聚光太陽電池設備、其中使用的光伏電池裝置及制備方法

專利名稱：聚光太陽電池設備、其中使用的光伏電池裝置及制備方法
技術領域：
本發明涉及一種如權利要求1前序部分所述的聚光太陽電池設備，公知于文獻A. W.貝特等，高能聚光太陽能電池中應用的FLATCON和FLASHCON 原理，'Proc. 19世紀歐洲光伏太陽能研討展覽會，巴黎，法國，2004， 2488 頁。本發明尤其涉及一種將光能直接轉換成電能的光伏模組(PV模組)， 其中入射光照射到太陽能電池(聚光太陽電池模組)上之前就被匯聚。本 發明也涉及一種應用于這種聚光太陽電池模組的光伏裝置。本發明最后涉 及一種制備這種聚光太陽電池設備的方法。關于聚光太陽電池設備的更多細節請參見非在先公開的德國專利申 請DE 10 2005 033 272.2。本發明屬于聚光太陽模組領域。在這種模組中，多個將太陽能輻射直 接匯聚到一個高能太陽能電池上的裝置被組裝在一個密封模組中。這種太 陽能電池能直接發電。在太陽能開發領域中，用硅法進行太陽能發電已經公知50年了。目 前普遍使用的太陽能電池基本使用的都是單晶硅或多晶硅。由于只能將入 射光中有限的光譜轉換成電流，因此這些電池的性能相對低下。近幾年來， 通過使用更高價化合物(如III-IV半導體材料)，如砷化鎵制成的高性能 PV電池，使得在顯著提高效率方面取得了相當的成功，太陽輻射的轉換率 超過了 36%。本發明的目的之一是使用這種具有經濟吸引力的PV電池。這種半導體材料電池可以逐級構建為層疊電池或三相點電池，從而可以利用一個更寬的光頻譜。然而，這種大表面積電池的生產費用相當高。因此采取了將入射光匯聚到一個較小的，如小于lmm2的表面上的方法。這 樣一個太陽能電池就只需要這樣小的面積了 。目前這種匯聚使得高性能PV 電池中超過36%的高光產額被利用。由于裝配太陽能系統的費用是根據電 能產量計算的，因此，許多廉價聚光光學裝置和高效小電池替代大面積太 陽能電池使費用下降。較之效率所達到的增長，涉及到跟蹤太陽軌跡的系 統校準的改進相對較小。然而，使用的系統迄今為止主要是以相對較大的菲涅耳鏡頭操控的， 它的焦距相對較大從而使得模塊的厚度較大。它們組裝而成的規定性能的 裝置非常重，結果由于諸如風阻等原因，使得對控制系統結構設計的要求 相當高。因此，由于涉及到主要的工作，這種聚光系統在光電流產生方面 的使用仍未能有較大增長。無可否認的是近幾年來也考慮過小菲涅耳鏡頭的系統，在某些情況 下，它也提供了超過500倍的匯聚光。然而在這些情況下，需要比較多 的裝置(如約1.5百萬個電池提供500KW的電力，是太陽能電池性能的 30%),來構建一個經濟可行的太陽能電力裝置。至今未能解決高匯聚熱量 的外部釋放和保護精密太陽能電池不受環境影響，尤其是對潮濕和氣體的 敏感問題。在至今采用的方法中，每個電池的準確定位并固定在焦距上的構建問 題耗去了相當大量的工作和儲蓄的費用。準確定位的問題限制了可能的匯 聚，從而限制了太陽能電池的尺寸。目的系統(貝特等人提及)因此使用 了最大的約500日光聚焦和邊長約2. 5 mm的太陽能電池。下文結合附圖5說明準確定位的問題。即使在光線被匯聚之后，也不 是均一的分布，而是成高斯分布，見圖5中的相關線1所示。x,表示到約 90%光強穿透的光點中心的距離。如果太陽能電池邊緣的定位過于偏離x, 點，則會損失相當大比例的光強。因此盡量精確地定位太陽能電池非常重 要，這樣太陽能電池就可以獲得最大光強度的穿透。