电池模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光伏电池模块。
[0002]本发明具体涉及这样一种光伏电池模块:这种光伏电池模块包括光伏电池组件，该光伏电池组件包括连接在一起而形成串联电路的光伏电池阵列；并且这种光伏电池模块应用于聚光型基于太阳辐射的发电系统。以下，通过本申请并以示例的方式对本发明进行描述，但是本发明并不限于本申请。
[0003]基于太阳辐射的发电系统通常包括:
[0004](a)接收装置，其包括用于将太阳能转换为电能的光伏电池阵列，以及
[0005](b)会聚装置，其用于将太阳辐射会聚在接收装置的光伏电池上。
[0006]更具体地，本发明提供了这样一种光伏电池模块，这种光伏电池模块用于基于太阳辐射的发电系统的接收装置，并且这种光伏电池组件包括:
[0007](a)光伏电池组件，其包括至少一个光伏电池，光伏电池具有用于太阳辐射的暴露表面；
[0008](b)电连接，其用于将光伏电池组件的电能输出转移至输出电路；以及
[0009](c)用于从光伏电池吸热的组件，其包括位于光伏电池组件的暴露表面后侧的冷却剂腔室，该冷却剂腔室具有冷却剂入口和冷却剂出口，冷却剂入口和冷却剂出口分别用于将冷却剂供应至腔室中以及将受热的冷却剂从腔室移除。
[0010]更具体地，本发明涉及用于光伏电池模块的光伏电池组件。
[0011]更具体地，本发明涉及密集阵列聚光型光伏电池模块以及用于该光伏电池模块的光伏电池组件。以下，术语“密集阵列聚光型光伏电池模块”指的是密集阵列CPV模块，在本文中被理解为意指这样一种光伏电池密排阵列，这种光伏电池密排阵列具有的暴露表面面积可将太阳辐射直接接收至光伏电池模块总暴露表面面积的至少90 %的电池上。通常为模块总暴露表面面积的至少95%，更通常为模块总暴露表面面积的至少97%，还更通常为模块总暴露表面面积的至少98%。
[0012]本发明具体地可应用于但绝非专用于上述类型的大型基于太阳辐射的发电系统，这种发电系统能够产生大量的电力，可随时适于至少20kW的标准3相415伏交流电。
[0013]对于这种大型发电系统的最终应用包括用于孤立电网的偏远地区电力供应、电网并网电力、水泵取、电信、原油泵取、水净化、以及氢生产。
【背景技术】
[0014]与上述类型的基于太阳辐射的发电系统商业可行的发展相关联的一个重要因素是能量转换效率。
[0015]能量转换效率是太阳能系统经济意义的极强推动因素。如果可以以较小的百分比系统成本增加来获得更大的转换效率的提高，那么太阳能系统的商业前景就能够得到提升。
[0016]目前可以看到，通过本发明，可以以小于0.5%的系统成本增加来获得5%级别的效率提尚。
[0017]对太阳辐射接收装置能量转换效率具有负面影响的两个因素是(a)无效空间(dead space)和(b)通量变化。
[0018]无效空间因素有关于活跃光伏电池面积对光伏电池模块总面积的比率。该比率是活跃电池面积比率(ACAR)。本申请人所知晓的密集阵列系统所具有的ACAR仅为65 %至95%。
[0019]本申请人所知晓的对现有技术布局产生限制的挑战包括:
[0020](a)空间限制以及相邻的光伏电池互连以形成电路的复杂性；
[0021](b)母排连接位于电池顶部，导致电池被遮盖，减少了有效活跃面积；
[0022](c) 二极管连接；以及
[0023](d)提供安全性和可靠性的边缘密封所占据的面积。
[0024]通量变化因素有关于接收装置中的电池和模块的设置和特征(包括电池尺寸和电池之间的连接)，还有关于接收装置的通量分布，这种通量分布与用于将太阳辐射反射至接收装置的收集装置有关。通量变化也可以与时间有关，并且通常对于收集装置而言是更加显著的因素，诸如基于抛物线的会聚系统的收集装置反射并会聚太阳辐射。
[0025]就密集阵列CPV模块设计，本申请人考虑了无效空间和通量变化因素。
[0026]本申请人认为应该存在一种具有高ACAR和高电压的光伏电池模块。高ACAR使得光伏电池模块具有高转换效率，因为对于给定光伏电池模块尺寸而言，更大百分比比例的活跃电池面积能够暴露于辐射。这是对具有最小数目的连接件和二极管、以及具有小边缘密封的更大电池的推动因素。高电压允许光伏电池模块最多的并联，这样产生了具有接收可变通量的多个光伏电池模块的整个接收装置的高平均模块效率。这是对更小电池的推动因素。因此这些因素是相反的因素。
