专利名称：太阳能发电板的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能发电板，尤其但不专门用在建筑物屋顶上以为建筑物提供电能。
背景技术：
使用太阳能发电板向电气设备或存储装置提供电能是公知的。取决于手边的特定应用，该面板既可以是独立式的，也可以应用到建筑物的屋顶上。当该面板被应用到建筑物的屋顶时，它们一般放在已有的屋顶覆盖物上。发明人之前已经设计了一种用于将太阳能转换成电能的光伏瓦片组件。该光伏瓦片组件还可被配置成能够用作屋顶覆盖物，因此可替换传统的屋顶覆盖物，例如瓦片、石瓦和铸铁。新加坡专利申请序列号200716871-9中提供了发明人的上述光伏瓦片组件的进
一步细节。
发明内容
一方面，本发明提供了一种太阳能发电板，包括基底瓦片；多个光伏瓦片，每个光伏瓦片包括一个或多个光伏电池，光伏电池电连接在一起以形成光伏电池电路；连接系统，被支撑在基底瓦片上或基底瓦片内，连接系统将光伏瓦片两个一组或多个一组地电连接到一起，且将光伏瓦片机械地耦合到基底瓦片上，连接系统被配置为便于基底瓦片与相邻基底瓦片电耦合；以及至少一个旁路装置，并联到光伏电池电路中的一个或多个光伏电池组成的一组光伏电池上，其中当跨越该组光伏电池的输出电压低于预定的阈值电压时，旁路装置为光伏电池电路提供跨越该组光伏电池的电流通路。连接系统可包括多个导电柱状物，每个柱状物具有一自由端部，光伏瓦片耦合到该自由端部；以及多个导电体，其将柱状物电连接到一起。电连接系统可包括第一电连接器和互补的第二电连接器，其中第一电连接器耦合到被连接到第一柱状物的导电体的一端，第二电连接器耦合到被连接到最后一个柱状物的导电体的一端，凭此一个电连接系统的第一电连接器可被电连接到第二电连接系统的第二电连接器以在第一和第二电连接系统之间提供电连续性。第一和第二电连接器中的一个或两个被提供有一定程度的弹力，以在第一和第二电连接器耦合在一起时在它们之间施加机械力，该机械力用于保持第一和第二电连接器之间的耦合。第一和第二电连接器还可以被构造成在其相互啮合时形成长度可变的相互接触表面。每个柱状物的自由端部上可设置有能够机械连接和电连接到光伏瓦片的接头。所述接头可包括多个回弹的或回弹地支撑的径向延伸凸出物，其形成在柱状物自由端部的周围。在可替代实施例中，所述接头包括(a)形成在柱状物自由端部上的螺纹和适于被旋到螺纹上的螺帽的组合，或(b)形成在柱状物自由端部内的螺纹和适于被旋到螺纹的螺钉或螺栓的组合。在太阳能面板的一个实施例中，导电体和柱状物被封装以形成电连接瓦片，其中每个柱状物的自由端部是可及的以便于与光伏瓦片连接。在连接系统的一种形式中，每个导电体包括导电轨道，多个柱状物连接到该导电轨道上。但是在连接系统的另一种形式中，每个导电体包括一条或多条导线，或者电路板上的一条或多条导电迹线。在这种形式中，导线或迹线被构造成可形成柱状物的定制连接以提供可选择的连接结构。例如，导线或迹线被构造成在一个或多个第一电气装置或设备之间提供串联连接。基底瓦片由可模制材料制成，且连接系统被模制到基底中。在可替代施例中，基底瓦片包括限定腔体的底部壳体，连接系统被放置到该腔体中。在该实施例中，基底瓦片包括覆盖所述腔体的顶部壳体，且顶部壳体上提供有多个与柱状物对准的孔，其中柱状物向相应的孔延伸。基底瓦片可包括第一表面上的多个标记，每个标记定位在一位置，由此穿过与包括基底瓦片的平面垂直的平面中标记的机械紧固件与连接系统间隔开。基底瓦片还可包括密封系统以在相邻基底瓦片间提供防水密封。每个光伏瓦片可包括承载瓦片，具有第一侧；以及盖板，被密封到承载瓦片，盖板具有第一侧，其中承载瓦片和盖板被相关地构造， 从而当盖板覆盖在承载瓦片上且各自的第一侧面对面时在它们之间形成凹陷，其中一个或多个光伏电池固定在凹陷中。在面板的一种形式中，从一侧看，具有盖板的光伏瓦片可呈现类似石瓦的外观。另外，承载瓦片具有类似石瓦的颜色。光伏电池也可具有类似石瓦的颜色。盖板可具有与承载瓦片基本相同的足迹，因此承载瓦片和盖板的相应边缘基本上共边界。在一个实施例中，凹陷可形成在承载瓦片的第一表面中。在该实施例中，盖板可被位于凹陷中。光伏瓦片可包括一个或多个通孔电端子，通过该通孔电端子，连接系统将光伏瓦片电耦合且机械耦合。光伏瓦片可还包括电池导体，其在每个电端子和一个或多个光伏电池之间提供电连接。电池导体从端子延伸出的至少一部分长度被模制到承载瓦片中。
每个旁路装置包括开关装置。至少一个旁路装置可以为二极管。选择至少一个二极管使其正向压降为0. 7V或更少。在面板的一种形式中，至少一个开关装置为反熔丝或晶体管开关装置。至少一个二极管并联到光伏电池中的一个或多个上，从而使二极管通过被其并联的一个或多个光伏电池反向偏置。至少一个旁路装置被热隔离，以减少来自该至少一个旁路装置的漏电流。
