包括多个双面电池的光伏模块以及制造该模块的方法与流程

本发明涉及包括多个双面光伏电池的光伏模块，以及制造该模块的方法。

背景技术：

在光伏模块中，光伏电池可以通过导电元件(例如铜带)来串联连接，这些导电元件将一个电池的正面连接至相邻电池的背面。

在这样的模块中，不同电池的正面位于相同侧，该侧形成模块的正面，而背面位于相对侧，该相对侧形成模块的背面。

图1以包括电池C1、C2、C3的模块的局部截面视图的形式而示出该互连模式(称为“标准模式”)。

各电池的正面的附图标记为AV，背面的附图标记为AR。

为了将电池C1的正面连接至电池C2的背面，铜带1不是平面的，而是从正面到背面穿过模块。

在不同的电池通过带1、1'等连接之后，其被封装在封装材料2中，并且被层压在两个玻璃面板3、3'之间，或者层压在正面的玻璃面板与背面的聚合物面板之间(根据模块是单面或是双面的，所述聚合物可以是透明的或不透明的)。

带从正面到背面的穿越需要带的变形，这可能在所述带中形成机械应力，易于导致所述带的化学腐蚀或机械疲劳，从而导致所述模块的电气故障(互连断开)或机械故障(开裂)。

该互连模式不仅应用到单面电池(也即其主面中只有一个是光敏的)，还应用到双面电池(其两个主面都是光敏的)。这样的双面电池可以通过(例如，以格栅的形式或任何其他形式)在常规电池的背面进行局部的金属化来获得。

对于包括双面电池的模块，另一种可能的互连模式是所谓的“单片”互连，如图2所示意性地显示的。

与图1的附图标记相同的附图标记表示已经参考该附图描述过了的相同的元件。

在该互连模式下，各电池根据连接一个电池的正面AV与相邻电池的背面AR的连接的+和-的极性而布置。

由此，可以使用平的铜带1、1'来分别在模块的正面将电池C1的正面连接至相邻电池C2的背面，以及在模块的背面将电池C2的正面连接至相邻电池C3的背面。

这样的互连模式在例如专利DD 135 014中得到描述。

单片互连的益处在于，可以同时连接模块中的全部电池，而不同于包括多个步骤的标准互连模式(其中各电池相继彼此连接)。而且，由于事实上不需要进行铜带的预先变形，所以制造模块的方法得以更加简化。

图3A和图3B示意性地示出了分别在标准互连和单片互连的情形中的将各电池互连的顺序。

对于标准互连(图3A)，考虑到铜带的构型，只有在铜带已经连接至相邻电池之后才能组装电池。从而，组装需要相继的步骤E1、E2、E3等，直至各电池已全部连接。

对于单片互连(图3B)，组装在单个步骤中进行，两列铜带(一列在模块的正面侧，另一列在模块的背面侧)同时连接至各电池的对应的面。

单片互连的另一个益处在于，其最小化了铜带中的应力，从而限制了与所述带相关的故障风险。

而单片互连的另一个益处在于，各电池的间隔可以最小化。实际上，在标准互连中，各电池的一定间隔是必须的，以便使铜带能够从正面穿越到背面。对于单片互连，这样的间隔被大幅减小了，从而增加了模块的面积效率(W/m²)。

另外已知的是，双面光伏电池的正面与背面的转换效率有差异。该差异一方面是由于形成电池的材料的物理特性，而另一方面是由于在背面侧上比在正面侧上存在密度更大的金属化。该差异还可能源于这样的选择：对两个面中的一个的效率进行优化而损害另一个。

