光伏模块接线盒的制作方法与工艺

文档序号:13016088阅读:682来源:国知局


背景技术:
光伏(PV)电池(常被称为太阳能电池)是熟知的用于将太阳辐射转换为电能的装置。一般来讲,照射在太阳能电池基板表面上并进入基板内的太阳辐射在基板主体中形成电子空穴对。电子空穴对迁移至基板中的p掺杂区和n掺杂区,从而在掺杂区之间形成电压差。将掺杂区连接到太阳能电池上的导电区,以将电流从电池引导至外部电路。将PV电池组合在诸如PV模块的阵列中时,从所有的PV电池收集的电能可以按串联布置方式和并联布置方式加以组合,以提供具有某一电压和电流的电源。接线盒(JBox)可提供从PV模块到电路的电连接,其中电路诸如另一个PV模块或逆变器,及其他装置。为了保护从PV电池到接线盒的电连接,接线盒可包括环境屏障(诸如防水附接系统),用于保护连接到太阳能电池的线材。环境屏障可有助于确保太阳能电池的安全和长期可靠性。附图说明图1示出了根据一些实施例的一个示例性接线盒。图2和图3分别示出了根据一些实施例的两个接线盒的一种示例性布置方式的轮廓图和自上而下视图。图4和图5分别示出了根据一些实施例的两个接线盒的另一种示例性布置方式的轮廓图和自上而下视图。图6示出了根据一些实施例的两个接线盒的另一种示例性布置方式。图7和图8示出了根据一些实施例的一种示例性接线盒的不同视图。图9示出了根据一些实施例的一个示例性接线盒。具体实施方式以下具体实施方式在本质上只是说明性的,而并非意图限制本申请的主题的实施例或此类实施例的用途。如本文所用,词语“示例性”意指“用作例子、实例或举例说明”。本文描述为示例性的任何实施未必理解为相比其他实施优选的或有利的。此外,并不意图受前述技术领域、背景技术、

技术实现要素:
或以下具体实施方式中提出的任何明示或暗示的理论的约束。本说明书包括对“一个实施例”或“实施例”的提及。短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不一定是指同一实施例。特定的特征、结构或特性可以任何与本公开一致的合适方式加以组合。术语:以下段落提供存在于本公开(包括所附权利要求书)中的术语的定义和/或背景:“包含/包括”。该术语是开放式的。如在所附权利要求书中所用,该术语并不排除另外的结构或步骤。“被配置为”。各种单元或部件可被描述或主张成“被配置为”执行一项或多项任务。在这样的背景下,“被配置为”用于通过指示所述单元/部件包括在操作期间执行一项或多项那些任务的结构而暗示结构。因此,即使指定的单元/部件目前不处于工作状态(例如,未开启/激活),也可将该单元/部件说成是被配置为执行任务。详述某一单元/电路/部件“被配置为”执行一项或多项任务明确地意在对该单元/部件而言不援用35U.S.C.§112第六段。如本文所用的“第一”、“第二”等这些术语用作其之后的名词的标记,而并不暗示任何类型的顺序(例如,空间、时间和逻辑等)。例如,提及“第一”接线盒并不一定暗示该接线盒为某一序列中的第一个接线盒;相反,术语“第一”用于区分该接线盒与另一个接线盒(例如,“第二”接线盒)。“基于”。如本文所用,该术语用于描述影响确定结果的一个或多个因素。该术语并不排除可影响确定结果的另外因素。也就是说,确定结果可以仅基于那些因素或至少部分地基于那些因素。考虑短语“基于B确定A”。尽管B可以是影响A的确定结果的因素,但这样的短语并不排除A的确定结果还基于C。在其他实例中,A可以仅基于B来确定。“耦接”—以下描述是指“耦接”在一起的元件或节点或特征。如本文所用,除非另外明确指明,否则“耦接”意指一个元件/节点/特征直接或间接连接至另一个元件/节点/特征(或直接或间接与其连通),并且不一定是机械耦接。此外,以下描述中还仅出于参考的目的而使用了某些术语,因此这些术语并非意图进行限制。