图1为根据本发明的第一实施例的从太阳能发电板顶部的部分分解图；图2为结合到图1中所示的太阳能发电板中基底瓦片的底部的分解图；图3描述了将太阳能发电板接附到支撑结构上的一种方法；图4是图2所示基底瓦片的AA截面视图；图5是两个并排放置的基底瓦片的平面图；图6是两个基底瓦片在相互接合之前的一角的等轴图；图7是连接到支撑结构的两个基底瓦片的截面图；图8是太阳能发电板侧视图；图9是太阳能发电板一角的放大等轴图；图10是当两个太阳能发电板电连接在一起时，结合到太阳能发电板中的连接系统的一种形式的示意图；图11是连接系统的另一种示意图；图12是连接系统的将太阳能发电板的光伏瓦片机械耦合到基底瓦片的接头的一种形式的放大示意图；图13是图10和图11所示的连接系统的等效电路图；图14是连接系统的将太阳能发电板的光伏瓦片机械耦合到基底瓦片的接头的第二种形式的放大示意图；图15是连接系统的将太阳能发电板的光伏瓦片机械耦合到基底瓦片的接头的第三种形式的放大示意图；图16是描述了另一种形式的基底瓦片和连接系统，该连接系统结合了第四种形式的将太阳能发电板的光伏瓦片机械耦合到基底瓦片的接头；图17是图16中所示的基底瓦片和连接系统的分解图；图18是图16和图17所示的连接系统的等效电路图；图19a为结合到太阳能发电板中的光伏瓦片的一种形式的示意图；图19b是图19a中所示的光伏瓦片的分解图；图19c是结合到图19a和图19b中所示的光伏瓦片中的承载瓦片的示意图；图20a为结合到太阳能发电板中的光伏瓦片的第二种形式的示意图；图20b是图20a中所示的瓦片的分解图；图20c是结合到图20a和图20b中所示的光伏瓦片中的承载瓦片的示意图；图21为被多个太阳能发电板覆盖的屋顶一部分的示意图22为结合到光伏瓦片中的密封系统的一种形式的截面图；图23为结合到光伏瓦片中的密封系统的第二种形式的截面图；图M示出了具有光伏电池电路的光伏瓦片透视图，该光伏电池电路由串联连接的3X3矩阵的光伏电池组成；图25示出了图M所示的光伏电池电路的开路电压随被遮挡住入射光的光伏电池的数量变化的关系图；图沈示出了结合到测试电路中的图M所示的光伏电池电路的电路图；图27示出了光伏电池的并联到一个光伏电池上的旁路装置；图观示出了图27的具有被遮挡住入射光的被旁路光伏电池的光伏电池电路的电路图；图四示出了光伏电池的并联到所有光伏电池上的旁路装置；以及图30为示出了两个图四所示类型的被旁路光伏电池电路串联连接的电路图。
具体实施例方式图1为太阳能面板400的实施例的示意图。太阳能面板400包括基底瓦片100、 多个光伏瓦片10 (在该图中仅示出一个)、连接系统200、以及每个光伏瓦片10的一个或多个电旁路装置42。特别地，每个光伏瓦片10包括一个或多个电连接到一起而形成光伏电池电路40的光伏电池12。连接系统200由基底瓦片100支撑，或支撑在基底瓦片100上，并使光伏瓦片10两个一组或多个一组地电连接到一起，且使光伏瓦片10机械地耦合到基底瓦片100上。另外，配置连接系统，使其便于基底瓦片100与相邻基底瓦片的电耦合。至少一个旁路装置42被并联到光伏电池电路40的由一个或多个光伏电池12构成的一组光伏电池上。当该组光伏电池两端的输出电压低于预定的阈值电压时，每个旁路装置42为光伏电池电路提供跨越该组光伏电池12的电流通路。如下文更详细解释的，如果单个电池12 的电压输出由于例如遮挡效应而降低，则将减少太阳能面板400的电压降以用作高阻抗或有效短路。面板400可被连接到多个相邻的面板400以提供增大的电输出。面板400可扩展成由地基框架支撑的阵列。可替代地，该面板可安装到建筑物的屋顶上，并连接到电源管理系统以为建筑物中的电气装置提供电力。现在将更详细地描述本光伏瓦片的各种部件。基底瓦片100参考图1至图9，基底瓦片100的一个可能的形式包括基底102，其支撑或支持电连接系统200。后文将更详细地描述连接系统200，现在提供简要描述以帮助理解基底瓦片 100的结构和功能。连接系统200包括多个导电柱状物204，其通过导电体202连接在一起。每个柱状物204具有自由端部206，可通过基底102的第一表面104而到达该自由端部 206，或该自由端部206可延伸超过基底102的第一表面104。这能够促使并便于使光伏瓦片10电连接到一起以及使光伏瓦片10机械地耦合到基底瓦片100。在该实施例中，基底102包括底部壳体110以及周边壁部114，底部壳体110具有平坦的底部表面112，周边壁部114在底部表面112周围延伸。底部表面112和周边壁部 114限定一腔体116，导电体202安置在该腔体中。
