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JP3219129U - ソーラーモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】各電池セルにバイパスダイオードを１つずつ配置し、且つ、ＰＮ接合の厚さが薄くコストも低いため、ソーラーモジュールの厚さを増加させず、コスト及び加工難度も増加しないソーラーモジュールを提供する。
【解決手段】ソーラーモジュールは、電池セル１、導線２及びダイオード３を備え、複数の電池セルが導線によって直列接続され、各電池セルのそれぞれ又は隣接する所定数の電池セルによる１つの全体が、１つのダイオードと並列接続される。電池セル、導線及びダイオードは、パッケージ構造に設置される。ダイオードは、ＰＮ接合３１、正極リード線３２及び負極リード線３３を備え、正極リード線の第１端が電池セルの正極に接続され、負極リード線の第１端が電池セルの負極に接続される。
【選択図】図１

Description

本開示は、太陽電池の技術分野に関し、例えばソーラーモジュールに関する。
太陽電池は、「ソーラーチップ」又は「ソーラーセル」とも呼ばれ、太陽光を利用して直接発電する光半導体のウェハである。一定の照度条件を満たす光に照射されれば、一瞬で電圧を出力でき、且つ回路が存在する場合に電流を発生する。太陽電池の電流発生の原理は、太陽光が半導体のｐｎ接合に照射され、新しい電子正孔対を形成し、ｐｎ接合ビルトイン電場の作用下で、光誘起正孔がｐ領域へ流れ、光誘起電子がｎ領域へ流れ、回路をオンにすると、電流が発生する。
ソーラーモジュールは、複数の直列接続された電池ストリングを備え、各電池ストリングは、複数の直列接続された電池セルを備え、６０個の電池セルを備えるソーラーモジュールを例として説明する。当該ソーラーモジュールは、通常、６つの電池ストリングを備え、各電池ストリングは、１０個の電池セルを備える。通常、６つの電池ストリングが直列接続されて１つの接続箱に接続されるか、又は２つごとの電池ストリングを直列接続して１つの接続箱に接続する。当該接続箱は、通常、ソーラーモジュールの積層板の外に設置され、電池ストリングと外線とを接続する。接続箱において、１つのバイパスダイオードを更に備え、バイパスダイオードと並列接続された電池ストリングのうちのいずれかの電池セルに破裂などの問題が現れると、バイパスダイオードと並列接続された全ての電池ストリングが内部から切断され失効し、ソーラーモジュールの発電効率に深刻な影響を与える。但し、接続箱によって各電池セルに１つのバイパスダイオードを設置すると、コスト及び加工難度が増加する。
本開示は、従来技術において、接続箱によって各電池セルに１つのバイパスダイオードを設置すると、コスト及び加工難度が増加するという問題を解決できるソーラーモジュールを提供する。
複数の電池セルと、
複数の前記電池セルを直列接続する導線と、
複数の前記電池セルと１つずつ並列接続され、又は隣接する所定数の電池セルによる１つの全体と１つずつ並列接続される複数のダイオードと、
前記電池セル、前記導線及び前記ダイオードが設置されるパッケージ構造と、を備える、ソーラーモジュール。
一実施例において、前記ダイオードは、ＰＮ接合と、第１端が電池セルの正極に接続され、第２端がＰＮ接合の正極に接続される正極リード線と、第１端が電池セルの負極に接続され、第２端がＰＮ接合の負極に接続される負極リード線と、を備える。
一実施例において、前記電池セルは、ヘテロ接合電池セル、多結晶シリコン電池セル及び単結晶シリコン電池セルのいずれか１種又は多種を含む。
一実施例において、前記ヘテロ接合電池セルは、非晶質シリコン／単結晶シリコンヘテロ接合電池セルを含む。
