[发明专利]含有条带状导体的光伏模块

说明书

发明领域

本发明涉及光伏模块领域，具体涉及具有由汇流条电连接的光伏电池的光伏模块，所述电池在低压力下被封装在两个板之间。

技术背景

光伏电池是一种将入射辐射，在此情况下太阳光，通过PN结转化成电流的半导体装置。

更具体地，所生成的电子通过电池块中形成的与其阳极区接触的狭窄的金属电极网络被收集，并通过该网络传送到一个或若干更大尺寸的电极，通常称作“汇流条”且与电池表面对齐。

为了将电流输出电池，称作“负极”的电连接件则布置成与每个汇流条连接。类似地，一个或若干电连接件也设置成与电池的正极区域连接，这样的电连接件通常称为“正极”。汇流条的表面最常见的是直线条带，电连接件则为金属条带的形式。在某些类型的电池中，每个电池的一个或若干正极也采取条带的形式。

进一步地，电池通常不能通过其自身提供合适的电流和电压用于目前电气设备的操作。特别地，光伏电池每平方厘米电池提供低于1伏特的电压和数十毫安量级的电流。几个电池应串联连接和/或并联连接以输出合适的电流和/或电压。这则被称“光伏模块”。

此外，光伏电池为易碎的元件，最常见地旨在用于困难的环境条件（雨，冰雹等）中。因此，光伏电池通常压在两个防护板之间，一个至少是刚性的且一个在电池的前表面至少是透明的，例如，钢化的玻璃板，其同时提供抵抗恶劣环境的保护和用于处理和组装光伏模块的足够刚性。

最后，仍然为了保护光伏电池免受环境条件尤其是湿度和氧气对电池的氧化，所述电池置于无氧气密且不透水的环境中。

第一光伏模块制造技术因而包括将电连接件焊接到电池上，根据所需的电路图将电池连接起来，然后将组件嵌入形成密封胶囊的材料中，例如，在乙烯-醋酸乙烯酯中，然后压制电池从而嵌入两个透明刚性板之间，透明刚性板例如由钢化玻璃制作而成。

然而，根据这种技术制作光伏电池的时间很长，需要长久的加热阶段以熔化胶囊材料，许多设备变化以及许多清洁操作。这种技术因而很昂贵。此外，在长期运行中可观察到胶囊的降解，该胶囊于是不再起到防止空气和湿度影响的作用。

已经开发了如文件WO-A-2004/075304中描述的第二种“压制”技术以克服这些缺点。

这种压制技术基本上包括按压在两个透明、刚性且绝缘的防护板之间的电池及其连接件，通过借助于热塑性有机材料制成的外周密封装置将两个板密封在一起以形成气密和不透水封装。同时，在组装过程中，在封装中产生低压力下的中性气体氛围。组装期间，夹在电池和防护板之间的电导体通过放置在板上的胶水以及由连接件上的防护板施加的压力保持在位。这种技术因而能够非常显著地降低光伏模块的制造成本。

然而，这种技术具有许多额外的关于条带状电连接件的缺点。

首先，条带不是直接连接到汇流条而是在组装时放置到汇流条上。条带因而应与汇流条精确地对齐，因而需要使用昂贵的设备。事实上，任何不对齐导致条带的一部分被置于用于收集入射光流的电池的表面或“有用的”表面上。应注意的是，特别地由于收集电极网络的存在，光伏电池的有用表面远非电池的整个表面。因此，即使理论上认为微不足道的一个阴影，对电池能够产生的电流总量具有显著影响。例如，对于能够产生33mA/cm²的最大电流密度，具有125毫米边长且包括宽度为2毫米的两个汇流条的光伏电池，连接条带相对于汇流条的一毫米的不对齐导致能够由电池产生的电流的0.2安培的下降。

于是，光伏模块的使用过程中，为了将连接条带保持在位而实施的方式不足够。事实上，光伏电池可遭受大幅度的热循环。此外，已经制定了关于这个问题的标准并倡导光伏模块、光伏电池以及相关的连接件被设计成抵御从-40℃到+85℃的热循环（例如，标准NF EN61215和标准NF EN61640)。然而，电池、连接条带和刚性板的热膨胀系数是不同的，这些元件的膨胀和收缩不同。压在电池和防护板之间的条带要经受使条带变形并失去初始直线形状的强烈的机械应力。

图1为根据该压制技术制造的市售的光伏模块的光伏电池1的俯视图。电池1包括两个具有初始压在其上的直线铜条带4、5的汇流条2、3。经过大热循环之后，条带4、5如图所示地变形。条带4、5不仅严重遮蔽电池1，它们进而只能保证与汇流条2、3之间非常局部的接触。