專利名稱：太陽能聚光發電模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能發電裝置，尤其涉及一種太陽能聚光發電模塊。 背暈技術太陽能發電廣泛應用于家庭和工農業生產，是一種真正的綠色能源。現在 一般用光電池板作為將光能轉化成電能的器件，例如目前用的較多的硅材料制 成的硅光電池板，也有用其他材料和新技術開發的新型光電池板等。但是由于 需求量很大，其價格高居不下，妨礙了太陽能發電的普及推廣。影響太陽能發電推廣的因素是多方面的。對于家用系統而言，其衡量指標 為投入發電系統的資金與獲得的電能之比。例如每千瓦時電能的價格，如果其 價格高于一般發電廠的供電價格，就難以推廣。現在的光電轉換器件的轉化效 率在10—30%左右，且價格較高；另外， 一般的太陽能聚光透鏡難以做得很大， 做大了成本就很高。以上因素，限制了太陽能發電裝置的推廣和應用。一般的硅光電池受光能力是l-2倍的標準太陽光強(1000w/m2)，也有個 別的普通硅光電池由于負極柵線相對較密，其受光能力可超過2倍，但到3倍 時其效率開始急劇下降。也有專門制作的聚光硅光電池，可以在20倍左右的光強下工作，其特征 在于設法減小電池內在的串聯電阻，如將上表面柵電極做得密一些，線寬盡可 能小一些，以減小由于表面電阻引起的串聯電阻，但由于與現有的普通硅光電 池生產工藝有較大差別，如其上表面柵電極要求用真空蒸鍍工藝和光刻工藝， 才能滿足要求，成本很高，難以推廣。目前的硅光電池模塊如圖1、圖2所示， 一般由硅光電池板ll、鋼化玻璃 12和密封塑料板13組成，多塊方形的硅光電池板ll緊密排列成一個方形，并 被封裝在一塊透明鋼化玻璃12和一塊密封塑料板13之間。這種硅光電池模塊 的缺點是硅光電池用量較多，因而成本很高
發明內容
本發明的目的，在于解決現有技術存在的上述問題，提供一種成本低、效 率高的太陽能聚光發電模塊。本發明的目的是這樣實現的 一種太陽能聚光發電模塊，包括由至少兩塊 菲涅爾透鏡組成的菲涅爾透鏡陣列、由至少兩塊小硅光電池板組成的小硅光電 池板陣列和一個太陽光自動跟蹤器，所述的菲涅爾透鏡陣列、小硅光電池板陣 列和太陽光自動跟蹤器上下設置并順序固定相連，菲涅爾透鏡陣列中的菲涅爾 透鏡數和小硅光電池板陣列中的小硅光電池板數相同并且一一對應設置，太陽 光自動跟蹤器能自動跟蹤太陽以使太陽光始終垂直入射菲涅爾透鏡陣列，菲涅 爾透鏡陣列和小硅光電池板陣列跟隨太陽光自動跟蹤器的轉動而轉動。所述的菲涅爾透鏡陣列和小硅光電池板陣列包括2x4陣列或3x6陣列。 所述的各菲涅爾透鏡的四周形狀為方形，組成菲涅爾透鏡陣列的各菲涅爾 透鏡緊密地排列在一起，各菲涅爾透鏡的面積大于各小硅光電池板面積的4倍。 所述的組成菲涅爾透鏡陣列的各菲涅爾透鏡之間使用金屬框架連接固定。 所述的組成菲涅爾透鏡陣列的各菲涅爾透鏡都粘結固定在一塊強度較高 的鋼化玻璃上。所述的組成小硅光電池板陣列的各小硅光電池板是由普通單晶硅或者多 晶硅硅光電池板裁切成的面積不大于30平方厘米的小塊，如由常用的 125mmxl25mm的硅光電池塊切成31mmx31mm的方形小塊。所述的組成小硅光電池板陣列的所有小硅光電池板在連接成陣列時先串 聯后并聯，在各串聯組與并聯母線之間可加入正向連接的二極管。所述的組成小硅光電池板陣列的所有小硅光電池板都封裝在一塊鋼化玻 璃和一塊塑料板之間，各小硅光電池板分別位于各菲涅爾透鏡的聚光光斑上。所述的組成小硅光電池板陣列的所有小硅光電池板都封裝在一塊鋼化玻 璃和一塊散熱金屬板之間，散熱金屬板與小硅光電池板陣列之間用絕緣層隔 離，各小硅光電池板分別位于各菲涅爾透鏡的聚光光斑上。