一実施例において、前記導線は、リボンを含み、前記電池セルと前記リボンとの間は溶接によって接続される。
一実施例において、前記正極リード線及び前記負極リード線は、スズメッキ銅板を含む。
一実施例において、前記スズメッキ銅板の幅は０．５ｍｍ〜５ｍｍであり、前記スズメッキ銅板の厚さは０．０１ｍｍ〜０．４ｍｍである。
一実施例において、隣接する第１電池セル及び第２電池セルが１つの全体として１つのダイオードと並列接続され、前記正極リード線は、第１電池セルの裏側の前記リボンに溶接され、前記負極リード線は、第２電池セルの裏側の前記リボンに溶接される。
一実施例において、前記正極リード線は、第１電池セルの１本のリボンに溶接され、前記負極リード線は、第２電池セルの１本のリボンに溶接される。
一実施例において、前記ＰＮ接合の表面積はＮｍｍ２であり、且つ隣接する電池セル間の隙間に位置される。ただし、０＜Ｎ≦９である。
一実施例において、前記電池セルと前記ＰＮ接合との間に設置される絶縁層を更に備える。
一実施例において、前記パッケージ構造は、第１側から第２側まで順に、ガラス層、第１太陽電池封止シート、第２太陽電池封止シート及びバックシート層を備え、そのうち、前記電池セル、前記導線及び前記ダイオードは、前記第１太陽電池封止シートと第２太陽電池封止シートとの間に設置される。
一実施例において、第１太陽電池封止シート及び第２太陽電池封止シートのうちの少なくとも１つは、エチレン酢酸ビニル共重合体ＥＶＡ又はポリビニルブチラールＰＶＢである。
一実施例において、太陽電池のエッジに位置される電池ストリングの電池セルは、それぞれ１つのダイオードと並列接続され、エッジ以外に位置される電池ストリングにおいて、隣接する所定数の電池セルが１つの全体として１つのダイオードと並列接続される。
本開示に係るソーラーモジュールは、各電池セルに１つのバイパスダイオードを配置することを実現し、且つＰＮ接合の厚さが非常に薄いため、ソーラーモジュールの厚さを増加させず、且つコスト及び加工難度も増加しない。また、１つの特定の電池セルが故障した際に、電池ストリング全体を短絡させることなく、バイパスダイオードによって当該故障した電池セルを短絡させ、発電効率の向上に寄与する。
一実施例に係るソーラーモジュールの第１構造模式図である。 他の実施例に係るソーラーモジュールの第２構造模式図である。 一実施例に係るソーラーモジュールのパッケージ構造を示す図である。
図１に示すように、一実施例に係るソーラーモジュールの第１構造模式図である。
本実施例において、当該ソーラーモジュールは、電池セル１、導線２、ダイオード３及びパッケージ構造を備えてもよい。複数の電池セル１は、導線２によって直列接続され、導線の第１端が電池セルの正極に接続され、導線の第２端が他の電池セルの負極に接続され、各電池セル１は、それぞれ１つのダイオード３と並列接続される。前記電池セル１、前記導線２及び前記ダイオード３は、前記パッケージ構造に設置される。前記ダイオード３は、ＰＮ接合３１、正極リード線３２及び負極リード線３３を備え、ＰＮ接合３１は、実際の需要によって異なる型番を選択してもよく、例えば、電池セル１の基板に近い厚さに適応するため、市販の一般的なＰＮ接合型番を直接採用してＰＮ接続後の容置空間が増加することを回避する。ＰＮ接合３１のサイズは小さく、必要とする容置空間も小さい。正極リード線３２の第１端が電池セル１の正極に接続され、前記正極リード線３２の第２端がＰＮ接合３１の正極に接続され、負極リード線３３の第１端が電池セル１の負極に接続され、負極リード線３３の第２端がＰＮ接合３１の負極に接続される。ここで、電池セル１の数は、ソーラーモジュールの設定出力電圧によって決められてもよい。例えば、単一の電池セル１の出力電圧が０．５Ｖであり、ソーラーモジュールの設定出力電圧が５Ｖであると、１０個の電池セルを直列接続すればよい。ダイオード３の数は、設定に応じて決められてもよい。例えば、各電池セル１をそれぞれ１つのダイオード３と並列接続すれば、いずれかの電池セル１が失効しても、当該電池セル１のみが短絡され、他の電池セル１は、依然として安定して電圧を出力できる。