這在使用大太陽能電 池時非常簡單，但隨之而來的制造太陽能電池的費用也會因此大幅度提 高。太陽能電池是制造在半導體晶片上。這些晶片通常是直徑約大于或等 于10cm的圓盤。制備一個太陽能電池所需要的所有制備步驟是從晶片到 晶片來完成的，而和有多少太陽能電池由晶片制備出來無關。只有光刻掩 模有些特別。也就是說如果從一張晶片制備的太陽能電池數量增加，每 個太陽能電池的費用也隨之減少。 一個太陽能電池的面積是20 x 20 mra， 僅有少數太陽能電池可以安裝在那張晶片的表面；此外，圓圈邊緣剩下了 大切割區而不能用于制備太陽能電池。如果太陽能電池的橫截面變小，則 更多的太陽能電池可以裝在一個晶片表面，這樣一個晶片就能制造出更多 的太陽能電池，包括晶片的邊緣。但是，較小的太陽能電池需要更準確的 定位。在實驗室測試中，還可以將太陽能電池準確定位在聚光鏡頭上。但是， 重要的是提供構建和制造方法，它們甚至可以用于在盡可能的最低費用的 情況下，制備可以開采出最大可能光強的最小可能的太陽能電池。現有技術中，太陽能電池的準確定位受許多因素的影響，其中有一些 在操作中是不確定的，從而給實際操作帶來困難。本發明的問題是構建一個具有所附權利要求1序言所述的特征的聚光 太陽電池設備，它能達到更高的聚焦，可以使用更小表面積的太陽能電池， 沒有任何定位引起的問題。總之結果是，它應該可以充分地使用較低價的 系統來裝配模組，而控制模組的系統應該是制造更簡單、更低廉。具有權利要求1所述特征的一種聚光太陽電池設備解決了這個問題。本發明的優選實施例是從屬權利要求的目的。獨立權利要求的目的是 一種用于這種光伏設備的單獨光伏裝置。另一個獨立權利要求中描述了一 種便宜的制備方法。因此本發明提供了一種具有多個光伏裝置，用于將太陽能直接轉換成 電能的聚光太陽電池設備。其中多個光伏裝置中的每一個均設有 一個光 入射面形成在一個第一光學裝置上， 一個太陽能電池，其具有一個小于相 應的光伏裝置的光入射面的寬闊表面。第一光學裝置用于將穿過光入射面 的太陽輻射匯聚或聚焦到一個特定區域，該區域的表面積小于光入射面， 并且由太陽能電池較小表面決定。由于第一光學裝置的聚焦鏡頭，在光入 射面的相應距離處形成了預定區域，使第一光學裝置在預定區域上聚焦入 射太陽輻射。目前公知的聚光模組是由太陽能系統院士， raunhofer-Gesellschaft 改進的名為"Flatcon"，制備用于聚焦產品，結構也是相似的。然而，盡管在公知的聚光模組中， 一個具有，用來形成單獨第一光學 裝置的多個面的透明表面被構建為盒形結構的一面，而一個終板形成了盒 子的相對第二面，如本發明所述，多個光伏裝置都設有各自的阻擋設備， 有了它，每個相應的太陽能電池就能定位在預定區域里。阻擋設備被固定在第一光學裝置的一個第一末端，而太陽能電池則附著在相對于阻擋設備 的第二末端。這樣一個結構的優點在于，可能地減小太陽能電池大小的同時不會給 定位帶來問題，以下是詳細的解釋根據這個技術方案，供能的電力板不是安裝這種聚光模組。這個前景 良好的計劃中建議將這樣的電力板建造在太陽輻射強烈的沿海地區。因此 設定在實踐中該聚光模組將會受到相當大的溫度影響。此外，還要考慮到 該區域的自然溫度的變化使得入射光的匯聚引起的大量熱量。因此，必需 設定聚光模組可以耐受超過IO(TC的溫度變化。