太阳能电池拼接装置及其组件的制作方法

本实用新型涉及太阳能电池领域，尤其涉及结合有薄膜电池的太阳能电池拼接装置。

背景技术：

移动能源概念的提出和兴起与薄膜太阳能技术的发展和逐渐成熟密切相关。与大多数应用于发电、一次能源供应的光伏发电系统不同，薄膜太阳能技术不仅可以被应用于一次能源供应的所有场合，其自身还具备轻、薄、柔、能承受颠簸而无隐裂等普通晶硅或其他硬质太阳能电池不具备的特点。薄膜太阳能电池的这些特点使其可以应用在如各种娱乐、文体、教育、儿童智力启蒙等场合。

然而，常见的用于太阳能电池的接线盒及接线方式多以实现一次(永久式)能源供应为目的，电池间串并联拼接的目的是满足一次能源供应的需要，很少或基本不考虑功能的多样性、整体布局的兼容性以及标准化一致性等问题，不能适应宽负载范围的工作需求。此外，当前的太阳能电池装置的结构为一体式，输出功率能力大小由表面积决定，工作点固定，不易于收纳，从而导致当前的太阳能电池装置应用主要以发电为目的，极大的限制其作为移动能源的应用领域。

技术实现要素：

为了至少部分解决现有技术中存在的技术问题而完成了本实用新型。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种太阳能电池拼接组件，用于太阳能电池拼接装置，其中，所述太阳能电池拼接组件具有板的形式；在所述太阳能电池拼接组件的一侧板面上的第一区域中，设置有一对输出触点和一对辅助触点，在所述一侧板面上的与所述第一区域不同的第二区域中，设置有另一对输出触点和另一对辅助触点；每对输出触点均包括作为所述太阳能电池拼接组件的电池电极的正极输出触点和负极输出触点；在所述第一区域和所述第二区域中的每一个区域中的每个辅助触点与所述第一区域和所述第二区域中的另一个区域中的一个辅助触点电连接，但与所述第一区域和所述第二区域中的其他辅助触点及各所述输出触点电绝缘；并且在所述太阳能拼接组件的所述一侧板面或与所述一侧板面相反的另一侧板面上覆盖有薄膜电池。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种太阳能电池拼接装置，所述阳能电池拼接装置包括：至少一个根据所述第一方面的太阳能电池拼接组件；以及至少一个接线盒，所述接线盒具有连接表面，在所述连接表面上的不同连接区域中，各自设置有四个接线触点，所述接线盒设置有能够将所述连接表面上的接线触点中的至少一部分可操作地两两电连接起来的电开关。其中，所述太阳能电池拼接组件以下述方式与所述接线盒连接：所述太阳能电池拼接组件的第一区域或第二区域中的所述一对输出触点和所述一对辅助触点分别与所述接线盒的所述连接表面的一个连接区域中的相应的接线触点电接触。

附图说明

下面，基于附图，具体说明本实用新型的示范实施例，其中：

图1是根据本实用新型实施例的太阳能电池拼接组件的俯视示意图；

图2是示出拼接在一起的四个拼接组件的俯视示意图；

图3是根据本实用新型实施例的接线盒的立体图；

图4是根据本实用新型实施例的一个太阳能电池拼接装置的示意性俯视图；

图5是示出图4所示的太阳能电池拼接装置的电连接状态的示意图；

图6是示出根据本实用新型实施例的另一个太阳能电池拼接装置的电连接状态的示意图；

图7(a)是示出检测接线盒与拼接组件的输出触点的电接触是否正常的步骤的示意图；

图7(b)是示出检测接线盒与拼接组件的辅助触点的电接触是否正常的步骤的示意图；

图8是示出根据变型例的太阳能电池拼接装置的示意性俯视图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图来对本实用新型提供的太阳能电池拼接组件、接线盒、太阳能电池拼接装置以及用于太阳能电池拼接装置的连接状态检测方法进行详细描述。

图1是根据本实用新型的实施例的太阳能电池拼接组件(下文中可简称为拼接组件)1a的俯视示意图。如图1所示，该拼接组件1a整体上具有板的形式。在本实施例中，板的形状是正方形。