ここで、前記電池セル１は、ヘテロ接合電池セル、多結晶シリコン電池セル及び単結晶シリコン電池セルのいずれか１種又は多種を含む。太陽電池としては、最も重要なパラメータが変換効率である。実験室で開発されるシリコンベース太陽電池において、単結晶シリコン電池の効率が２５．０％であり、多結晶シリコン電池の効率が２０．４％であり、ＣＩＧＳ薄膜電池の効率は１９．６％に達し、ＣｄＴｅ薄膜電池の効率は１６．７％に達し、非晶質シリコン（アモルファスシリコン）薄膜電池の効率が１０．１％である。一実施例において、前記ヘテロ接合電池セルが非晶質シリコン／単結晶シリコン（ａ−Ｓｉ／ｃ−Ｓｉ）ヘテロ接合電池セル（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｈｅｔｅｒｏ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌ、 ＳＨＪ電池）であり、ＳＨＪ電池セルは、結晶シリコン及び非晶質シリコン薄膜を利用して製造された混合型太陽電池であり、低調製加工温度、高変換効率、および優れた高温特性等の特徴を有する、低価格の高効率電池である。当該電池の実験室段階での変換効率は既に２３％に達しており、且つ、理論的に解析すると、当該電池構造の変換効率は２５％を超えることができる。
一実施例において、各電池セル１にダイオード３が１つずつ並列接続されると、ＰＮ接合３１の順方向電圧は、単一の電池セル１の出力電圧より高くならなければならず、例えば電池セル１の出力電圧が０．６Ｖであり、ＰＮ接合３１の順方向電圧が０．７Ｖである。
一実施例において、前記導線２は、銅線又はアルミ線等の導線であってもよく、専用のリボン等であってもよい。一実施例において、前記導線２はリボンであり、電池セル１とリボンとの間は溶接によって接続される。前記正極リード線３２及び前記負極リード線３３はスズメッキ銅板である。当該スズメッキ銅板の幅は０．５ｍｍ〜５ｍｍであってもよく、前記スズメッキ銅板の厚さは０．０１ｍｍ〜０．４ｍｍであってもよい。
一実施例において、ソーラーモジュールの各電池ストリングに含まれる前記電池セル１の数は１０個又は１２個であり、スズメッキ銅板の幅は３ｍｍであってもよく、スズメッキ銅板の厚さは０．３ｍｍであってもよい。前記正極リード線３２及び前記負極リード線３３は、２つの電池セル１の裏側の前記リボンにそれぞれ溶接される。
本実施例に係るソーラーモジュールは、電池セル１、導線２及びダイオード３を備え、複数の電池セル１が導線２によって直列接続され、各電池セル１のそれぞれ又は隣接する所定数の電池セル１による１つの全体が、１つのダイオード３と並列接続される。前記電池セル１、前記導線２及び前記ダイオード３は、前記パッケージ構造に設置される。前記ダイオード３は、ＰＮ接合３１、正極リード線３２及び負極リード線３３を備え、正極リード線３２の第１端が電池セル１の正極に接続され、正極リード線３２の第２端がＰＮ接合３１の正極に接続され、負極リード線３３の第１端が電池セル１の負極に接続され、負極リード線３３の第２端がＰＮ接合３１の負極に接続されることによって、各電池セル１にバイパスダイオードを１つずつ配置することを実現し、且つ、ＰＮ接合３１の厚さが薄くコストも低いため、ソーラーモジュールの厚さを増加させず、且つコスト及び加工難度も増加しない。