在之前公知的結構中，盒 形的一面被構建為菲涅耳鏡頭而另一面是太陽能電池的一個載體板，盒體 的端壁定位于彼此相對的兩塊板上，并且必須密封以保護精密的太陽能電 池表面，這樣材料有各自不同的溫度膨脹系數，從而引發了相當大的問題。 因而第一光學裝置會根據匹配的太陽能電池的相應位置上的溫度變化而 隨之發生變化。匯聚光并因而隨之在其中點火的大密封腔使得這個問題進 一步加劇。以高斯分配的形式匯聚入射光也是必須要考慮的，如圖5中線1所示。 x,與自光強中心的x,之間的距離中包括了約90。/。的光能。此外的問題是使用的材料具有不同溫度膨脹，使位于所述的第一光學 裝置焦點處的單獨太陽能電池也可能發生錯誤。此外，所謂的軌跡定位中 發生錯誤也可能使太陽能電池的位置偏離光強中心。術語"軌跡定位"包 括控制太陽能模組朝向太陽并根據環境因素，尤其是風的影響校準太陽能 模組的位置。裝配過程中，以及如果加熱單獨聚光太陽電池模組，支撐結構發生熱膨脹也會發生其它錯誤，所有這些可能的錯誤都有可能使光學裝置相關的太陽能電池未校準， 相應的大面積太陽能電池不得不用于各種系統中，如果實際上達到了一個 特別高的產量。本發明所述的結構中，所述的錯誤對太陽能電池相對于第一光學裝置 的位置影響較小。如本發明所述，每個單獨光學裝置都有屬于自己的阻擋 設備，它根據相應的第一光學裝置，定位對應的太陽能電池。阻擋設備 也附著在第一光學裝置上。材料的不同熱膨脹系數引發的錯誤僅對每個光伏設備的小系統有影 響。每個單獨的光伏設備都形成各自的阻擋系統，這樣加熱膨脹錯誤就不會像現有技術中那樣發生在整個區域里。聚光模組壁的熱膨脹因此不再影 響單獨太陽電池的位置。此外，得益于單獨阻擋設備，每個單獨的太陽能電池的準確位置能被 更精確地預先確定，這樣使單獨太陽能電池定位在第一光學裝置焦點處發 生的錯誤盡量減少。如本發明所述，僅需要額外注意各自的阻擋設備的位 置。如果這里發生錯誤，也僅會影響各自的光伏裝置而不是整個聚光模組， 例如整個光伏設備。選擇阻擋結構的優點也在于為了電連接，單獨太陽能電池也能從后面 簡易的安裝。此外，當通過阻擋設備將太陽能電池固定在前面時，也有足 夠的空間留給散熱片或類似的冷卻結構。方便地，阻擋設備有一個洞，這樣第一光學裝置聚集的日光光線就能 夠從第一光學裝置射到太陽能電池上。因此，即使阻擋設備安裝在光入射面板和太陽能電池板之間，也不會影響光無障礙地傳播。洞可以是空的， 也可以在里面充滿需要的透明導體。根據所匯聚的光從光入射面射到預定位置的傳播，優選的阻擋設備是 從第一末端到第二末端逐漸變細的圓錐形。這樣一方面，阻擋設備可以由 非常小的材料制成。另一方面，它也因此可以決定用于準確固定太陽能電 池位置的第二末端的位置，這樣組裝就不會有不準確的可能。因此特別優 選的阻擋設備為一個無頂圓錐或無頂角錐形。由于下述原因，特別優選無 頂角ll形。為了盡可能地將射在聚光模組上的光聚焦到單獨的太陽能電池 上，光學裝置優選構建成一個板的多個單獨的面，如在先技術中基本公知 的那樣。這些單獨的面可以是正方形或矩形以便彼此緊密安裝。每個面被 構建在里面，這樣穿過外面(光入射面)的入射光被聚焦到一個點上。根 據這些單獨面的形狀，阻擋設備也可以被構建為無頂角錐從而可以彼此靠 近地排列在透明模組的里面而不會相互影響。角錐形能簡易地制出，例如 通過塑料注塑，如果角錐形的邊緣使用軟材料效果更好。這樣結果使角錐 的頂點能容易地被定位在鄰近的第一光學裝置焦點上。在本發明的一個特別優選實施例中，阻擋設備的第二末端上有一個第 二光學裝置，它再次匯聚經第一光學裝置聚焦的入射光。