相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)的交叉引用

本專(zhuān)利申請(qǐng)要求于2015年4月21日提交的，美國(guó)申請(qǐng)?zhí)枮?4691842，名稱(chēng)為“methodforquickselfinterconnectionofphotovoltaiccellarraysandpanels(光伏電池陣列和面板的快速自互連方法)”，和于2014年4月23日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?1983098，名稱(chēng)為“methodforquickselfinterconnectionofphotovoltaiccellarraysandpanels(光伏電池陣列和面板的快速自互連方法)”的專(zhuān)利的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，其公開(kāi)的內(nèi)容通過(guò)引用并入本文，并且于2014年9月17日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?2051744，名稱(chēng)為“methodofinterconnectionofprintedcircuitboardsusingultralowprofilepcbembeddableelectricalconnectorassembliesforpowerandsignaltransmission(使用用于功率和信號(hào)傳輸?shù)某洼喞猵cb嵌入式電連接器組件互連印制電路板的方法)”的專(zhuān)利的公開(kāi)內(nèi)容也通過(guò)引用的方式并入本文。

本發(fā)明涉及太陽(yáng)能光伏電池、陣列、裝置和電互連領(lǐng)域，用于實(shí)現(xiàn)高重新配置性、靈活性和定制化，以在必要時(shí)適應(yīng)各種變化的要求。

背景技術(shù)：

在市場(chǎng)上當(dāng)前可得到的光伏模塊和面板通常包括大量光伏(pv)電池，這些光伏電池使用由高導(dǎo)電金屬(像錫、銅或其它金屬合金)制成的互聯(lián)線(xiàn)(tabbingwire)焊接到一起。該組件使用典型焊接材料如錫或錫鉛合金焊接在一起。pv電池采用串聯(lián)或并聯(lián)配置連接，以形成陣列，然后封裝在用玻璃上表面密封的聚合物膜中。面板可以或可以不裝入金屬框架中，這取決于背襯材料和制造過(guò)程。來(lái)自封裝的太陽(yáng)能pv電池串的正和負(fù)端接引線(xiàn)被布線(xiàn)至附接到面板的接線(xiàn)盒。外部接線(xiàn)用于手動(dòng)將兩個(gè)或多個(gè)這樣的面板串聯(lián)或并聯(lián)地串到一起，以從裝配的面板中提取電功率。輸出可以被饋送到逆變器或供給至電池組用于充電。這些都是人們通常在屋頂和商用太陽(yáng)能pv場(chǎng)看見(jiàn)的面板類(lèi)型。本領(lǐng)域的當(dāng)前狀態(tài)是靜態(tài)的，并阻止電池互連的任何重新配置。

迄今為止描述的pv面板具有特定的大尺寸和電功率額定值。這類(lèi)面板一般被注冊(cè)電氣技術(shù)人員用電線(xiàn)手動(dòng)地連接至彼此或連接至電氣設(shè)備。如果應(yīng)用需要非標(biāo)準(zhǔn)外形因數(shù)，或具有非標(biāo)準(zhǔn)功率要求，那么用戶(hù)必須將pv電池一起焊接在并聯(lián)連接串中，并用合適的封裝保護(hù)太陽(yáng)能電池免受大氣降解。希望對(duì)這些靜態(tài)的設(shè)計(jì)以及需要熟練工的系統(tǒng)安裝提出一些替代和進(jìn)行改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在多種說(shuō)明性實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種光伏(pv)電池組件，該光伏電池組件被模塊化，容易連接，并且因此非常靈活。一個(gè)目的是用動(dòng)態(tài)、靈活和可逆彈性使能互連來(lái)消除勞動(dòng)密集、靜態(tài)和不可逆焊接互連，以適應(yīng)多種不同的光伏環(huán)境。對(duì)于一些實(shí)施方案，另一個(gè)目的是能夠監(jiān)視在溫度、功率輸出、開(kāi)路電壓和其它典型的太陽(yáng)能電池特性變化時(shí)的單獨(dú)光伏模塊的健康。

在說(shuō)明性實(shí)施方案中，提出了用于互連一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能電池的光伏器具的設(shè)備和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能pv電池連接到便于太陽(yáng)能pv電池的快速簡(jiǎn)單互連的金屬后端互連結(jié)構(gòu)體和集成終端連接器，以實(shí)現(xiàn)所需的電壓、電流和功率，而不需要將太陽(yáng)能pv電池焊接在一起。本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)以串聯(lián)或并聯(lián)連接方式迅速互連太陽(yáng)能pv電池，以形成定制的pv面板或用于其它定制應(yīng)用。

第一個(gè)非限制性實(shí)施例采用模塊化太陽(yáng)能電池組件的形式，該模塊化太陽(yáng)能電池組件包含：太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)體，其用于接收太陽(yáng)能并且將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電力；絕緣層；互連層；背襯層；以及多個(gè)連接器，每個(gè)連接器均具有極性，包括正極性的第一連接器和負(fù)極性的第二連接器，第一連接器和第二連接器通過(guò)互連層連接到太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)體，使得當(dāng)太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)體被太陽(yáng)能照射時(shí)，第一連接器相對(duì)于第二連接器從太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)體接收正電壓；其中，該多個(gè)連接器被配置為能夠與相似設(shè)計(jì)的一個(gè)或多個(gè)相鄰模塊化太陽(yáng)能電池組件上的連接器重復(fù)地連接/斷開(kāi)，而無(wú)需與之焊接。