在拼接组件1a的一侧的板面上位于四个角部101a、102a、103a和104a中的两个角部101a和103a的区域中，分别布置有一对输出触点和一对辅助触点。

具体地说，板面上位于角部101a的区域(第一区域的实例)中，布置有一对输出触点11a、12a和一对辅助触点13a、14a，而在板面上位于与角部101a成对角的角部103a的区域(第二区域的实例)中，布置有另一对输出触点15a、16a和另一对辅助触点17a、18a。其中，输出触点11a和15a均是该拼接组件1a的正极输出触点从而彼此具有相同的正电位，输出触点12a和16a均是该拼接组件1a的负极输出触点从而彼此具有相同的负电位。辅助触点13a、14a、17a、18a无正极、负极之分(尽管在图中，将靠近正极输出触点的辅助触点标以+号而将靠近负极输出触点的辅助触点标以-号，但这只是为了对辅助触点进行标识)。如图1中位于板面内的虚线示意性地示出，例如以在封装拼接组件1a时进行内部直连的方式，使一对辅助触点13a、

18a彼此电连接且使另一对辅助触点14a、17a彼此电连接。但当拼接组件1a未与接线盒或负载连接时，辅助触点13a、18a与辅助触点14a、17a电绝缘(没有电连接)，且各辅助触点13a、14a、17a、18a均与任一输出触点11a、12a、15a、16a电绝缘。由于太阳能电池通常为多层结构，因此上述电连接、电绝缘关系很容易实现，在本文中不再详述。

可选地，如图1所示，在拼接组件1a上，两个正极输出触点11a和15a、两个负极输出触点12a和16a、两个辅助触点13a和14a以及两个辅助触点17a和18a分别相对于拼接组件1a的板面以对角交叉对称的方式(在本实施例中，也是中心对称的方式)布置。换句话说，对于每个输出触点和每个辅助触点，其到距自身最近的板面边缘的距离以及到距自身次近的板面边缘的距离都是常数。例如，如图1所示，输出触点11a到距其最近的板面边缘的距离为b，到距其次近的板面边缘的距离为a，其他输出触点到距自身最近的板面边缘的距离也都是b，到距自身次近的板面边缘的距离也都是a。

另外，可选地，辅助触点13a、14a、17a、18a布置在比输出触点11a、12a、15a、16a更接近相应角部101a、102a、103a和104a的顶点的位置，并且因此具有比输出触点11a、12a、15a、16a小的尺寸。

此外，在拼接组件1a的板面上，覆盖有用于接收光线以将其转换为电能的薄膜电池(未示出)。

需要说明的是，薄膜电池可以覆盖在拼接组件1a的输出触点和辅助触点所在侧的板面上。可选地，太阳能薄膜也可以覆盖在拼接组件的与输出触点和辅助触点相反一侧的板面上。

图2示出了以类似拼接瓷砖(或马赛克)的方式拼接在一起的四个同样的拼接组件1a至1d。在下文中，以附图标记末尾的字母来区分不同拼接组件上的元件。如图2所示，四个拼接组件1a至1d在一个会聚点附近拼接在一起，从而四个拼接组件1a至1d各自的一个角部101a、102c、103d和104b会聚在该会聚点附件，并且在该会聚点附近，存在四个正极输出触点11a至11d，四个负极输出触点12a至12d，8个辅助触点13a至13d和14a至14d共16个触点。因此，通过例如接线盒等对彼此邻近的触点进行电连接，即可实现各太阳能电池拼接组件之间的不同的串联、并联连接关系。

图3示出了根据本实施例的接线盒2的立体图。接线盒2整体上可以是具有一定厚度的板形盒。在本实施例中，板的形状是圆形。可选地，接线盒2的板的形状可以是正方形、长方形等其他形状。此外接线盒2可以具有柱状形状而非板状形状。

接线盒2例如以其底面作为连接表面，在该连接表面上设置有多个接线触点。接线触点包括正极接线触点21a至21d、负极接线触点22a至22d以及辅助接线触点23a至23d、24a至24d。这些接线触点沿连接表面的周向布置成四组，每组包括四个接线触点。例如，如图3所示，位于连接表面左侧区域中的一组接线触点包括正极接线触点21b、负极接线触点22b和两个辅助接线触点23b和24b。四组接线触点中心对称地布置在连接表面上，每一组接线触点具有同样的功能。

