成。这些PV电池可以是任何形状，但通常为圆形、正方形、矩形或准正方形。“准正方形”指主要是正方形，但通常具有圆角。例如，用于本发明的单晶或多晶PV电池的厚度可以为约50微米至约400微米。如果是圆形，其直径可以为约100毫米至约200毫米。如果是矩形、正方形或准正方形，其边长可以为约100毫米至约210毫米，其中对于准正方形晶片，圆角的直径可以为约127毫米至约178毫米。这些晶片和电池及其制备方法是本领域已知的。

更具体地，本发明提供了用于电连接两个相邻PV电池的连接器。每个电池上都具有负极端子和正极端子。端子可以位于PV电池的相同侧面或相反侧面。连接器或带横跨两个相邻电池之间的间隙，并具有与一个电池的端子接触的第一末端，和与相邻电池的端子接触的第二末端。如果要串联连接电池，则将一个电池的正极端子与相邻电池的负极端子相连，而如果要并联连接电池，则将相同极性的端子相连(即正极对正极，负极对负极)。在任何情况下，只将带的各个末端的一部分焊接到其相应的端子上，从而使带的大部分中段保持为未被焊接，从而在相应的所述电池之间的带内形成应力消除区。

未焊接的带长度将取决于所涉及的具体情况，例如不同的电池等。然而，基本上，该长度应该等于穿过相邻电池之间间隙的距离加上间隙任一侧的距离，所述间隔任一侧的距离等于穿过所述间隙的距离的约至少4倍。

附图简述

通过参考附图，将更好地理解本发明的实际构造操作和明显优点，附图不一定是按比例绘制的，其中相同数字表示相同部件，其中：

图1是安装到屋顶等上的根据本发明实施方案制造的太阳能电池组件阵列的透视图；