第二個(gè)非限制性實(shí)施例采用如第一個(gè)非限制性實(shí)施例中的模塊化太陽(yáng)能電池組件的形式，其中多個(gè)連接器中的至少一些是公連接器，公連接器具有延伸超出互連層的邊界的突出部，并且多個(gè)連接器的中的至少一些是母連接器，母連接器被配置為接納相似設(shè)計(jì)的相鄰模塊化太陽(yáng)能電池組件的一個(gè)或多個(gè)公連接器。第三個(gè)非限制性的實(shí)施例采用如第一個(gè)非限制性實(shí)施例中的模塊化太陽(yáng)能電池組件的形式，其中多個(gè)連接器是母連接器，母連接器被配置成接納公耦接器并與該公耦接器機(jī)械及電耦接，以便于連接到相似設(shè)計(jì)的相鄰模塊化太陽(yáng)能電池組件。

第四個(gè)非限制性實(shí)施例采用模塊化太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的形式，該模塊化太陽(yáng)能電池系統(tǒng)包含多個(gè)公耦接器和至少兩個(gè)如第三個(gè)非限制性實(shí)施例中的模塊化太陽(yáng)能電池組件，公耦接器用于將至少兩個(gè)模塊化太陽(yáng)能電池組件連接在一起，其中至少兩個(gè)模塊化太陽(yáng)能電池組件中的多個(gè)連接器被配置和放置成便于以下中的每一個(gè)：至少兩個(gè)模塊化太陽(yáng)能電池組件之間的并聯(lián)連接；和至少兩個(gè)模塊化太陽(yáng)能電池組件之間的串聯(lián)連接。第五個(gè)非限制性實(shí)施例采用模塊化太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的形式。該模塊化太陽(yáng)能電池系統(tǒng)至少包含多個(gè)耦接器和至少第一、第二、第三和第四模塊化太陽(yáng)能電池組件，該模塊化太陽(yáng)能電池組件如第三個(gè)非限制性實(shí)施例中的模塊化太陽(yáng)能電池組件，耦接器用于將至少第一、第二、第三和第四模塊化太陽(yáng)能組件如下地耦接在一起：第一和第二模塊化太陽(yáng)能電池組件被并聯(lián)地相互耦接在第一級(jí)中；第三和第四模塊化太陽(yáng)能電池組件被并聯(lián)地相互耦接在第二級(jí)中；以及第一級(jí)和第二級(jí)被串聯(lián)連接到一起。

第六個(gè)非限制性實(shí)施例采用如第二個(gè)或第三個(gè)非限制性實(shí)施例中任一個(gè)中的模塊化太陽(yáng)能電池組件的形式，其中母連接器由柔性且彈性的金屬構(gòu)造而成，以便于重復(fù)地連接在公耦接器的爪部、隆起部或凹部上。第七個(gè)非限制性實(shí)施例采用如前述非限制性實(shí)施例任一個(gè)中的模塊化太陽(yáng)能電池組件的形式，其中太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)體是光伏太陽(yáng)能電池。第八個(gè)非限制性實(shí)施例采用如任何前述非限制性實(shí)施例中的模塊化太陽(yáng)能電池組件的形式，其具有多邊形形狀的外周，外周的至少兩個(gè)側(cè)面各具有至少一個(gè)正極性連接器和至少一個(gè)負(fù)極性連接器。第九個(gè)非限制性實(shí)施例采用如第一個(gè)至第七個(gè)非限制性實(shí)施例中任一個(gè)中的模塊化太陽(yáng)能電池組件的形式，其具有多邊形形狀的外周，外周的至少三個(gè)側(cè)面上各具有至少一個(gè)正極性連接器和至少一個(gè)負(fù)極性連接器。第十個(gè)非限制性實(shí)施例采用如第八個(gè)或第九個(gè)非限制性實(shí)施例中任一個(gè)中的模塊化太陽(yáng)能電池組件的形式，其中每個(gè)側(cè)面具有至少三個(gè)連接器。第十一個(gè)非限制性實(shí)施例采用如第八個(gè)至第十個(gè)非限制性實(shí)施例中的任一個(gè)中的模塊化太陽(yáng)能電池組件的形式，其中多邊形是方形或矩形的。

第十二個(gè)非限制性實(shí)施例采用如任何前述非限制性實(shí)施例中的模塊化太陽(yáng)能電池組件的形式，其還包含安置成連接到互連層的至少一個(gè)電路元件，電路元件包括led顯示器、二極管、電阻器和開(kāi)關(guān)中的一個(gè)。第十三個(gè)非限制性實(shí)施例采用如任何前述任何非限制性實(shí)施例中的模塊化太陽(yáng)能電池組件的形式，其還包含封裝層，封裝層至少覆蓋太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)體并且為連接器的至少一部分防風(fēng)雨。

第十四個(gè)非限制性實(shí)施例采用模塊化太陽(yáng)能電池組件的形式，其包含：太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)體，其用于接收太陽(yáng)能并且將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能；絕緣層；互連層；背襯層；至少第一和第二連接器，第一和第二連接器被配置成相對(duì)于互連層實(shí)現(xiàn)模塊化太陽(yáng)能電池組件與一個(gè)或多個(gè)其它模塊化太陽(yáng)能電池組件的串聯(lián)耦接；以及至少第三和第四連接器，第三和第四連接器被配置相對(duì)于互連層實(shí)現(xiàn)模塊化太陽(yáng)能電池組件與一個(gè)或多個(gè)其它模塊化太陽(yáng)能電池組件的并聯(lián)耦接。第十五個(gè)非限制性實(shí)施例采用如第十四個(gè)非限制性實(shí)施例中的模塊化太陽(yáng)能電池組件的形式，其具有周邊和形狀，第一和第二連接器位于周邊上的彼此相對(duì)的側(cè)面上，其中，第三和第四連接器位于周邊的與第一連接器相同的側(cè)面上，使第一連接器位于第三和第四連接器之間。第十六個(gè)非限制性實(shí)施例采用如第十五個(gè)非限制性實(shí)施例的形式，其中形狀是四邊形并且周邊包括在其至少三個(gè)側(cè)面上的三個(gè)連接器。