图4示出了双面电池的正面(曲线a)和背面(曲线b)根据波长λ的转换效率R(内量子效率)的示例。

概括而言，在目前市场上现有的双面电池中，正面与背面的转换效率之间的比大约为70％至95％。

在包括多个电池的光伏模块中，产生的电流取决于产生最小电流的电池。

因此，在上述的单片布置中，模块所产生的电流仅仅是在所述模块根据标准互连模式而组装的情况下所将产生的电流的70至95％。

技术实现要素：

因此，本发明的目标为，设计一种光伏模块，其可以按照单片的方式组装，而且其中，电流的产生得到最大化。

根据本发明，提出了一种用于制造光伏模块的方法，所述光伏模块具有旨在暴露于太阳辐射的正面，所述方法至少包括下列步骤：

-提供多个双面光伏电池，所述多个双面光伏电池各自具有短路电流比，针对每个电池将所述短路电流比限定为下述两项之间的比：

·在所述双面光伏电池的背面受到照射时产生的短路电流，以及

·在所述电池的正面受到照射时产生的短路电流，

-将每个电池不对称地切割为第一部分和第二部分，使得所述部分的表面面积之间的比基本等于所述电池的短路电流比(B)或等于电池的集合的平均短路电流比，

-在模块的主平面中并置所述电池部分以形成电池部分的对，所述电池部分的对选择为使得第一部分的正面的短路电流基本等于第二部分的背面的短路电流，所述部分布置为使得第一部分的正面和第二部分的背面与模块的正面一致，

-生成第一部分的正面与第二部分的背面的电连接。

所述电池的短路电流比一般严格小于1。

“电流基本等于短路电流”指的是，电流被包括在相对于短路电流的±2％的范围内，优选在相对于该电流的±1％的范围内，而在更优选的方式中，在该电流附近的实质上为零的范围内。

根据实施方案，对每个电池进行切割所根据的短路电流比是特定于所述电池的短路电流比。

或者，对每个电池进行切割所根据的短路电流比是电池的集合的平均短路电流比。

根据本发明的执行的一种形式，其中，在不对称地切割的步骤之后，进行对称地切割第一部分和第二部分中的每个的步骤，所述对称地切割在所述部分的宽度上或长度上进行。

两个电池部分之间的电连接一般通过导电材料的带来制作。

以特别有益的方式，所述带在平面内延伸。

该方法进一步包括：

-在模块的主平面中并置全部的电池的部分，

-同时生成同一电池的部分之间的电连接以及相邻的电池的部分之间的电连接。

本发明还涉及能够通过这样的方法获得的光伏模块。

所述模块具有旨在暴露于太阳辐射的正面，并且包括按对并置的多个不对称的双面光伏电池的部分，其中，对于每对：

-第一部分的正面和第二部分的背面与模块的正面一致，

-第一部分的正面与第二部分的背面电连接，且第二部分的正面与相邻的对的第一部分的背面电连接，

-第一部分的正面的短路电流基本等于第二部分的背面的短路电流。

两个电池部分之间的电连接通过导电材料的带来制作。

以特别有益的方式，所述带在平面内延伸。

附图说明

参考所附附图，通过下面的具体实施方式，本发明的其他特征和益处将更加清楚，在附图中：

-图1是根据标准互连模式组装的模块的一部分的截面视图，

-图2是根据单片互连模式组装的模块的一部分的截面视图，

-图3A和图3B分别示意性地示出了标准互连方法和单片互连方法的步骤，

-图4示出了双面光伏电池的正面(曲线a)和背面(曲线b)的效率，

-图5示出了根据本发明的考虑短路电流而切割电池的原理，

-图6A示出了根据本发明的在模块中组装电池部分的示例，展示的视图是所述模块的正面的视图，

-图6B示出了将对称电池部分组装到模块中的示例，其不在本发明的范围内，

-图7是展示对于根据本发明的光伏模块的，根据光照的最大功率(Pmax)和短路电流(Isc)的增益的示图，

-图8A和图8B示出了根据本发明的考虑短路电流比来切割双面电池的变化形式，

-图9A和图9B分别示出了根据特定于每个双面电池的短路电流比来切割每个双面电池，以及所述电池的各部分的组装，

-图10A至图10C示意性展示了分别根据标准连接、根据相同表面面积的双面电池的单片连接以及根据本发明的不对称双面电池的连接双面电池的原理。

具体实施方式

用于制造光伏模块的方法包括下述相继的步骤。

该光伏模块旨在通过多个双面电池的单片组装来制造。所述光伏模块具有正面和背面。

首先，在旨在形成模块的一批双面电池中，对于电池的每个面确定短路电流(标记为Isc，按mA表示)。常规上，电池的正面(FAV)是电池的短路电流Isc最大的面，而电池的背面(FAR)是所测量的两个面中短路电流最小的面。背面与正面之间的短路电流比B根据这些测量来得出。