図２に示すように、これは本実施例に係るソーラーモジュールの第２構造模式図である。本実施例において、隣接する複数の電池セルが１つの全体として１つのダイオード３と並列接続されてもよい。このようにすると、ソーラーモジュールの複雑度を低下することができ、ダイオード３の数を効果的に減少させる利点がある。例えば、隣接する２つの電池セルを１つの全体として、１つのダイオード３と並列接続する。しかしながら、単一の失効電池セル１を短絡させることを実現できず、もう１つの電池セルが失効していなくても、２つの電池セルを同時に短絡させなければならないという欠点もある。
本実施例において、隣接する２つの電池セル１が１つの全体として１つのダイオード３と並列接続されることを例示した。また、隣接する４つ以上の電池セル１を１つの全体として１つのダイオード３と並列接続してもよいが、ここでは詳細に説明しない。隣接する複数の電池セル１が１つの全体として１つのダイオード３と並列接続される場合、ＰＮ接合３１の順方向電圧は、隣接する複数の電池セル１１による１つの全体の出力電圧より高くならなければならない。
ここで、前記正極リード線３２が第１電池セルの裏側の前記リボンに溶接され、前記負極リード線３３が第１電池セルのリボンに溶接されてもよく、あるいは、前記正極リード線３２が複数の電池セル１を全体としたリボンに溶接され、且つ前記負極リード線３３が他の電池セル１のリボンに溶接されてもよい。例えば、図２において、電池セルａ、電池セルｂ、電池セルｃ及び電池セルｄの合計４つの電池セル１を備え、前記正極リード線３２が電池セルｃの正極のリボンに溶接され、前記負極リード線３３が電池セルｂの負極のリボンに溶接され、前記ＰＮ接合３１は、表面積が数ｍｍ２であり、隣接する電池セル１間の隙間に位置される。ＰＮ接合３１のサイズは小さく占有面積が小さいため、電池セル１の隙間を利用すれば、ＰＮを容置できる。このようにして、バイパスダイオードの占有面積を別途設けることを回避できる。また、前記電池セル１と前記ＰＮ接合３１との間に絶縁層３４が設置され、例えば、前記電池セル１と前記ＰＮ接合３１との間に樹脂等を充填することによって、短絡の発生を回避できる。
電池セル１がヘテロ接合太陽電池であれば、ヘテロ接合太陽電池は両面発光型の電池であるため、本実施例を採用すると、ダイオードが電池セル１を遮蔽し、電池セル１の受光面積を低下させることにより、発電効率が低下するるリスクを回避できる。
一実施例において、前記パッケージ構造は、第１側から第２側まで順に、ガラス層３０１、第１エチレン酢酸ビニル共重合体（ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ
ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ、ＥＶＡ）層３０２、第２ＥＶＡ層３０３及びバックシート層３０４を備える。そのうち、前記電池セル１、前記導線２及び前記ダイオード３は、前記第１ＥＶＡ層３０２と第２ＥＶＡ層３０３との間に設置される。ある実施例において、前記第１ＥＶＡ層３０２及び第２ＥＶＡ層３０３は、他の太陽電池封止シート、例えば、ポリオ
レフィンエラストマー（Ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ ｅｌａｓｔｏｍｅｒ、ＰＯＥ）膜、又はＰＶＢ膜（ＰｏｌｙＶｉｎｙｌ Ｂｕｔｙｒａｌ Ｆｉｌｍ、ポリビニルブチラール薄膜）等であってもよい。