例如,诸如“上部”、“下部”、“上方”或“下方”等术语是指附图中提供参考的方向。诸如“正面”、“背面”、“后面”、“侧面”、“外侧”和“内侧”等术语描述在一致但任意的参照系内部件的某些部分的取向和/或位置,通过参考描述所讨论部件的文字和相关的附图可以清楚地了解这些取向和/或位置。这样的术语可以包括上面具体提及的词语、它们的衍生词语以及类似意义的词语。在以下描述中,给出了许多具体细节,诸如具体的操作,以便提供对本公开的实施例的透彻理解。对本领域的技术人员将显而易见的是可在没有这些具体细节的情况下实施本公开的实施例。在其他实例中,没有详细地描述熟知的技术,以避免不必要地使本公开的实施例难以理解。现在参见图1,图中示出了根据一个实施例的一个示例性接线盒的侧视图。如图1所示,接线盒102可耦接到光伏(PV)层压板104。例如,在一些实施例中,接线盒102可机械地耦接到PV层压板104的背板或PV模块的框架,使得接线盒定位于PV层压板104的背面(正常工作期间背向太阳的那一面)上。对于接线盒102耦接到PV层压板104的实施例,接线盒上可附接允许层压板与接线盒的安装表面之间充分接触并防止渗水的粘合剂/灌封材料(pottant)。如图所示,PV层压板104可包括多个PV电池106。PV电池106可被布置成串联和/或并联,然后电耦接到接线盒102。PV层压板104可包括一个或多个围绕并包封PV电池的包封层。可将盖(例如玻璃,或另一些透明或基本透明的材料)层压至包封层。层压板可具有背板,背板是层压板最后面的一层,提供保护层压板其余部分的防风雨电绝缘层。背板可以是聚合物板,既可被层压至层压板的包封层,也可与其中一个包封层成一体。在一个实施例中,PV电池经由铜焊带(例如汇流条108)电耦接到接线盒102。例如,汇流条108可穿透背板,使得汇流条108可触及接线盒102并与接线盒102耦接。尽管图1中只示出了一根汇流条108,但在其他实施例中,可使用多根汇流条把PV电池连接到接线盒。在各种实施例中,可在汇流条之间设置一个或多个旁路二极管。在各种实施例中,可将PV层压板104耦接到框架(例如,如图4所示)以形成PV模块,或者可将PV层压板104耦接到聚光式PV系统的反射镜(例如,如图2所示)。PV模块的正面在正常工作期间面向太阳,其背面与正面相背对。接线盒102可耦接到逆变器(安装至PV模块的微逆变器,或位于远处的逆变器)以将直流电(DC)电源转变成交流电(AC)电源,也可耦接到串联的另一个接线盒以结合来自多个PV层压板、电力收集装置、电力储存装置及其他电气系统的功率。典型的接线盒利用直接从接线盒侧面伸出的长柔性电缆,该电缆随后耦接直接从另一个接线盒的侧面伸出的柔性电缆。长柔性电缆顾及了简易连接,还考虑了结构容差(例如,穿过PV模块的框架)。然而,如果柔性电缆过长,便可能从接收器表面的背后伸出,这种情况下势必需要额外的部件来控制电缆的位置,从而增加系统成本。在大规模应用中,这可能显著增大系统成本。在一个聚光式光伏系统中,长柔性电缆直接从接线盒侧面伸出可能带来麻烦,因为将一个接线盒直接连接到另一个接线盒的电缆可能暴露于光束会聚区域(如图2所示的光束会聚区域240)。暴露于会聚的光束招致线材燃烧的风险,这种风险又可导致系统无法工作并/或造成(如设备或个人的)安全隐患。为解决上述一些问题,在一个实施例中,接线盒可包括成角度接口114。汇流条108可耦接到连接器插片110,连接器插片110又耦接到成角度接口114上的导体112。如图所示,成角度接口114相对于接线盒102的安装表面,(或者提出从层压板的视角)相对于PV层压板104成一个非零的角度116。非零的角度116的例子可包括10度、15度、45度、75度或90度及其他角度。该角度可取决于多种因素,诸如框架厚度、接收器/PV层压板之间的距离、电缆厚度、PV层压板/接收器的取向,及其他因素。