TWI514602B - Can be a combination of two-way combination of solar modules - Google Patents

Description

能雙向排列組合之太陽能電池模組

本發明係一種太陽能電池模組，尤指一種能雙向排列組合之太陽能電池模組，以期各該太陽能電池模組能分別沿橫縱二方向，被排列組裝至一平面上，嗣，再以特製之連接器分別連接其上對應之接點，即能形成預定形狀及大小之一整體電池模組，且能據以調整各組正負極接點所輸出之工作電壓，供不同負載使用，以有效提升其應用彈性，且大幅擴張其使用領域，進而輕易實現節能減碳之環保效益。

按，早在19世紀，即發現了太陽光照射到材料上會產生「光電」反應之行為，在1849年，出現於英語中之一術語「photo-voltaic」(光伏)，即係指因光而產生之電動勢，然而，遲至1950年代，隨著科學界對半導體物理特質的逐漸瞭解，及半導體加工技術的日益進步，美國貝爾實驗室始在半導體實驗中發現，在矽中摻入一定量雜質後，半導體對光會更加敏感的現象，據此，第一個具實用價值的太陽能電池乃於1954年誕生在貝爾實驗室，太陽能電池的時代自此展開。1960年代初，美國首先在所發射的人造衛星上利用太陽能電池做為能量的來源，1970年代，能源危機時，世界各國因察覺到能源開發的重要性，乃開始將太陽能電池轉移應用到一般民生用途上。目前，世界各國不僅已大量使用太陽能電池，更有計劃地將太陽能電池朝向商業化目標發展，以期能實現節能減碳之環保效益。

查，太陽能電池是一種用以將光能轉換成電能的「光電元件」，其基本構造是運用P型與N型半導體接合而成，半導體最基本的材料是「矽」，它雖不導電，但若在其中摻入不同雜質，即能製成P型與N型半導體，嗣，利用P型半導體上之電洞(因P型半導體少了一個帶負電荷的電子，故可被視為多了一個正電荷)，與N型半導體上多了一個自由電子的電 位差，來產生電流，因此，當太陽光照射至該種半導體時，光能會將矽原子中的電子激發出來，而產生電子與電洞間的對流，該等電子和電洞會受到內建電位的影響，分別被N型及P型半導體吸引，而聚集在兩端，此時，在外部以電極將二者連接起來，即形成一迴路，此即太陽能電池發電的基本原理。簡言之，「光電元件」的發電原理，是利用「光電元件」吸收太陽光中0.4μm~1.1μm波長(矽晶所能吸收之主要光波)的光能，以使矽晶將光能直接轉變成電能輸出的一種發電方式。由於，太陽能電池產生的電是直流電，因此，若需提供電力予各式家用或工業用電器使用，則需加裝直/交流轉換器，轉換成交流電，才能作為家庭用電或工業用電使用。

目前，太陽能電池使用的材料種類非常多，有非晶矽、多晶矽、CdTe、CuInxGa(1-x)Se2等半導體、或三五族、二六族元素鏈結的材料，一般言，凡被太陽光照射後，能產生電能者，就是太陽能電池可使用的材料。太陽能電池之型式可分為基板(Silicon Based)或薄膜(Thin Film)式，基板式之太陽能電池在製程上可分為單晶式、或相溶後冷卻成多晶塊，薄膜式之太陽能電池在製程上較常使用非晶矽，因能被製成具備曲度、撓度，或折疊型，故能與建築物有較佳的結合。