一実施例において、当該ガラス層３０１は、発電本体（例えば電池セル）を保護するための強化ガラスであってもよい。透光性要求として、１、光透過率が高くなければならず（一般的に９１％以上）、２、ウルトラクリア強化処理済みである必要がある。また、強化ガラスの表面に一層の反射防止膜、例えば、所定の厚さのシリカ薄膜等をめっきしてもよい。太陽電池封止シート（ＥＶＡを含む）は、強化ガラス及び発電本体（例えば電池セル）を接着固定するためのものである。透明な封止シートの材質の優劣は、モジュールの寿命に直接影響を与え、空気にさらされた封止シート（例えば、ＥＶＡ又はＰＶＢ等）は、劣化、黄変しやすく、モジュールの光透過率に影響を与え、そしてモジュールの発電品質に影響を与える。封止シート自体の品質以外に、ラミネート加工の影響も非常に大きい。例えば、封止シートのゲル粘度が規格外となったり、封止シートと強化ガラス又はバックシートとの接着強度（主にパッケージ発電本体及びバックシート層を接着する）が不十分であったりすると、封止シートの早期劣化を起こし、モジュールの寿命に影響を与える。バックシート層の主な役割は、封止、絶縁及び防水（一般的に、ＴＰＴ又はＴＰＥ等（ガラスバックシートであってもよい）を使用し、材質は必ず耐劣化である）である。また、フレーム及びシーラント等を含んでもよく、ここでは詳細に説明しない。
一実施例に係るソーラーモジュールは、上記第１構造及び第２構造を含んでもよい。即ち、当該ソーラーモジュールにおいて、複数の電池セル１における一部の電池セル１がダイオード３と１つずつ並列接続され、残りの一部は、隣接する所定数の電池セル１を１つの全体として１つのダイオード３と並列接続してもよい。
一実施例において、太陽電池のエッジに位置される電池ストリングの各電池セル１は、それぞれ１つのダイオード３と並列接続されてもよく、エッジ以外に位置される電池ストリングにおいて、隣接する所定数の電池セル１が１つのダイオード３と並列接続され、例えば、２つ、３つ又はこれ以上の電池セル１は、１つのダイオード３と並列接続されてもよい。そのうち、太陽電池のエッジに位置される当該電池ストリングの延伸方向は、太陽電池のエッジに平行である。
一実施例に係るソーラーモジュールでは、前記電池セルが非晶質シリコン／単結晶シリコンヘテロ接合電池セルである。結晶シリコン／単結晶シリコンヘテロ接合電池セルは、低温度系数、高環境安定性及び両面発電等の特性を有するため、実際の屋外発電量は、従来の結晶シリコン電池より約２５％高く、エネルギー転換効率を効果的に向上させる。
一実施例に係るソーラーモジュールでは、前記導線がリボンであり、電池セルとリボンとの間は溶接によって接続され、接続の強度及び確実性がより優れている。前記正極リード線及び前記負極リード線はスズメッキ銅板であり、接続抵抗を効果的に低下でき、且つ導線の安定性がより優れている。
一実施例に係るソーラーモジュールでは、前記正極リード線及び前記負極リード線は、それぞれ２つの電池セルの裏側の前記リボンに溶接され、電池セルの正面に対する遮蔽を効果的に減少でき、太陽電池変換効率の向上に寄与する。また、前記ＰＮ接合は、表面積が数ｍｍ２であり、隣接する電池セル間の隙間に位置できる。このように、ソーラーモジュールの厚さ又は電池のサイズの増加を回避し、集積度を向上させることができる。
本開示に係るソーラーモジュールは、各電池セルに１つのバイパスダイオードを配置す
ることを実現し、且つＰＮ接合の厚さが薄いため、ソーラーモジュールの厚さを増加させず、且つコスト及び加工難度も増加しない。且つ、１つの特定の電池セルが故障した場合、ストリング全体の電池セルを短絡させることなく、バイパスダイオードによって当該故障した電池セルを短絡させ、発電効率の向上に寄与する。
１ 電池セル
２ 導線
３ ダイオード
３１ ＰＮ接合
３２ 正極リード線
３３ 負極リード線

Claims (14)

  1. 複数の電池セル（１）と、
    複数の前記電池セル（１）を直列接続する導線（２）と、
