专利名称：用于光伏模块的电缆连接器和安装方法
用于光伏模块的电缆连接器和安装方法技术领域[OOOl]本发明涉及光伏模块和用于将电缆连接到它的输出端子的连接器并且在本发明的一个方面中涉及一种用于将输出电缆连接到光 伏模块的电端子的高度可靠的连接器和一种用于安装该连接器的方 法。
背景技术：
近年来，在用于将太阳能直接地转换成有用的电能的光伏 (PV)电池等方面已经实现了显著的进步。通常，多个这些光伏电池 被封装在透明层(例如玻璃、塑料等)和衬底材料层之间，以由此形 成具有易处理尺寸(例如1米乘2米)的扁平的、通常为矩形的太阳 能模块(有时称为"叠层")。PV电池可以由硅或者其它适当的半导 体材料的晶片制成，或者它们能够是通常利用在太阳能模块技术中熟 知的各种工艺在基片或者衬底层上沉积的薄膜类型的电池。这是能够 被安装到现有结构(例如住宅、建筑物等)的屋顶上以提供该结构所 用电能的全部的或者至少一部分的太阳能模块的类型。
如在本技术领域中可以理解地，每一个太阳能模块均可以包 含任何数目的单独PV电池(例如从1个到大约50个或者更多)，每 一个PV电池均具有正和负输出端，所述正和负输出端继而被串联地电 连接到在公共的正和负母线上的相应的端子。这些正和负端子通常可 以直接地穿过衬底材料，或者在优选时，可以通过在太阳能模块中的 PC板(例如具有当一个或者多个单独PV电池由于任何原因而变得不 可操作时允许该模块继续发挥功能的部件的PC板)连接。
—旦通过衬底材料提供正和负端子，它们便通常被连接到相应的正和负输出电力电缆，所述电力电缆继而将电流从该模块输送到 它的指定源。通常，在已知模块构造中，每一个电缆的一端在该模块 外侧上被焊接到它的相应的端子。然而，不幸的是，由于在焊接期间 在电缆及其端子之间的初始不良接触或者由于在操作期间的磨损，这 些直接焊接的连接器在一些应用中已经证实是不可靠的并且在该模块 操作寿命期间已经失效。当在电缆和端子之间发生不良接触时，由于
过热等，这能够导致早期的现场失效(field failure)和模块损坏。因为在高度竞争性的工业中太阳能是比较新的，至关重要的 是，太阳能模块自身所具有的问题尽可能少从而使得它们当与更加传 统的能源竞争时具有商业吸引力。据此，在销售太阳能模块时， 一项 重要的考虑是，在模块输出端子和它们的相应的电力电缆之间提供在 该模块的预计寿命期间高度可靠的、基本上无问题的连接器。本发明 为太阳能模块提供这种连接器。
发明内容
本发明提供一种光伏模块和一种可靠的并且耐用的连接器， 该连接器用于将该模块中的端子电连接到电力电缆，该电力电缆继而 将电流从该模块传导到指定的应用源。更加具体地，该模块由衬底层和透明盖层(例如玻璃)构成。 一个或者多个母线位于所述衬底层和所述盖层之间，并且使得被电连 接的多个光伏(PV)电池被相应地电连接到一个或者多个母线上的正 端子和负端子。根据本发明，第一正连接器元件被电连接到正端子并 且第一负连接器元件被电连接到所述负端子。优选地，这些连接器元件是相同的阳性连接器，该阳性连接 器具有呈锥形的用于与相应的电力电缆上的阴性连接器配合的一端。
另一端在其上具有一个或者多个插脚，该一个或者多个插脚与相应的 正和负端子处穿过母线的一个或者多个开口配合。 一旦阳性连接器上的插脚位于它们的在母线中的相应的开口中，它们便被焊接以保证其 间的可靠连接。每一个连接器元件均被适当地刻划出凹槽以允许在随 后易于弯曲。 一旦连接器元件被焊接，则优选的是，利用保护性盖层 例如带子覆盖它们，以在模块层叠期间防止污染。这些部件然后被层 叠以形成光伏模块。 —旦模块被层叠，便在邻近于优选的阳性连接器元件的位置 处穿过衬底层形成开口 。衬底材料被从这些开口清除并且保护层被从 连接器元件的锥形端部移除。接着，锥形端部被向外弯曲从而它们延 伸通过它们的在衬底材料中的相应开口并且易于被暴露从而与被电连 接到相应的电力电缆的优选的阴性连接器元件连接。 一旦阳性和阴性 连接器元件配合，连接器便被焊接以由此在模块中的端子和为了利用 由该模块产生的电力而有必要的输出电力电缆之间提供高度可靠的和 耐用的连接。