以基板式之傳統太陽能電池模組為例，其光電元件10之基本斷面結構一般均如第1圖所示，首先，係以摻雜少量硼原子的P型矽11當做基板(substrate)，然後，再用高溫熱擴散法，把濃度略高於硼的磷摻入P型基板之頂面內，以在P型基板之頂面形成N型矽12，如此，在N型矽12與P型矽11間即形成了一P-N接合面，嗣，在N型矽12之頂面上生長出一層反射防止膜(anti-reflective coating)13，以有效的降低太陽光自矽表面反射掉的比率，最後，在N型矽12之頂面與P型矽11之底面(即，該光電元件10之正面及背面)，分別形成一負電極14及一正電極15，即製成該光電元件10之主體。一般言，請參閱第2圖所示，傳統太陽能電池模組20均包括一光電組21、一透光保護層22、一反射保護層23、一強化玻璃24及一塑料模板25，其中，該光電組21係由複數個光電元件211所組成，相鄰之該等光電元件211之正負極間係以相互串聯方式，依序電氣連接，以形成平板狀之該光電組21，且在該光電組21之兩端分別形成一正電極212 及一負電極213；該透光保護層22係披覆在該光電組21之正面，以保護該等光電元件211，且確保太陽光能照射至該等光電元件211，且被該等光電元件211轉換成電能；該反射保護層23係披覆在該光電組21之背面，以保護該等光電元件211，且確保照射至該等光電元件211之太陽光能不致散失；該強化玻璃24之底面係貼附在該透光保護層22之頂面，以支撐及保護該光電組21之結構；該塑料模板25係由多層塑料組合而成，其頂面係貼附在該反射保護層23之底面，亦係用以支撐及保護該光電組21之結構。惟，由於，前述傳統太陽能電池模組20內相鄰之該等光電元件211間係以正負極間相互串聯之方式，使該等光電元件211能依序電氣連接在一起，故，如第3圖所示之前述傳統太陽能電池模組30內該等光電元件311之等效電路圖，因傳統太陽能電池模組(如第2圖所示之20)僅在其縱向之兩端分別形成一正電極及一負電極(如第2圖所示之212及213)，故，複數片傳統太陽能電池模組30僅能沿其縱向依序排列及連接，而組裝成一平面，且僅能於該平面之兩端形成一正電極312及一負電極313，供連接至一負載，導致大幅侷限了其應用之彈性及領域。

因此，如何對傳統太陽能電池模組進行改良，以使各該太陽能電池模組能輕易地沿X(橫)及Y(縱)軸之雙向，被排列組裝至一平面(X及Y軸所形成之平面)上，進而能依實際需求，形成不同形狀及大小的一整體電池模組，且能據以調整所需之不同工作電壓，分別供應至不同負載使用，以有效提升其應用彈性，且大幅擴張其使用領域，進而使節能減碳之環保目標能更輕易地被落實在日常生活中，即成為本發明在此亟欲解決的重要課題。

有鑑於傳統太陽能電池模組之前述缺點，發明人憑藉著多年的實務經驗，在不斷研究、測試及改良後，終於設計出一種能雙向排列組合之太陽能電池模組，期令該太陽能電池模組能更輕易地被應用在日常生活中。

本發明之一目的，係提供一種能雙向排列組合之太陽能電池模組，包括一光電組、一透光保護層及一電路板，其中該光電組係由複數 個光電元件(即，太陽能電池之矽晶圓)所組成，相鄰之該等光電元件之正負極間係以相互串聯方式，依序電氣連接，以形成平板狀之該光電組，且在該光電組之兩端分別形成一正電極及一負電極；該透光保護層係披覆在該光電組之正面，以保護該等光電元件，且確保太陽光能照射至該等光電元件，且被該等光電元件轉換成電能；該電路板之構形係對應於該光電組及該透光保護層之構形，且該電路板之頂面係貼附在該光電組之背面，以藉該電路板支撐該光電組之結構，該電路板自上而下依序係由一上層電路、一樹脂基板及一下層電路組合而成，其中，該上層電路係與該下層電路相電氣連接，且其上之電路佈局能分別與該正電極及負電極相電氣連接，進而使得該等光電元件能透過該上層電路，而與該下層電路之電路佈局形成電氣連接，該下層電路之電路佈局係在鄰近其周緣之位置形成複數組接點，各組接點包括正負極接點之組合、二正極接點之組合或二負極接點之組合。如此，複數個太陽能電池模組即能輕易地沿X(橫)及Y(縱)軸之雙向，被排列組裝至X及Y軸所形成之一平面上，嗣，再以特製之連接器分別連接對應之接點(即，正極接點與負極接點間之對接)，即能形成所需不同形狀及大小之一整體電池模組。

本發明之另一目的，係業者能輕易地藉由將該上層電路與該下層電路之電路佈局設計成不同之連線形態，以調整該下層電路上之各組接點與該等光電元件間之連接狀態，進而使該下層電路上之各組正負極接點能分別提供一工作電壓，予一負載使用。

