專利名稱：一種雙斜面反射聚光太陽能光伏電池組件的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種聚光光伏系統光電轉換模塊的結構，屬于太陽能利用技術領 域，特別是一種雙斜面反射聚光太陽能光伏電池組件。
背景技術：
開發新能源和可再生清潔能源是全世界面臨的共同課題，在新能源開發與利用方 式中，光伏發電倍受矚目。目前，光伏發電主要采用普通平板光伏發電系統。普通平板光 伏發電系統直接將平板太陽電池組件朝向低緯度地區放置(與地面成一定角度)，以串并 聯的方式組成太陽能光伏陣列從而達到使用太陽能發電的目的。在普通平板光伏發電系統 中，太陽電池的成本在系統總成本中占很大比例，由于太陽電池的價格比較高昂，從而直接 導致了系統的成本過高。目前，使用的光伏電池的轉換效率低、成本高，是光伏發電沒有在 市場上廣泛推廣應用的主要原因之一。光伏電池可以在相當高的光強條件下工作，在聚光條件下使用光伏電池進行光電 轉換，是降低太陽能發電成本的有效途徑之一。采用聚光光伏系統，可以減少給定功率所需 的電池面積，用比較便宜的聚光器來部分代替昂貴的太陽電池。在這種系統中，太陽電池的 總成本會顯著降低，發電系統的總成本也隨之下降。如果聚光電池在三百倍或更高倍數的太陽光強條件下工作，并可以達到相當高的 光電轉換效率(25% -36% )0但是，這種高倍聚光的光伏電池需要昂貴的半導體材料(銦 化鎵或提純高純度硅等)，加工工藝也非常復雜，在聚光條件下使用時，光伏電池的溫度會 變得很高，需要更苛刻且效率很高的冷卻技術。尤其是硅材料光伏電池，在日照強度恒定和 光伏電池溫度升高的情況下，會導致開路電壓降低，降低率為-0. 4% /K -0. 5% /K，從而 使硅材料光伏電池的輸出功率也降低。冷卻裝置會大幅增加光伏發電系統的成本，難以在 市場上推廣使用。如果聚光電池在10倍以下的太陽光強條件下工作，也可以有效節省大量 太陽電池。在太陽電池產生的溫度，可以通過使用常規散熱片的方式進行有效散熱。因此， 這種聚光電池在降低發電成本方面具有一定優勢。透射聚光也是實現較高倍數的一個途徑，由于菲涅爾透鏡的大量生產而降低下來 的成本也是十分引人注目的。然而從技術的角度來看，菲涅爾透鏡在特定面上的聚光光強 的均勻性相對要差一些。從工業化的角度看來說，相比于反射法，特制透鏡的成本仍然高于 具有高反射率反射鏡面的成本。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種雙斜面反射聚光太陽能光伏電池組件，在光伏電 池表面各點具有比較均勻的輻射強度，有利于提高光伏電池的整體光電轉換效率，適用于 一維斜軸跟蹤應用。本實用新型的目的是這樣實現的一種雙斜面反射聚光太陽能光伏電池組件，由 框架、透明防護蓋板、反射支架體、光伏電池、導電連線、散熱器基板組成，并封裝固定成為一個發電組件。光伏電池為一般使用的在一個太陽光強下的平板式光伏電池，包括硅電池、 砷化鎵電池以及其他平板式光伏電池。光伏電池由相應的導電連線進行導電連接，通過膠膜固裝在散熱器基板上，光伏 電池、導電連線與散熱器基板之間通過膠膜絕緣。膠膜種類包括PVB或EVA，固裝方式包括 層壓等方法。一個散熱器基板上固裝一組以上的光伏電池，并與導電連線一同構成電能輸 出器。反射支架體上設置一組以上的反射面，每一個反射面底部對應一個光伏電池，反射支 架體上方開口處通過透明防護蓋板進行固裝覆蓋。