可选地，腔体116可填充有绝缘材料以通过基底瓦片组件110提供热绝缘。当基底102形成为具有底部壳体110时，基底102还可以被提供有覆盖腔体116 并设置有多个孔122的顶部壳体120，柱状物204的自由端部206穿过该孔122延伸。顶部壳体120的与腔体116相对的表面形成基底瓦片100的第一表面104。顶部壳体120被密封到底部壳体110上，以阻止水进入腔体116。这可以通过使用机械密封件、密封剂、粘合剂或超声焊接来实现。当基底102由塑料材料制成时，尤其适合使用超声焊接。为了给基底瓦片100提供一定程度的抗压力，顶部壳体120朝向腔体116的表面 124上设置有多个支腿或支柱126 (见图2和图4)。当顶部壳体120被接附到底部壳体110 上时，支腿126压靠在底部表面112上。底部壳体110被提供有两个固体的台或带128，其位于壳体110相对侧并相互平行地在腔体116内部延伸。当太阳能面板400被用在基于屋顶的能量系统中时，可通过使例如钉子、螺钉130等机械紧固件穿过具有一定厚度的带128，而把基底瓦片100固定到屋顶的椽条348上。为了确保使用者将钉子或螺丝钉130钉穿带128以避开电连接系统200，使顶部壳体120设置有四个标记132，每个角具有一个标记。标记132的形式可以是制作在第一表面104上的简单不可去掉的标记、缺口或通孔。基底瓦片100上提供有瓦片密封系统134以在相邻基底瓦片100之间提供防水密封。尤其参考图4至图7，在该实施例中，瓦片密封系统134包括沿基底瓦片100的两个相邻侧边横向延伸且延伸到纵向的槽138的侧向延伸舌状物136，槽138沿基底瓦片100的剩余两个侧边延伸。舌状物136与底部壳体110 —体地形成，如图4和图7最清楚的示出地。橡胶密封条140被部分地嵌入每个舌状物136的相对两侧。每个槽138形成为底部壳体110和顶部壳体120之间的空隙。更具体地，参考图4可看出，所形成的槽138为在周边壁部114中的一个之中形成的缺口与顶部壳体120的悬挂部144的组合。当一个基底瓦片组件的舌状物136被插入到相邻瓦片组件的槽138中时，在相应的相邻基底瓦片100之间形成防水密封。基底102，尤其是底部壳体110上提供有多个沿着相对的周边壁部114的孔146， 以在相邻基底瓦片100被耦合在一起时形成导电体202之间的电连接。图8和图9示出了在包括槽138的周边壁部114中形成的孔146。导电体202的端部穿过孔146延伸。相应的孔形成在底部壳体110相对侧的周边壁部114中，该孔与相邻基底瓦片上的孔146对准。 因此，当两个基底瓦片100耦合在一起时，每个瓦片100中的连接系统200也电耦合在一起。连接系统200图10至图12描述了连接系统200的一种形式，其中导电体为轨道202的形式，其上连接有多个导电柱状物204。在该实施例中，每个轨道202大致上为方形截面的金属管或棒。柱状物204相互平行地延伸并垂直于轨道202。每个柱状物204通过横向短连接物 205被耦合到轨道202。在一个实施例中，柱状物204可被焊接、硬钎焊、软钎焊到连接物 205，该连接物可被一体地形成于轨道202上。可替代地，连接物205可独立地形成并随后接附到轨道202。在进一步的变型中，可以为柱状物204提供可拆卸的接头以连接到连接物 205。在另一变型中，轨道202和柱状物204可以一体地形成。在轨道202相对端部的公连接器208和母连接器210组成一种互补连接器的形式，其可用于连接系统200中，以在相邻轨道202之间形成电连接。在该实施例中，公连接器208为具有形成在轨道202 —端的两个弹簧臂212的形式，母连接器210为轨道202另一端的简单的孔214的形式。弹簧臂212和孔214被相关地配置，以在弹簧臂212插入孔 214中时可提供一定程度的弹力以施加机械偏置力。这可在相邻轨道202之间提供机械及电華禹合。可在每个导电体(轨道)202的相对端部上提供多种不同类型的电连接器结构。例如，弹簧臂212可被替换成香蕉状插塞型连接器。可替代地，连接器208上可提供有一个或多个接触孔214的内表面的弹性接触球。还可以在孔的内表面上提供形状互补的凹陷以接收相应的弹性球。这将提供一种搭扣型接头。在图1、图4和图10中示出的连接系统200中，轨道202成对排列。这可以使轨道对中的各个轨道用作标称正轨道和标称负轨道。进一步地如上述附图及图3所示，布置每一轨道对中的轨道202，使他们相应的柱状物204在平行于轨道202的方向上交替放置，且更特别地，相互对准。例如参考图3，其示出了柱状物204的自由端部206，该柱状物204延伸到基底瓦片100的表面104上，底端行201中的每一第二自由端部206a被连接到相同的轨道202，每一成对、交替放置的柱状物206b被耦合到轨道对中的另一轨道。因此，当光伏瓦片10被安装到基底瓦片100上时，瓦片10的端子28和30电耦合到轨道对中不同轨道的柱状物204上。图13 (暂时忽略虚拟连接沈0)示出了连接系统200的等效电路，其中光伏瓦片10 设计为4. 5v的电压源10m。每个轨道对中的轨道202为连接的瓦片10提供并联连接。因此一个基底瓦片100将提供三个独立“组(bank)”的并联连接的瓦片10。一个基底瓦片中的轨道对连接到相邻基底瓦片100上的相应轨道对。