光伏電池陣列和面板的快速自互連方法與流程

2024-03-25 08:51:05

相關專利申請的交叉引用

本專利申請要求於2015年4月21日提交的，美國申請號為14691842，名稱為「methodforquickselfinterconnectionofphotovoltaiccellarraysandpanels(光伏電池陣列和面板的快速自互連方法)」，和於2014年4月23日提交的美國臨時專利申請號為61983098，名稱為「methodforquickselfinterconnectionofphotovoltaiccellarraysandpanels(光伏電池陣列和面板的快速自互連方法)」的專利的權益和優先權，其公開的內容通過引用併入本文，並且於2014年9月17日提交的美國臨時專利申請號為62051744，名稱為「methodofinterconnectionofprintedcircuitboardsusingultralowprofilepcbembeddableelectricalconnectorassembliesforpowerandsignaltransmission(使用用於功率和信號傳輸的超低輪廓pcb嵌入式電連接器組件互連印製電路板的方法)」的專利的公開內容也通過引用的方式併入本文。

本發明涉及太陽能光伏電池、陣列、裝置和電互連領域，用於實現高重新配置性、靈活性和定製化，以在必要時適應各種變化的要求。

背景技術：

在市場上當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電金屬(像錫、銅或其它金屬合金)製成的互聯線(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電池採用串聯或並聯配置連接，以形成陣列，然後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，這取決於背襯材料和製造過程。來自封裝的太陽能pv電池串的正和負端接引線被布線至附接到面板的接線盒。外部接線用於手動將兩個或多個這樣的面板串聯或並聯地串到一起，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於充電。這些都是人們通常在屋頂和商用太陽能pv場看見的面板類型。本領域的當前狀態是靜態的，並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。這類面板一般被註冊電氣技術人員用電線手動地連接至彼此或連接至電氣設備。如果應用需要非標準外形因數，或具有非標準功率要求，那麼用戶必須將pv電池一起焊接在並聯連接串中，並用合適的封裝保護太陽能電池免受大氣降解。希望對這些靜態的設計以及需要熟練工的系統安裝提出一些替代和進行改進。

技術實現要素：

在多種說明性實施方案中，本發明提供一種光伏(pv)電池組件，該光伏電池組件被模塊化，容易連接，並且因此非常靈活。一個目的是用動態、靈活和可逆彈性使能互連來消除勞動密集、靜態和不可逆焊接互連，以適應多種不同的光伏環境。對於一些實施方案，另一個目的是能夠監視在溫度、功率輸出、開路電壓和其它典型的太陽能電池特性變化時的單獨光伏模塊的健康。

在說明性實施方案中，提出了用於互連一個或多個太陽能電池的光伏器具的設備和方法。在一個實施例中，太陽能pv電池連接到便於太陽能pv電池的快速簡單互連的金屬後端互連結構體和集成終端連接器，以實現所需的電壓、電流和功率，而不需要將太陽能pv電池焊接在一起。本發明提供了一種簡單的方法來以串聯或並聯連接方式迅速互連太陽能pv電池，以形成定製的pv面板或用於其它定製應用。

第一個非限制性實施例採用模塊化太陽能電池組件的形式，該模塊化太陽能電池組件包含：太陽能電池結構體，其用於接收太陽能並且將太陽能轉換成電力；絕緣層；互連層；背襯層；以及多個連接器，每個連接器均具有極性，包括正極性的第一連接器和負極性的第二連接器，第一連接器和第二連接器通過互連層連接到太陽能電池結構體，使得當太陽能電池結構體被太陽能照射時，第一連接器相對於第二連接器從太陽能電池結構體接收正電壓；其中，該多個連接器被配置為能夠與相似設計的一個或多個相鄰模塊化太陽能電池組件上的連接器重複地連接/斷開，而無需與之焊接。

第二個非限制性實施例採用如第一個非限制性實施例中的模塊化太陽能電池組件的形式，其中多個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，並且多個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計的相鄰模塊化太陽能電池組件的一個或多個公連接器。第三個非限制性的實施例採用如第一個非限制性實施例中的模塊化太陽能電池組件的形式，其中多個連接器是母連接器，母連接器被配置成接納公耦接器並與該公耦接器機械及電耦接，以便於連接到相似設計的相鄰模塊化太陽能電池組件。