所述的組成小硅光電池板陣列的各小硅光電池板的下表面分別直接或間 接連接有一塊小的散熱金屬板。 本發明通過一個菲涅爾透鏡陣列，將太陽光能匯聚地照在由多塊小硅光電 池板組成的小硅光電池板陣列上，大大減少了光電轉換器件的面積，充分利用 了光電池板的發電能力，從而降低了系統的成本。圖3所示為硅光電池S的等效電路，其電池方程式如下-=CXp1 卩 一1 1式中各符號的定義如下A —任意曲線擬合常數，其值在1一5之間； RS—電池的串聯電阻； RSH—電池的并聯電阻； I—電池的輸出電流；lL一光生電流； Io—二極管飽和電流；e—電子電荷；V—電池的端電壓； K一玻耳茲曼常數；T一絕對溫度。根據硅光電池的等效電路，通常在一個標準太陽光強下并聯電阻RsH的值很大，而串聯電阻Rs值隨光強變化很小。因此上述方程式中的V/RsH—項可以忽略。但是在聚光條件下，并聯電阻RsH值會由于P-N結中光生少數載流子數量 的猛增而急劇下降，從而使電池的輸出電流減少。這一推斷可由以下5個實驗證實實驗一普通125mmX125mm的硅光電池在一個太陽光下，其輸出電壓為 0.55V，輸出電流為4A，輸出功率為2.2W。在10倍聚光條件下，其輸出電壓 為0.6V，輸出電流為8.5A，輸出功率為5.1W，輸出功率提高到2.3倍。實驗二將普通125mmX125mm的硅光電池切割成31mmX31mm的小塊 電池，4片串聯，在一個太陽光下，其輸出電壓為2,2V，輸出電流為0.29八， 輸出功率為0.6AW。在10倍聚光條件下，其輸出電壓為2.4V，輸出電流為2.25A， 輸出功率為5.4W，輸出功率提高到8.4倍。
實驗三將以上小塊電池4片并聯，在一個太陽光下，其輸出電壓為0.55V， 輸出電流為1.14A，輸出功率為0.63W。在10倍聚光條件下，其輸出電壓為 0.61V，輸出電流為2.7A，輸出功率為1.65W，輸出功率提高到2.7倍。實驗四將以上小塊電池再切割成7.75mmX31mm的小塊電池，將其串聯， 在一個太陽光下，其輸出電壓為2.2V，輸出電流為0.07A，輸出功率為0.15W。 在IO倍聚光條件下，其輸出電壓為2.4V，輸出電流為0.63A，輸出功率為1.5W， 輸出功率提高到10倍。實驗五將實驗四的串聯電池片，在20倍聚光條件下，其輸出電壓為2.4V， 輸出電流為0.95A，輸出功率為2.3W，輸出功率提高到15倍。由以上五個實驗，證實普通硅光電池在高倍聚光條件下，其并聯電阻會急 劇減小，而普通硅光電池(尺寸103mmX103mm ， 125mmX125mm , 152mmX152mm)可以看成多塊小尺寸電池并聯，那末，只要將大尺寸的電池 切成小塊即可增加其并聯電阻，這時便可用于聚光條件下，尺寸越小，耐受的 聚光倍數越大。對于不同上表面柵電極密度的普通硅光電池(如柵線間距2mm， 3mm等)，實驗表明，上表面柵電極密度大的在高光強下相對效率較高。進一步的實驗表明，對于多晶硅制成的普通硅光電池與單晶硅制成的普通 硅光電池有以上同樣的實驗結果。而且對于制成光電池的硅材料的電阻率允許的范圍較寬，對于P/N結的表 面方塊電阻允許的范圍也較寬，這些參數可與普通硅光電池一樣。另外，在同樣的聚光倍數下，聚光電池尺寸越小，對散熱越有利，但是對 于封裝成聚光電池組件越不利。