尽管图中示出成角度接口位于接线盒102的角落(接线盒的侧面接触与安装表面相背对的表面),但在其他实施例中,成角度接口可位于接线盒的侧面上(如图6所示)或者接线盒的与安装表面相背对的表面上(未示出)。此外,在一个具体的系统中,对于不同的接线盒可使用不同的角度。例如,一个接线盒可具有15度的成角度接口,并且可耦接到另一个没有成角度接口(具有平直接口)或成角度接口为30度的接线盒。在各种实施例中,接线盒(特别是接线盒的成角度接口)包括直接与接线盒壳体集成或直接附接到接线盒壳体的连接器。本文将具有集成连接器的接线盒称为连接器化接线盒。在其他实施例中,接线盒的成角度接口不包括集成连接器,而是包括附接的末端有连接器的柔性电缆。本文将这种接线盒称为电缆化接线盒。此外,在一些系统中,例如,如图2、图4和图6所示,一个连接器化接线盒可结合(例如耦接)一个电缆化接线盒使用。结合使用连接器化接线盒和电缆化接线盒,可导致零部件数量相比只包括连接器化接线盒或只包括电缆化接线盒的系统减少,下文将更详细描述这一点。由于接线盒需要提供坚固耐用的防水结构,所以减少零部件数量便可减少提供坚固耐用的防水结构所必需的密封件和接头的数量,从而降低接线盒进水的可能性。此外,尽管本文举例说明的实例示出了从接线盒伸出的成角度接口,但在一些实施例中,成角度的连接器化连接可与接线盒的一个或多个边缘齐平。另外,尽管实例示出的成角度接口在单个平面内成角度,但所述成角度接口可以在多个平面内成角度,从而实现更大的柔性。例如,成角度接口可以在x-平面和y-平面内相对于接线盒的安装表面成角度。此外,在一些实施例中,可将具有成角度接口的接线盒耦接到没有成角度接口的接线盒。因此,太阳能装置可包括成角度接口接线盒、平直(非成角度)接口接线盒、连接器化接线盒和/或电缆化接线盒的任意组合。尽管图1示出的是单极接线盒,但在其他实施例中,双极接线盒可包括与图1所示相同的特征。此外,尽管本文描述的附图针对每个PV层压板只示出了单个接线盒,但在一些实施例中,PV层压板可包括多个接线盒(例如,多个单极接线盒)。本发明公开的具有成角度连接器的接线盒可提供许多优势。例如,使用成角度连接器,可使接线盒的附接和拆卸操作变得简单,从而导致连接时间相比另外的接线盒缩短。对于大规模系统安装(例如在公用规模的太阳能电厂),这样的缩短连接时间,可导致节省大量时间。因此,相比需要较大电缆松弛度以适应结构容差的其他接线盒,成角度连接器可允许电缆具有较短的长度。这降低了PV系统的成本和串联电阻损耗。而且如本文指出的那样,一旦电缆长度缩短,就不再需要额外的部件来控制电缆的过度松弛。本发明公开的接线盒与系统还允许使用数量相比传统的接线盒系统减少的垫片。例如,在一个实施例中,只存在三个密封界面,与此形成对照,另外的系统中存在五个密封界面。垫片数量减少,水蔓延到接线盒组件内的故障点位置便减少,从而降低发生故障的风险。此外,成角度连接器可允许水从接头和连接位置处流出,从而降低水渗入接线盒的可能性。使用成角度连接器,还可提供更可控的线材管理系统。如本文所述,在一些聚光式PV系统中,电缆可存在于会聚的光路中,这可能导致线材或连接器燃烧或融化,继而可能导致带电线材暴露,甚至导致连接器或线材无法工作。这种故障不但可影响电力生产,还可导致安全隐患(例如PV系统安全隐患、人身安全隐患等)。通过使用成角度连接器缩短线材长度,可减少甚至免除额外的电缆管理解决方案(以及其额外的零部件成本和/或安装人工成本)。这是因为这些长度的线材具有刚性,还因为(连接器化/非连接器化(不确定是否需要对其进行详细说明)接线盒组合中的)线材之间不再悬挂重型连接器。现在参见图2和图3,图中分别示出了根据一些实施例的聚光式PV系统内的两个接线盒的示例性布置方式的轮廓图和顶视图。如图所示,具有成角度接口214a的接线盒202a耦接到PV层压板204a的背面(正常工作期间背向太阳的那一面)。