專利名稱：用于光伏模塊的電纜連接器和安裝方法
用于光伏模塊的電纜連接器和安裝方法技術(shù)領(lǐng)域[OOOl]本發(fā)明涉及光伏模塊和用于將電纜連接到它的輸出端子的連接器并且在本發(fā)明的一個方面中涉及一種用于將輸出電纜連接到光 伏模塊的電端子的高度可靠的連接器和一種用于安裝該連接器的方 法。
背景技術(shù)：
近年來，在用于將太陽能直接地轉(zhuǎn)換成有用的電能的光伏 (PV)電池等方面已經(jīng)實現(xiàn)了顯著的進步。通常，多個這些光伏電池 被封裝在透明層(例如玻璃、塑料等)和襯底材料層之間，以由此形 成具有易處理尺寸(例如1米乘2米)的扁平的、通常為矩形的太陽 能模塊(有時稱為"疊層")。PV電池可以由硅或者其它適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo) 體材料的晶片制成，或者它們能夠是通常利用在太陽能模塊技術(shù)中熟 知的各種工藝在基片或者襯底層上沉積的薄膜類型的電池。這是能夠 被安裝到現(xiàn)有結(jié)構(gòu)(例如住宅、建筑物等)的屋頂上以提供該結(jié)構(gòu)所 用電能的全部的或者至少一部分的太陽能模塊的類型。
如在本技術(shù)領(lǐng)域中可以理解地，每一個太陽能模塊均可以包 含任何數(shù)目的單獨PV電池(例如從1個到大約50個或者更多)，每 一個PV電池均具有正和負輸出端，所述正和負輸出端繼而被串聯(lián)地電 連接到在公共的正和負母線上的相應(yīng)的端子。這些正和負端子通?？?以直接地穿過襯底材料，或者在優(yōu)選時，可以通過在太陽能模塊中的 PC板(例如具有當(dāng)一個或者多個單獨PV電池由于任何原因而變得不 可操作時允許該模塊繼續(xù)發(fā)揮功能的部件的PC板)連接。
—旦通過襯底材料提供正和負端子，它們便通常被連接到相應(yīng)的正和負輸出電力電纜，所述電力電纜繼而將電流從該模塊輸送到 它的指定源。通常，在已知模塊構(gòu)造中，每一個電纜的一端在該模塊 外側(cè)上被焊接到它的相應(yīng)的端子。然而，不幸的是，由于在焊接期間 在電纜及其端子之間的初始不良接觸或者由于在操作期間的磨損，這 些直接焊接的連接器在一些應(yīng)用中已經(jīng)證實是不可靠的并且在該模塊 操作壽命期間已經(jīng)失效。當(dāng)在電纜和端子之間發(fā)生不良接觸時，由于
過熱等，這能夠?qū)е略缙诘默F(xiàn)場失效(field failure)和模塊損壞。因為在高度競爭性的工業(yè)中太陽能是比較新的，至關(guān)重要的 是，太陽能模塊自身所具有的問題盡可能少從而使得它們當(dāng)與更加傳 統(tǒng)的能源競爭時具有商業(yè)吸引力。據(jù)此，在銷售太陽能模塊時， 一項 重要的考慮是，在模塊輸出端子和它們的相應(yīng)的電力電纜之間提供在 該模塊的預(yù)計壽命期間高度可靠的、基本上無問題的連接器。本發(fā)明 為太陽能模塊提供這種連接器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種光伏模塊和一種可靠的并且耐用的連接器， 該連接器用于將該模塊中的端子電連接到電力電纜，該電力電纜繼而 將電流從該模塊傳導(dǎo)到指定的應(yīng)用源。更加具體地，該模塊由襯底層和透明蓋層(例如玻璃)構(gòu)成。 一個或者多個母線位于所述襯底層和所述蓋層之間，并且使得被電連 接的多個光伏(PV)電池被相應(yīng)地電連接到一個或者多個母線上的正 端子和負端子。根據(jù)本發(fā)明，第一正連接器元件被電連接到正端子并 且第一負連接器元件被電連接到所述負端子。優(yōu)選地，這些連接器元件是相同的陽性連接器，該陽性連接 器具有呈錐形的用于與相應(yīng)的電力電纜上的陰性連接器配合的一端。