在權衡利弊以后，取10倍聚光條件，普通硅 光電池(125mmX125mm)以一片切成16片小方片為宜，每一小方片對應一個 菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡的匯聚光斑只要落在小方片電池上即可，如果光斑比 小方片電池面積小一點，對輸出功率基本沒有影響，如果光斑比小方片電池面 積大一點，輸出功率會相應降低。這種情況下，輸出功率如實驗二所述，效率 大約為8.4倍。如果太陽跟蹤系統精度較高，也可將1/16的小片再切成2片， 成為1/32的小片，這2片串聯，其效率可增加到10倍，是一種較理想的狀態。每個小電池片對應一片菲涅爾透鏡，這對匯聚光斑的均勻性要求不高，對 匯聚光斑偏離中心也不敏感。如果按照實驗三的方法切割成的四片小片電池串
聯組件對應一個菲涅爾透鏡，則聚光光斑的不均勻性將會嚴重影響電流輸出，這時如果將實驗四所述小片改成15.5mmX15.5mm的小方片，這樣的四片小方 片電池串聯組成的大方片組對應一個菲涅爾透鏡，則對菲涅爾透鏡匯聚光斑的 不均勻性不敏感，但仍然對光斑偏離中心位置敏感。
圖1為現有技術太陽能硅光電池發電裝置的結構示意圖；圖2為圖1所示發電裝置的結構俯視圖；圖3為硅光電池的等效電路圖；圖4為本發明的太陽能聚光發電模塊的結構示意圖；圖5為圖4所示發電裝置的剖視結構示意圖；圖6為圖4所示發電裝置的機械連接結構示意圖；圖7為圖6所示機械連接結構的俯視圖。
具體實施方式
參見圖4，配合參見圖5、圖6、圖7，本發明的太陽能聚光發電模塊，包 括菲涅爾透鏡陣列21、小硅光電池板陣列22和太陽光自動跟蹤器(未作圖示)。 菲涅爾透鏡陣列21、小硅光電池板陣列22和太陽光自動跟蹤器上下設置并順 序固定相連，太陽光自動跟蹤器能自動跟蹤太陽以使太陽光始終垂直入射菲涅 爾透鏡陣列，菲涅爾透鏡陣列和光電池板陣列跟隨太陽光自動跟蹤器的轉動而 轉動。本發明中的菲涅爾透鏡陣列和小硅光電池板陣列可以為2x4陣列或3x6 陣列或其它形式的陣列，圖4至圖7所示實施例即為2x4陣列。菲涅爾透鏡陣列21由至少兩塊(本實施例為8塊)菲涅爾透鏡211組成， 小硅光電池板陣列22由與菲涅爾透鏡數量相同的小硅光電池板221組成。菲 涅爾透鏡陣列21中的菲涅爾透鏡和小硅光電池板陣列22中的小硅光電池板一 一對應設置，各小硅光電池板221分別位于各菲涅爾透鏡211的聚光光斑上。 小硅光電池板221是由普通硅光電池板裁切成的面積相等的正方形小塊，其面 積不大于30平方厘米，如由常用的125mmxl25mm的硅光電池塊切成 31mmx31mm的方形小塊。組成小硅光電池板陣列的所有小硅光電池板在連接
成陣列時先串聯后并聯，在各串聯組與并聯母線之間可加入正向連接的二極管。組成小硅光電池板陣列22的所有小硅光電池板221都封裝在一塊鋼化玻 璃23和一層塑料板(或一塊散熱金屬板)24之間，各小硅光電池板221分別 位于各菲涅爾透鏡的聚光光斑上，并且各小硅光電池板221的面積都小于各菲 涅爾透鏡211的聚光面面積，各菲涅爾透鏡的聚光面可完全覆蓋各小硅光電池 板。當采用散熱金屬板時，散熱金屬板與小硅光電池板陣列之間用絕緣層隔離， 用EVA等樹脂真空熱壓使上下黏結密封。本發明還可在組成小硅光電池板陣 列的各小硅光電池板的下表面分別直接或間接連接一塊小的散熱金屬板，這 時，小的散熱金屬板如鋁板可作為電池板的一極，以利于硅片上的熱量快速傳 遞到大的散熱金屬板表面上。采用這種方法，在10倍聚光條件下，不需要強 制冷卻。本發明中的各菲涅爾透鏡211的四周形狀為方形，各菲涅爾透鏡2U緊密 地排列在一起組成一個方形的菲涅爾透鏡陣列21。各菲涅爾透鏡的面型可使匯 聚在各小硅光電池板221上的光斑能量均勻，各菲涅爾透鏡的面積大于各小硅 光電池板面積的4倍。組成菲涅爾透鏡陣列21的各菲涅爾透鏡211之間可以 如圖6、圖7所示使用金屬框架31連接固定。也可以將各菲涅爾透鏡都固定在 一塊強度較髙的鋼化玻璃上。本發明的太陽能聚光發電模塊，可以使現有的硅光發電成本降低700/o以上。