应当注意,PV层压板204a还可被称为接收器。热沉220a也耦接到PV层压板204a。热沉、接收器和接线盒组合随后机械地耦接到聚光反射镜222a的背面(非反射表面)。另一个聚光反射镜(除反射镜222a和222b外)的前表面(反射表面)可被配置为将光反射到PV层压板204a上,但图中并未示出。在一些实施例中,热沉、接收器和接线盒组合可机械地耦接到非反射镜部件的安装表面。图2所示实例还包括具有成角度接口214b的接线盒202b,该接线盒202b耦接到PV层压板204b的背面。热沉220b也耦接到PV层压板204b。热沉、接收器和接线盒组合随后机械地耦接到聚光反射镜222b的背面(非反射表面)。如图所示,接线盒202a是连接器化接线盒,具有集成的母连接器。这种集成的母连接器被配置为接收来自电缆化接线盒202b的电缆216的公连接器218。使用成角度接口/连接器可允许电缆216和连接器218避开光束会聚区域240,所以相比没有成角度接口的系统,降低了电缆或连接器受损的风险。现在参见图4和图5,图中分别示出了根据一些实施例的一个太阳(非聚光式)PV系统内的两个接线盒的示例性布置方式的轮廓图和顶视图。如图所示,具有成角度接口414a的接线盒402a耦接到PV层压板404a的背面(正常工作期间背向太阳的那一面)。框架450a也耦接到PV层压板404a,但应当注意,在一些实施例中,接线盒402a可直接耦接到框架450a。相似地,具有成角度接口414b的接线盒402b耦接到PV层压板404b的背面。框架450b也耦接到PV层压板404b,但应当注意,在一些实施例中,接线盒402b可直接耦接到框架450b。如图4和图5所示,使用具有成角度接口的接线盒可缩短连接接线盒所需的电缆的长度,从而降低成本并减少对额外的电缆管理部件的需求。尽管图2至图5示出的是用于电缆化接线盒的母连接器化接线盒与公连接器,但作为替代,所述连接器化接线盒可为被配置为接收来自电缆化接线盒的母连接器的公连接器化接线盒。此外,尽管图2至图5的实例示出的是连接器化接线盒被配置为与电缆化接线盒一同使用,但在其他实施例中,可一同使用两个连接器化接线盒或两个电缆化接线盒,不必考虑它们是具有成角度接口还是平直接口。此外,尽管图2至图5示出的成对接线盒的成角度接口的角度为相同的角度,但在其他实施例中,第一接线盒的成角度接口可以为一个角度(例如15度),而耦接到第一接线盒的第二接线盒的成角度接口可以是不同的第二角度(例如30度)。图6示出了根据一些实施例的另一对示例性接线盒。特别地,图6类似于图2至图5的接线盒布置方式,不同之处是成角度接口614从接线盒壳体602a的侧面伸出,而不是像图1至图5中那样从接线盒壳体的角落伸出。此外,电缆化接线盒602b不具有成角度接口。相反,电缆616笔直地离开接线盒602b,并未与接线盒602b成一角度。图7和图8分别示出了根据一些实施例的示例性连接器化接线盒的侧视图和横截面图。尽管图7和图8并未示出成角度接口,但图7和图8示出的部件同样适用于具有本文所公开的成角度接口的接线盒。如图所示,接线盒700包括对准系统702,对准系统702被配置为对准从接线盒700到另一个部件(例如另一个接线盒、逆变器等)的连接。内部垫片704耦接到对准系统702和外部垫片706。在一些实施例中,对准系统702、内部垫片704和外部垫片706是连接器耦接到连接器化接线盒的一部分,而不是实际接线盒的部件。对准/锁定销708是接线盒700的母连接器化部分的一部分,被配置为接收公连接器。应当注意,在其他实施例中,可使用被配置为接收来自电缆的母连接器的公连接器化部分。金属销710可用于将连接器与接线盒的连接器化部分对准。在图示实施例中,汇流条焊接板712将连接器耦接到PV层压板上的太阳能电池。