第十七個(gè)非限制性實(shí)施例采用構(gòu)造太陽(yáng)能電池陣列的方法的形式，其中方法包含將至少兩個(gè)如任何前述非限制性實(shí)施例中的模塊化太陽(yáng)能電池組件連接在一起。第十八個(gè)實(shí)施例采用如第十七個(gè)非限制性實(shí)施例中的方法的形式，其中，至少兩個(gè)模塊化太陽(yáng)能電池組件中的至少兩個(gè)彼此串聯(lián)連接。第十九個(gè)非限制性實(shí)施例采用如第十七個(gè)非限制性實(shí)施例中的方法的形式，其中至少兩個(gè)模塊化太陽(yáng)能電池組件中的至少兩個(gè)彼此并聯(lián)連接。第二十個(gè)非限制性實(shí)施例采用如第十七至十九個(gè)非限制性實(shí)施例中任何一個(gè)中的方法的形式，其中連接步驟在不施加粘合劑或焊接的情況下進(jìn)行。

本概述旨在提供對(duì)本專(zhuān)利申請(qǐng)的主題的概述。它并不旨在提供本發(fā)明的排他性或窮盡性解釋。詳細(xì)描述被包括以提供關(guān)于本專(zhuān)利申請(qǐng)的更多信息。

附圖說(shuō)明

圖1a-圖1b示出具有不同的形狀和外形因素的數(shù)個(gè)光伏器具；

圖2是說(shuō)明性的光伏器具的分解圖，示出其各個(gè)層；

圖3示出器具電連接器是扁平彈性金屬連接器的實(shí)施方案之一；

圖4a-4b示出用于說(shuō)明性實(shí)施方案的扁平彈性金屬連接器和耦接機(jī)構(gòu)；

圖5示出具有電連接器的金屬互連層的兩種配置；

圖6a-圖6b示出具有防風(fēng)雨罩的扁平彈性金屬連接器；

圖7示出連接到電線(xiàn)的可充當(dāng)終端插頭的扁平彈性金屬連接器的實(shí)施例；

圖8示出金屬互連層與太陽(yáng)能光伏電池的連接；

圖9a-圖9d示出具有公/母和只有母互連的說(shuō)明性模塊化系統(tǒng)；

圖10a-圖1oc示出實(shí)現(xiàn)兩個(gè)光伏器具的并聯(lián)連接的金屬互連層配置；

圖11a-圖11d示出具有可用串聯(lián)和并聯(lián)連接配置的說(shuō)明性模塊化系統(tǒng)；

圖12示出圖13所示的模塊化設(shè)備的分解圖，突出其中的導(dǎo)電層；

圖13a-圖13b示出光伏器具的實(shí)施方案，其中器具電連接器放置在器具的頂面和底面以及兩個(gè)橫向側(cè)面上；

圖13c示出互連的圖13a-圖13b的六個(gè)模塊化設(shè)備，以說(shuō)明電和空間靈活性；

圖14示出串聯(lián)連接的圖13a-圖13b的實(shí)施方案的兩個(gè)模塊化設(shè)備的互連；

圖15顯示具有不同外形因素，電連接器放置位置，以及光伏器具的主體的附屬物的光伏器具的代替視圖；以及

圖16示出包括嵌入式電子電路和顯示設(shè)備的模塊化光伏器具的實(shí)施方案之一；

附圖不一定按比例繪制，附圖中相似的標(biāo)號(hào)可以描述不同視圖中的類(lèi)似的組件。具有不同字母后綴的標(biāo)號(hào)可以表示類(lèi)似部件的不同實(shí)例。附圖一般通過(guò)實(shí)施例的方式而不是通過(guò)限制的方式說(shuō)明本文件中討論的各種實(shí)施方案。

具體實(shí)施方式

在當(dāng)今市場(chǎng)容易得到的多數(shù)太陽(yáng)能電池可以使用激光切割機(jī)和金剛石鋸切割成任何形狀和尺寸。本發(fā)明中的模塊化光伏(pv)器具的構(gòu)思包括使用后端金屬化連接和封裝pv電池，以便促成高度靈活的現(xiàn)場(chǎng)使用。本發(fā)明的pv器具的模塊化在于許多較小的pv器具能夠容易地裝配在一起，以制成多種多樣的裝置，從大面積到小面積，用于高電壓或低電壓，使用并聯(lián)或串聯(lián)互連。此外，裝置的形狀不受限制，因?yàn)椴灰髥我坏囊?guī)則形狀是所得的裝置。最后，在本發(fā)明中，數(shù)個(gè)pv器具構(gòu)成的裝置組裝時(shí)可以不需要高超技巧并且無(wú)焊接，而在現(xiàn)場(chǎng)以模塊化方式裝配。一些實(shí)施方案在使用并聯(lián)和串聯(lián)配置(以及它們的組合)方面是高度可配置的，而其它實(shí)施方案的設(shè)計(jì)可以更簡(jiǎn)單，而仍便于將多個(gè)模塊化器具連接在一起。