第四個非限制性實施例採用模塊化太陽能電池系統的形式，該模塊化太陽能電池系統包含多個公耦接器和至少兩個如第三個非限制性實施例中的模塊化太陽能電池組件，公耦接器用於將至少兩個模塊化太陽能電池組件連接在一起，其中至少兩個模塊化太陽能電池組件中的多個連接器被配置和放置成便於以下中的每一個：至少兩個模塊化太陽能電池組件之間的並聯連接；和至少兩個模塊化太陽能電池組件之間的串聯連接。第五個非限制性實施例採用模塊化太陽能電池系統的形式。該模塊化太陽能電池系統至少包含多個耦接器和至少第一、第二、第三和第四模塊化太陽能電池組件，該模塊化太陽能電池組件如第三個非限制性實施例中的模塊化太陽能電池組件，耦接器用於將至少第一、第二、第三和第四模塊化太陽能組件如下地耦接在一起：第一和第二模塊化太陽能電池組件被並聯地相互耦接在第一級中；第三和第四模塊化太陽能電池組件被並聯地相互耦接在第二級中；以及第一級和第二級被串聯連接到一起。

第六個非限制性實施例採用如第二個或第三個非限制性實施例中任一個中的模塊化太陽能電池組件的形式，其中母連接器由柔性且彈性的金屬構造而成，以便於重複地連接在公耦接器的爪部、隆起部或凹部上。第七個非限制性實施例採用如前述非限制性實施例任一個中的模塊化太陽能電池組件的形式，其中太陽能電池結構體是光伏太陽能電池。第八個非限制性實施例採用如任何前述非限制性實施例中的模塊化太陽能電池組件的形式，其具有多邊形形狀的外周，外周的至少兩個側面各具有至少一個正極性連接器和至少一個負極性連接器。第九個非限制性實施例採用如第一個至第七個非限制性實施例中任一個中的模塊化太陽能電池組件的形式，其具有多邊形形狀的外周，外周的至少三個側面上各具有至少一個正極性連接器和至少一個負極性連接器。第十個非限制性實施例採用如第八個或第九個非限制性實施例中任一個中的模塊化太陽能電池組件的形式，其中每個側面具有至少三個連接器。第十一個非限制性實施例採用如第八個至第十個非限制性實施例中的任一個中的模塊化太陽能電池組件的形式，其中多邊形是方形或矩形的。

第十二個非限制性實施例採用如任何前述非限制性實施例中的模塊化太陽能電池組件的形式，其還包含安置成連接到互連層的至少一個電路元件，電路元件包括led顯示器、二極體、電阻器和開關中的一個。第十三個非限制性實施例採用如任何前述任何非限制性實施例中的模塊化太陽能電池組件的形式，其還包含封裝層，封裝層至少覆蓋太陽能電池結構體並且為連接器的至少一部分防風雨。

第十四個非限制性實施例採用模塊化太陽能電池組件的形式，其包含：太陽能電池結構體，其用於接收太陽能並且將太陽能轉換成電能；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於互連層實現模塊化太陽能電池組件與一個或多個其它模塊化太陽能電池組件的串聯耦接；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於互連層實現模塊化太陽能電池組件與一個或多個其它模塊化太陽能電池組件的並聯耦接。第十五個非限制性實施例採用如第十四個非限制性實施例中的模塊化太陽能電池組件的形式，其具有周邊和形狀，第一和第二連接器位於周邊上的彼此相對的側面上，其中，第三和第四連接器位於周邊的與第一連接器相同的側面上，使第一連接器位於第三和第四連接器之間。第十六個非限制性實施例採用如第十五個非限制性實施例的形式，其中形狀是四邊形並且周邊包括在其至少三個側面上的三個連接器。

第十七個非限制性實施例採用構造太陽能電池陣列的方法的形式，其中方法包含將至少兩個如任何前述非限制性實施例中的模塊化太陽能電池組件連接在一起。第十八個實施例採用如第十七個非限制性實施例中的方法的形式，其中，至少兩個模塊化太陽能電池組件中的至少兩個彼此串聯連接。第十九個非限制性實施例採用如第十七個非限制性實施例中的方法的形式，其中至少兩個模塊化太陽能電池組件中的至少兩個彼此並聯連接。第二十個非限制性實施例採用如第十七至十九個非限制性實施例中任何一個中的方法的形式，其中連接步驟在不施加粘合劑或焊接的情況下進行。