另一端在其上具有一個或者多個插腳，該一個或者多個插腳與相應(yīng)的 正和負端子處穿過母線的一個或者多個開口配合。 一旦陽性連接器上的插腳位于它們的在母線中的相應(yīng)的開口中，它們便被焊接以保證其 間的可靠連接。每一個連接器元件均被適當(dāng)?shù)乜虅澇霭疾垡栽试S在隨 后易于彎曲。 一旦連接器元件被焊接，則優(yōu)選的是，利用保護性蓋層 例如帶子覆蓋它們，以在模塊層疊期間防止污染。這些部件然后被層 疊以形成光伏模塊。 —旦模塊被層疊，便在鄰近于優(yōu)選的陽性連接器元件的位置 處穿過襯底層形成開口 。襯底材料被從這些開口清除并且保護層被從 連接器元件的錐形端部移除。接著，錐形端部被向外彎曲從而它們延 伸通過它們的在襯底材料中的相應(yīng)開口并且易于被暴露從而與被電連 接到相應(yīng)的電力電纜的優(yōu)選的陰性連接器元件連接。 一旦陽性和陰性 連接器元件配合，連接器便被焊接以由此在模塊中的端子和為了利用 由該模塊產(chǎn)生的電力而有必要的輸出電力電纜之間提供高度可靠的和 耐用的連接。


通過參考附圖可以更好地理解本發(fā)明的實際構(gòu)造操作和明 顯的優(yōu)點，附圖未必按比例繪制，其中相似的附圖標記標識相似的部 件并且其中-圖1是具有能夠在其中結(jié)合本發(fā)明的類型的光伏模塊的透
視圖；圖2是在安裝陽性連接器之前圖1母線的下側(cè)的視圖；
圖3是利用圖2的點線3-3獲取的放大視圖；
圖4是安裝有陽性連接器的、圖l母線的下側(cè)的視圖；
圖5是利用圖4的點線5-5獲取的放大視圖；
圖6是圖4和5的陽性連接器之一的放大透視圖；和
圖7A-7D示意在安裝和組裝本發(fā)明的連接器時的步驟。雖然將結(jié)合它的優(yōu)選實施例描述本發(fā)明，但可以理解本發(fā)明 不限于此。相反，本發(fā)明旨在涵蓋可以在如由所附權(quán)利要求限定的、本發(fā)明的精神和范圍中包括的所有的可替代形式、修改和等價形式。
具體實施例方式現(xiàn)在參考附圖，圖1示意能夠在其中使用本發(fā)明的連接的一 種典型的光伏模塊10。模塊10由任何適當(dāng)材料例如聚合材料的襯底層 11和優(yōu)選地由玻璃或者其它適當(dāng)?shù)耐该鞑牧蠘?gòu)成的蓋層12形成。利用
扁平導(dǎo)電帶或者導(dǎo)線14串聯(lián)地電連接的多個光伏(PV)電池13 (為 了清晰起見僅僅一個被編號)被夾在蓋層12和襯底層11之間。PV電 池可以具有任何類型，例如由多晶或者單晶硅片制成的那些類型。如 所示那樣，每一個電池13均具有柵型、前電觸點15 (為了清晰起見僅 僅一個被編號)陽光通過蓋層12進入并且射到PV電池13的前側(cè)上。串聯(lián) 連接相鄰電池13的每一個導(dǎo)電帶14均被連接到在一個電池的后側(cè)(未 示出)上的觸點和在相鄰PV電池13的前側(cè)上的焊料觸點16以將電池 串聯(lián)聯(lián)接。導(dǎo)電帶14a將每一行的末端電池連接到薄的導(dǎo)電板(即母線 17)。在這里，術(shù)語"板"和"母線"將被以可互換的方式使用。雖然板17可以由任何導(dǎo)電材料例如銅、鋁、錫、銀、金等 構(gòu)造，但它優(yōu)選地由通過將導(dǎo)電材料層附著到介電基片材料例如樹脂 或者聚合材料而制成的疊層形成。這與用于制造印刷電路或者所謂的 PC板的材料類型相同。板17被放置在襯底層11和覆層或者蓋層12 之間并且具有與PV電池大約相同的寬度和厚度從而當(dāng)模塊被層疊時， 它將具有基本扁平的和均勻的外觀。如所示那樣，板或者母線17由在板上形成單獨分開的導(dǎo)電 區(qū)域的四個區(qū)塊17a、 17b、 17c和17d構(gòu)成。雖然示出四個區(qū)塊，但是 應(yīng)該理解，依賴于例如PV電池的行數(shù)、為導(dǎo)電帶14a提供連接點所需 要的正和負的位置的數(shù)目等，用于特定模塊的板17可以由更多或更少 的導(dǎo)電區(qū)域構(gòu)成而不偏離本發(fā)明。板17的各個區(qū)塊通過相應(yīng)的二極管18優(yōu)選為肖特基(Schottky)型二極管電連接到一起。當(dāng)正向偏壓的 PV電池全部工作以利用太陽輻射產(chǎn)生電流時，二極管通常處于被反向