接线盒2能够将至少部分接线触点可操作地(可断开地)两两电连接起来。具体地说，在接线盒2内部，设置有能够将各个接线触点可操作地两两电连接起来的多个电开关(未示出)。其中每个电开关用于将一个接线触点与另一个接线触点可操作地电连接起来。作为特例，在同一区域内的(即，与同一块拼接组件对应的)正极接线触点与负极接线触点之间(例如，正极接线触点21a与负极接线触点22a之间)不设置电开关，以避免短路。这些电开关可以具有跳线的形式，并且位于接线盒2内的跳线盒(未示出)中。可选地，这些电开关可以是物理开关，由用户手动地进行连接/断开(例如，通过接线盒表面上的按键)；也可以是电子开关，通过半导体器件，由从接线盒2上或接线盒2外部输入的控制信号来控制通断。此外，可以将接线盒的电开关构造为允许连接表面上的16个接线触点任意互连互通，然后通过软件配置的方式禁止其中某些接线触点之间的连接，例如禁止同一区域内的正极接线触点与负极接线触点之间的连接。此外，针对每个接线盒，可以仅提供有限的几套典型的接线触点连接方案，以减少电开关的数量和方便用户进行选择。

此外，接线盒2内还可设置有用于测量接线触点之间的电压的电压计(未示出)。容易理解的是，可以通过控制各个电开关的通、断，将不同的接线触点连接至同一电压计。另外，接线盒2可以设置有指示器件(未示出)，指示器件用于与电压计配合，以便例如在检测太阳能电池拼接装置的连接状态的过程中，当发现电气连接异常时向用户提供指示(将在下文中详述)。指示器件可以是屏幕、指示灯、蜂鸣器、扬声器等器件，也可以是以有线或无线的方式向外部设备(例如手机、监视器等)发出指示信息的器件。可选地，在接线盒的连接表面上，可以设置有用于对拼接组件进行定位的定位件(例如，挡板)，还可以设置有用于锁定拼接组件的锁定机构。可选地，在接线盒2内还可以设置用于测量在接线触点之间流过的电流的电流计、用于防止短路或过载的保险丝、用于与外部设备或其他接线盒通讯的通讯器件、用于计算合理布线方式以便自动设定电开关的通断的计算器件等。

当将接线盒2与一个拼接组件连接，或与在同一个会聚点附近拼接在一起的两个至四个拼接组件连接时，接线盒2覆盖每个拼接组件的一个角部，并且每个拼接组件的被接线盒2覆盖的角部上的正极输出触点、负极输出触点和辅助触点分别与接线盒2上的对应的正极接线触点、负极接线触点和辅助接线触点电接触。

为了更好地保障电气连接，可以使拼接组件1的输出触点和辅助触点以卡合的方式与接线盒上的接线触点电接触。例如，可以将拼接组件的输出触点/辅助触点设计成内凹式，而将接线盒的接线触点设计成外凸式，从而接线盒的接线触点可插入拼接组件的输出触点/辅助触点中。此外，输出触点、辅助触点、接线触点中的全部或一部分可以由磁性导电元件制成，从而可以使拼接组件1的输出触点和/或辅助触点以磁吸的方式与接线盒上的接线触点电接触。此外，输出触点、辅助触点、接线触点中的全部或一部分可以具有弹簧或弹性件的形式，从而可通过弹力的作用保障更稳定的电接触。

图4是示出图3所示的接线盒2连接到图2所示的拼接在一起的四个拼接组件1a至1d上，从而形成太阳能电池拼接装置的示意性俯视图。在由四个拼接组件1a至1d与接线盒2构成的太阳能电池拼接装置中，接线盒2覆盖每个拼接组件1a至1d的一个角部，并且接线盒2的正极接线触点21a至21d、负极接线触点22a至22d以及辅助接线触点23a至23d、24a至24d分别与正极输出触点11a至11d、负极输出触点12a至12d以及辅助触点13a至13d、14a至14d电接触。在这种情况下，可以例如将拼接组件1a的左上角103a的一对辅助触点17a、18a作为负载连接端。通过设定接线盒内的电开关的通断，即可实现四个拼接组件1a至1d之间的不同的串联、并联模式，从而可由负载连接端输出不同的电压U。