本概述旨在提供對本專利申請的主題的概述。它並不旨在提供本發明的排他性或窮盡性解釋。詳細描述被包括以提供關於本專利申請的更多信息。

附圖說明

圖1a-圖1b示出具有不同的形狀和外形因素的數個光伏器具；

圖2是說明性的光伏器具的分解圖，示出其各個層；

圖3示出器具電連接器是扁平彈性金屬連接器的實施方案之一；

圖4a-4b示出用於說明性實施方案的扁平彈性金屬連接器和耦接機構；

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示出具有防風雨罩的扁平彈性金屬連接器；

圖7示出連接到電線的可充當終端插頭的扁平彈性金屬連接器的實施例；

圖8示出金屬互連層與太陽能光伏電池的連接；

圖9a-圖9d示出具有公/母和只有母互連的說明性模塊化系統；

圖10a-圖1oc示出實現兩個光伏器具的並聯連接的金屬互連層配置；

圖11a-圖11d示出具有可用串聯和並聯連接配置的說明性模塊化系統；

圖12示出圖13所示的模塊化設備的分解圖，突出其中的導電層；

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

圖13c示出互連的圖13a-圖13b的六個模塊化設備，以說明電和空間靈活性；

圖14示出串聯連接的圖13a-圖13b的實施方案的兩個模塊化設備的互連；

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備的模塊化光伏器具的實施方案之一；

附圖不一定按比例繪製，附圖中相似的標號可以描述不同視圖中的類似的組件。具有不同字母後綴的標號可以表示類似部件的不同實例。附圖一般通過實施例的方式而不是通過限制的方式說明本文件中討論的各種實施方案。

具體實施方式

在當今市場容易得到的多數太陽能電池可以使用雷射切割機和金剛石鋸切割成任何形狀和尺寸。本發明中的模塊化光伏(pv)器具的構思包括使用後端金屬化連接和封裝pv電池，以便促成高度靈活的現場使用。本發明的pv器具的模塊化在於許多較小的pv器具能夠容易地裝配在一起，以製成多種多樣的裝置，從大面積到小面積，用於高電壓或低電壓，使用並聯或串聯互連。此外，裝置的形狀不受限制，因為不要求單一的規則形狀是所得的裝置。最後，在本發明中，數個pv器具構成的裝置組裝時可以不需要高超技巧並且無焊接，而在現場以模塊化方式裝配。一些實施方案在使用並聯和串聯配置(以及它們的組合)方面是高度可配置的，而其它實施方案的設計可以更簡單，而仍便於將多個模塊化器具連接在一起。

圖1a-圖1b示出數個外形因數。根據端應用的需要和空間約束，pv器具可以採用任意形狀形成，像圖1a所示的矩形110、正方形112、和六邊形114，或採用如圖1b在116所示的三角形的形狀。單個pv器具可含有串聯或並聯連接的多於一個的太陽能電池以實現pv器具的具體單元配置，如在118所示。單元配置意思是針對pv器具的任何特定的並且可重複的具體一組電壓、電流和功率值。

在一個實施方案中，每個pv器具包含連接到後端金屬互連件的一個或多個太陽能電池120，後端互連件終止於多個器具連接器122。可包括數量比示出的那些連接器更多或更少的連接器122。下面詳細描述後端金屬互連層和連接器。

光伏器具的一個說明性實施例是矩形或正方形(或如圖1a-圖1b所示的其它形狀)，對於單晶矽太陽能電池，根據太陽能電池的尺寸，在最大功率時具有0.55伏和1.4-8.4安培的電流的單元電配置。太陽能電池的電流產生能力與暴露在光下的太陽能電池的表面面積成正比。上述電配置基於強度1000w/m2、光譜am1.5global和溫度25℃的光照條件。可以使用其它尺寸，並且可基於每個pv器具中的太陽能電池的尺寸和化學組成結合不同電特性。電池的特定化學組成可以不限定於單晶矽，而可以包括任何合適的單晶、多晶和薄膜太陽能電池並且可適於其它太陽能電池技術(在它們可用時)。串聯耦接這類單元可允許更高的電壓，同時將這類單元或這類單元的串放置成並聯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層組成的模塊化太陽能電池組件。頂層是大體上透明層(至少對於相關光波長)210，它可以是允許光有效傳輸的封裝材料，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。下一層是將陽光轉換為電的太陽能電池212。層212可包括串聯或並聯的複數個太陽能電池。太陽能電池通常用塗覆有錫或銀的互聯線電連接到金屬互連層216，並且整個組件支撐在適當的背板218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製成。

