太陽(yáng)能發(fā)電組件用接線盒及其加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能發(fā)電組件用接線盒，尤其涉及一種將半導(dǎo)體芯片直接焊裝整體注塑一次成形，帶旁路保護(hù)功能的接線盒及其加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能發(fā)電組件是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)(站)的發(fā)電單元部件，太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)是由若干塊發(fā)電組件，通過(guò)串、并聯(lián)連接實(shí)現(xiàn)大功率發(fā)電，并通過(guò)蓄電或者逆變，向用電者提供電力或并網(wǎng)供電的。
[0003]太陽(yáng)能電站系統(tǒng)中的太陽(yáng)能發(fā)電組件在陽(yáng)光的正常照射下發(fā)電，向外輸出電能。但當(dāng)照射發(fā)電組件中某一個(gè)部位的陽(yáng)光被物體或者物體陰影所遮擋，該部位的硅電池片即由發(fā)電狀態(tài)轉(zhuǎn)變成為電阻狀態(tài)，與其串聯(lián)的其它發(fā)電組件在陽(yáng)光照射下正常發(fā)電，電流通過(guò)電阻狀態(tài)的電池片，產(chǎn)生較大的功耗發(fā)熱，使電池片及組件背板燒毀，這種現(xiàn)象稱為組件的熱斑現(xiàn)象。
[0004]為防止熱斑現(xiàn)象的發(fā)生，采用在太陽(yáng)能發(fā)電組件中的每串硅電池片組中，反向并聯(lián)一只旁路二極管，當(dāng)熱斑條件出現(xiàn)時(shí)，二極管正向?qū)?，電流通過(guò)旁路二極管向外輸出，保護(hù)了硅電池片不被燒毀和發(fā)電組件的安全工作。目前太陽(yáng)能發(fā)電組件一般采用72片電池片串聯(lián)連接，少數(shù)組件用60片電池片串聯(lián)連接。發(fā)電組件中串聯(lián)電池片均分為三組，每組用一只旁路二極管。其他形式較少，比如接線盒是用一只二極管，主要用在交通標(biāo)志、路燈設(shè)備上。以前有過(guò)接線盒里面裝五只二極管的，現(xiàn)在看不到了，不經(jīng)濟(jì)。
[0005]接線盒是太陽(yáng)能發(fā)電組件向外輸出電能的接線樞紐。旁路二極管被設(shè)計(jì)安裝在接線盒內(nèi)，接線盒內(nèi)一般安裝有多只旁路二極管，分別與太陽(yáng)能發(fā)電組件中的各串組硅電池片實(shí)現(xiàn)反向并聯(lián)。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)制造的接線盒，是采用分立封裝器件單體二極管，通過(guò)人工卡壓裝配或者用貼片式器件通過(guò)回流焊接，將旁路二極管組裝到接線盒內(nèi)部的銅構(gòu)件或者銅導(dǎo)電極板上；接線盒盒體是塑料制造，它由盒體、盒蓋、密封圈、導(dǎo)線鎖緊螺帽、防水透氣膜等組成；接線盒內(nèi)的銅極板或者銅構(gòu)件預(yù)先裝配到盒體內(nèi)或通過(guò)回流焊接二極管后安裝到接線盒內(nèi)。接線盒生產(chǎn)安裝工藝步驟繁多，人工消耗較大。
[0007]太陽(yáng)能發(fā)電組件用接線盒目前按照IEC-61215標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的接線盒來(lái)說(shuō)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中某些項(xiàng)目要求，具有一定的難度:如，太陽(yáng)能發(fā)電組件用接線盒密封標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)接線盒和盒蓋的結(jié)構(gòu)和密封圈材料要求非常高，一般接線盒廠的產(chǎn)品都經(jīng)過(guò)多次的調(diào)整改進(jìn)和試驗(yàn)，才能通過(guò)認(rèn)證機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)要求；雖然如此，但在長(zhǎng)時(shí)間戶外使用中接線盒仍然會(huì)出現(xiàn)密封性能下降，內(nèi)部出現(xiàn)被腐蝕現(xiàn)象，影響使用壽命。