偏壓的狀態(tài)中。然而，當(dāng)特定PV電池(一個或多個)由于任何原因(例如 被從太陽遮蔽)發(fā)生故障而使其變成被反向偏壓時，在那個電池電路 中的二極管也發(fā)生切換并且變成被正向偏壓以防止損壞發(fā)生故障的電 池(一個或多個)。 一旦故障得以校正，受到影響的電池(一個或多 個)將再次變成被正向偏壓，由此使得受到影響的二極管變成被反向 偏壓，因此將繼續(xù)正常操作。關(guān)于這種類型的板的構(gòu)造和操作的更加 完全和詳細的說明，見通過引用而被整體并入這里的國際公開No. WO2005/101511。此外，雖然僅僅示意出一個母線17，但是應(yīng)該認識 到，如果情況需要，則能夠使用多于一個的母線。板17的導(dǎo)電區(qū)塊和二極管用作將所有的工作中電池13產(chǎn)生 的電流分別傳導(dǎo)到區(qū)塊17a和17b上的點A和B的母線。點A和B有 效地是用于從模塊IO進行電輸出的正和負端子點。為了將電流從該模 塊傳導(dǎo)到它的指定應(yīng)用源(未示出)，這些端子點被電連接到該模塊 外側(cè)的典型電力電纜。為了實現(xiàn)這個目的，本發(fā)明提供高度可靠的連 接器。為了組裝本發(fā)明的連接器，在兩個點A和B處通過母線17 形成一個或者多個開口 20。雖然在每一個點A和B處示出四個開口 20 (為了清晰起見僅僅一些被編號)，但是應(yīng)該理解，能夠使用更多或 更少的開口，只要開口的數(shù)目對應(yīng)于將在下面進一步解釋的在陽性連 接器元件22 (見圖5)上的"插腳"21的數(shù)目。陽性連接器元件可以 由任何良好的導(dǎo)電材料(例如銅、鋁等)構(gòu)成，并且用于正端子和負 端子這兩者的那些材料是基本上相同的。如將在下面充分描述的那樣，雖然陽性連接器元件在結(jié)構(gòu)上可以是可互換的，但是優(yōu)選的是，它們被標有"+ "或者"-"(見圖5) 從而有助于在層疊之后將正確的端子連接到它們的相應(yīng)的電力電纜。 如所示那樣，陽性連接器元件22的成一體的細長本體具有呈錐形的用
于與陰性連接器元件(在下面描述)配合的一端22a和包括用于將連接 器元件22安裝到母線17的裝置的第二端22b。為了在以后描述的目的， 在上述相應(yīng)的端部之間，陽性連接器元件22被適當(dāng)?shù)乜虅澇霭疾?2c。每一個開口 20的壁均適當(dāng)?shù)乇蝗侩婂円援?dāng)連接器被組裝 時在母線17和陽性連接器元件22的插腳之間確保良好的導(dǎo)電性。為 了防止母線17的各個部件之間電短路，如在本技術(shù)領(lǐng)域中可以理解地， 母線17的頂蓋和下側(cè)在點A和B以及周圍區(qū)域(見圖3上的x陰影區(qū) 域)處均被"遮蓋"以防止在組裝連接器期間焊料在母線17的部件之 間流動。為了組裝連接器，陽性連接器元件22的插腳21被從母線 17的下側(cè)定位到它們的相應(yīng)的開口 20中(圖4和5)并且被焊接到位。 此時，每一個陽性連接器元件20均未被彎曲并且將基本上平行于母線 17和PV電池13的底部，所以當(dāng)被組裝以層疊時，該模塊的部件將基 本上處于平坦。為了在模塊層疊期間防止陽性連接器元件受到污染， 利用保護層例如聚酯帶覆蓋每一個連接器元件。根據(jù)在本技術(shù)領(lǐng)域中已知的過程組裝并且層疊模塊10。例 如，蓋層12 (例如玻璃)被置于平坦表面上并且一層EVA (乙烯-醋酸 乙烯共聚物)/玻璃墊被定位到蓋層12上。接著，電連接的(例如串聯(lián)) PV電池13的行和連接的母線(一個或多個)17被定位到EVA/玻璃墊 上，使得陽性連接器22朝向襯底層ll而面向上。另一層EVA/玻璃墊 被置于其上并且利用襯底層ll完成組裝。如在本技術(shù)領(lǐng)域中可以理解 的那樣，這個夾層式包裝然后經(jīng)受熱量和壓力以形成層疊模塊10。根 據(jù)需要，在層疊之前，標志30和/或系列號31 (圖1)或者某種其它信 息能夠直接地施加到母線17的頂部或者能夠沿著母線17的頂部施加包括這種信息的帶條。這種信息當(dāng)觀察該模塊時將是清楚可視的并且 除了功能性之外還提供干凈的和吸引人的外觀。為了完成在模塊的端子A和B與它們的相應(yīng)的電力電纜44 之間的連接，現(xiàn)在將參考圖7A-7D。 一旦模塊已被層疊，便通過襯底 層11的底部形成小的單獨孔40以暴露出每一個陽性連接器元件22。 例如利用烙鐵41 (圖7A)等從每一個孔40清除襯底材料。還從每一 個陽性連接器元件的錐形端部22a清除可以在層疊期間被用于保護這 些元件的任何帶子。接著，如在圖7B中所示，螺絲起子42等被插入 相應(yīng)的孔40中并且被在每一個陽性連接器元件22的錐形端部下面推 動以向上彎曲錐形端部22a使之穿過它的孔40并且將它從襯底材料11 延伸出去。利用在陽性連接器元件的相應(yīng)的自由錐形端部22a和陽性連 接器元件的固定的安裝端部22b之間刻劃陽性連接器元件的凹槽22c 顯著地有助于正確地彎曲每一個陽性連接器元件(見圖6)。