金屬互連層216包含按照具體配置布線的並且終止於器具連接器122的電線。電線在金屬互連層的布線可以通過粘附或保持在絕緣基板的頂面上的、塗覆有錫/銀的互聯線完成。在一些實例中，金屬互連層可以包括印刷電路板或柔性電路上的銅(或其它導電材料)跡線。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描述。雖然描述了金屬互連，但是任何合適的導電材料(例如導電聚合物)可以用來促進電流流出光伏電池。將太陽能電池與後端金屬互連層隔開的絕緣層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製成。後端金屬互連結構體還可以增加對易碎的太陽能電池的支持。

太陽能電池層212和互連層216之間的連接可以通過將太陽能電池的正極接觸件和負極接觸件連接至互連件的適當位置來實現。這可通過直接穿過層214的饋通設計或通過包括圍繞絕緣層214的周邊布線來實現。在數個實施方案中，互連層終止於具體的電連接器，該電連接器被設計成使具有多個電壓和電流配置的單獨光伏器具能夠通過公和母電接觸件的簡單插接來實現合適的連接。在此電連接器中使用的金屬可以具有合理的彈力和彈性，以適應接觸件的重複耦接和解耦。

連接器可以是目前在市場上可得到的通用公對母連接器。在一些實施例中，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計，如用於與波紋部或凹部一起使用的彈簧懸臂夾，如下面數個實施方案提出的。這類互連的一些補充討論出現在美國臨時專利申請62051744中。在數個實施方案中，理想的是連接器採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，以使模塊化太陽能電池組件防風雨，從而給出如圖1a-圖1b所示的最終產品。整個組件也可包封在塑料主體或堅固的外殼內並用環氧樹脂密封，以形成剛性結構體。這裡示出的pv器具可適應單晶、多晶和薄膜太陽能電池並且可以適於其它太陽能電池技術(在它們可用時)。在數個實施例中，給定的pv器具的至少兩個，或至少三個，或所有側面包括一個或多個連接器。例如，一些設計將具有四個側面，其中三個側面將包括連接器。在一些其它實施例中，如下所示，所有側面，例如具有四邊的四邊形的所有四個側面將具有在其上的多個連接器。

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)，或者任何其它導電且彈性材料製成。諸如磷銅和鈹銅的銅合金的彈性可有助於實現耐用設計，其允許用於建立電連接的公接觸件和母接觸件的多次插入。電器可採用市場中的眾多電連接系統，像電路板和pcb上所見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的磁性連接器。然而，在此強調的一些實施方案包括設計為近似於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於使它們在形成多種電連接方面通用性更強，這將在下面看到。這種電連接系統還有助於使製造容易。用於扁平夾式連接器的具體實施方案在下面描述。

如圖3所示，母接觸件310能夠通過將一張材料摺疊成夾子類形成物並且使其退火而形成，其中材料的摺疊是通過錘打或彎曲實現的。公接觸件312可以是由類似材料製成的直板金屬條，其具有朝向端部的凹部、爪部、隆起部或突出部314，以憑藉與母連接器的大面積接觸區318形成穩固的電連接316。凹部314與母接觸件310的形狀配合以實現牢固連接。在一些實施例中，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反饋。

在圖4a示出的另一實施方案中，兩端都有凹部或突出部的公耦接連接器或耦接器410可用於連接兩個母連接器412，如圖4b所示。這個實施例可再採用被配置成適於安裝在本文示出的pv器具的厚度內的扁平夾式器具連接器的形式。在一個說明性實施例中，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，並且耦接器是被用來將單獨的pv器具上的兩個連接器電並且機械地耦接到一起的設備。器具連接器是用於從pv器具或多個pv器具的組件提取電能的部件。