太陽能電池這時 優選設置在這個第二光學裝置的下面。 一個第一光學裝置和第二光學裝置 的組合能夠匯聚穿過光入射面的光，這些光僅需要照射在一個小表面的太 陽能電池的小面積上。測試顯示僅在部分小表面太陽能電池被照射時也有 比較多的匯聚光，從而能達到一個高能產量。由于僅有一個小面積的太陽 能電池被照射，因此，即使是在未校準的情況下，這個更小點的光也更可能被阻擋在太陽能電池的有效表面上。由于有了阻擋設備，既可以準確定 位第二光學裝置相對于第一光學裝置的位置，也可以準確定位太陽能電池 相對于兩個光學裝置的位置。聚光模組的另一個主要問題是太陽能電池可能的污染。由于僅有小面 積被利用，因此操作中即使是少量的污染，如灰塵微粒或濕氣，也會產生 一個較大的影響。將有效的太陽能電池表面與環境隔離開也因此在所有這 些聚光模組中形成一個較主要的問題。在上述有第二光學設備的本發明的 一個優選實施例中，太陽能電池的有效表面積能被直接定位在第二光學裝 置上，從而被這個第二光學裝置密封。在這種情況下，也可能使用，例如 一些桿來形成形成阻擋設備，從而確定那些有太陽能電池附著的第二光學 裝置的位置。可以選擇性地在阻擋設備保護性的外殼上設置多個開口。這 個結構的優點在于阻擋設備上的洞中的導體無論發生任何熱膨脹都不會 影響阻擋設備的穩定性和定位，因為導體(如空氣)能夠從開口溢出。然 而，它的優點尤其在于如果阻擋設備有一個密封的外表面，那么有效太陽 能電池表面就能達到要求的潔凈度。這樣就防止了污垢或濕氣污染有效太 陽能電池表面。第一光學裝置，阻擋設備和太陽能電池有利地放入一個密 封體中，這樣通過各自相應的第一光學裝置和太陽能電池，阻擋設備就能 在第一和第二末端被打開和關上。結果，這個模組可以構建為在接近通路的后面時被打開。因此在阻擋 設備提供的增加的表面積上，冷卻導體能夠簡易地被提供并有效地被冷 卻。阻擋設備的結構為一個無頂圓錐或無頂角錐，因此它形似一個漏斗或小錐。這對于制備過程而言也是一個主要的優點。為了排列和定位第二光 學裝置，例如，第二光學裝置也可以被構建為一個鏡片，其側壁被構建為 符合無頂圓錐或角錐的頂點的內壁。所有的這些需要都是為了給鏡片的這 些側壁上提供一些粘合性，使它從上面滑落進漏斗。按這種方法，鏡片形 成的第二光學裝置能同時被準確定位。為了定位阻擋設備使它自動與第一光學裝置相符，可以在第一光學裝 置上設置一個特殊的定位結構。這樣有利于旋轉內表面使之相對于光入射 面而指向太陽能電池，這里的阻擋設備被固定。如果阻擋設備被構建為一 個無頂圓錐或無頂角錐，那么在這個內表面，例如，可以形成與第一末端 上的阻擋設備的邊緣形狀匹配的凹槽結構。為了固定第一末端，需要在凹 槽或邊緣使用粘合劑并插入凹槽的邊緣。用這種方法，通過一個定心連鎖 接合，阻擋設備就能與第一光學裝置合適連合。然而，也可以使用其它定 位結構代替所述凹槽，例如第一末端里的齒接合，具有同樣的效果。如果阻擋設備被封入一個密封體，則在強加熱時密封體的導體可能會 發生膨脹并壓迫阻擋設備的外表面。為了防止太陽能電池和第一光學裝置 發生角度偏離，阻擋設備優選被單獨加固使之穩定。不過它也可以是抽真 空或充入僅會膨脹一點的氣體。因此，使用本發明所述的結構，太陽能被匯聚到高能太陽能電池上， 并在此將太陽能轉換成電流或熱能。本發明因此允許半導體材料制成的多 級太陽能電池在光能轉換方面，高效經濟地使用。優選的太陽光匯聚是通 過使用 一個安裝在朝向太陽的透明板里面的光學裝置來完成的。