这沿着基底瓦片100提供了瓦片10 的被延伸的并联连接。但是，在略微的变型中，可改进连接系统以在每个基底瓦片100中的三对轨道之间提供串联连接，因此提供三组并联连接的瓦片10的串联连接(相当于在同一基底瓦片100上所有的瓦片10相互并联地连接在一起)。这在图13中由虚拟连接260来描述。在连接系统200中，如图4、6、8和10_12所示，每个柱状物204的自由端部206延伸到基底瓦片100的第一表面104上方。该自由端部206上提供有接头216以实现光伏瓦片10的电连接和机械耦合。光伏瓦片10上提供有通孔端子观和30。光伏瓦片10的结构将在下文中详细描述。在本说明书中描述了接头216的四种不同形式，但是本领域技术人员可以理解的是，具有与如下文描述的实施例相同的功能的任何其他具体结构的接头216的也当然可以被用于本发明其它实施例。接头216a的一种形式为图4、6和10_12中所示的包括多个回弹的或被回弹支撑的径向延伸的凸出物，该凸出物为鳍状物或倒钩(barb)218的形式。于此，四个鳍状物218 均勻地配置在柱状物202的自由端部206的周围。每个鳍状物形成有圆形上肩部220，并被弹性偏置到柱状物204外部。这意味着，鳍状物218可以朝内的方向抵抗弹性偏置而移动，以使自由端部206穿过例如通孔端子观。一旦自由端部206穿过连接器观，鳍状物218 就在弹簧的作用下朝外径向地伸展，鳍状物218的下表面对端子观施加压力从而与其电连接。
鳍状物218还提供机械耦合以将光伏瓦片10保持在基底瓦片100上。为了从柱状物204上机械地分离光伏瓦片10，必须抵抗弹簧而径向地向内按压鳍状物218，按压的程度为使所有的鳍状物围成的圆周的直径小于端子的内径。回弹的帽盖222被安装到自由端部206的顶部，以向覆盖的光伏瓦片10提供一定程度的缓冲。图14描述了第二种形式的接头216b，其包括形成在柱状物204自由端部206周围的螺纹224以及可被旋到螺纹2M上的螺帽226。螺帽226由导电材料制成。在一种变型中，为了最小化进水以及可能腐蚀接头216b和端子观的风险，螺帽2 可以形成为具有盲孔，而不是通孔。在进一步的变型或改进中，螺帽2 可被嵌入帽盖2 或由帽盖2 承载。在一种形式中，帽盖2 可由透明或半透明塑料材料形成。这可以帮助安装者使螺帽和柱状物 204对准。0型环形式的防水密封也可以嵌入帽盖228的底部表面，以形成对端子28的密封，从而阻止水的进入，并因此最小化端子观和接头216b被腐蚀的风险。可替代的，整个帽盖2 可由回弹性材料形成。图15示出了接头216c的进一步变型。在该实施例中，接头216c包括径向延伸的弹簧230和一对导电指状物232的组合，弹簧230从自由端部206的相对侧延伸，一对导电指状物232在弹簧230上方间隔开。指状物232被回弹地支撑，因此它们可径向向内地弹回以使它们穿过通孔端子观。因此，为了将光伏瓦片10耦合到具有接头216c的柱状物 204，因此随着光伏瓦片10被按压到自由端部206上，指状物232被向内回弹。在此过程中弹簧230向下弯曲。当瓦片10已经被向下按压从而指状物232离开端子观时，其释放以向外回弹到超过端子观内径的程度。弹簧230向光伏瓦片10的下面施加偏压以借此帮助在指状物232和端子观之间保持电接触。图16、17和18描述了接头216d的可替代的形式以及相应的基底瓦片IOOa和连接系统200a的可替代的形式。接头216d包括螺纹孔250和相应的螺钉或螺栓252，螺纹孔 250轴向地设置在每个柱状物20 中，相应的螺钉或螺栓252具有杆部，其穿过光伏瓦片 10的电端子观和30。因此接头216d在光伏瓦片10和连接系统200a之间提供电连接，同时还将瓦片10机械地固定到基底瓦片IOOa上。在连接系统200a的这种形式中，导电体的形式为导线20 ，而不是轨道202。导线20 的使用可以以定制方式实现柱状物20 的电连接，以提供所需的电连接结构。例如图17和18中所示的例子，可实现所有光伏瓦片10(在图18中设计为电压源IOm)的串联连接以提供更大的输出电压。导线可通过软钎焊或硬钎焊被连接到柱状物。当电连接系统的这种形式与基底瓦片IOOa —起使用时，多个凸起113可被形成在底部壳体IlOa的内表面上并从该处向上延伸，柱状物可被按压入凸起或与其压配合。按压或压配合还可提供可替代的连接机构，其中导线被有效地夹在凸起和柱状物之间以提供电连接。如果需要的话，可在腔体116中填充封装树脂。在导电体的形式为导线的实施例的变型中，导线和柱状物可以是预先连接的以提供所需的电路结构，其中柱状物被保持在所需的位置以形成与光伏瓦片10的连接，然后导线和柱状物被封装以形成可被放入腔体116的电连接瓦片。作为封装的替代，基底瓦片可被模制在预先连接的导线20 和柱状物20 附近，以形成一体的瓦片和连接系统。