隨著錐形端部22a伸出，已被電連接(例如被巻曲和焊接) 到電力輸出電纜44的端部的相應(yīng)的陰性元件43滑移到它的相應(yīng)的陽 性連接器元件22的錐形端部22a之上并且被焊接到該陽性連接器元件 上以確保其間的可靠連接(圖7C)。應(yīng)該認識到，雖然優(yōu)選的是陽性 連接器元件被附接于母線17并且陰性連接器元件43被附接于電纜44， 但是它們的位置能夠被反過來而不偏離本發(fā)明。作為最后步驟，在兩 個連接器上安裝接線盒45以保護它們不受極其惡劣條件的影響。雖然 接線盒45的實際構(gòu)造可以改變而不偏離本發(fā)明，但優(yōu)選地使用例如在 WO2006/086588A1 (在2006年8月17日公開并且其整體通過引用而 被并入這里)中充分披露的接線盒。應(yīng)該理解，在這里已經(jīng)僅僅描述并且提出了本發(fā)明的特定的 實施例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，根據(jù)以上說明，可替代實施例和 各種修改將是明顯的。這些和其它的可替代形式被視為等同形式并且 位于本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
于2006年11月21日提交的美國臨時專利申請60/866， 720
其整體通過引用而被并入這里。
權(quán)利要求
1.一種連接器，用于將光伏模塊的正端子和負端子電連接到相應(yīng)的輸出電纜，其中所述模塊由透明材料形成的蓋層、至少一條母線、在母線上的正端子和在母線上的負端子、被電連接到所述一條或者多條母線的多個光伏電池、以及襯底材料構(gòu)成，以上部件被層疊成集成模塊，所述連接器包括第一正連接器元件，所述第一正連接器元件被電連接到母線上的所述正端子并且延伸穿過所述襯底材料；第一負連接器元件，所述第一負連接器元件被電連接到母線上的所述負端子并且延伸穿過所述襯底材料；第一電力電纜，所述第一電力電纜具有附接于所述第一電力電纜上的第二正連接器元件，所述第二正連接器元件與所述第一正連接器元件配合以在所述第一電力電纜和所述正端子之間形成電連接；和第二電力電纜，所述第二電力電纜具有附接于所述第二電力電纜上的第二負連接器元件，所述第二負連接器元件與所述第一負連接器元件配合以在所述第二電力電纜和所述負端子之間形成電連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的連接器，其中所述第一正連接器元件和所述 第一負連接器元件包括陽性連接器；并且所述第二正連接器元件和所述第二負連接器元件包括-陰性連接器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的連接器，其中所述第一正連接器元件和所述 第二正元件在所述第一正連接器元件和所述第二正元件配合之后被焊 接到一起；并且所述第一負連接器元件和所述第二負元件在所述第一 負連接器元件和所述第二負元件配合之后被焊接到一起。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2的連接器，其中所述第一陽性連接器和所述第二陽性連接器是基本相同的并且每一個陽性連接器均包括細長本體；用于與所述陰性連接器配合的呈錐形的一端和具有用于將所述本體安裝到母線上的裝置的另一端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的連接器，其中所述細長本體在它的相應(yīng)的端 部之間的位置處包括凹槽，從而有助于在所述位置處彎曲所述細長本 體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的連接器，其中所述一個或者多個母線包括 在正端子處和在負端子處分別穿過所述正端子和所述負端子的至少一個開口；并且其中用于將相應(yīng)的所述陽性連接器元件的所述本體在與所述陽性連接器元件相應(yīng)的端子處安裝到所述母線的所述裝置包括在所述本體的所述另一端上的至少一個插腳，所述至少一個插腳在與它相應(yīng)的端子處被定位于所述至少一個開口內(nèi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的連接器，其中所述本體的所述插腳被焊接在 位于所述母線上的與所述插腳相應(yīng)的開口中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的連接器，其中在所述母線中的在所述端子中的每一個處的所述至少一個開口包括 多個開口；并且其中在所述陽性連接器元件上的所述至少一個插腳包括數(shù)目等于所述母線中的所述多個開口的多個插腳。