因此參照圖5，可得到兩個配置。首先，在510，設備具有公連接器側面514和母連接器側面516。其次，在512，然而，公連接器側面514可被母連接器側面518代替，使得僅提供母連接器。在512的這種方法可以更容易製造和包裝，因為不存在突出部分。用戶可拆包和處理模塊化pv器具512，而無需擔心脆弱的公連接器514將被損壞。一般而言，在510的實施方案可以被提供，但預計在512的實施方案將更常用。

在圖6a中示出的扁平夾式器具連接器的另一實施方案中，母或公連接器可以裝入剛性殼體或柔性護套610中，以使公母接觸件之間的連接防水和防風雨，因為在一些室外應用中可能會需要防水和防風雨。殼體或護套610可以用如封裝材料的類似材料形成—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雨材料，因為材料沒有必要是透明的。在公/母連接器中的每個上的護套可以被配置為在如圖6b在612示出的電連接形成時配合。該護套或封裝材料可以用在每個pv器具的連接器上，並且可以用在用於從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pv器具之間的耦接器上。

在圖7中示出的器具連接器的實施方案中，示出的母連接器710和公連接器712可以被連接到電線714(例如通過焊接、釺焊或壓接)，以形成端終插頭。這可以用來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載。例如，公器具連接器712可用於全母設計的任何連接器512(圖5)，而在其它實施例中，公和母器具連接器710，712可以用於具有公和母連接器510(圖5)的設計。

金屬互連層的作用是提供電通路，電通路用於將pv器具連接到一個或多個其它的pv器具以實現串聯和並聯連接中的一個或兩個，和將pv器具連接到器具連接器，以從用兩個或多個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進行裝配，或者可以使用印刷電路板和/或柔性電路技術形成。再次參照圖5，在金屬互連層的一個相當簡單的實施方案中，pv器具512的連接器518和520將被電連接到太陽能電池，一個作為陽極，另一個作為陰極。圖8示出太陽能電池810中的前側面上的接觸件，接觸件的極性通常是負的(陽極，電流流入)，並且太陽能電池的後側面具有互聯接觸件，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計-例如通孔來完成，或者可以包括圍繞太陽能電池810的周邊布線。圖8中示出的連接意味著左側面母連接器和右側面母金屬連接器被分別連接到太陽能電池的負極和正極端子。這些極性可以通過互換連接而輕易反轉。電連接可以通過使用熱來熔化基於錫、鉛或銀的焊料完成或在導電膠的幫助下完成。金屬互連層和太陽能電池可使用可以層壓在太陽能電池層810的背面或在互連層814的頂面上的絕緣層816隔開，絕緣層816為例如絕緣帶、絕緣紙、或薄的聚合物層。

圖9a-圖9b示出了串聯耦接的兩個pv器具。用於串聯成形的連接可以通過將圖9a中示出的公耦接器912插入兩個相鄰的極性相反的母連接器910來完成，即，一個pv器具的正極端子被連接到相鄰pv器具的負極端子。然後任何數量的pv器具可以串聯連接以形成陣列，並且實現希望的配置。器具連接器914可用來將該陣列連接到需要電功率的外部應用。如圖9b所示，兩個pv器具通過公耦接器912串聯連接，並且器具連接器914、916用於從完成的組件提取電功率。

圖9c示出了一實施例，其中兩個pv器具920的每個具有至少一個公連接器922和一個母連接器924，以及用於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。

另一組實施方案包括pv器具，其具有金屬互連層，該金屬互連層實現兩個或多個pv器具的並聯連接，以增加可用電流，同時保持電壓恆定。這種變體示出於圖10a中，其示出分解圖，突出互連層1012的特定設計，互連層1012與太陽能電池層1010通過絕緣層1020再次隔開。跡線或線1018連接到pv器具互連層1012的每個邊緣上的正極端子1022和負極端子1024。基於太陽能電池的連接，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，而底部左側和右側的連接器是負極性的，因而是負極端子1024。再次此具體極性可以很容易地通過反轉將金屬互連件連接到太陽能電池的線互換。

圖10b示出了器具1014，其具有正極端子1022和負極端子1024。兩個pv器具1014之間的互連是由連接相同極性的兩個母連接器的公耦接器1016實現，從而使每個pv器具採用圖10c中示出的完成連接方式並聯。該配置將由每個pv器具產生的電流合在一起，並保持電壓恆定。例如，如圖10c所示，三個pv器具1014通過耦接器1016被連接到一起，從而使得通過器具連接器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pv器具1014的電壓，i是單個pv器具1014的電流。