[0027]用于密集阵列CPV模块的已知光伏电池通常为低电压(0.5至6伏)。因而，许多电池必须串联以获得所需的高电压(通常为200至1000伏)。这意味着电池必须相对较小且在光伏电池模块中存在许多连接件。这意味着这些连接件必须占据最小的(活跃面积)模块空间，否则会因数目增加的连接件占据无效空间，而失去已经获得优势。
[0028]数百个电池和连接件也需要非常可靠或者需要具有将失效的电池或连接旁路的装置，从而将因电池或者连接失效而产生的影响最小化。
[0029]在非专利文献中已经提出，在光伏电池模块中，使用“屋瓦式”布置的光伏电池串组，而不是更标准的首尾相连式布置的电池。上述提出的现有技术的屋瓦式布置包括:在电池的短的直串组中，一个光伏电池的先导缘叠置在后继的电池的跟随缘上，以覆盖这些后继的电池的非活跃“母排”区域。考虑到会导致差的热转移的电池叠置，该提出的现有技术的屋瓦式布置可能会产生高的ACAR。
[0030]本申请人在研发工作中发现，当电池被适当地安装时，屋瓦式方法对于电池的单个短的直线型串组而言可能是实用的，而对于大型的基于太阳辐射的发电系统而言可能并非解决方案，这种大型的基于太阳辐射的发电系统要求大量的活跃电池互连成一个或多个电池行组，以获得所需的模块电压。
[0031]更具体地，已知屋瓦式布置方法的由本申请人发现的局限/挑战包括:
[0032](a)串组的长度短，因而产生了低电压；
[0033](b)串组的长度短，因而产生了低功率；
[0034](c)叠置布置的整体特性导致电池物理结构在一个方向上的尺寸显著增加，因而产生了机械负荷；
[0035](d)倾斜的电池与其所附接的冷却的基底(如铜垫)之间的接触受到限制，因而产生了差的热传递；
[0036](e)改变串组的方向困难；以及
[0037](d)互连和/或改制电池(对于非屋瓦式布置)的成本。
[0038]综上，需要一种屋瓦式布置，其包括旁路二极管以及简单的“交叉”连接，从而低机械负荷的曲折式串组可以获得2维阵列以及最小无效空间和极佳热传递，以使聚光中的电池温度最小化。更一般地，不限于屋瓦式布置，需要一种可替换目前可用光伏电池组件的光伏电池组件，这种可替换光伏电池组件适用于密集阵列CPV模块。
[0039]不可将以上描述认为是对澳大利亚或者其他地方的公知常识的承认。
【发明内容】
[0040]在对研发工作的结果进行考虑之后，本申请人意识到，为了将用于串组电池模块的屋瓦式布置方法优化到实际水平，(a)必须将许多电池的短的直串组互连，并且必须保持电池与将电池支撑在模块中的冷却的基底之间热连接；(b)要求在任何电池的串组布置中存在旁路二极管，无论串组是屋瓦式布置或者是首尾相连式(共面式)布置，从而当模块中的一个或多个光伏电池失效时，该模块继续工作；(C)在密集阵列CPV模块中，必须以最小“无效空间”实现电池互连；以及(d)要求边缘密封具有足够的实质性，从而为电池提供风雨保护，满足安全性要求，以及产生最小的无效空间。
[0041]一般地，本发明提出了一种光伏电池组件，其适用于密集阵列聚光型光伏电池模块，该光伏电池组件包括:多个光伏电池，所述多个光伏电池安装在基底上；以及旁路二极管，所述旁路二极管与每个电池相关联以允许该电池在其失效或者具有低照射时被旁路。二极管设置成靠近电池。二极管为来自电池的热和电提供通向所述基底的直接通路。
[0042]一般地，本发明提出了一种光伏电池组件，其适用于密集阵列聚光型光伏电池模块，该光伏电池组件包括:多个光伏电池，所述多个光伏电池安装在基底上，每个电池具有暴露表面以接受太阳辐射，所述多个电池设置成密集阵列，所述密集阵列包括电连接在一起并形成串联电路的电池的至少一个串组，每个串组包括形成排组的多个直线型的电池，并且一个电池排组的结束处的电池连接至后继的电池排组的起始处的电池；以及旁路二极管，该旁路二极管与每个电池相关联以允许该电池在其失效或者具有低照射时被旁路，二极管设置成靠近电池，并且二极管为来自电池的热和电提供通向基底的直接通路。
[0043]每个二极管的一端可与基底直接电接触且热接触，而每个二极管的另一端可与邻近的电池直接电接触且热接触。
[0044]密集阵列可以活跃电池面积覆盖所述光伏电池组件的超过95%。
[0045]基底可包括多个金属化部件，所述多个金属化部件形成用于电池的安装垫，每个电池安装在一个金属化部件上，每个金属化部件包括在电路中邻近的电池(如在前的电池)下方延伸的部分，用于电池的旁路二极管位于所述在前的电池之下并靠近该在前的电池并且安装在金属化部件的在邻近的电池下方延伸的那个部分之上，二极管通过金属化部件的在邻近的电池下方延伸的那个部分与基底电连接且