第一光學裝置聚焦的光線優選照射在與第一光學裝置相間隔的一個第二光學裝置，也稱為一個第二鏡片，用于進一步將日光匯聚并聚集到一 個相對于光入射面來說，非常小的太陽能電池上面。增加這個結構后就可以使用非常小的太陽能電池了，即使太陽能電池的邊長小于0.5 mm也可 以。結果，多級太陽能電池的高額費用也就無需考慮。因此，如本發明所 述的用于發電的整裝太陽能系統僅需要相當低的投資和更小的表面積。較之如本文開始所述的，公知的能達到一個500倍匯聚的聚光裝置， 使用本發明所述的結構可以達到超過2000-100000倍正常日光的聚焦。上 述邊長小于0. 5 mm的太陽能電池僅要求0. 25 ram2的極其昂貴的半導體材 料制成的表面，而公知技術中需要6.5 mm2 (例如在FLATCON系統中)。 更小表面區域此外還意味著在一個晶片上，晶片的邊緣可以被更好的利 用。表面積僅需要相當于以前面積的4%;因此，僅需要以前太陽能電池費 用的5%左右。不過，由于對太陽能電池的定位可能更準確，因此對太陽能 電池模組的控制的要求相應更低。相對于公知的聚光模組中之前的控制精 確度必須達到士 0.5角度，本發明所述的結構的控制準確度僅為士3角度。結果是本發明使利用相當廉價的系統組裝模組，以及相當廉價的系統 進行與太陽相關的跟蹤都成為了可能。基于此，費用也可以預計達到一個 相當大的削減。也可以期待費用上的一個實質減少。因此，本發明描述了 這個寶貴的，對環境有益的技術朝向工業化的一個重要步驟。本發明或其優選實施例的優點如下 通過使用一個有特殊光學特性的第二鏡片，從而達到在非常小的面積 上緊密地聚焦入射日光。 構建排列第二鏡片以便即使垂直入射光的角度發生偏離，通過一些角度，它仍然能夠形成準確的光束并聚集到一個預定的點上。 由于在各自光入射面邊緣增加了阻擋設備這個結構，太陽能電池能被準確地定位在各自的焦點上，而此外一個轉換導熱板也能被安裝在太陽能電池上。 第二光學的結構和定位使它可以與太陽能電池不漏氣的直接密封，從 而因此來保護太陽能電池極其精密的表面。 在任何情況下， 一個牢固固定的光伏設備(聚光裝置)僅構建安裝于 一個導熱板上，從而確保高溫下發生的各種材料的不同膨脹產生的壓力可 以忽略不計——相比于有多個太陽能電池的聚光模組中被固定安裝在一 個導熱板或底板上。這里結合附圖描述本發明的實施例，其中-

圖1顯示了一個具有多個單獨光伏裝置的一個聚光組件組件形式的聚 光太陽電池設備的高度簡單化的投影圖。圖2是一個圖1的局部放大圖，放大了圖1中聚光設備中的一個單獨 光伏裝置。圖2a是聚光設備在兩個光伏裝置和光入射面之間的分界區域的橫截 面圖。圖3是圖2中使用的，有一個光學鏡片的阻擋設備的投影圖； 圖4是圖3的局部放大圖，放大了圖3中的第二鏡片；禾卩 圖5是現有技術中的光強和這里所述設備的光強分配相比較的高度圖表示意圖。圖1顯示了形式為一種聚光模組10的一種光伏設備。聚光模組10有 一個透明板12，它通過一個框14被固定，并被盡量垂直地定位以便日光 照射，通過圖中未示的一個已知種類的設備。透明面板12被分隔為多個 正方形或矩形面16，其形成在它們朝向太陽的外面18上，單獨光伏裝置 的光入射面20形式為單獨聚光裝置22。每個面16因此作為一個單獨聚光 裝置22，使聚光模組10被一系列聚光裝置22構成一個整體。每個聚光裝 置22使用透明板12的一部分，這樣聚光裝置22就可以通過透明板12結 合在一起。