圖1a-圖1b示出數(shù)個(gè)外形因數(shù)。根據(jù)端應(yīng)用的需要和空間約束，pv器具可以采用任意形狀形成，像圖1a所示的矩形110、正方形112、和六邊形114，或采用如圖1b在116所示的三角形的形狀。單個(gè)pv器具可含有串聯(lián)或并聯(lián)連接的多于一個(gè)的太陽(yáng)能電池以實(shí)現(xiàn)pv器具的具體單元配置，如在118所示。單元配置意思是針對(duì)pv器具的任何特定的并且可重復(fù)的具體一組電壓、電流和功率值。

在一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)pv器具包含連接到后端金屬互連件的一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能電池120，后端互連件終止于多個(gè)器具連接器122?？砂〝?shù)量比示出的那些連接器更多或更少的連接器122。下面詳細(xì)描述后端金屬互連層和連接器。

光伏器具的一個(gè)說(shuō)明性實(shí)施例是矩形或正方形(或如圖1a-圖1b所示的其它形狀)，對(duì)于單晶硅太陽(yáng)能電池，根據(jù)太陽(yáng)能電池的尺寸，在最大功率時(shí)具有0.55伏和1.4-8.4安培的電流的單元電配置。太陽(yáng)能電池的電流產(chǎn)生能力與暴露在光下的太陽(yáng)能電池的表面面積成正比。上述電配置基于強(qiáng)度1000w/m2、光譜am1.5global和溫度25℃的光照條件?？梢允褂闷渌叽?，并且可基于每個(gè)pv器具中的太陽(yáng)能電池的尺寸和化學(xué)組成結(jié)合不同電特性。電池的特定化學(xué)組成可以不限定于單晶硅，而可以包括任何合適的單晶、多晶和薄膜太陽(yáng)能電池并且可適于其它太陽(yáng)能電池技術(shù)(在它們可用時(shí))。串聯(lián)耦接這類(lèi)單元可允許更高的電壓，同時(shí)將這類(lèi)單元或這類(lèi)單元的串放置成并聯(lián)可促成更高的電流流率。

圖2所示的光伏器具的分解圖示出由五個(gè)層組成的模塊化太陽(yáng)能電池組件。頂層是大體上透明層(至少對(duì)于相關(guān)光波長(zhǎng))210，它可以是允許光有效傳輸?shù)姆庋b材料，例如乙烯乙酸乙烯酯(eva)和/或任何耐用的含氟聚合物、玻璃或丙烯酸板。下一層是將陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電的太陽(yáng)能電池212。層212可包括串聯(lián)或并聯(lián)的復(fù)數(shù)個(gè)太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池通常用涂覆有錫或銀的互聯(lián)線(xiàn)電連接到金屬互連層216，并且整個(gè)組件支撐在適當(dāng)?shù)谋嘲?18上，背板218可以由像塑料、合成聚合物或木材的通常可得到的任何材料制成。

金屬互連層216包含按照具體配置布線(xiàn)的并且終止于器具連接器122的電線(xiàn)。電線(xiàn)在金屬互連層的布線(xiàn)可以通過(guò)粘附或保持在絕緣基板的頂面上的、涂覆有錫/銀的互聯(lián)線(xiàn)完成。在一些實(shí)例中，金屬互連層可以包括印刷電路板或柔性電路上的銅(或其它導(dǎo)電材料)跡線(xiàn)。例如，可以使用2或3層的電路板。該金屬互連層在下面詳細(xì)描述。雖然描述了金屬互連，但是任何合適的導(dǎo)電材料(例如導(dǎo)電聚合物)可以用來(lái)促進(jìn)電流流出光伏電池。將太陽(yáng)能電池與后端金屬互連層隔開(kāi)的絕緣層214可以由像紙、塑料或具有良好的電絕緣性的任何其它天然或合成聚合物的物質(zhì)制成。后端金屬互連結(jié)構(gòu)體還可以增加對(duì)易碎的太陽(yáng)能電池的支持。

太陽(yáng)能電池層212和互連層216之間的連接可以通過(guò)將太陽(yáng)能電池的正極接觸件和負(fù)極接觸件連接至互連件的適當(dāng)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。這可通過(guò)直接穿過(guò)層214的饋通設(shè)計(jì)或通過(guò)包括圍繞絕緣層214的周邊布線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在數(shù)個(gè)實(shí)施方案中，互連層終止于具體的電連接器，該電連接器被設(shè)計(jì)成使具有多個(gè)電壓和電流配置的單獨(dú)光伏器具能夠通過(guò)公和母電接觸件的簡(jiǎn)單插接來(lái)實(shí)現(xiàn)合適的連接。在此電連接器中使用的金屬可以具有合理的彈力和彈性，以適應(yīng)接觸件的重復(fù)耦接和解耦。

連接器可以是目前在市場(chǎng)上可得到的通用公對(duì)母連接器。在一些實(shí)施例中，連接器以及與其一起使用的槽可具有特殊的外形因素和設(shè)計(jì)，如用于與波紋部或凹部一起使用的彈簧懸臂夾，如下面數(shù)個(gè)實(shí)施方案提出的。這類(lèi)互連的一些補(bǔ)充討論出現(xiàn)在美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)62051744中。在數(shù)個(gè)實(shí)施方案中，理想的是連接器采用允許光伏器具在不施加粘合劑或焊接的情況下互連的方式工作。