    複数の前記電池セルと１つずつ並列接続され、又は隣接する所定数の電池セルによる１つの全体と１つずつ並列接続される複数のダイオード（３）と、
    前記電池セル（１）、前記導線（２）及び前記ダイオード（３）が設置されるパッケージ構造と、を備える、ソーラーモジュール。
  2. 前記ダイオード（３）は、ＰＮ接合（３１）と、第１端が電池セル（１）の正極に接続され、第２端がＰＮ接合（３１）の正極に接続される正極リード線（３２）と、第１端が電池セル（１）の負極に接続され、第２端がＰＮ接合（３１）の負極に接続される負極リード線（３３）と、を備える、請求項１に記載のソーラーモジュール。
  3. 前記電池セル（１）は、ヘテロ接合電池セル、多結晶シリコン電池セル及び単結晶シリコン電池セルのいずれか１種又は多種を含む、請求項１又は２に記載のソーラーモジュール。
  4. 前記ヘテロ接合電池セルは、非晶質シリコン／単結晶シリコンヘテロ接合電池セルである、請求項３に記載のソーラーモジュール。
  5. 前記導線（２）は、リボンを含み、前記電池セル（１）と前記リボンとの間は溶接によって接続される、請求項１又は２に記載のソーラーモジュール。
  6. 前記導線（２）は、リボンを含み、前記電池セル（１）と前記リボンとの間は溶接によって接続され、
    前記正極リード線（３２）及び前記負極リード線（３３）は、スズメッキ銅板を含む、請求項２に記載のソーラーモジュール。
  7. 前記スズメッキ銅板の幅が０．５ｍｍ〜５ｍｍであり、前記スズメッキ銅板の厚さが０．０１ｍｍ〜０．４ｍｍである、請求項６に記載のソーラーモジュール。
  8. 隣接する第１電池セル及び第２電池セルが１つの全体として１つのダイオードと並列接続され、前記正極リード線（３２）は、第１電池セルの裏側の前記リボンに溶接され、前記負極リード線（３３）は、第２電池セル（１）の裏側の前記リボンに溶接される、請求項６に記載のソーラーモジュール。
  9. 前記正極リード線（３２）が第１電池セルの１本のリボンに溶接され、前記負極リード線（３３）が第２電池セルの１本のリボンに溶接される、請求項６に記載のソーラーモジュール。
  10. 前記ＰＮ接合（３１）の表面積はＮｍｍ２であり、且つ隣接する電池セル（１）同士間の隙間に位置される、請求項９に記載のソーラーモジュール。
    （ただし、０＜Ｎ≦９である。）
  11. 前記電池セル（１）と前記ＰＮ接合（３１）との間に設置される絶縁層（３４）を更に備える、請求項９に記載のソーラーモジュール。
  12. 前記パッケージ構造は、第１側から第２側まで順に、ガラス層（３０１）、第１太陽電池封止シート（３０２）、第２太陽電池封止シート（３０３）及びバックシート層（３０
    ４）を備え、
    前記電池セル（１）、前記導線（２）及び前記ダイオード（３）は、前記第１太陽電池封止シート（３０２）と第２太陽電池封止シート（３０３）との間に設置される、請求項１から１１のいずれか１項に記載のソーラーモジュール。
  13. 第１太陽電池封止シート（３０２）及び第２太陽電池封止シート（３０３）のうちの少なくとも１つは、エチレン酢酸ビニル共重合体ＥＶＡ又はポリビニルブチラールＰＶＢである、請求項１２に記載のソーラーモジュール。
  14. 太陽電池のエッジに位置された電池ストリングの各電池セル（１）は、それぞれ１つのダイオード（３）と並列接続され、エッジ以外に位置される電池ストリングおいて、隣接する所定数の電池セル（１）が１つの全体として１つのダイオード（３）と並列接続される、請求項１に記載のソーラーモジュール。
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