本發明之又一目的，係業者能依實際需求，將該電路板設計成多邊形(如：三角形、正方形、長方形或梯形等)之板體，且使該下層電路之電路佈局能在鄰近其周緣之每邊分別形成至少一組接點，各組接點包括正負極接點、二正極接點或二負極接點之組合。如此，本發明之該等太陽能電池模組即能輕易地沿著X及Y軸之雙向被排列組裝至X及Y軸所形成之平面上。

本發明之又另一目的，為確保該太陽能電池模組之製作品質，該太陽能電池模組尚包括一反射保護層，該反射保護層係披覆在該光電組之背面，以保護該等光電元件，且確保照射至該等光電元件之太陽光 能不致散失，且該電路板之頂面係貼附在該反射保護層之底面，以支撐該光電組之結構。

據此，本發明之太陽能電池模組不僅能有效提升其應用彈性，尚能大幅擴張其使用領域，以日常生活之應用為例，使用者能非常輕易且直接地將該等太陽能電池模組之正面貼附至一般家庭玻璃窗戶或大廈玻璃帷幕之內側，此時，該等太陽能電池模組即能藉由玻璃窗戶或玻璃帷幕本身強度之支撐，而無需如傳統般需使用強化玻璃，故，不僅能大幅降低本發明之太陽能電池模組的製造成本及重量，尚能因其具備快速且雙向組裝之特性，使得節能減碳之環保議題能更輕易地被落實於日常生活中，而非僅是遙不可及之口號而已。

為便 貴審查委員能對本發明之技術、結構特徵及其目的有更進一步的認識與理解，茲舉若干實施例配合圖式，詳細說明如下：

〔習知〕

10、211、311‧‧‧光電元件

11‧‧‧P型矽

12‧‧‧N型矽

13‧‧‧反射防止膜

14、213、313‧‧‧負電極

15、212、312‧‧‧正電極

20、30‧‧‧太陽能電池模組

21‧‧‧光電組

22‧‧‧透光保護層

23‧‧‧反射保護層

24‧‧‧強化玻璃

25‧‧‧塑料模板

〔本發明〕

40‧‧‧太陽能電池模組

401‧‧‧正極接點

402‧‧‧負極接點

41‧‧‧光電組

411‧‧‧光電元件

414‧‧‧正電極

415‧‧‧負電極

42‧‧‧透光保護層

43‧‧‧電路板

431‧‧‧上層電路

432‧‧‧樹脂基板

433‧‧‧下層電路

44‧‧‧反射保護層

50‧‧‧連接器

60‧‧‧整體電池模組

第1圖係傳統光電元件之剖面結構示意圖；第2圖係傳統太陽能電池模組之剖面結構示意圖；第3圖係傳統太陽能電池模組中該等光電元件之等效電路示意圖；第4圖係本發明之太陽能電池模組之一較佳實施例之剖面結構示意圖；第5圖係本發明之太陽能電池模組背面之透視照片；第6圖係利用四片本發明之太陽能電池模組所組裝完成之一整體電池模組之背面示意圖；及第7圖係本發明之另一較佳實施例之剖面結構示意圖。

本發明係提供一種能雙向排列組合之太陽能電池模組，請參閱第4圖所示，在本發明之一較佳實施例中，該太陽能電池模組40包括一光電組41、一透光保護層42及一電路板43，其中，該光電組41係由複數個光電元件411(即，太陽能電池之矽晶圓)所組成，相鄰之該等光電元件411之正負極間係以相互串聯方式，依序電氣連接，形成平板狀之該光電組41，且在該光電組41之兩端分別形成一正電極414及一負電極415；該透光保 護層42係由PET(polyethylene terephthalate，聚對苯二甲酸乙二酯)之塑化材料或EVA(ethylene-vinyl acetate copolymer，乙烯/醋酸乙烯酯共聚物)之高分子材料等製成，且披覆在該光電組41之正面，以保護該等光電元件411，確保太陽光能照射至該等光電元件411，且被該等光電元件411轉換成電能；該電路板43之構形係對應於該光電組41及該透光保護層42之構形，該電路板43之頂面係貼附在該光電組41之背面，能用以支撐該光電組41之結構，該電路板43自上而下依序係由一上層電路431、一樹脂基板432及一下層電路433組合而成，其中，該上層電路431係與該下層電路433相電氣連接，且其上之電路佈局能分別與該正電極414及負電極415相電氣連接，進而使該等光電元件411能透過該上層電路431，而與該下層電路433之電路佈局形成電氣連接，請參閱第5圖所示之該太陽能電池模組之背面照片，該電路板43之下層電路433之電路佈局係在鄰近其周緣之位置形成複數組接點，各組接點包括一正極接點401及一負極接點402之組合、二正極接點401之組合或二負極接點402之組合。