整個(gè)組件可封裝在諸如eva和/或含氟聚合物的封裝材料中，以使模塊化太陽(yáng)能電池組件防風(fēng)雨，從而給出如圖1a-圖1b所示的最終產(chǎn)品。整個(gè)組件也可包封在塑料主體或堅(jiān)固的外殼內(nèi)并用環(huán)氧樹(shù)脂密封，以形成剛性結(jié)構(gòu)體。這里示出的pv器具可適應(yīng)單晶、多晶和薄膜太陽(yáng)能電池并且可以適于其它太陽(yáng)能電池技術(shù)(在它們可用時(shí))。在數(shù)個(gè)實(shí)施例中，給定的pv器具的至少兩個(gè)，或至少三個(gè)，或所有側(cè)面包括一個(gè)或多個(gè)連接器。例如，一些設(shè)計(jì)將具有四個(gè)側(cè)面，其中三個(gè)側(cè)面將包括連接器。在一些其它實(shí)施例中，如下所示，所有側(cè)面，例如具有四邊的四邊形的所有四個(gè)側(cè)面將具有在其上的多個(gè)連接器。

電器連接器122可以由具有低電阻率的金屬(例如銅及其合金)，或者任何其它導(dǎo)電且彈性材料制成。諸如磷銅和鈹銅的銅合金的彈性可有助于實(shí)現(xiàn)耐用設(shè)計(jì)，其允許用于建立電連接的公接觸件和母接觸件的多次插入。電器可采用市場(chǎng)中的眾多電連接系統(tǒng)，像電路板和pcb上所見(jiàn)的插腳型連接器和可在很多筆記本電腦和平板電腦電源連接器中看見(jiàn)的磁性連接器。然而，在此強(qiáng)調(diào)的一些實(shí)施方案包括設(shè)計(jì)為近似于光伏器具本身的扁平輪廓的扁平連接器。此外，下面示出的扁平連接器插腳的靈活性有助于使它們?cè)谛纬啥喾N電連接方面通用性更強(qiáng)，這將在下面看到。這種電連接系統(tǒng)還有助于使制造容易。用于扁平夾式連接器的具體實(shí)施方案在下面描述。

如圖3所示，母接觸件310能夠通過(guò)將一張材料折疊成夾子類(lèi)形成物并且使其退火而形成，其中材料的折疊是通過(guò)錘打或彎曲實(shí)現(xiàn)的。公接觸件312可以是由類(lèi)似材料制成的直板金屬條，其具有朝向端部的凹部、爪部、隆起部或突出部314，以憑借與母連接器的大面積接觸區(qū)318形成穩(wěn)固的電連接316。凹部314與母接觸件310的形狀配合以實(shí)現(xiàn)牢固連接。在一些實(shí)施例中，凹部314和母接觸件310的形狀被配置成向連接光伏器具的人提供咔嗒聲和觸覺(jué)反饋。

在圖4a示出的另一實(shí)施方案中，兩端都有凹部或突出部的公耦接連接器或耦接器410可用于連接兩個(gè)母連接器412，如圖4b所示。這個(gè)實(shí)施例可再采用被配置成適于安裝在本文示出的pv器具的厚度內(nèi)的扁平夾式器具連接器的形式。在一個(gè)說(shuō)明性實(shí)施例中，這種配置允許光伏器具中的所有連接器是母連接器。如本文中所使用的，連接器是pv器具上的公或母件，并且耦接器是被用來(lái)將單獨(dú)的pv器具上的兩個(gè)連接器電并且機(jī)械地耦接到一起的設(shè)備。器具連接器是用于從pv器具或多個(gè)pv器具的組件提取電能的部件。

因此參照?qǐng)D5，可得到兩個(gè)配置。首先，在510，設(shè)備具有公連接器側(cè)面514和母連接器側(cè)面516。其次，在512，然而，公連接器側(cè)面514可被母連接器側(cè)面518代替，使得僅提供母連接器。在512的這種方法可以更容易制造和包裝，因?yàn)椴淮嬖谕怀霾糠?。用?hù)可拆包和處理模塊化pv器具512，而無(wú)需擔(dān)心脆弱的公連接器514將被損壞。一般而言，在510的實(shí)施方案可以被提供，但預(yù)計(jì)在512的實(shí)施方案將更常用。

在圖6a中示出的扁平夾式器具連接器的另一實(shí)施方案中，母或公連接器可以裝入剛性殼體或柔性護(hù)套610中，以使公母接觸件之間的連接防水和防風(fēng)雨，因?yàn)樵谝恍┦彝鈶?yīng)用中可能會(huì)需要防水和防風(fēng)雨。殼體或護(hù)套610可以用如封裝材料的類(lèi)似材料形成—即，可以使用例如eva或含氟聚合物，然而可以使用任何的防風(fēng)雨材料，因?yàn)椴牧蠜](méi)有必要是透明的。在公/母連接器中的每個(gè)上的護(hù)套可以被配置為在如圖6b在612示出的電連接形成時(shí)配合。該護(hù)套或封裝材料可以用在每個(gè)pv器具的連接器上，并且可以用在用于從pv器具提取功率的器具連接器上。如果需要，它也可以用在兩個(gè)pv器具之間的耦接器上。

在圖7中示出的器具連接器的實(shí)施方案中，示出的母連接器710和公連接器712可以被連接到電線(xiàn)714(例如通過(guò)焊接、釬焊或壓接)，以形成端終插頭。這可以用來(lái)從光伏器具或彼此連接的光伏器具陣列提取電功率，提取的電功率可以被供給到外部負(fù)載。例如，公器具連接器712可用于全母設(shè)計(jì)的任何連接器512(圖5)，而在其它實(shí)施例中，公和母器具連接器710，712可以用于具有公和母連接器510(圖5)的設(shè)計(jì)。