通过参考附图可以更好地理解本发明的实际构造操作和明 显的优点，附图未必按比例绘制，其中相似的附图标记标识相似的部 件并且其中-图1是具有能够在其中结合本发明的类型的光伏模块的透
视图；图2是在安装阳性连接器之前图1母线的下侧的视图；
图3是利用图2的点线3-3获取的放大视图；
图4是安装有阳性连接器的、图l母线的下侧的视图；
图5是利用图4的点线5-5获取的放大视图；
图6是图4和5的阳性连接器之一的放大透视图；和
图7A-7D示意在安装和组装本发明的连接器时的步骤。虽然将结合它的优选实施例描述本发明，但可以理解本发明 不限于此。相反，本发明旨在涵盖可以在如由所附权利要求限定的、本发明的精神和范围中包括的所有的可替代形式、修改和等价形式。
具体实施例方式现在参考附图，图1示意能够在其中使用本发明的连接的一 种典型的光伏模块10。模块10由任何适当材料例如聚合材料的衬底层 11和优选地由玻璃或者其它适当的透明材料构成的盖层12形成。利用
扁平导电带或者导线14串联地电连接的多个光伏(PV)电池13 (为 了清晰起见仅仅一个被编号)被夹在盖层12和衬底层11之间。PV电 池可以具有任何类型，例如由多晶或者单晶硅片制成的那些类型。如 所示那样，每一个电池13均具有栅型、前电触点15 (为了清晰起见仅 仅一个被编号)阳光通过盖层12进入并且射到PV电池13的前侧上。串联 连接相邻电池13的每一个导电带14均被连接到在一个电池的后侧(未 示出)上的触点和在相邻PV电池13的前侧上的焊料触点16以将电池 串联联接。导电带14a将每一行的末端电池连接到薄的导电板(即母线 17)。在这里，术语"板"和"母线"将被以可互换的方式使用。虽然板17可以由任何导电材料例如铜、铝、锡、银、金等 构造，但它优选地由通过将导电材料层附着到介电基片材料例如树脂 或者聚合材料而制成的叠层形成。这与用于制造印刷电路或者所谓的 PC板的材料类型相同。板17被放置在衬底层11和覆层或者盖层12 之间并且具有与PV电池大约相同的宽度和厚度从而当模块被层叠时， 它将具有基本扁平的和均匀的外观。如所示那样，板或者母线17由在板上形成单独分开的导电 区域的四个区块17a、 17b、 17c和17d构成。虽然示出四个区块，但是 应该理解，依赖于例如PV电池的行数、为导电带14a提供连接点所需 要的正和负的位置的数目等，用于特定模块的板17可以由更多或更少 的导电区域构成而不偏离本发明。板17的各个区块通过相应的二极管18优选为肖特基(Schottky)型二极管电连接到一起。当正向偏压的 PV电池全部工作以利用太阳辐射产生电流时，二极管通常处于被反向
偏压的状态中。然而，当特定PV电池(一个或多个)由于任何原因(例如 被从太阳遮蔽)发生故障而使其变成被反向偏压时，在那个电池电路 中的二极管也发生切换并且变成被正向偏压以防止损坏发生故障的电 池(一个或多个)。 一旦故障得以校正，受到影响的电池(一个或多 个)将再次变成被正向偏压，由此使得受到影响的二极管变成被反向 偏压，因此将继续正常操作。关于这种类型的板的构造和操作的更加 完全和详细的说明，见通过引用而被整体并入这里的国际公开No. WO2005/101511。