復請參閱第4及5圖所示，在該較佳實施例中，該電路板43係呈多邊形(如：第5圖所示之正方形)之板體，其中，該下層電路433之電路佈局係在鄰近其周緣之每邊分別形成至少一組接點，各組接點包括包括一正極接點401及一負極接點402之組合、二正極接點401之組合或二負極接點402之組合。如此，業者即能根據實據需求，藉由將該上層電路431與該下層電路433之電路佈局設計成不同之連線形態，以輕易地調整該下層電路433上各組接點與該等光電元件411間之連接關係，進而使該下層電路433上之各組接點(即，一正極接點401及一負極接點402之組合)能分別提供一工作電壓，予一負載使用；或進而使該下層電路433上之各組接點(即，二正極接點401或二負極接點402之組合)，請參閱第6圖所示，能與相鄰之另一下層電路433上對應之各組接點(即，二負極接點402或二正極接點401之組合)相互串聯或並聯，進而使該等太陽能電池模組能輕易地沿X(橫)及Y(縱)軸之雙向，被排列組裝至X及Y軸所形成之一平面上。

按，以上所述，僅係本發明之一具體實施例，惟，本發明在 實際施作時，並不侷限於此，該太陽能電池模組及其上之電路板，亦能依實際需要，被製作成其它多邊形之板體，如：三角形、長方形或梯形等之板體，俾藉以增加其在排列組裝上之彈性，並能輕易地沿X及Y軸之雙向，被排列組裝至X及Y軸所形成之不同平面上，嗣，復請參閱第6圖所示，再以特製之連接器50分別連接對應之接點401、402，即能形成所需之不同形狀及大小的一整體電池模組60。

請參閱第7圖所示之本發明之另一實施例，在該另一實施例中，本發明之太陽能電池模組40，尚包括一反射保護層44，該反射保護層44亦係由PET(polyethylene terephthalate，聚對苯二甲酸乙二酯)塑化材料或EVA(ethylene-vinyl acetate copolymer，乙烯/醋酸乙烯酯共聚物)高分子材料等製成，且披覆在該光電組41之背面，以保護該等光電元件411，且確保照射至該等光電元件411之太陽光能不致散失；該電路板43之構形係對應於該光電組41、該透光保護層42及該反射保護層44之構形，該電路板43之頂面係貼附在該反射保護層44之底面，該電路板43之上層電路431係與下層電路433相電氣連接，且該上層電路431之電路佈局能與該光電組41兩端之正電極414及負電極415分別電氣連接，進而使該等光電元件411能透過該上層電路431，而與該下層電路433之電路佈局形成電氣連接。

據此，復請參閱第4~6圖所示，因本發明之各該太陽能電池模組40可依實際需求，被設計成各種多邊形之板體，且該電路板43之上層電路431及下層電路433，亦可視實際需求，被設計成不同之電路佈局，故，業者欲將本發明之該等太陽能電池模組40安裝至一般家庭玻璃窗戶或大廈玻璃帷幕時，僅需依玻璃窗戶或玻璃帷幕之形狀及大小，選擇適當數量及尺寸之太陽能電池模組40，即能輕易地沿著窗戶或帷幕之X及Y軸方向，將該等太陽能電池模組40排列組裝至該窗戶或玻璃帷幕內側形成之平面上，嗣，再以特製之連接器50分別連接對應之接點401、402，即能在玻璃窗戶或玻璃帷幕之內側形成所需之不同形狀及大小之一整體電池模組60，且能透過該整體電池模組60在每邊所分別形成之多組正負極接點401、402，將其所產生之不同工作電壓分別提供予不同負載使用。