權利要求
1、一種太陽能聚光發電模塊，其特征在于包括由至少兩塊菲涅爾透鏡組成的菲涅爾透鏡陣列、由至少兩塊小硅光電池板組成的小硅光電池板陣列和一個太陽光自動跟蹤器，所述的菲涅爾透鏡陣列、小硅光電池板陣列和太陽光自動跟蹤器上下設置并順序固定相連，菲涅爾透鏡陣列中的菲涅爾透鏡數和小硅光電池板陣列中的小硅光電池板數相同并且一一對應設置，太陽光自動跟蹤器能自動跟蹤太陽以使太陽光始終垂直入射菲涅爾透鏡陣列，菲涅爾透鏡陣列和小硅光電池板陣列跟隨太陽光自動跟蹤器的轉動而轉動。
2、 如權利要求1所述的太陽能聚光發電模塊，其特征在于所述的菲涅 爾透鏡陣列和小硅光電池板陣列包括2x4陣列或3x6陣列。
3、 如權利要求1所述的太陽能聚光發電模塊，其特征在于所述的各菲 涅爾透鏡的四周形狀為方形，組成菲涅爾透鏡陣列的各菲涅爾透鏡緊密地排列 在一起，各菲涅爾透鏡的面積大于各小硅光電池板面積的4倍。
4、 如權利要求1所述的太陽能聚光發電模塊，其特征在于所述的組成 菲涅爾透鏡陣列的各菲涅爾透鏡之間使用金屬框架連接固定。
5、 如權利要求1所述的太陽能聚光發電模塊，其特征在于所述的組成 菲涅爾透鏡陣列的各菲涅爾透鏡都粘結固定在一塊強度較高的鋼化玻璃上。
6、 如權利要求1所述的太陽能聚光發電模塊，其特征在于所述的組成 小硅光電池板陣列的各小硅光電池板是由普通單晶硅或者多晶硅硅光電池板 裁切成的面積不大于30平方厘米的小塊，如由常用的125mmxl25mm的硅光 電池塊切成31mmx31mm的方形小塊。
7、 如權利要求1所述的太陽能聚光發電模塊，其特征在于所述的組成 小硅光電池板陣列的所有小硅光電池板在連接成陣列時先串聯后并聯，在各串 聯組與并聯母線之間可加入正向連接的二極管。
8、 如權利要求1所述的太陽能聚光發電模塊，其特征在于所述的組成 小硅光電池板陣列的所有小硅光電池板都封裝在一塊鋼化玻璃和一塊塑料板 之間，各小硅光電池板分別位于各菲涅爾透鏡的聚光光斑上。
9、 如權利要求1所述的太陽能聚光發電模塊，其特征在于所述的組成小硅光電池板陣列的所有小硅光電池板都封裝在一塊鋼化玻璃和一塊散熱金 屬板之間，散熱金屬板與小硅光電池板陣列之間用絕緣層隔離，各小硅光電池 板分別位于各菲涅爾透鏡的聚光光斑上。
10、如權利要求8或9所述的太陽能聚光發電模塊，其特征在子所迷的 組成小硅光電池板陣列的各小硅光電池板的下表面分別直接或間接連接有一 塊小的散熱金屬板。
全文摘要
本發明提供了一種太陽能聚光發電模塊，它包括由至少兩塊菲涅爾透鏡組成的菲涅爾透鏡陣列、由至少兩塊小硅光電池板組成的小硅光電池板陣列和一個太陽光自動跟蹤器。菲涅爾透鏡陣列、光電池板陣列和太陽光自動跟蹤器上下設置并順序固定相連。太陽光自動跟蹤器能自動跟蹤太陽以使太陽光始終垂直入射菲涅爾透鏡陣列。菲涅爾透鏡陣列和小硅光電池板陣列跟隨太陽光自動跟蹤器的轉動而轉動。本發明通過一個菲涅爾透鏡陣列，將太陽光能匯聚地照在小硅光電池板陣列上，大大減少了光電轉換器件的面積，充分利用了光電池板的發電能力，從而降低了系統的成本。
文檔編號H01L31/048GK101119083SQ20061002963
公開日2008年2月6日 申請日期2006年8月1日 優先權日2006年8月1日
發明者鄧運明 申請人:鄧運明