壳体714可由塑料或另一种材料制成,底部716被配置为耦接到PV层压板和/或与PV层压板耦接的框架。图8示出了图7所示接线盒的横截面图,以便更清楚地示出内部部件(例如金属销、汇流条焊接板等)及其几何形状。图9与图8类似,示出了具有成角度连接器的接线盒的横截面图。图7示出的部件同样适用于图9的接线盒。尽管上面已经描述了具体实施例,但即使相对于特定的特征仅描述了单个实施例,这些实施例也并非旨在限制本公开的范围。在本公开中所提供的特征的例子除非另有说明否则旨在为说明性的而非限制性的。以上描述旨在涵盖将对本领域的技术人员显而易见的具有本公开的有益效果的那些替代形式、修改形式和等效形式。本公开的范围包括本文所公开的任何特征或特征组合(明示或暗示),或其任何概括,不管它是否减轻本文所解决的任何或全部问题。因此,可以在本申请(或对其要求优先权的申请)的审查过程期间对任何此类特征组合提出新的权利要求。具体地讲,参考所附权利要求书,来自从属权利要求的特征可与独立权利要求的那些特征相结合,以及来自相应的独立权利要求的特征可以按任何适当的方式组合,而不限于所附权利要求中所枚举的特定的组合。在一个实施例中,光伏系统包括第一光伏层压板。第一接线盒耦接到第一光伏层压板,其中第一接线盒包括第一电接口,该第一电接口相对于第一光伏层压板成第一非零的角度。在一个实施例中,第一接线盒还包括壳体,该壳体容纳第一光伏层压板上的多个光伏电池与第一电接口之间的连接。在一个实施例中,第一电接口包括被配置为耦接到第二连接器的第一连接器,其中第一连接器集成到壳体中。在一个实施例中,第一连接器是母连接器,第二连接器是公连接器。在一个实施例中,第一电接口包括集成到壳体中的电缆,以及耦接到电缆末端的连接器。在一个实施例中,光伏系统还包括第二光伏层压板和耦接到第二光伏层压板的第二接线盒,其中第二接线盒包括相对于第二光伏层压板成第二非零的角度的第二电接口,其中第一电接口耦接到第二电接口。在一个实施例中,第一非零的角度与第二非零的角度相等。在一个实施例中,第一电接口包括集成到第一接线盒的壳体中的第一连接器,其中第二电接口包括集成到第二接线盒的壳体中的电缆以及位于电缆末端的第二连接器,其中第一连接器耦接到第二连接器。在一个实施例中,光伏系统还包括耦接到第一光伏层压板的第二接线盒,其中第二接线盒包括相对于第一光伏层压板成第二非零的角度的第二电接口。在一个实施例中,光伏系统还包括耦接到光伏层压板并邻接第一接线盒的热沉,以及被配置为将光导向至光伏层压板上的反射镜。在一个实施例中,第一接线盒是单极接线盒。在一个实施例中,第一非零的角度大于约15度。在一个实施例中,光伏系统还包括耦接到第一电接口的逆变器,其中该逆变器被配置为从第一光伏层压板接收直流电并将直流电转变为交流电。在一个实施例中,光伏模块的接线盒包括壳体和成角度接口,该壳体的底部部分用于将接线盒耦接到光伏层压板。成角度接口被配置为将多个太阳能电池电耦接到外部部件,其中成角度接口相对于底部部分以非零的角度取向。在一个实施例中,外部部件是另一个光伏模块的另一个接线盒,其中另一个接线盒还包括相应的以所述非零的角度取向的成角度接口。在一个实施例中,外部部件是逆变器,该逆变器被配置为将来自多个太阳能电池的直流电转变为交流电。在一个实施例中,成角度接口包括集成到壳体中的连接器。在一个实施例中,连接器是母连接器。在一个实施例中,成角度接口包括集成到壳体中的电缆和附接到该电缆的连接器。在一个实施例中,光伏系统包括第一光伏层压板和第二光伏层压板、耦接到第一光伏层压板的第一接线盒和耦接到第二光伏层压板的第二接线盒,其中第一接线盒包括相对于第一光伏层压板成第一非零的角度的第一成角度接口,其中第二接线盒包括相对于第二光伏层压板成第二非零的角度的第二成角度接口。
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