圖2顯示了一個單獨聚光裝置22的局部放大圖，作為多個聚光裝置 22中的一個實例。每個面16在相對于外面18的里面有一個形式為第一鏡 片24的第一光學裝置，通過它所有入射光穿過光入射面20被聚焦到每個 聚光裝置22的一個焦點上。為了形成第一鏡片， 一個菲涅耳鏡頭被形成 在每個面16上，面16被設置在具有相應結構的里面26。附在里面26上，增加了用于聚焦光線的菲涅耳結構28，還有一個阻 擋設備30。阻擋設備30被構建為一個去頂角錐，最清晰地顯示在圖3中。 去頂角錐的底面與面16的形狀相匹配。 一個第一末端32被無頂構建在去 頂角錐的底座上。第二末端34，被構建在去頂角錐頂點上相對較小的區域， 也是無頂的。外表面36完全將整個密封。阻擋設備30的壁優選由塑料制 成，盡管其它材料如金屬薄片也可以。圖2a中最清晰地顯示了，第一末端32上形成的阻擋設備30的邊緣 被固定于相應凹槽40中，其在補充邊緣38形狀的每個面16的邊緣位置上的透明板的里面26中被形成。邊緣38粘著在凹槽40中，例如。形式為一個第二鏡片42的第二光學裝置，更清晰地顯示在圖4中， 被固定在阻擋設備30的去頂角錐的頂點。第二鏡片42由一個如玻璃等光 學材料體44形成，其側壁46尤其與去頂錐形頂點位置的阻擋設備30的 內部相匹配。因此，主體44也如實施例中所示形似一個去頂角錐。在這 個去頂角錐的底面48上有一個凸面50，其形成一個鏡頭用來再次匯聚照 射光。 一個平表面54被形成在主體44錐形頂點處相對較小的區域上。如 圖4所示，與這個表面54相間隔一個太陽能電池56，完全用于圖示目的， 被連接于表面54以便該表面54密封地覆蓋太陽能電池56的光敏感表面。 第二鏡片42的主體44通過它的側壁46粘著在阻擋設備30的外表面。太 陽能電池56也以這種方式固定連接于阻擋設備30和準確定位于相應的第 一鏡片24。從圖2和4中可以看到，太陽能電池被附著在一塊導熱板58上，它 設有再次轉換和連接結構，該結構在圖上沒有顯示，但公知是非常有效的。 以下是制備聚光模組10的方法。首先，制備外面平整的透明板12，并在它的里面設置單獨的菲涅耳結 構28，在在每個單獨面16上設置凹槽40。使用一種合適的制備方法制備阻擋設備30，例如使用最低可能膨脹系 數的材料通過諸如注塑模制等制備。此外，第二鏡片42的主體44上設有一個精確的凸面50，然后主體的 側壁46設有粘性并通過無頂的第一末端32插入阻擋設備30中。利益于 補充安裝的阻擋設備30的內壁和外壁，第二光學鏡片42在插入時能準確地自動定位。結果即獲得圖3所示的由阻擋設備30和第二鏡片42形成的 光學裝置60。這樣這個光學裝置60被附著到透明板的里面并因此通過將 邊緣38插入到凹槽40中而附著到第一鏡片24上。這種連接通過合適的 連接技術固定，例如粘接。在一個實施例中，在透明板還是軟的時候進 行連接，這樣一旦透明板變硬，就可以在透明板12和光學裝置60之間自 動產生一個的固定連接。太陽能電池56和其它轉換連接結構被安裝在導熱板58上，被連接上 并進行測試。通過使用特殊的金屬導體材料和/或不同厚度的材料，可以 人為地選擇導熱板的導熱率，尤其是金屬制成的。隨著材料的導片的額外 安裝，導熱率也會發生相當大的變化。在一些這里未圖示的實施例中，導 熱板上還設有散熱片。太陽能電池56因此和所附導熱板58 —起連接到第二鏡片42的較低 表面54并與阻擋裝置任意地固定。