圖11a通過實現並聯和串聯連接建立在圖10a-圖10c的設計之上。如圖11a的互連層1114上示出的，第一邊緣1120上有兩個正極端子和一個負極端子，第二邊緣1122上有兩個負極端子和一個正極端子。此極性配置可以通過互換連接到太陽能電池的線改變。如之前絕緣層1112將互連層1122與太陽能電池層1110隔開。在這個實施例中，將pv器具的中心的正極連接器連接到負極連接器使pv器具串聯連接，而連接頂部和底部母連接器1118將使pv器具並聯連接。圖11b是pv器具的立體圖，其中每側面上各有三個母連接器。

如果v是一個pv器具1120的電壓輸出，並且i是電流流率，那麼圖11a-圖11b的設計可以容易適於並聯和串聯使用而不改變整個組件的佔用空間。圖11c示出了並聯配置，並且圖11d示出串聯配置，每種配置都使用公耦接器1120和器具連接器1122、1124的適當連接得到。在圖11c中，器具連接器1122和1124將從並聯連接的pv器具1130、1132、1134獲得1v的輸出電壓和3i的電流容量。使用相同的佔用空間，如圖11d所示，耦接器1120被用來使三個pv器具1130、1132、1134以串聯配置連接在一起，以獲得3v的輸出電壓和1i電流。

圖12說明兩層互連結構體可如何得以用於圖13a-圖13d中示出的更多實施例中。太陽能電池層1210覆在兩層印刷電路板上(為簡單起見省略絕緣層)，其中一個層1212是「正連接」層並在矩形的pv器具的所有四個邊緣上都具有端子，其中兩個側面上各具有兩個正極端子，並且剩餘的兩個側面上各具有單個正極端子。另一層1214是「負連接」層，再次，在所有四個側面上都具有端子，其中兩個側面上各具兩個負極端子，剩餘兩個側面上各具兩個正極端子。應注意的是，為方便用戶，端子可以彩色編碼為正極和負極端子。例如，使用通用的方法，負極端子可以是黑色的，而正極端子可以是紅色。可替代地，標記可設置在pv器具的面或邊緣上。在另一實施例中，每個pv器具可以用獨有的數字或代碼進行標記，以便於較大裝置的布局和故障診斷。

代替圖12的分層設計，如圖13a所示，也可以使用接線板設計來將連接器放置在pv器具的每個側面上。與圖12一樣，連接器可以被放置在pv器具的每個側面上，包括例如左側面和右側面上的正極連接器1312，以及頂面上的連接器1310和底面上的連接器1314。還示出了一組相應的負極連接器。到太陽能電池的電連接與圖12相似，但在接線板上進行。圖13b示出了完成的結構體，pv器具1318的幾個側面上有正極端子1322和負極端子1324。

圖13c示出了使用四邊接觸件來實現從第一器具連接器1322到第二器具連接器1324的串聯/並聯配置，其中一共有六個pv器具被連接。首先，使用每個長邊上的最中心的連接器與公耦接器1320耦接一起來串聯連接三個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並聯連接。同樣地，pv器具1328與pv器具1334並聯連接，並且pv器具1330與pv器具1336並聯連接。如果v和i代表單個pv器具的電壓和電流，那麼這個完成的模塊化組件的輸出將提供3v的電壓和2i的電流。這一結果可以通過注意到有三個串聯的級而被理解：第一級為並聯連接的pv器具1326、1332，電壓為v且電流為2i；第二級為並聯連接的pv器具1328、1334，電壓為v且電流為21；第三級為並聯連接的pv器具1330、1336，電壓為v且電流為2i；因此，每一級貢獻v，並具有2i的電流容量。本領域技術人員將認識到，串聯輸出電壓隨後將是3v，串聯電流是2i。本領域技術人員也將認識到，隨著更大量的單個器具被連接，固有阻抗對於確定實際性能可能變得重要，並且在本解釋中使用的一般簡單求和僅僅是一階估計。

如果需要的話，pv器具可以包括凹槽、孔、槽等，用於為總體裝置提供結構完整性，以便於例如提供圍繞裝置的外框。如果設置有孔或槽，則可使用螺釘或鍵把單獨的器具固定在一起，以提供比僅使用電連接器和耦接器可提供的更多的結構完整性。提供帶子、邊框、角和/或邊連接器，以固定裝置的外周或將裝置中的各個器具的內角保持在一起。