在进一步的替代中，导电体可以为一个或多个导电迹线的形式，导电迹线形成在电路板上，随后柱状物被软钎焊或硬钎焊到电路板。该电路板然后可被放入腔体116中。这么做之前，整个电路板可被封装在例如树脂/环氧树脂中以形成可为基底瓦片IOOa提供热绝缘的电连接瓦片。当柱状物20 与接头216d结合使用时，柱状物可被制作为其长度在底部壳体110内表面与顶部壳体120内表面之间延伸。这样，柱状物也可以为基底瓦片100 提供机械强度。当导电体的形式为导线或电路板上的迹线时，与公、母连接器208、210相同或类似的互补电连接器可被接附到由连接的导线或迹线形成的电路的相对端部，以便于相邻面板400的连接系统之间的电连接。尽管柱状物204被描述且示出为垂直于其相应的轨道202延伸，但不必总是这样的。例如，柱状物204可相对于轨道202对角地延伸，或与轨道202在同一平面内延伸。另外，轨道的柱状物204相互之间不是必须以相同的方向延伸(即平行)。例如，如果需要的话，接附到相同轨道202的交错柱状物204可以不同的方向延伸。进一步的，柱状物204可被提供在轨道的两侧。光伏瓦片10图19a至19c描述了可被用于太阳能发电板400的光伏瓦片10的一种形式。瓦片10包括承载瓦片12和一个或多个光伏电池14。承载瓦片12具有第一侧18，在第一侧 18上形成有凹陷20。光伏电池14形成为单一单元，关联于凹陷20来定制光伏电池的尺寸， 以使其位于凹陷20中。盖板16覆盖在光伏电池14上并可被密封到承载瓦片12上。在该具体实施例中，盖板16与承载瓦片12具有实质相同的足迹，且并列放置，因此盖板16和瓦片12的边缘为共边界的。光伏瓦片10的前面或暴露面22上具有平坦表面24。通过使光伏电池14的厚度形成为实质上等同或小于凹陷20的深度并提供具有平坦上表面的盖板，来形成平坦表面 24。当太阳能发电板400被用作覆盖房屋或其他建筑物的屋顶时，光伏瓦片10可被制成具有类似石瓦的外观，即类似石瓦的颜色，以与周围具有石瓦或木瓦板屋顶的房屋和建筑物搭配。这可以通过使承载瓦片12形成为类似石瓦的颜色来实现。另外，光伏电池14 可形成为充分的透明，从而可穿过光伏电池14看到下面的承载瓦片12的类似石瓦的颜色； 或者，通过使光伏电池14也形成为类似石瓦的颜色。盖板16由透明层材料形成以使传送到电池14上的太阳能最大化。这还可以使下面的承载瓦片12和/或光伏电池14类似石瓦的颜色为可见的。通过使用密封剂、粘结剂或超声焊，盖板16的边缘可被密封到承载瓦片12的周边边缘。组成盖板16的下边缘的光伏瓦片10下边缘或条沈形成为具有弯曲的或圆形的截面。可以理解的是，这可以帮助减少在刮风环境中的抬升或抬升作用。为了收集或以其他方式使用由光伏电池14产生的电，光伏瓦片10上提供有电端子28和30。端子28和30通过各自的导体或母线36和38被电耦合到光伏瓦片14的电触头32和34。每个端子观和30为环形端子的形式，其外接于形成在光伏瓦片10中的相应的孔40和42。特别地，每个孔40和42形成在承载瓦片12不包含凹陷20的一部分44中。母线36和38通过任何合适的手段(例如通过软钎焊)电耦合到各自的端子观和 30。在光伏瓦片10的制作过程中，端子观、30和母线36、38可被接附到光伏电池14。凹陷或槽20被形成在承载瓦片中以在光伏电池14位于在凹陷20时使端子和母线位于该凹陷或槽20中。之后，盖板16被放置到光伏电池14上并密封到承载瓦片上。因此端子观、30 以及母线36、38通过被夹入在盖板16和承载瓦片12中间而嵌入到光伏瓦片10中。图20a至20c示出了光伏瓦片的第二实施例，表示为10B，其中相同的参考标记被用于表示相同的部件。通过比较图19a至19c清楚地看出，两个实施例非常相似，因此仅描述这些实施例中的不同之处。两实施例之间的主要差别在于光伏瓦片IOB中的盖板16较小，且特别的其尺寸定制为可位于凹陷20中。因此，凹陷20制作得更深，盖板16和光伏电池14的总厚度与凹陷 20的深度大致相等。这使得光伏瓦片IOB保持具有在前面关于光伏瓦片IOB的描述中的平坦上表面24。同样的，因为盖板16位于凹陷20中，因此瓦片IOB下边缘沈的弯曲的、有斜面的轮廓被提供在承载瓦片12上。端子观、30和母线36、38通过被嵌入、尤其是被模制在承载瓦片12中而被嵌入在光伏瓦片IOB中。例如，端子观、30及其接附的母线36、38的一部分长度可在承载瓦片12 的形成过程中被模制到承载瓦片12中。但是，每个母线的远端延伸到凹陷20中并成为自由端，以能够与光伏电池14连接。盖板16也可由透明的塑料材料形成。光伏瓦片10和IOB这两个实施例的操作和使用是相同的。因此为了简单起见，在下文中仅参考瓦片10来描述其操作和使用。图21示出了覆盖并耦合到屋顶结构300上的太阳能发电板400阵列以及相应的光伏瓦片10阵列，该屋顶结构包括多个平行的屋顶椽条348。如前所述，光伏瓦片10被连接到下面的相应基底瓦片100上，相应基底瓦片100被依次固定到下面的椽条348上。