圖5顯示了以實例中的方式在一個太陽能電池56處的光線分配，線1 沒有使用第二鏡片42，而線2使用了第二鏡片42。通過準確定位的第二 鏡片42，減小光的入射也是可以的，如像以前一樣90%的入射光未照射到 更寬范圍的x, - x,之間，而照射到更窄范圍的x2 - &之間。因此，用于 同樣的太陽能電池表面時，即使太陽能電池些微偏離第一光學裝置，仍能 在太陽能電池光活躍面的區域保持一個更大比例的光強。得益于使用阻擋設備30完成的準確定位，尤其是與第二鏡片42的連 接，因此使用一種太陽能電池56的全面較小表面成為可能，而同時，在 透明板與照射光的校準中可以允許發生更大的誤差。附圖標記.-10聚光模組(光伏設備)12 透明板14 框16面18 外面20 光入射面22聚光裝置(光伏裝置)24第一鏡片(第一光學裝置)26 里面28菲涅耳結構30阻擋設備32 第一末端34第二末端36 外表面38 邊緣40 凹槽42第二鏡片44 主體46 側壁48 底面50 凸面
52 頂點
54 表面
56 太陽能電池
58 導熱板
60光學裝置
權利要求
1.具有多個光伏裝置(22)，用于將太陽能直接轉換成電能的聚光太陽電池設備(10)，其中多個光伏裝置(22)中的每一個均設有一個光入射面(20)形成在一個第一光學裝置(24)上，一個太陽能電池，其具有一個小于光伏裝置(22)的光入射面(20)的寬闊表面，第一光學裝置(24)被設計用于將穿過光入射面(20)的入射太陽輻射匯聚或聚焦到一個由太陽能電池(56)的較小表面決定的預定區域(34)上，其中太陽能電池(56)與光入射面(20)相間隔并且面積小于光入射面(20)，其特征在于多個光伏裝置(22)中的每一個均設有一個阻擋設備(30)，這樣相應的太陽能電池(56)就被定位在預定區域(34)上，其中阻擋設備(30)通過第一末端(32)被附著在第一光學裝置(24)上而太陽能電池(56)被附著在相對于阻擋設備(30)的第二末端(34)上。
2. 如權利要求1所述的光伏裝置，其特征在于阻擋設備(30)包括一個 凹洞。
3. 如上述任一權利要求所述的光伏裝置，其特征在于阻擋設備(30)至 少在里面被構建為從第一末端(32)向第二末端(34)逐漸變細。
4. 如權利要求3所述的光伏裝置，其特征在于阻擋設備(30)被構建為 一個無頂圓錐或無頂角錐形。
5. 如上述任一權利要求所述的光伏設備，其特征在于一個用于進一步匯 聚經第一光學裝置(24)聚集的入射光的第二光學裝置(42)被固定到第 二末端(34)上。
6. 如上述任一權利要求所述的光伏裝置，其特征在于阻擋設備(30)有 一個密封的外表面(36)。
7. 如上述任一權利要求所述的光伏裝置，其特征在于阻擋設備(30)的 第一 (32)和第二末端(34)都是無頂的。
8. 如上述任一權利要求所述的光伏裝置，其特征在于第一光學裝置(24) 在其相對于光入射面(20)而直接朝向太陽能電池(56)的面(26)上， 包括一個用于定位阻擋設備(30)的第一末端(32)的定位結構(40)。
9. 如上述任一權利要求所述的光伏設備，其特征在于第一光學裝置(24)， 阻擋設備(30)和太陽能電池(56)或與太陽能電池(56)相連的結構(58， 44)被封入一個密封體。
10. 如上述任一權利要求所述的光伏設備，其特征在于阻擋設備(30)設 有加固物使之更穩定以防止其受環境或溫度影響而發生變形。