金屬互連層的作用是提供電通路，電通路用于將pv器具連接到一個(gè)或多個(gè)其它的pv器具以實(shí)現(xiàn)串聯(lián)和并聯(lián)連接中的一個(gè)或兩個(gè)，和將pv器具連接到器具連接器，以從用兩個(gè)或多個(gè)pv器具完成的組件提取功率以增加組件的總功率輸出。金屬互連層可使用按照希望配置布置的絕緣線(xiàn)進(jìn)行裝配，或者可以使用印刷電路板和/或柔性電路技術(shù)形成。再次參照?qǐng)D5，在金屬互連層的一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的實(shí)施方案中，pv器具512的連接器518和520將被電連接到太陽(yáng)能電池，一個(gè)作為陽(yáng)極，另一個(gè)作為陰極。圖8示出太陽(yáng)能電池810中的前側(cè)面上的接觸件，接觸件的極性通常是負(fù)的(陽(yáng)極，電流流入)，并且太陽(yáng)能電池的后側(cè)面具有互聯(lián)接觸件，其極性812通常是正的。到金屬互連層814的連接可以用饋通設(shè)計(jì)-例如通孔來(lái)完成，或者可以包括圍繞太陽(yáng)能電池810的周邊布線(xiàn)。圖8中示出的連接意味著左側(cè)面母連接器和右側(cè)面母金屬連接器被分別連接到太陽(yáng)能電池的負(fù)極和正極端子。這些極性可以通過(guò)互換連接而輕易反轉(zhuǎn)。電連接可以通過(guò)使用熱來(lái)熔化基于錫、鉛或銀的焊料完成或在導(dǎo)電膠的幫助下完成。金屬互連層和太陽(yáng)能電池可使用可以層壓在太陽(yáng)能電池層810的背面或在互連層814的頂面上的絕緣層816隔開(kāi)，絕緣層816為例如絕緣帶、絕緣紙、或薄的聚合物層。

圖9a-圖9b示出了串聯(lián)耦接的兩個(gè)pv器具。用于串聯(lián)成形的連接可以通過(guò)將圖9a中示出的公耦接器912插入兩個(gè)相鄰的極性相反的母連接器910來(lái)完成，即，一個(gè)pv器具的正極端子被連接到相鄰pv器具的負(fù)極端子。然后任何數(shù)量的pv器具可以串聯(lián)連接以形成陣列，并且實(shí)現(xiàn)希望的配置。器具連接器914可用來(lái)將該陣列連接到需要電功率的外部應(yīng)用。如圖9b所示，兩個(gè)pv器具通過(guò)公耦接器912串聯(lián)連接，并且器具連接器914、916用于從完成的組件提取電功率。

圖9c示出了一實(shí)施例，其中兩個(gè)pv器具920的每個(gè)具有至少一個(gè)公連接器922和一個(gè)母連接器924，以及用于提取功率的母器具連接器926和公器具連接器928。如圖9d所示的完成組件包括器具連接器926、928和在器具920之間的930處耦接的連接器。

另一組實(shí)施方案包括pv器具，其具有金屬互連層，該金屬互連層實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)pv器具的并聯(lián)連接，以增加可用電流，同時(shí)保持電壓恒定。這種變體示出于圖10a中，其示出分解圖，突出互連層1012的特定設(shè)計(jì)，互連層1012與太陽(yáng)能電池層1010通過(guò)絕緣層1020再次隔開(kāi)。跡線(xiàn)或線(xiàn)1018連接到pv器具互連層1012的每個(gè)邊緣上的正極端子1022和負(fù)極端子1024?；谔?yáng)能電池的連接，明顯地，左上方和右上方的母連接器是正極性的，因而是正極端子1022，而底部左側(cè)和右側(cè)的連接器是負(fù)極性的，因而是負(fù)極端子1024。再次此具體極性可以很容易地通過(guò)反轉(zhuǎn)將金屬互連件連接到太陽(yáng)能電池的線(xiàn)互換。

圖10b示出了器具1014，其具有正極端子1022和負(fù)極端子1024。兩個(gè)pv器具1014之間的互連是由連接相同極性的兩個(gè)母連接器的公耦接器1016實(shí)現(xiàn)，從而使每個(gè)pv器具采用圖10c中示出的完成連接方式并聯(lián)。該配置將由每個(gè)pv器具產(chǎn)生的電流合在一起，并保持電壓恒定。例如，如圖10c所示，三個(gè)pv器具1014通過(guò)耦接器1016被連接到一起，從而使得通過(guò)器具連接器1030、1032獲得的輸出將能夠有電壓v和電流流率3i，其中v是單個(gè)pv器具1014的電壓，i是單個(gè)pv器具1014的電流。

圖11a通過(guò)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)和串聯(lián)連接建立在圖10a-圖10c的設(shè)計(jì)之上。如圖11a的互連層1114上示出的，第一邊緣1120上有兩個(gè)正極端子和一個(gè)負(fù)極端子，第二邊緣1122上有兩個(gè)負(fù)極端子和一個(gè)正極端子。此極性配置可以通過(guò)互換連接到太陽(yáng)能電池的線(xiàn)改變。如之前絕緣層1112將互連層1122與太陽(yáng)能電池層1110隔開(kāi)。在這個(gè)實(shí)施例中，將pv器具的中心的正極連接器連接到負(fù)極連接器使pv器具串聯(lián)連接，而連接頂部和底部母連接器1118將使pv器具并聯(lián)連接。圖11b是pv器具的立體圖，其中每側(cè)面上各有三個(gè)母連接器。