如果需要的话，可使用类似于传统石瓦钩的钩302(见图8)来进一步帮助支撑并压住光伏瓦片10。光伏瓦片10排列成连续的行52a_52i，行5 在最下方。通过相对于下面的一行错开半个光伏瓦片10的宽度使这些连续的行错开。另外，较高的行部分覆盖在相邻下面一行的上方。例如，行52b中的光伏瓦片10覆盖在行52a中的光伏瓦片10上。特别地，较高的行中的光伏瓦片10覆盖下面一行中的光伏瓦片10的一部分44。光伏瓦片10的这种排布使屋顶结构46具有呈现出石瓦或木瓦屋顶的几何外观的屋顶覆盖物。这种外观可通过光伏瓦片10的类似石瓦的外观和颜色而强化。在最简化的形式中，光伏瓦片10相对的纵向侧面为平坦的并紧邻相邻瓦片10的侧面。如果需要防水密封，则在相邻表面之间或之上放置一条密封剂材料。但是，在另一实施例中，如图22和23所示，每个光伏瓦片10的相对的纵向侧面M和56可形成为具有密封结构或部件，在相互啮合时密封结构或部件在任一特定行52中的相邻光伏瓦片10之间形成防水密封。即，一个光伏瓦片10的侧面56可啮合于相邻光伏瓦片10的纵向侧面M 并与其形成密封。这可以通过多种不同的方式来实现。例如，图22示出了穿过部分44的瓦片10的截面，其中侧面M形成为具有纵向槽55，侧面56形成为具有纵向并侧向延伸的舌状物57，其安装到槽中并与其形成密封。在图23所示的可替代布置中，侧面讨形成为具有侧向延伸的唇缘59，唇缘59的厚度为光伏瓦片10厚度的一半，且其与表面M平齐地延伸，侧面M被提供有互补的唇缘61，其厚度也为光伏瓦片10的厚度的一半但是与承载瓦片12的底表面平齐地延伸，因此一个光伏瓦片10的侧面56可叠置在相邻光伏瓦片10的侧面M上而形成防水密封。这两种布置中的密封效果均可通过提供一个或多个橡胶密封条63来强化，该橡胶密封条在第一示例中位于舌状物57和槽59之间，在第二示例中位于叠置的唇缘61和63之间。图19a示出了具有排列成3X6矩阵的18个光伏电池14的光伏瓦片。每个光伏瓦片10上的电池14的具体数量、瓦片10中电池的连接方式以及每个基底瓦片100上连接的瓦片10的数量、瓦片10电连接的方式取决于多种设计上的考虑。这包括但不限于(a)由光伏瓦片10驱动的负载的性质，尤其是任意的最小电压和/或电流需求；(b)所制作的光伏电池14的形状和结构以及电池如何镶嵌在承载瓦片12上；以及(C)电池14的遮挡效应。例如，如果太阳能面板400以及因此光伏瓦片10被用于提供充足的电压以驱动公共室内并网逆变器，可以理解的是电池14被排列并连接成可产生180伏特量级的最大电压的方式。例如认为一般的成品多晶光伏电池产生的最大电压约为0.5伏特。产生的电流取决于电池的尺寸或面积。为了产生180伏的电压，无疑需要将多个电池连接在一起。为了确定产生约180伏电压的最佳途径，需要在下列因素之间权衡(i)具有较大面积的串联连接的光伏电池，如果串联的电池中的一个由于遮挡效应(例如，由于周围建筑物产生的阴影或由于外来不透明物体，例如叶子和/或鸟粪)而没有接受到充足的光照，则其受到功率输出降低的不利影响；(ii)具有较小面积的串联连接的光伏电池，其受到遮挡效应的影响较小，但是其产生较高的电压，这可引起安全方面的担忧，并且该光伏电池产生的电流对于所需的负载和/或相关能量管理系统来说不够大。可适合于驱动MPPT范围为150+伏特的一般室内并网逆变器的太阳能发电板400 的一个特定结构具有9个串联连接的光伏瓦片10，在基底瓦片100上排列成3X3矩阵，其中每个光伏瓦片10中9个光伏电池14排列成串联连接的3X3矩阵。此处图17和图18 中所示的连接系统200a用于在每个光伏瓦片10之间提供串联连接。在这种结构中，每个太阳能发电板400产生约41伏的输出电压以及约1. 25安培的电流。通过将5个太阳能发电板400串联连接在一起，可达到约180伏的输出电压。如果每个基底瓦片100(以及由此的太阳能发电板400)具有600X600mm的尺寸，那么产生约180伏的电压所需的屋顶面积为600 X 3000mm，其中5个太阳能发电板400并排放置。但是可以理解的是，为了产生充足的电压以驱动例如逆变器，这并不是唯一可行的结构。其他结构也是可行的，例如，每个光伏瓦片10承载10个串联连接的排列成2X5 矩阵的光伏电池14，并且其中每个太阳能发电板400承载9个串联连接的瓦片10。在这种情况下，每个瓦片10产生约5伏的电压，由此每个基底瓦片100产生约45伏的电压，这种情况下要产生约180伏的电压需要串联连接4个太阳能发电板400。在另一个替代结构中，每个光伏瓦片10可承载比方说排列成5X5矩阵的25个光伏电池14。在这种情况下，每个瓦片10可产生约12. 7伏的电压，由此，每个具有9个串联连接的光伏瓦片10的太阳能发电板400可产生约114伏的电压，在该情况下要达到180伏的电压需要两个串联连接的基底瓦片100。