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簡單。這裡，兩個pv器具1410、1412使用公連接器1420並聯連接。輸出端子1424、1426彼此相鄰，從而可能使接線更容易。使用pv器具1410、1412中的任一個的連接器槽可實現更多的並聯連接。

如本領域技術人員將理解地，可以使用任何形狀的pv器具，包括規則和不規則的多邊形，如三角形、正方形、五邊形等。連接機構可根據需要放置在一個或多個側面上，包括所有的側面。此外，憑藉示出的模塊化設計，可更容易地管理較大的pv裝置的運輸和處理成本，因為，例如，3米乘3米的裝置可以使用許多30釐米乘30釐米的模塊化正方形件(或更大的件或更小的件)完成，這樣，不運輸3米乘3米的箱體(加上用於連接器和保護填充物/緩衝物的空間)，而可以使用更加緊湊和更堅固的容器。

如圖15中的光伏器具的各種實施方案中所示，可存在對光伏器具的主體的修改，其中主體或外殼的面積可大於太陽能電池1510，並且接觸件可如1512所示地隨意放置。連接器的數量也可以更大，其中除了向負載供給電功率外，一些連接器可例如通過串行或i2c接口提供有關光伏器具的數據，如內部溫度，以及瓦數。在一些實施例中，耦接器可以被鉸接或預製成具有角度，以允許製成3維結構體。

光伏器具的主體可具有不同於箱型輪廓的其它外形因素。例如器具的底部可具有凹槽1514，凹槽可以是實心或空心的，或可以包含磁鐵，磁鐵用來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體電晶體和二極體的有源設備或像電容器、電感器或電阻器的無源設備，甚至可以包括電池，以控制通過電連接器傳送的電功率。圖16中示出的一個簡單配置具有連接在太陽能電池和金屬互連件之間的二極體1610，以防止電力由於錯誤連接光伏器具而逆流到太陽能電池或防止大量電能從連接到光伏器具的負載倒流。簡單的led可以被包括以幫助識別多個器具的正確連接。為了便於在工作場所裝配，pv器具可以包括斷路開關等來在裝配期間隔離或使電輸出接地。這樣的開關通過方便切斷髮生故障的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、無線設備、能夠將光伏器具的狀態顯示給器具的用戶的led或lcd顯示器1612的電路。

每個這些非限制性實施例可獨立存在，或者可以採用多種排列或組合與一個或多個其它實施例組合。上面的詳細描述包括對所附附圖的參照，附圖構成詳細描述的一部分。附圖以說明的方式示出實施本發明的具體實施方案。這些實施方案在本文中還被稱為「實施例」。這類實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，本發明人還考慮僅提供示出或描述的那些元件的實施例。此外，本發明人還考慮使用關於特定實施例(或其一個或多個方面)，或關於文中示出的或描述的其它實施例(或其一個或多個方面)的所示出或描述的那些元件的任意組合或排列。在本文件和通過引用併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控制。

本文件中術語「一(a)」或「一(an)」(如在專利文件中常見的)用於包括一個或一個以上，獨立於任何其它情況或「至少一個」或「一個或多個」的使用。此外，在下面的權利要求中，術語「第一」、「第二」和「第三」等僅僅是用作標記，並不旨在對它們的對象施加數字要求。上面的描述旨在是說明性的，而不是限制性的。例如，上述實施例(或其一個或多個方面)可以彼此組合使用。在仔細研究上面的描述後，諸如本領域技術人員的人員可使用其它實施方案。

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公開的本質。應理解，它不用來解釋或限制權利要求的範圍或含義。

另外，在上述的詳細描述中，各種特徵可以被集合在一起以精簡本公開。這不應該被解釋為意圖使一個未要求保護的公開特徵對任何權利要求是必要的。相反，本發明的主題可以在於少於特定公開的實施方案的所有特徵。因此，下面的權利要求作為實施例或實施方案被結合到詳細描述中，每個權利要求獨立地作為單獨的實施方案，並且可以設想到這樣的實施方案可以採用多種組合或排列彼此組合。本發明的範圍應參考這類權利要求以及所附權利要求享有的等效物的全部範圍來確定。