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的連接器，其中所述多個開口中的每一個開口 的壁被完全地電鍍，以在所述母線和陽性連接器元件(22)的所述插 腳之間確保良好的導(dǎo)電性。
10. —種光伏模塊，包括襯底層； 透明蓋層；位于所述襯底層和所述蓋層之間的母線，所述母線具有正端子和 負端子；位于所述襯底層和所述蓋層之間的多個光伏電池，所述光伏電池 以串聯(lián)方式電連接并且被相應(yīng)地電連接到所述母線上的所述正端子和 所述負端子；第一正連接器元件，所述第一正連接器元件被電連接到所述母線 上的所述正端子并且延伸穿過所述襯底層；第一負連接器元件，所述第一負連接器元件被電連接到所述母線 上的所述負端子并且延伸穿過所述襯底層；第一電力電纜，所述第一電力電纜具有電附接于所述第一電力電 纜上的第二正連接器元件，所述第二正連接器元件接納所述第一正連 接器元件以在所述第二正連接器元件和所述第一正連接器元件之間形 成電連接；和第二電力電纜，所述第二電力電纜具有電附接于所述第二電力電 纜上的第二負連接器元件，所述第二負連接器元件接納所述第一負連 接器元件以在所述第二負連接器元件和所述第一負連接器元件之間形 成電連接。
11. 根據(jù)權(quán)利要求11的光伏模塊，其中在所述第一正連接器元件 和第二正連接器元件之間的所述電連接以及在所述第一負連接器元件 和第二負連接器元件之間的所述電連接形成為焊接。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的光伏模塊，其中所述第一正連接器元件和 所述第一負連接器元件包括陽性連接器；并且所述第二正連接器元件和所述第二負連接器元件包括 陰性連接器。
13. —種組裝光伏模塊的方法，包括將第一正連接器元件電連接到母線上的正端子并且將第一負連接 器元件電連接到所述母線上的負端子；將多個串聯(lián)連接的光伏電池相應(yīng)地連接到所述母線上的所述正端 子和負端子；將所述母線和所連接的光伏電池定位在襯底層和透明蓋層之間； 層疊所述襯底層、所述蓋層以及所述母線和所連接的光伏電池以 形成所述模塊；在所述襯底層中鄰近所述第一正連接器元件和所述第一負連接器 元件相應(yīng)地提供開口；以及彎曲所述第一正連接器元件和所述第一負連接器元件，由此所述 第一正連接器元件和所述第一負連接器元件延伸穿過它們在所述襯底 層中的相應(yīng)開口。
14. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述第一正連接器元件和所述 第一負連接器元件是陽性連接器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，包括在層疊所述模塊前在所述陽性連接器之上施加保護層。
16. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中當(dāng)所述開口穿過所述襯底層而 形成時，所述保護層被從所述陽性連接器移除。
全文摘要
一種在內(nèi)部電端子和輸出電纜之間具有可靠連接的光伏模塊。該模塊由襯底層和透明蓋層構(gòu)成，并且母線位于襯底層和透明蓋層之間。多個光伏(PV)電池被串聯(lián)連接，它們繼而被連接到母線上的正和負端子。陽性連接器被連接到正和負端子。上述部件然后被層疊以形成模塊，并且陽性連接器位于襯底層內(nèi)部。為了暴露出陽性連接器，穿過襯底層形成開口并且陽性連接器的錐形端部被向外彎曲以與相應(yīng)的電纜上的陰性連接器配合。這些連接器然后被焊接從而為該模塊提供輸出連接。
文檔編號H01L31/05GK101584050SQ200780043135
公開日2009年11月18日 申請日期2007年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月21日
發(fā)明者丹尼爾·W·坎寧安, 喬治·J·凱利, 迪內(nèi)?！·阿明 申請人:Bp北美公司