在上述结构中，每个光伏瓦片10包括多个光伏电池14。这需要切割电池以及由此产生电池的损耗。在进一步的变型中，每个光伏瓦片10可包括单个未切割光伏电池。利用例如图1、10和13中描述的连接系统200在每个基底瓦片100上的光伏瓦片10之间并联连接，则每个基底瓦片将产生约4. 6伏的输出电压以及约5. 1安培的电流。因此要达到至少180伏的输出电压，需要40个串联连接的基底瓦片。利用图17和18中描述的连接系统，每个基底瓦片将产生约4.5伏的输出电压以及约5. 1安培的电流。因此要达到至少180 伏的输出电压，需要40个串联连接的基底瓦片。承载瓦片12被描述且示出为包括单个凹陷20，用于容纳单个光伏电池14。但是， 可形成多个凹陷，每个凹陷容纳单个较小光伏电池。另外，端子观和30被描述为承载瓦片 12中的分开的通孔端子。但是，在一种可替代的形式中，端子观和30可被形成为相互之间共中心，由此可通过使用共轴单销连接器来实现电连接。相反地，如果需要的话，可在一个瓦片10上提供多于两个的端子，例如两个正端子和两个负端子，极性相同的端子被并联连接到光伏电池14。在一个连接器失效时，这可以提供一定程度的冗余度，同时提供光伏瓦片 10到基底瓦片100的更大的机械耦合。旁路42在一组单个或多个被旁路的电池12被遮挡到它们实际上或趋向于开路程度的情况下，旁路42可减小光伏瓦片10以及因此面板400的输出电压的下降。没有旁路时，开路电池12将影响电路的总输出，其中被串联连接的电池输出的电压为零。这在下面更详细地解释。图M描述了包括串联连接在一起的多个光伏电池12a_12i(下文中一般指“光伏电池12”或“电池12”)的光伏瓦片10。串联连接的光伏电池12中的第一个和最后一个分别通过母线36和38电气耦合到电气端子40和42。串联连接的电池12形成光伏电池电路 500。图25示出了光伏电池电路500的开路电压随被遮挡住入射光源的光伏电池12的数量变化的关系图502。可以看出，随着越来越多的光伏电池12被遮挡，开路电压基本以线性的方式降低。图沈示出了光伏电池电路500的测试电路530 ；该测试电路530包括串联连接的负载532和第一万用表534，其用于测量通过负载532的电流，并因此测量通过测试电路 530的电流。第二万用表536并联连接到负载532，以测量负载532两端的电压。测试电路530被用于在试验时检测光伏电池12不被入射光照射的遮挡效应。流过负载532的电流和跨越负载532两端的电压降分别由第一和第二万用表534、536测量。 通过这些测量结果，可计算出负载532消耗的功率。在该例子以及下面的例子中，负载的电阻是33. 3欧姆。在第一测试中，没有光伏电池12被遮挡住入射光。负载32的电流、电压和功率
为
1权利要求
1.一种太阳能发电板，包括基底瓦片；多个光伏瓦片，每个光伏瓦片包括一个或多个光伏电池，该光伏电池电连接在一起以形成光伏电池电路；连接系统，被支撑在基底瓦片上，该连接系统将该光伏瓦片两个一组或多个一组地电连接到一起，且将该光伏瓦片机械地耦合到基底瓦片上，连接系统被配置为便于该基底瓦片与相邻基底瓦片电耦合；以及至少一个旁路装置，并联到该光伏电池电路中由一个或多个光伏电池组成的一组光伏电池上，其中当跨越该组光伏电池的输出电压低于预定的阈值电压时，该旁路装置为该光伏电池电路提供跨越该组光伏电池的电流通路。
2.根据权利要求1所述的太阳能发电板，其中该连接系统包括多个导电柱状物，每个柱状物具有一自由端部，该光伏瓦片耦合到该自由端部；以及多个导电体，其将该柱状物电连接到一起。
3.根据权利要求2所述的太阳能发电板，其中电连接系统包括第一电连接器和互补的第二电连接器，其中第一电连接器耦合到被连接到第一柱状物的导电体的一端，第二电连接器耦合到被连接到最后一个柱状物的导电体的一端，凭此一个电连接系统的第一电连接器可被电连接到第二电连接系统的第二电连接器以在第一和第二电连接系统之间提供电连续性。
4.根据权利要求3所述的太阳能发电板，其中该第一连接器和该第二电连接器中的一个或两个被提供有一定程度的弹力，以在该第一连接器和该第二电连接器耦合在一起时在它们之间施加机械力，该机械力用于保持该第一连接器和该第二电连接器之间的耦合。
5.根据权利要求4所述的太阳能发电板，其中该第一连接器和该第二电连接器被构造成在其相互啮合时形成长度可变的相互接触表面。
6.根据权利要求2-5中任一权利要求所述的太阳能发电板，其中每个柱状物的自由端部上提供有可机械连接和电连接到该光伏瓦片的接头。
7.根据权利要求6所述的太阳能发电板，其中该接头包括多个回弹的或回弹支撑的径向延伸凸出物，其形成在该柱状物的自由端部的周围。
8.根据权利要求6所述的太阳能发电板，其中该接头包括(a)形成在该柱状物的自由端部上的螺纹和适于被旋到该螺纹上的螺帽的组合，或(b)形成在该柱状物的自由端部内的螺纹和适于被旋到该螺纹上的螺钉或螺栓的组合。