图5是示出图4所示的太阳能电池拼接装置的电连接状态的示意图，其中，隐去了接线盒2，而示出了利用接线盒2实现的不同输出触点之间、以及输出触点与辅助触点之间的电连接。在图5所示的实例中，四个拼接组件1a至1d彼此串联，从而由负载连接端输出的电压约为四个拼接组件(4块太阳能电池)的电压之和。

图6是示出由十个拼接组件和三个接线盒构成的太阳能电池拼接装置的电连接状态的示意图。本领域技术人员能够理解，利用本实用新型提供的拼接组件和接线盒，可以将拼接组件拼接成其他的图案，与相应的接线盒配合，实现不同的电源方案。

在本实用新型中，每一个拼接组件的每个正极输出触点、负极输出触点和辅助触点具有通过接线盒与其他拼接组件正极输出触点、负极输出触点、辅助触点连接以构成某一类特定形式的并联或串联的连接关系的能力。对于接线盒覆盖范围内的拼接组件的串并联关系，通过选择不同的开关模式和接线方式，实质上给出了多种或并联、或串联、或串并联的连接路径，不同的连接路径可以形成不同的图案。利用不分正负极的辅助触点可以创造出更多的组合方式。特定的图案经过变形或抽象可以用于儿童启蒙、娱乐、教育、文体等应用场合。例如，本实用新型的太阳能电池拼接装置还能够拓展到中学物理电路学应用，以及中学数学中的排列组合等相关的领域，拓展了本实用新型的拼接组件和接线盒的应用范围。

在本实用新型中，可以将各个拼接组件和各个接线盒做成标准件，利用标准尺寸规格、标准布置方式的触点和连接方式，可以实现不同功率等级和不同电压输出的工作方式，具有良好的兼容性、拓展性和易收纳性，并且降低了大规模制造的成本。可选地，可以按不同应用场景提供适用于同一规格的接线盒的多种标准电气规格的拼接组件，从而进一步拓展本实用新型的应用范围。

拼接组件与接线盒要实现有物理意义的电气连接，需要能够检测接线盒的触点与拼接组件的触点间的电接触(也即是触点间的物理接触)是否正常，以便为下一步的太阳能电池拼接装置的组装打下基础。在本实施例中，采用电压测量的方式来确定该电接触是否正常。

图7(a)和图7(b)是示出用于太阳能电池拼接装置的连接状态检测方法的示意图。其中，为了方便起见，拼接组件与接线盒中的触点未按实际布置方式绘制，而仅仅示意性地示出了它们之间的连接关系。

以拼接组件1a为例，当将拼接组件1a同时安装到接线盒2和接线盒2’上时，在拼接组件1a的一个角部101a处，正极输出触点11a、负极输出触点12a及辅助触点13a、14a分别与接线盒2的正极接线触点21a、负极接线触点22a及辅助接线触点23a、24a耦接；在拼接组件1a的另一个角部103a处，正极输出触点15a、负极输出触点16a及辅助触点17a、18a分别与接线盒2的正极接线触点25d’、负极接线触点26d’及辅助接线触点27d’、28d’耦接(接线盒2和2’上的其他接线触点未示出)，该耦接状态由图7(a)和图7(b)中的虚线表示。为了检测耦接形成的电接触是否正常，分别实施图7(a)和图7(b)所示的步骤。

图7(a)是示出检测接线盒2、2’与拼接组件1a的正极输出触点11a、15a、负极输出触点12a、16a的电接触是否正常的步骤的示意图。如图7(a)所示，通过接线盒2’中的电压计测量与正极输出触点15a、负极输出触点16a耦接的正极接线触点25d’、负极接线触点26d’之间的电压Um1-电极，如果该电压Um1-电极小于预定的阈值电压U阈值，则说明电接触不正常，从而未实现正常的电气连接。这时，通过接线盒2’的指示器件发出电气连接异常的指示。类似地，可以通过接线盒2中的电压计测量与正极输出触点11a、负极输出触点12a耦接的正极接线触点21a、负极接线触点22a之间的电压Um2-电极，如果该电压Um2-电极小于预定的阈值电压U阈值，则说明电接触不正常，从而未实现正常的电气连接。这时，通过接线盒2的指示器件发出电气连接异常的指示。可选地，如果拼接组件1a的正极输出触点11a、负极输出触点12a不构成所需电路的一部分，即不需要检测接线盒2与拼接组件1a的正极输出触点11a、负极输出触点12a的电接触是否正常，则可以省去检测Um2-电极的步骤。