綜上所述，由於，本發明之太陽能電池模組能依實際需求， 被製成不同之形狀及大小，且能輕易地沿X(橫)及Y(縱)軸之雙向，被排列組裝至X及Y軸所形成之平面，進而能透過每邊所分別形成之複數組正負極接點401、402，將該等光電元件411所產生之不同工作電壓分別提供予不同負載，故，不僅有效提升了其應用彈性，亦因該等太陽能電池模組係藉由窗戶或帷幕玻璃本身強度之支撐，而無需如傳統般需使用強化玻璃，故，尚能大幅降低其製造成本及重量，使得節能減碳之環保議題得以更輕易地被實現在日常生活中。

按，以上所述，僅係本發明之較佳實施例，惟，本發明所主張之權利範圍，並不侷限於此，按凡熟悉該項技藝人士，依據本發明所揭露之技術內容，可輕易思及之等效變化，均應屬不脫離本發明之保護範疇。

40‧‧‧太陽能電池模組

41‧‧‧光電組

411‧‧‧光電元件

414‧‧‧正電極

415‧‧‧負電極

42‧‧‧透光保護層

43‧‧‧電路板

431‧‧‧上層電路

432‧‧‧樹脂基板

433‧‧‧下層電路

Claims (6)

1. 一種能雙向排列組合之太陽能電池模組，包括：一光電組，係由複數個光電元件所組成，相鄰之該等光電元件之正負極間係以相互串聯方式，依序電氣連接，以形成平板狀之該光電組，且在該光電組之兩端分別形成一正電極及一負電極；一透光保護層，係披覆在該光電組之正面，以保護該等光電元件，且確保太陽光能照射至該等光電元件，而被該等光電元件轉換成電能；及一電路板，係呈多邊形之板體，其構形係對應於該光電組及透光保護層之構形，其頂面係貼附在該光電組之背面，能用以支撐該光電組之結構，該電路板自上而下依序係由一上層電路、一樹脂基板及一下層電路組合而成，其中，該上層電路係與該下層電路相電氣連接，且其上之電路佈局能與該正電極及負電極相電氣連接，進而使該等光電元件能透過該上層電路，而與該下層電路之電路佈局形成電氣連接，該下層電路之電路佈局係在鄰近其周緣之每邊位置分別形成至少一組接點，各組接點包括一正極接點及一負極接點之組合、二正極接點之組合或二負極接點之組合。
2. 如請求項1所述之太陽能電池模組，其中，該下層電路在鄰近其周緣之每邊上形成之具有不同極性之各組接點能提供一工作電壓，予一負載使用。
3. 如請求項1所述之太陽能電池模組，其中，該下層電路在鄰近其周緣之每邊上形成之具相同極性之各組接點能與相鄰之另一下層電路上對應之各組接點相互串聯或並聯。
4. 一種能雙向排列組合之太陽能電池模組，包括：一光電組，係由複數個太陽能電池之光電元件所組成，相鄰之該等光電元件之正負極間係以相互串聯方式，依序電氣連接，以形成平板狀之該光電組，且在該光電組之兩端分別形成一正電極及一負電極；一透光保護層，係披覆在該光電組之正面，以保護該等光電元件，且確保太陽光能照射至該等光電元件，而被該等光電元件轉換成電能；一反射保護層，係披覆在該光電組之背面，以保護該等光電元件，且確保照射至該等光電元件之太陽光能不致散失；及一電路板，係呈多邊形之板體，其構形係對應於該光電組、透光保護層及反射保護層之構形，其頂面係貼附在該反射保護層之底面，能用以支撐該光電組之結構，該電路板自上而下依序係由一上層電路、一樹脂基板及一下層電路組合而成，其中，該上層電路係與該下層電路相電氣連接，且其上之電路佈局能分別與該正電極及負電極相電氣連接，進而使該等光電元件能透過該上層電路，而與該下層電路之電路佈局形成電氣連接，該下層電路之電路佈局係在鄰近其周緣之每邊位置分別形成至少一組接點，各組接 點包括一正極接點及一負極接點之組合、二正極接點之組合或二負極接點之組合。
5. 如請求項4所述之太陽能電池模組，其中，該下層電路在鄰近其周緣之每邊上形成之具不同極性之各組接點能提供一工作電壓，予一負載使用。
6. 如請求項4所述之太陽能電池模組，其中，該下層電路在鄰近其周緣之每邊上形成之具相同極性之各組接點能與相鄰之另一下層電路上對應之各組接點相互串聯或並聯。