9.根据权利要求2-8中任一权利要求所述的太阳能发电板，其中该导电体和该柱状物被封装以形成电连接瓦片，其中每个柱状物的自由端部是可及的以便于与该光伏瓦片连接。
10.根据权利要求2-9中任一权利要求所述的太阳能发电板，其中每个导电体包括导电轨道，多个柱状物连接到该导电轨道上。
11.根据权利要求2-9中任一权利要求所述的太阳能发电板，其中每个导电体包括一条或多条导线，或者电路板上的一条或多条导电迹线。
12.根据权利要求11所述的太阳能发电板，其中导线或迹线被构造成能够与该柱状物定制连接以提供可选择的连接结构。
13.根据权利要求12所述的太阳能发电板，其中导线或迹线被构造成在一个或多个第一电气装置或设备之间提供串联连接。
14.根据权利要求1-8中任一权利要求所述的太阳能发电板，其中该基底瓦片由可模制的材料制成，且该连接系统被模制到基底中。
15.根据权利要求2-13中任一权利要求所述的太阳能发电板，其中该基底瓦片包括限定腔体的底部壳体，该连接系统被放置到该腔体中。
16.根据权利要求16所述的太阳能发电板，其中该基底瓦片包括顶部壳体，该顶部壳体覆盖所述腔体并设置有多个与柱状物对准的孔，其中该柱状物向相应的孔延伸。
17.根据权利要求1-16中任一权利要求所述的太阳能发电板，其中该基底瓦片包括位于第一表面上的多个标记，每个标记定位在一位置，从而穿过与包括该基底瓦片的平面垂直的平面中标记的机械紧固件与连接系统间隔开。
18.根据权利要求1-17中任一权利要求所述的太阳能发电板，其中该基底瓦片包括密封系统，以在相邻基底瓦片之间提供防水密封。
19.根据权利要求1-18中任一权利要求所述的太阳能发电板，其中该光伏瓦片包括；承载瓦片，具有第一侧；以及盖板，被密封到承载瓦片，该盖板具有第一侧，其中该承载瓦片和该盖板被相关地构造，从而当该盖板覆盖在承载瓦片上且各自的第一侧面对面时在它们之间形成凹陷，其中该一个或多个光伏电池位于凹陷中。
20.根据权利要求19所述的太阳能发电板，其中从一侧看，设置有盖板的光伏瓦片具有类似石瓦的外观。
21.根据权利要求19所述的太阳能发电板，其中该承载瓦片具有类似石瓦的颜色。
22.根据权利要求21所述的太阳能发电板，其中该光伏电池具有类似石瓦的颜色。
23.根据权利要求19-22中任一权利要求所述的太阳能发电板，其中该凹陷形成在该承载瓦片的第一表面中。
24.根据权利要求19-23中任一权利要求所述的太阳能发电板，其中该盖板具有与该承载瓦片基本相同的足迹，因此该承载瓦片和该盖板的相应边缘基本上共边界。
25.根据权利要求23所述的太阳能发电板，其中该盖板位于该凹陷中。
26.根据权利要求1-25中任一权利要求所述的太阳能发电板，其中该光伏瓦片包括一个或多个通孔电端子，通过该通孔电端子，该连接系统将该光伏瓦片电耦合且机械耦合。
27.根据权利要求沈所述的太阳能发电板，还包括电池导体，其在每个电端子和一个或多个光伏电池之间提供电连接。
28.根据权利要求27所述的太阳能发电板，其中该电池导体从端子延伸出的至少一部分长度被模制到承载瓦片中。
29.根据权利要求1- 中任一权利要求所述的太阳能发电板，其中每个旁路装置包括开关装置。
30.根据权利要求四所述的太阳能发电板，其中该旁路装置中的至少一个为二极管。
31.根据权利要求30所述的太阳能发电板，其中该至少一个二极管的正向压降等于或小于0. 7V。
32.根据权利要求四所述的太阳能发电板，其中该至少一个开关装置为反熔丝或晶体管开关装置。
33.根据权利要求30或31所述的太阳能发电板，其中该至少一个二极管并联到该一个或多个光伏电池上，从而使每个二极管通过被其并联的一个或多个光伏电池反向偏置。
34.根据权利要求1-33中任一权利要求所述的太阳能发电板，其中该至少一个旁路装置被热隔离，以减少来自该至少一个旁路装置的漏电流。
全文摘要
太阳能面板(400)包括基底瓦片(100)、多个光伏瓦片(10)、连接系统(200)、用于每个光伏瓦片(10)的一个或多个电旁路装置(42)。每个光伏瓦片(10)包括一个或多个电连接到一起而形成光伏电池电路(40)的光伏电池(12)。连接系统(200)由基底瓦片(100)支撑或支撑在基底瓦片(100)上，并使光伏瓦片(10)两个一组或多个一组地电连接到一起，且将光伏瓦片(10)机械地耦合到基底瓦片(100)上。至少一个旁路装置(42)被并联到光伏电池电路(40)中的一个或多个光伏电池(12)组成的一组光伏电池上。当跨越该组光伏电池的输出电压低于预定的阈值电压时，每个旁路装置(42)为光伏电池电路(40)提供跨越该组光伏电池(12)的电流通路。
文档编号H01L31/048GK102224602SQ200980146987
公开日2011年10月19日 申请日期2009年9月11日 优先权日2008年9月26日
发明者C·G·E·南丁格勒, 吴瑞明, 李伟雄, 洪德伟, 郑文浩 申请人:龙源有限公司