[0008]電器爬電距離要求，從接線盒和盒蓋的縫隙到內(nèi)部導(dǎo)電體距離不小于20mm，這就需要增加接線盒體積和內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到要求，增加了材料的用量和成本；現(xiàn)有技術(shù)的接線盒內(nèi)部均有一定大的空間，而且內(nèi)部空間對(duì)外是要求密封的。二極管在接線盒內(nèi)部工作時(shí)，其發(fā)熱造成內(nèi)部空氣膨脹，使盒內(nèi)壓力加大引起盒體、盒蓋變形和崩開，所以需要采用價(jià)格較貴的防水透氣膜，解決空氣膨脹問(wèn)題，增加了材料和安裝成本；上述問(wèn)題不僅使接線盒欲達(dá)到IEC-61215標(biāo)準(zhǔn)的難度大大增加，也大幅度增加了產(chǎn)品制造成本。
[0009]為了解決上述問(wèn)題，近期市場(chǎng)上推出了全灌膠接線盒，即接線盒在太陽(yáng)能組件廠商安裝到發(fā)電組件中后，對(duì)盒體內(nèi)膛灌注密封膠。該方案雖然解決了上述接線盒存在的氣體膨脹和密封問(wèn)題，但增加了太陽(yáng)能組件客戶的制造工藝、生產(chǎn)設(shè)備和操作強(qiáng)度，增加了太陽(yáng)能組件生產(chǎn)廠商的材料和制造成本。
[0010]目前國(guó)外極少數(shù)接線盒制造廠商，采用分立封裝器件單體二極管與銅極板焊裝后，進(jìn)行接線盒整體注塑成形。由于分立封裝器件單體二極管已經(jīng)進(jìn)行了一次注塑成形，其結(jié)構(gòu)緊，無(wú)法對(duì)芯片采取應(yīng)力緩沖保護(hù)，內(nèi)應(yīng)力大。在進(jìn)行二次注塑時(shí)，因所用材料特性差異，加上高溫、高壓和材料收縮，造成二極管失效比例較高，接線盒存在可靠性隱患，該方法一直未得到大面積推廣。
[0011]此外，也有研發(fā)單位提出光伏旁路二極管模塊的技術(shù)方案，是將三只二極管芯片集成在一起，簡(jiǎn)化了接線盒廠商焊接組裝二極管的工藝步驟。但從結(jié)構(gòu)和應(yīng)用要求看，模塊還是用安裝的方法固定在接線盒內(nèi)部，接線盒需要達(dá)到原有的密封要求，透氣要求；模塊中芯片受結(jié)構(gòu)工藝限制，未能設(shè)有應(yīng)力緩沖結(jié)構(gòu)。其較大體積和不同材料在工作溫度的影響下，材料膨脹對(duì)芯片產(chǎn)生應(yīng)力影響，對(duì)產(chǎn)品使用壽命存在著一定的影響。接線盒整體制造成本下降不大。制造工藝的復(fù)雜性從接線盒工廠轉(zhuǎn)移到二極管制造廠商。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明針對(duì)以上問(wèn)題，提供了一種在確保實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能電池板熱斑現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)的前提下，成本更加低廉，使用效能更高的太陽(yáng)能發(fā)電組件用接線盒及其加工方法。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)方案是:包括盒體，所述盒體內(nèi)設(shè)第一 ~四基片，第一 ~四基片均設(shè)有用于連接太陽(yáng)能發(fā)電組件中電池片的匯流帶接頭，其中第一和第四基片還設(shè)有所述太陽(yáng)能發(fā)電組件輸出的正、負(fù)連接線接頭；
所述第一 ~三基片上分別設(shè)有第一 ~三凹槽；所述第一 ~三凹槽內(nèi)分別設(shè)有第一 ~三二極管芯片；
所述第一二極管芯片的P面通過(guò)第一連接片連接第二基片；
所述第二二極管芯片的P面通過(guò)第二連接片連接第三基片；
所述第三二極管芯片的P面通過(guò)第三連接片連接第四基片。
[0014]所述第一 ~三凹槽內(nèi)設(shè)有用于遮蔽芯片的保護(hù)膠。
[0015]所述盒體為一次性注塑成型；所述盒體的底面設(shè)有隔熱槽。