图7(b)是示出检测接线盒2、2’与拼接组件的辅助接线触点13a、14a、17a、18a的电接触是否正常的步骤的示意图。如图7(b)所示，在已检测出正极输出触点15a、负极输出触点16a与正极接线触点25d’、负极接线触点26d’的电接触正常的情况下，通过接线盒2’中的电开关(例如跳线，如图中的连接线41、42所示)将接线盒2’的分别与拼接组件1a的正极输出触点15a、负极输出触点16a耦接的正极接线触点25d’、负极接线触点26d’分别电连接至分别与拼接组件1a的辅助触点18a、17a耦接的辅助接线触点28d’、27d’。此时，由于拼接组件1a的辅助触点17a、18a分别与辅助触点14a、13a电连接，因此辅助触点17a与辅助触点14a的电位相同，辅助触点18a与辅助触点13a的电位相同。通过接线盒2’中的电压计测量接线盒2’的分别与拼接组件1a的辅助触点13a、14a耦接的辅助接线触点23a、24a之间的电压Um2-辅助，如果该电压Um2-辅助小于预定的阈值电压U阈值，则说明辅助触点13a、14a、17a、18a与辅助接线触点27d’、28d’、23a、24a之间的电接触不正常，从而未实现正常的电气连接。这时，通过接线盒2’的指示器件发出电气连接异常的指示。

如果在图7(a)和图7(b)所示的步骤中，均未发现电气连接异常，即，Um1-电极≥U阈值、Um2-电极≥U阈值且Um-辅助≥U阈值，则表明检测接线盒2、2’与拼接组件1a之间的电气连接正常。在这种情况下，可将接线盒2、2’中的所有电开关断开(如果设有跳线盒，则将跳线盒内部连线断开)，使接线盒2、2’处于待机状态，等待外部操作指示。可选地，当检测出电气连接正常时，可通过接线盒2’(或接线盒2和2’两者)的指示器件发出电气连接正常的指示。可选地，只要检测出Um1-电极≥U阈值且Um-辅助≥U阈值，无论是否检测了Um2-电极、Um2-电极是否小于U阈值，都可以至少将接线盒2’中的所有开关断开，使接线盒2’处于待机状态。

另外，对于接线盒内部的连接方式，还可作如下限制：1)组串后的开路电压值需要小于安全电压值UOpen<U安全；2)组串后的电流值需要小于安全电流值IShort<I安全。另外，每种布线方式应结合接线盒的实际应用、尺寸、内部元器件选型和电磁干扰等因素综合考虑。

通过本实施例提供的用于太阳能电池拼接装置的连接状态检测方法，能够准确识别触点连接状态，为低成本的组件生产和拼接应用提供了解决方案，为拼接组串设计解决了连接可靠性判断的问题。

可以理解的是，以上实施例仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施例，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

举例而言，尽管在上述实施例中，拼接组件的板的形状(即，板面的形状)为正方形，然而，板的形状也可以是正六边形、正三角形、菱形、长方形或其他形状。例如，当板的形状为正六边形时，拼接组件可拼接成蜂窝图案，并且一个接线盒可同时与至多三个拼接组件连接。其中，当板的形状是多边形时，应当包含其角部为圆角或倒角的情况。

此外，尽管在上述实施例中，在拼接组件实施拼接时，相邻的拼接组件的边缘彼此毗邻(例如，如图2所示)，然而，如图8的变型例所示，在相邻拼接组件的边缘之间也可以存在一定的间隙。

此外，尽管在上述实施例中，描述了包括至少四个拼接组件的太阳能电池拼接装置。但拼接组件的数量不限于此，太阳能电池拼接装置可以只包括一个、二个或三个拼接组件。此外，可以根据拼接组件的数量以及具体的串并联需要选择接线盒的数量。

此外，本实用新型中的太阳能电池拼接装置可以包括除上述实施例中的拼接组件和接线盒以外的器件或模块。例如，太阳能电池拼接装置中可以包括若干只具有输出触点而不具有辅助触点的拼接组件。