作为示例，下面的表1示出了一批九个电池的正面和背面的特性。

物理量Voc指开路电压(按V计)，Pmax是最大供电功率，FF是形状因数。

表1的最后一列表示背面的短路电流与正面的短路电流之间的比B。

表1：

对于这批电池，背面与正面之间的短路电流比的算数平均值(或平均Isc比)等于89.50％。

根据实施方案，然后，遵照所述平均Isc比，每个电池被以不对称的方式切割为两个部分，即，确保每个电池的两个部分的表面面积的比等于比B。

例如，如图5所示，每个电池C具有长度为L的矩形形状。

每个电池C在宽度上切割为两个部分C_A、C_B，其长度分别为L_A和L_B，比L_A/L_B等于平均的短路电流比(即，89.44％)，而L_A+L_B等于电池的长度L。电池的两个部分C_A、C_B从而相对于切割线(以虚线指示)是不对称的。

参照图6A，然后，被切割的电池部分根据上述原理组装，以形成模块。在图6A表示的示例中，被组装形成模块的是表1中的电池12、14、15、16和17。

为此，要确保来自相同电池的部分相邻，表面面积最小的部分(其由其所来自的电池的序号以及随后的字母A表示)被定向为使其正面与模块的正面一致，而表面面积最大的部分(其由其所来自的电池的序号以及随后的字母B表示)被定向为使其背面与模块的正面一致。

电连接一方面制作在电池的各部分之间，而另一方面制作在电池之间。例如，如图6A所示，在模块的正面(该图中可见的面)侧上，相同电池的两个部分通过三个平行导电带连接，而在模块的背面侧上，两个相邻电池的两个部分通过三个平行导电带连接。

所述带中的每个由此延伸在模块的正面的平面上，或背面的平面上。这因而为单片组装。

这样的组装的益处在于，能够同时连接双面电池的不同部分，这使得组装方法更简单且快捷。另外，通过避免导电带在模块的正面与背面之间穿越，该构造还更稳定，并且限制了由于导电带所导致的故障。

自然地，所述带的数量和尺寸可以在不偏离本发明的范围的情况下进行修改。

然后，通过将这样连接的电池部分夹在两层封装材料之间，并且通过将组件层压在形成模块的正面和背面的两个面板之间，来完成该模块的制造。正面板和背面板可以由玻璃和/或聚合物制作。后一步骤本身是已知的，因此不需要详细描述。

在这样的模块中，电池的正面上的短路电流较高的事实被正面暴露的电池的部分(例如部分12A)的表面面积较小的事实所补偿，而且，背面上的短路电流较低的事实被背面暴露的电池的部分(例如部分12B)的表面面积较大的事实所补偿。

优选地，如此形成的模块是单面的而不是双面模块。实际上，电池部分的切割和布局提高了模块在正面上的电性能，但是趋于降低在背面的电性能。

因此，只关注模块的正面，从同一电池的一个部分至另一个部分，短路电流基本上相等。

这由下面的图表2示出，其展示了对于电池的每个部分的正面和背面的短路电流。

表2：

应当注意，在上面展示的批次的电池中，发明人已经选择，匹配电池16的正面16A与电池17的背面17B，以便获得相似的短路电流。在该特定情况下，电池16和17的部分16B和17A的短路电流值不令人满意，因此排除这两个电池。

更一般地，应当注意到，不必匹配同一电池的各部分以实施本发明。实际上，只基于所述部分的正面和背面的Isc值并且将Isc值彼此最为相似的部分关联，从而形成电池部分的对是完全可能的。