此外，虽然仅仅示意出一个母线17，但是应该认识 到，如果情况需要，则能够使用多于一个的母线。板17的导电区块和二极管用作将所有的工作中电池13产生 的电流分别传导到区块17a和17b上的点A和B的母线。点A和B有 效地是用于从模块IO进行电输出的正和负端子点。为了将电流从该模 块传导到它的指定应用源(未示出)，这些端子点被电连接到该模块 外侧的典型电力电缆。为了实现这个目的，本发明提供高度可靠的连 接器。为了组装本发明的连接器，在两个点A和B处通过母线17 形成一个或者多个开口 20。虽然在每一个点A和B处示出四个开口 20 (为了清晰起见仅仅一些被编号)，但是应该理解，能够使用更多或 更少的开口，只要开口的数目对应于将在下面进一步解释的在阳性连 接器元件22 (见图5)上的"插脚"21的数目。阳性连接器元件可以 由任何良好的导电材料(例如铜、铝等)构成，并且用于正端子和负 端子这两者的那些材料是基本上相同的。如将在下面充分描述的那样，虽然阳性连接器元件在结构上可以是可互换的，但是优选的是，它们被标有"+ "或者"-"(见图5) 从而有助于在层叠之后将正确的端子连接到它们的相应的电力电缆。 如所示那样，阳性连接器元件22的成一体的细长本体具有呈锥形的用
于与阴性连接器元件(在下面描述)配合的一端22a和包括用于将连接 器元件22安装到母线17的装置的第二端22b。为了在以后描述的目的， 在上述相应的端部之间，阳性连接器元件22被适当地刻划出凹槽22c。每一个开口 20的壁均适当地被全部电镀以当连接器被组装 时在母线17和阳性连接器元件22的插脚之间确保良好的导电性。为 了防止母线17的各个部件之间电短路，如在本技术领域中可以理解地， 母线17的顶盖和下侧在点A和B以及周围区域(见图3上的x阴影区 域)处均被"遮盖"以防止在组装连接器期间焊料在母线17的部件之 间流动。为了组装连接器，阳性连接器元件22的插脚21被从母线 17的下侧定位到它们的相应的开口 20中(图4和5)并且被焊接到位。 此时，每一个阳性连接器元件20均未被弯曲并且将基本上平行于母线 17和PV电池13的底部，所以当被组装以层叠时，该模块的部件将基 本上处于平坦。为了在模块层叠期间防止阳性连接器元件受到污染， 利用保护层例如聚酯带覆盖每一个连接器元件。根据在本技术领域中已知的过程组装并且层叠模块10。例 如，盖层12 (例如玻璃)被置于平坦表面上并且一层EVA (乙烯-醋酸 乙烯共聚物)/玻璃垫被定位到盖层12上。接着，电连接的(例如串联) PV电池13的行和连接的母线(一个或多个)17被定位到EVA/玻璃垫 上，使得阳性连接器22朝向衬底层ll而面向上。另一层EVA/玻璃垫 被置于其上并且利用衬底层ll完成组装。如在本技术领域中可以理解 的那样，这个夹层式包装然后经受热量和压力以形成层叠模块10。根 据需要，在层叠之前，标志30和/或系列号31 (图1)或者某种其它信 息能够直接地施加到母线17的顶部或者能够沿着母线17的顶部施加包括这种信息的带条。这种信息当观察该模块时将是清楚可视的并且 除了功能性之外还提供干净的和吸引人的外观。为了完成在模块的端子A和B与它们的相应的电力电缆44 之间的连接，现在将参考图7A-7D。 一旦模块已被层叠，便通过衬底 层11的底部形成小的单独孔40以暴露出每一个阳性连接器元件22。 例如利用烙铁41 (图7A)等从每一个孔40清除衬底材料。还从每一 个阳性连接器元件的锥形端部22a清除可以在层叠期间被用于保护这 些元件的任何带子。接着，如在图7B中所示，螺丝起子42等被插入 相应的孔40中并且被在每一个阳性连接器元件22的锥形端部下面推 动以向上弯曲锥形端部22a使之穿过它的孔40并且将它从衬底材料11 延伸出去。