如果v是一個(gè)pv器具1120的電壓輸出，并且i是電流流率，那么圖11a-圖11b的設(shè)計(jì)可以容易適于并聯(lián)和串聯(lián)使用而不改變整個(gè)組件的占用空間。圖11c示出了并聯(lián)配置，并且圖11d示出串聯(lián)配置，每種配置都使用公耦接器1120和器具連接器1122、1124的適當(dāng)連接得到。在圖11c中，器具連接器1122和1124將從并聯(lián)連接的pv器具1130、1132、1134獲得1v的輸出電壓和3i的電流容量。使用相同的占用空間，如圖11d所示，耦接器1120被用來(lái)使三個(gè)pv器具1130、1132、1134以串聯(lián)配置連接在一起，以獲得3v的輸出電壓和1i電流。

圖12說(shuō)明兩層互連結(jié)構(gòu)體可如何得以用于圖13a-圖13d中示出的更多實(shí)施例中。太陽(yáng)能電池層1210覆在兩層印刷電路板上(為簡(jiǎn)單起見(jiàn)省略絕緣層)，其中一個(gè)層1212是“正連接”層并在矩形的pv器具的所有四個(gè)邊緣上都具有端子，其中兩個(gè)側(cè)面上各具有兩個(gè)正極端子，并且剩余的兩個(gè)側(cè)面上各具有單個(gè)正極端子。另一層1214是“負(fù)連接”層，再次，在所有四個(gè)側(cè)面上都具有端子，其中兩個(gè)側(cè)面上各具兩個(gè)負(fù)極端子，剩余兩個(gè)側(cè)面上各具兩個(gè)正極端子。應(yīng)注意的是，為方便用戶(hù)，端子可以彩色編碼為正極和負(fù)極端子。例如，使用通用的方法，負(fù)極端子可以是黑色的，而正極端子可以是紅色?？商娲?，標(biāo)記可設(shè)置在pv器具的面或邊緣上。在另一實(shí)施例中，每個(gè)pv器具可以用獨(dú)有的數(shù)字或代碼進(jìn)行標(biāo)記，以便于較大裝置的布局和故障診斷。

代替圖12的分層設(shè)計(jì)，如圖13a所示，也可以使用接線(xiàn)板設(shè)計(jì)來(lái)將連接器放置在pv器具的每個(gè)側(cè)面上。與圖12一樣，連接器可以被放置在pv器具的每個(gè)側(cè)面上，包括例如左側(cè)面和右側(cè)面上的正極連接器1312，以及頂面上的連接器1310和底面上的連接器1314。還示出了一組相應(yīng)的負(fù)極連接器。到太陽(yáng)能電池的電連接與圖12相似，但在接線(xiàn)板上進(jìn)行。圖13b示出了完成的結(jié)構(gòu)體，pv器具1318的幾個(gè)側(cè)面上有正極端子1322和負(fù)極端子1324。

圖13c示出了使用四邊接觸件來(lái)實(shí)現(xiàn)從第一器具連接器1322到第二器具連接器1324的串聯(lián)/并聯(lián)配置，其中一共有六個(gè)pv器具被連接。首先，使用每個(gè)長(zhǎng)邊上的最中心的連接器與公耦接器1320耦接一起來(lái)串聯(lián)連接三個(gè)pv器具1326、1328和1330。此外，pv器具1326與pv器具1332使用公耦接器1340并聯(lián)連接。同樣地，pv器具1328與pv器具1334并聯(lián)連接，并且pv器具1330與pv器具1336并聯(lián)連接。如果v和i代表單個(gè)pv器具的電壓和電流，那么這個(gè)完成的模塊化組件的輸出將提供3v的電壓和2i的電流。這一結(jié)果可以通過(guò)注意到有三個(gè)串聯(lián)的級(jí)而被理解：第一級(jí)為并聯(lián)連接的pv器具1326、1332，電壓為v且電流為2i；第二級(jí)為并聯(lián)連接的pv器具1328、1334，電壓為v且電流為21；第三級(jí)為并聯(lián)連接的pv器具1330、1336，電壓為v且電流為2i；因此，每一級(jí)貢獻(xiàn)v，并具有2i的電流容量。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，串聯(lián)輸出電壓隨后將是3v，串聯(lián)電流是2i。本領(lǐng)域技術(shù)人員也將認(rèn)識(shí)到，隨著更大量的單個(gè)器具被連接，固有阻抗對(duì)于確定實(shí)際性能可能變得重要，并且在本解釋中使用的一般簡(jiǎn)單求和僅僅是一階估計(jì)。

如果需要的話(huà)，pv器具可以包括凹槽、孔、槽等，用于為總體裝置提供結(jié)構(gòu)完整性，以便于例如提供圍繞裝置的外框。如果設(shè)置有孔或槽，則可使用螺釘或鍵把單獨(dú)的器具固定在一起，以提供比僅使用電連接器和耦接器可提供的更多的結(jié)構(gòu)完整性。提供帶子、邊框、角和/或邊連接器，以固定裝置的外周或?qū)⒀b置中的各個(gè)器具的內(nèi)角保持在一起。

圖14示出另一種配置，其中輸入/輸出端子可被選擇以使接線(xiàn)簡(jiǎn)單。這里，兩個(gè)pv器具1410、1412使用公連接器1420并聯(lián)連接。輸出端子1424、1426彼此相鄰，從而可能使接線(xiàn)更容易。使用pv器具1410、1412中的任一個(gè)的連接器槽可實(shí)現(xiàn)更多的并聯(lián)連接。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解地，可以使用任何形狀的pv器具，包括規(guī)則和不規(guī)則的多邊形，如三角形、正方形、五邊形等。連接機(jī)構(gòu)可根據(jù)需要放置在一個(gè)或多個(gè)側(cè)面上，包括所有的側(cè)面。此外，憑借示出的模塊化設(shè)計(jì)，可更容易地管理較大的pv裝置的運(yùn)輸和處理成本，因?yàn)?，例如?米乘3米的裝置可以使用許多30厘米乘30厘米的模塊化正方形件(或更大的件或更小的件)完成，這樣，不運(yùn)輸3米乘3米的箱體(加上用于連接器和保護(hù)填充物/緩沖物的空間)，而可以使用更加緊湊和更堅(jiān)固的容器。