[0016]所述盒體底面隔熱槽的側(cè)壁設(shè)有透氣孔。
[0017]所述盒體的下部設(shè)有一長(zhǎng)條形窗口，使得所述第一~四基片上的各匯流帶暴露； 所述盒體的上部?jī)蓚?cè)分別設(shè)有正極連接線接頭窗口和負(fù)極連接線接頭窗口。
[0018]所述凹槽為圓形或橢圓形或正方形或矩形。
[0019]所述凹槽外部還設(shè)有至少一圈環(huán)形凹槽，形成波紋槽。
[0020]在每個(gè)所述凹槽內(nèi)還設(shè)有一個(gè)及以上與凹槽內(nèi)芯片并聯(lián)的電流擴(kuò)展芯片。
[0021]制作本發(fā)明接線盒的加工工藝，按以下步驟進(jìn)行:
I)、框架沖裁加工；首先，在第一基片、第二基片和第三基片的位置上通過(guò)拉伸工藝設(shè)置三個(gè)波紋凹坑；
然后進(jìn)行沖裁，沖裁后的框架上具有第一 ~第四基片，以及將第一 ~第四基片仍連為一體的工藝過(guò)渡條一~六；
2)焊接芯片、連接片；先在各波紋凹坑內(nèi)置入焊片、芯片，再加設(shè)連接片，使得芯片與處于后部的基片相連接，定位，焊接；
3)、注膠；在各芯片上部及波紋凹坑注入保護(hù)膠(硅凝膠或硅橡膠、柔性絕緣樹脂)，固化；制得框架總成；
4)、注塑成型；將框架總成放入接線盒成型模中進(jìn)行注塑；
制得整體接線盒；所述整體接線盒上保留工藝加工窗口，底部發(fā)熱體與太陽(yáng)能電池板形成隔熱空間，以及底部、側(cè)面設(shè)散熱透氣槽；
5)、用沖切模在接線盒工藝加工窗口中切除工藝過(guò)渡條一~六；
6)、測(cè)量接線盒內(nèi)部二極管性能；
7)、連接輸出線；(鉚接、焊接)
8)、接線窗口密封。
[0022]所述保護(hù)膠為硅凝膠和/或硅橡膠，或者是固化后具有柔性的絕緣樹脂材料。
[0023]本發(fā)明將半導(dǎo)體二極管芯片直接焊接在帶波浪紋形狀的銅質(zhì)底板上，對(duì)芯片進(jìn)行應(yīng)力緩沖保護(hù)后，采用一次注塑成型，直接完成太陽(yáng)能組件用接線盒的主體制造。解決了現(xiàn)有技術(shù)中太陽(yáng)能發(fā)電組件用接線盒存在的器件應(yīng)力失效問(wèn)題、接線盒密封問(wèn)題、熱傳導(dǎo)問(wèn)題和接線盒內(nèi)部空間氣體膨脹問(wèn)題。簡(jiǎn)化了太陽(yáng)能組件客戶的使用方法，省略了灌膠工藝。大幅度降低現(xiàn)有接線盒的制造、應(yīng)用成本和生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度。有利于實(shí)現(xiàn)接線盒的小型化和自動(dòng)化生廣。本發(fā)明將接線盒制造，將~■極管制造和接線盒制造。設(shè)計(jì)為一步完成，減少了多處焊接連接點(diǎn)，簡(jiǎn)化了熱傳導(dǎo)路徑及減小了熱阻。本發(fā)明改變傳統(tǒng)太陽(yáng)能發(fā)電組件用接線盒的結(jié)構(gòu)模式，將芯片直接裝設(shè)在基片上，再整體注塑成型，減少了生產(chǎn)工序，大大節(jié)約了生產(chǎn)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖2是圖1中B-B剖視圖，
圖3是圖1的俯視圖，
圖4是圖1中A-A剖視圖，
圖5是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖，
圖6是本發(fā)明中凹槽結(jié)構(gòu)的實(shí)施二，
圖7是本發(fā)明中凹槽結(jié)構(gòu)的實(shí)施三，
圖8是本發(fā)明中凹槽結(jié)構(gòu)的實(shí)施四，
圖9是本發(fā)明中凹槽結(jié)構(gòu)的實(shí)施五，
圖10是本發(fā)明基片框架的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖11是圖10中C-C剖視圖，
圖12是圖11中M處局部放大圖，
圖13是本發(fā)明封裝后的結(jié)構(gòu)示意圖， 圖14是本發(fā)明封裝后切斷連接橋的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖15是本發(fā)明的線路原理圖。
[0025]圖中
10是基片框架，100是突起結(jié)