利用在阳性连接器元件的相应的自由锥形端部22a和阳性连 接器元件的固定的安装端部22b之间刻划阳性连接器元件的凹槽22c 显著地有助于正确地弯曲每一个阳性连接器元件(见图6)。随着锥形端部22a伸出，已被电连接(例如被巻曲和焊接) 到电力输出电缆44的端部的相应的阴性元件43滑移到它的相应的阳 性连接器元件22的锥形端部22a之上并且被焊接到该阳性连接器元件 上以确保其间的可靠连接(图7C)。应该认识到，虽然优选的是阳性 连接器元件被附接于母线17并且阴性连接器元件43被附接于电缆44， 但是它们的位置能够被反过来而不偏离本发明。作为最后步骤，在两 个连接器上安装接线盒45以保护它们不受极其恶劣条件的影响。虽然 接线盒45的实际构造可以改变而不偏离本发明，但优选地使用例如在 WO2006/086588A1 (在2006年8月17日公开并且其整体通过引用而 被并入这里)中充分披露的接线盒。应该理解，在这里已经仅仅描述并且提出了本发明的特定的 实施例。对于本领域技术人员而言，根据以上说明，可替代实施例和 各种修改将是明显的。这些和其它的可替代形式被视为等同形式并且 位于本发明的精神和范围内。
于2006年11月21日提交的美国临时专利申请60/866， 720
其整体通过引用而被并入这里。
权利要求
1.一种连接器，用于将光伏模块的正端子和负端子电连接到相应的输出电缆，其中所述模块由透明材料形成的盖层、至少一条母线、在母线上的正端子和在母线上的负端子、被电连接到所述一条或者多条母线的多个光伏电池、以及衬底材料构成，以上部件被层叠成集成模块，所述连接器包括第一正连接器元件，所述第一正连接器元件被电连接到母线上的所述正端子并且延伸穿过所述衬底材料；第一负连接器元件，所述第一负连接器元件被电连接到母线上的所述负端子并且延伸穿过所述衬底材料；第一电力电缆，所述第一电力电缆具有附接于所述第一电力电缆上的第二正连接器元件，所述第二正连接器元件与所述第一正连接器元件配合以在所述第一电力电缆和所述正端子之间形成电连接；和第二电力电缆，所述第二电力电缆具有附接于所述第二电力电缆上的第二负连接器元件，所述第二负连接器元件与所述第一负连接器元件配合以在所述第二电力电缆和所述负端子之间形成电连接。
2. 根据权利要求1的连接器，其中所述第一正连接器元件和所述 第一负连接器元件包括阳性连接器；并且所述第二正连接器元件和所述第二负连接器元件包括-阴性连接器。
3. 根据权利要求2的连接器，其中所述第一正连接器元件和所述 第二正元件在所述第一正连接器元件和所述第二正元件配合之后被焊 接到一起；并且所述第一负连接器元件和所述第二负元件在所述第一 负连接器元件和所述第二负元件配合之后被焊接到一起。
4. 根据权利要求2的连接器，其中所述第一阳性连接器和所述第二阳性连接器是基本相同的并且每一个阳性连接器均包括细长本体；用于与所述阴性连接器配合的呈锥形的一端和具有用于将所述本体安装到母线上的装置的另一端。
5. 根据权利要求4的连接器，其中所述细长本体在它的相应的端 部之间的位置处包括凹槽，从而有助于在所述位置处弯曲所述细长本 体。
6. 根据权利要求5的连接器，其中所述一个或者多个母线包括 在正端子处和在负端子处分别穿过所述正端子和所述负端子的至少一个开口；并且其中用于将相应的所述阳性连接器元件的所述本体在与所述阳性连接器元件相应的端子处安装到所述母线的所述装置包括在所述本体的所述另一端上的至少一个插脚，所述至少一个插脚在与它相应的端子处被定位于所述至少一个开口内。
7. 根据权利要求6的连接器，其中所述本体的所述插脚被焊接在 位于所述母线上的与所述插脚相应的开口中。