如圖15中的光伏器具的各種實(shí)施方案中所示，可存在對(duì)光伏器具的主體的修改，其中主體或外殼的面積可大于太陽(yáng)能電池1510，并且接觸件可如1512所示地隨意放置。連接器的數(shù)量也可以更大，其中除了向負(fù)載供給電功率外，一些連接器可例如通過(guò)串行或i2c接口提供有關(guān)光伏器具的數(shù)據(jù)，如內(nèi)部溫度，以及瓦數(shù)。在一些實(shí)施例中，耦接器可以被鉸接或預(yù)制成具有角度，以允許制成3維結(jié)構(gòu)體。

光伏器具的主體可具有不同于箱型輪廓的其它外形因素。例如器具的底部可具有凹槽1514，凹槽可以是實(shí)心或空心的，或可以包含磁鐵，磁鐵用來(lái)將光伏器具附接至鐵磁表面。主體也可以具有孔和其它附件1516，附件可以幫助將光伏器具附接到彼此或各種表面。

光伏器具的一些其它實(shí)施方案中可以包含嵌入到金屬互連層的電路，電路可以包括像半導(dǎo)體晶體管和二極管的有源設(shè)備或像電容器、電感器或電阻器的無(wú)源設(shè)備，甚至可以包括電池，以控制通過(guò)電連接器傳送的電功率。圖16中示出的一個(gè)簡(jiǎn)單配置具有連接在太陽(yáng)能電池和金屬互連件之間的二極管1610，以防止電力由于錯(cuò)誤連接光伏器具而逆流到太陽(yáng)能電池或防止大量電能從連接到光伏器具的負(fù)載倒流。簡(jiǎn)單的led可以被包括以幫助識(shí)別多個(gè)器具的正確連接。為了便于在工作場(chǎng)所裝配，pv器具可以包括斷路開(kāi)關(guān)等來(lái)在裝配期間隔離或使電輸出接地。這樣的開(kāi)關(guān)通過(guò)方便切斷發(fā)生故障的pv器具而在維持pv器具陣列方面是有用的。金屬互連層也可以包含像傳感器、無(wú)線(xiàn)設(shè)備、能夠?qū)⒐夥骶叩臓顟B(tài)顯示給器具的用戶(hù)的led或lcd顯示器1612的電路。

每個(gè)這些非限制性實(shí)施例可獨(dú)立存在，或者可以采用多種排列或組合與一個(gè)或多個(gè)其它實(shí)施例組合。上面的詳細(xì)描述包括對(duì)所附附圖的參照，附圖構(gòu)成詳細(xì)描述的一部分。附圖以說(shuō)明的方式示出實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)施方案。這些實(shí)施方案在本文中還被稱(chēng)為“實(shí)施例”。這類(lèi)實(shí)施例可以包括除了所示出或描述的那些元件之外的元件。然而，本發(fā)明人還考慮僅提供示出或描述的那些元件的實(shí)施例。此外，本發(fā)明人還考慮使用關(guān)于特定實(shí)施例(或其一個(gè)或多個(gè)方面)，或關(guān)于文中示出的或描述的其它實(shí)施例(或其一個(gè)或多個(gè)方面)的所示出或描述的那些元件的任意組合或排列。在本文件和通過(guò)引用并入的任何文件之間存在不一致用法的情況下，以本文件中的使用來(lái)控制。

本文件中術(shù)語(yǔ)“一(a)”或“一(an)”(如在專(zhuān)利文件中常見(jiàn)的)用于包括一個(gè)或一個(gè)以上，獨(dú)立于任何其它情況或“至少一個(gè)”或“一個(gè)或多個(gè)”的使用。此外，在下面的權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”和“第三”等僅僅是用作標(biāo)記，并不旨在對(duì)它們的對(duì)象施加數(shù)字要求。上面的描述旨在是說(shuō)明性的，而不是限制性的。例如，上述實(shí)施例(或其一個(gè)或多個(gè)方面)可以彼此組合使用。在仔細(xì)研究上面的描述后，諸如本領(lǐng)域技術(shù)人員的人員可使用其它實(shí)施方案。

摘要被提供以符合37c.f.r.§1.72(b)，以允許讀者快速地弄清技術(shù)公開(kāi)的本質(zhì)。應(yīng)理解，它不用來(lái)解釋或限制權(quán)利要求的范圍或含義。

另外，在上述的詳細(xì)描述中，各種特征可以被集合在一起以精簡(jiǎn)本公開(kāi)。這不應(yīng)該被解釋為意圖使一個(gè)未要求保護(hù)的公開(kāi)特征對(duì)任何權(quán)利要求是必要的。相反，本發(fā)明的主題可以在于少于特定公開(kāi)的實(shí)施方案的所有特征。因此，下面的權(quán)利要求作為實(shí)施例或?qū)嵤┓桨副唤Y(jié)合到詳細(xì)描述中，每個(gè)權(quán)利要求獨(dú)立地作為單獨(dú)的實(shí)施方案，并且可以設(shè)想到這樣的實(shí)施方案可以采用多種組合或排列彼此組合。本發(fā)明的范圍應(yīng)參考這類(lèi)權(quán)利要求以及所附權(quán)利要求享有的等效物的全部范圍來(lái)確定。