对于该按不对称方式切割的电池部分的组装，正面暴露的部分的最小短路电流是4576mA，而背面暴露的部分的最小短路电流是4535mA。这两个最小值基本相等，这意味着，模块的性能不会受到电池部分之间的短路电流的差异的很大的影响。

作为比较，如图6B所示，电池18、19、20和22被以对称的方法切割，即，每个部分的长度相同。换言之，每个电池的两个部分的表面面积相同。

这样的对称地切割模式(本发明不包括该模式)公开在EP1 770 791中，其也属于单片互连方法。在这种情况下，切割用于辅助模块中的电池的组装。实际上，六边形电池被切割为四个相同的部分，所述部分被沿着其各自的斜面布置，以形成矩形。由此制作了这样布置的电池部分的互连。

为了形成模块，由字母A表示的每个电池的部分被定向为使其正面与模块的正面一致，而由字母B表示的每个电池的部分被定向为使其背面与模块的正面一致。

下面的表3具有对于每个电池部分的正面和背面的短路电流。

表3：

对于每个电池，在一个部分的正面的短路电流与另一个部分的背面的短路电流之间观察到了显著的差异(后者被定向为在模块的正面侧)。

实际上，在该示例中，正面暴露的部分的最小短路电流是4804mA，而背面暴露的部分的最小短路电流是4284mA，即，差异大于500mA。这意味着，即使正面暴露的部分具有高短路电流，模块的性能也要受到背面暴露且具有低短路电流的部分的影响。

图7示出了图6A所示的模块的短路电流(Isc)和最大功率(Pmax)的增益。

对于该模块，观察到的Pmax的增益为大约+1.5％。

上述实施方案提供了这样的切割，其将每个电池在宽度上切割为两个部分。

然而，在不偏离本发明的范围的情况下，也可以提供其他切割电池的模式(就部分的数量和/或切割各部分的方向而言)。作为一般规则，电池部分的数量是偶数，这能够使得一个部分的正面匹配同一电池或另一电池的另一部分的背面，同时基本保留全部的电池部分的对的相同的总表面面积。

从而，图8A示出了执行的变化形式，其中，电池(其示出在图的左部)相继以不对称方式按其宽度切割为两个部分(即，遵照如上教导的比L_A/L_B＝B)，然后以对称方式按其长度切割(图8A的中间部分)。如图8A右部所示，由此获得了电池的四个部分。

图8B示出了执行的另一变化形式，其中，电池(其示出在图的左部)以不对称方式按其宽度切割为两个部分(即，遵照如上教导的比L_A/L_B＝B)，然后每个部分按对称的方式再次按其宽度切割为两个部分。如图8B的右部所示，由此获得了电池的四个部分，两个部分的长度为L_A/2，而两个部分的长度为L_B/2。

在上述两个实施方案中，第一不对称切割操作根据比B进行，然后进行在长度或宽度上的对称的切割的操作。这些实施方案能够减小电池部分的每个“串(string)”的电流，从而限制焦耳效应导致的电流损失。应当回忆起，一串电池常规上对应于串联连接的电池的单元。在标准模块中，串包括大约10个电池，并且各串互连在一起。

此外，本发明不要求对于全部电池遵照相同的比B(其对应于电池的集合的平均比)来以不对称的方式切割电池。

根据本发明的一个实施方案，针对每个电池确定比B，且遵照各个比B来切割所述电池。

如图9A所示，考虑具有不同的短路电流比的三个电池C1、C2和C3。电池C1从而在宽度上切割为两个部分，同时确保比L_A1/L_B1等于该电池的比B；电池C2从而在宽度上切割为两个部分，同时确保比L_A2/L_B2等于该电池的比B；最后，电池C3在宽度上切割为两个部分，同时确保比L_A3/L_B3等于该电池的比B。

图9B示出了为形成模块的所述电池的各部分的连接。

表面面积最小的各部分L_A1、L_A2和L_A3被布置为使其正面与模块的正面一致，而表面面积最大的各部分L_B1、L_B2和L_B3被布置为使其背面与模块的正面一致。