8. 根据权利要求7的连接器，其中在所述母线中的在所述端子中的每一个处的所述至少一个开口包括 多个开口；并且其中在所述阳性连接器元件上的所述至少一个插脚包括数目等于所述母线中的所述多个开口的多个插脚。
9. 根据权利要求8的连接器，其中所述多个开口中的每一个开口 的壁被完全地电镀，以在所述母线和阳性连接器元件(22)的所述插 脚之间确保良好的导电性。
10. —种光伏模块，包括衬底层； 透明盖层；位于所述衬底层和所述盖层之间的母线，所述母线具有正端子和 负端子；位于所述衬底层和所述盖层之间的多个光伏电池，所述光伏电池 以串联方式电连接并且被相应地电连接到所述母线上的所述正端子和 所述负端子；第一正连接器元件，所述第一正连接器元件被电连接到所述母线 上的所述正端子并且延伸穿过所述衬底层；第一负连接器元件，所述第一负连接器元件被电连接到所述母线 上的所述负端子并且延伸穿过所述衬底层；第一电力电缆，所述第一电力电缆具有电附接于所述第一电力电 缆上的第二正连接器元件，所述第二正连接器元件接纳所述第一正连 接器元件以在所述第二正连接器元件和所述第一正连接器元件之间形 成电连接；和第二电力电缆，所述第二电力电缆具有电附接于所述第二电力电 缆上的第二负连接器元件，所述第二负连接器元件接纳所述第一负连 接器元件以在所述第二负连接器元件和所述第一负连接器元件之间形 成电连接。
11. 根据权利要求11的光伏模块，其中在所述第一正连接器元件 和第二正连接器元件之间的所述电连接以及在所述第一负连接器元件 和第二负连接器元件之间的所述电连接形成为焊接。
12. 根据权利要求11的光伏模块，其中所述第一正连接器元件和 所述第一负连接器元件包括阳性连接器；并且所述第二正连接器元件和所述第二负连接器元件包括 阴性连接器。
13. —种组装光伏模块的方法，包括将第一正连接器元件电连接到母线上的正端子并且将第一负连接 器元件电连接到所述母线上的负端子；将多个串联连接的光伏电池相应地连接到所述母线上的所述正端 子和负端子；将所述母线和所连接的光伏电池定位在衬底层和透明盖层之间； 层叠所述衬底层、所述盖层以及所述母线和所连接的光伏电池以 形成所述模块；在所述衬底层中邻近所述第一正连接器元件和所述第一负连接器 元件相应地提供开口；以及弯曲所述第一正连接器元件和所述第一负连接器元件，由此所述 第一正连接器元件和所述第一负连接器元件延伸穿过它们在所述衬底 层中的相应开口。
14. 根据权利要求14的方法，其中所述第一正连接器元件和所述 第一负连接器元件是阳性连接器。
15. 根据权利要求15的方法，包括在层叠所述模块前在所述阳性连接器之上施加保护层。
16. 根据权利要求16的方法，其中当所述开口穿过所述衬底层而 形成时，所述保护层被从所述阳性连接器移除。
全文摘要
一种在内部电端子和输出电缆之间具有可靠连接的光伏模块。该模块由衬底层和透明盖层构成，并且母线位于衬底层和透明盖层之间。多个光伏(PV)电池被串联连接，它们继而被连接到母线上的正和负端子。阳性连接器被连接到正和负端子。上述部件然后被层叠以形成模块，并且阳性连接器位于衬底层内部。为了暴露出阳性连接器，穿过衬底层形成开口并且阳性连接器的锥形端部被向外弯曲以与相应的电缆上的阴性连接器配合。这些连接器然后被焊接从而为该模块提供输出连接。
文档编号H01L31/05GK101584050SQ200780043135
公开日2009年11月18日 申请日期2007年11月13日 优先权日2006年11月21日
发明者丹尼尔·W·坎宁安, 乔治·J·凯利, 迪内希·S·阿明 申请人:Bp北美公司