11. 用于上述任一權利要求所述的聚光太陽電池設備(10)的光伏裝置 (22)，具有一個具有一個光入射面(20)的第一光學裝置(24)， 一個太陽能電池(56)，其具有一個小于光入射面(20)的寬闊表面， 第一光學裝置被構建為將穿過光入射面(20)的入射太陽輻射匯聚或 聚集到一個由太陽能電池(56)的較小表面決定的預定區域(34)上，其 中太陽能電池(56)與光入射面(20)相間隔并且面積小于光入射面(20)， 其特征在于，太陽能電池通過一個阻擋設備(30)被定位在預定區域(34)，其中 阻擋設備(30)通過一個第一末端(32)附著在第一光學裝置(24)上， 而太陽能電池(56)被附著在相對于阻擋設備(30)的第二末端(32)上。
12. 制備一種如權利要求1-10中任一所述的聚光太陽電池設備(10)的 方法，其特征在于a) 設置一個透明板(12)，它包括多個面(16)，上面形成第一光學裝 置(24)用于將穿過透明板(12)單獨面(16)的入射光聚集到較小的預 定區域(34)，b) 經每個面(16)設置一個可利用的阻擋設備(30)，將太陽能電池 (56)準確地定位在小于面(16)的預定區域(34)內。d) 將阻擋設備(30)附著在透明板(12)相對于光入射面(18)的面 (26)上，并e) 在每個阻擋設備上附著一個太陽能電池(56)。
13. 如權利要求12所述的方法，其特征在于步驟a)包括 設置定位輔件(40)將阻擋設備(30)準確地定位在透明板(12)上。
14. 如權利要求12或13中任一所述的方法，其特征在于步驟b)包括 將阻擋設備(30)制成一個無頂圓錐或無頂角錐形，其具有一個保護性的外殼(36)和一個無頂的第一末端(32)及一個面積小于第一末端的 第二末端(34)。
15. 如權利要求14所述的方法，其特征在于在步驟b)和d)之間還有步驟 c)在第二末端(34)處插入一個與保護性外殼里面相符的第二光學裝置(42)，用來與保護性外殼鄰接，所述的第二光學裝置(42)被設計用 于將經第一光學裝置(24)聚集的入射光進一步匯聚到太陽能電池(56) 的一個較小區域內，穿過第一末端，并在里面將相同的附著到第二末端 (34)上。
全文摘要
本發明涉及一種具有多個光伏裝置(22)，用于將太陽能直接轉換成電能的聚光太陽電池設備(10)，其中多個光伏裝置(22)中的每一個均設有一個光入射面(20)形成在一個第一光學裝置(24)上，一個太陽能電池，其具有一個小于光伏裝置(22)的光入射面(20)的寬闊表面，第一光學裝置(24)被設計用于將穿過光入射面(20)的入射太陽輻射匯聚或聚焦到一個由太陽能電池(56)的較小表面決定的預定區域(34)上，其中太陽能電池(56)與光入射面(20)相間隔并且面積小于光入射面(20)。為了使用更小面積太陽能電池形成更廉價的設備，同時不會有任何定位問題，如本發明所述，多個光伏裝置(22)中的每一個均設有一個阻擋設備(30)，這樣相應的太陽能電池(56)就被定位在預定區域(34)上，其中阻擋設備(30)通過第一末端(32)被附著在第一光學裝置(24)上而太陽能電池(56)被附著在相對于阻擋設備(30)的第二末端(34)上。此外，還描述了一種用于這樣一種設備的光伏裝置及其有利的制備方法。
文檔編號H01L31/052GK101273466SQ200680035202
公開日2008年9月24日 申請日期2006年9月19日 優先權日2005年9月30日
發明者埃里希·W·默克勒 申請人:太陽能技術股份公司