在每对(L_A1、L_B1)、(L_A2、L_B2)以及(L_A3、L_B3)的各部分之间在模块的正面的水平上制作了电连接1、1"、1""，而在两个不同的对的相邻部分之间在模块的背面的水平上制作了电连接1'、1'"。这些连接中的每个由导电材料的平的带制作。

该实施方案具有优化每个电池的切割的益处，这是因为切割比特定地取决于所述电池的比B。

图10A至图10C示出了相比于利用双面电池的标准连接(如图10A所示)以及相比于利用相同的表面面积的双面电池的单片连接(如图10B所示)，根据本发明的双面电池的单片连接(如图10C所示)的益处。

参照图10A，双面电池C1、C2、C3相继布置，这些电池中的每个的正面AV共平面并且形成模块的正面。这些电池的每个的背面AR共平面并且形成模块的背面。

通过导电带1、1'，电池的正面电连接至相邻电池的背面。

为便于所述导电带从电池的正面穿行到相邻电池的背面，在两个相邻电池之间布置足够大的距离d。例如，距离d一般大约为2至4mm。

参照图10B，双面电池C1、C2、C3各自具有相同的长度L并相继布置，在模块的正面侧，电池C1的正面AV与相邻电池C2的背面AR共平面，并且在这两个共平面的面之间通过导电带1来确保电连接。在模块的背面侧，电池C2的正面AV与相邻电池C3的背面AV共平面，并且在这两个共平面的面之间通过导电带1'来确保电连接。换言之，模块的正面交替包括电池的正面和相邻电池的背面。

由于导电带1、1'各自在平面中延伸，所以两个相邻电池之间布置的距离可以小于对于标准连接设置的距离d。该电池间距离可以一般为大约1mm。

参照示出本发明的实施方案的图10C，双面电池C1、C2、C3各自具有相同的长度L并按对相继布置。在对C1、C2中，在模块的正面侧，电池C1的正面AV与相邻电池C2的背面AR共平面，并且在这两个共平面的面之间通过导电带1来确保电连接。如上所述，电池C1的长度L₁和电池C2的长度L₂服从关系：L₁/L₂＝B，其中B为Isc比。在模块的背面侧，电池C2的正面AV与属于另一对电池的相邻电池C3的背面AV共平面，并且在这两个共平面的面之间通过导电带1'来确保电连接。

根据本发明的单片连接(图10C)的面积效率与标准连接(图10A)的面积效率之间的比等于：2B/(1+B)。该比小于1，这意味着根据本发明的模块的面积效率低于(如果B＝90％，则大约为-5％)标准连接的模块的面积效率。另一方面，根据本发明的模块受益于更简单且更快捷的组装方法，且较少受导电带的电气故障和机械故障的影响。另一方面，如下所述，根据本发明的模块允许更小的电池部分之间的间隔。对于尺寸156mm*156mm的电池，这表示大约1.3％的增益。实际上，考虑对于156mm的电池的4mm的标准间隔。因为本发明使用切割的电池(大约78mm)和1mm的间隔，所以增益为(156+4)/(2*(78+1))＝160/158＝1.013，即1.3％。

根据本发明的单片连接(图10C)的面积效率与对称电池的单片连接(图10B)的面积效率之间的比等于：2/(1+B)。该比大于1，这意味着根据本发明的模块的面积效率高于(如果B＝90％，则大约为+5％)对称电池的单片连接的模块的面积效率。

与电池的间隔相关的面积效率的相对损失AR(按％计)由以下方程给出：AR＝d/L*100％。

利用单片模块，电池之间的距离d可以减小至1mm，这表示相对于标准连接的电池之间的距离，在距离上的1至3mm的减小。如果考虑长度L＝156mm的电池，则对于图10B的对称单片模块，效率的相对增益被包括在1/156与3/156之间，即0.6％与2％之间。对于根据本发明的不对称单片模块(图10C)，切割的电池的长度为大约78mm，因此如上所述，最大增益为1.3％。

参考文献

DD 135 014

EP 1 770 791