由于聚光而使光伏電池而產生的熱量， 通過散熱器基板進行散熱，保證光伏電池在適當的溫度條件下正常工作。通過框架將透明 防護蓋板、反射支架體、光伏電池、散熱器基板封裝固定在一起，構成一個發電組件。一組反射面由兩個面組成，形狀為梯形，大小相同并對稱設置。兩個梯形的短底邊 構成的矩形為光伏電池所在位置，兩個梯形的長底邊構成的矩形為太陽光入射窗口。太陽 光入射窗口的面積大于光伏電池所在的面積。反射面中的兩個梯形面相對應的斜邊構成 的兩個平面之間的夾角為> 46. 90°。在跟蹤情形下，當入射光線與赤道平面的夾角小于 23.45°時，由反射面反射的光線，都可以全部覆蓋到光伏電池上每一點。每個光伏電池表 面既可以接收到太陽的直接輻射，又可以接收到由反射面反射形成的疊加輻射，從而形成 了在光伏電池上的聚光效果。在光伏電池的表面的每一點，由太陽直接輻射和兩次反射輻 射形成的疊加輻射是均勻的。太陽入射窗口面積大于光伏電池的面積，從而提高了單位面 積的普通光伏電池的光電轉換效率，達到在給定功率條件下，使用較少光伏電池的目的，因 而可以降低光伏發電系統的總成本。由于這種聚光結構所形成的聚光倍數較低，在跟蹤發 電過程中，光伏電池上不會積累較高的溫度，因此，光伏電池背面可采用普通的散熱器基板 作為背部襯底。由于本實用新型在跟蹤發過電過程中，始終以平行于地球自轉軸方式轉動， 即所謂的斜軸跟蹤，也就是一維跟蹤，相對于二維跟蹤的成本更低。
圖1是本實用新型的經線剖面結構示意圖；圖2是本實用新型的反射面立體幾何關系示意圖；圖3是本實用新型的反射面幾何關系示意圖；圖4是本實用新型的外觀結構示意圖。圖中標號說明如下1-透明防護蓋板、2-反射支架體、3-膠膜、4-光伏電池、5-導電連線、6-散熱器基 板、7-框架、11-反射面。
具體實施方式
如圖1所示，光伏電池4由相應的導電連線5進行導電連接，通過膠膜3固裝在散 熱器基板6上，光伏電池4、導電連線5與散熱器基板6之間通過膠膜3絕緣。一個散熱器 基板6上可以固裝一組以上的光伏電池4，并與導電連線5 —同構成電能輸出器。反射支 架體2上設置一組以上的反射面11，每一個反射面11底部對應一個光伏電池4，反射支架 體2上方開口處通過透明防護蓋板1進行固裝覆蓋，透明防護蓋板1用透光率很高的硬化 或鋼化玻璃制造，或者用光學塑料制造，要求具有防水、防塵以及相當的抗撞擊功能，以適
4應各種室外惡劣氣候。由于聚光而使光伏電池4而產生的熱量，通過散熱器基板6進行散 熱，從而保證光伏電池在適當的溫度條件下正常工作。通過框架7將透明防護蓋板1、反射 支架體2、光伏電池4、散熱器基板6封裝固定在一起，構成一個發電組件。如圖2所示，本實用新型在地平面上放置時，使z軸與地球自轉軸平行，并且以跟 蹤方法使太陽光線始終位于yz平面內，則xy平面與地球赤道平面平行。根據天文知識可 知，當太陽在赤道平面內時，太陽光線與y軸平行，而其余時間的太陽光線與xy平面之間的 夾角在士23. 45°之間。反射面11由兩個梯形AB⑶和A' B' C' D'面組成，兩個梯形 相對于坐標中yz面對稱設置，每個梯形各自相對于xy面對稱，因此兩個梯形大小相同。兩 個梯形的短底邊構成的矩形ABB' A'為光伏電池4所在位置，兩個梯形的長底邊構成的矩 形DCC' D'為太陽光入射窗口。太陽光入射窗口 DCC' D'的面積大于光伏電池4所在的 ABB' A'面積。如圖2和圖3所示，在跟蹤情形下，太陽位于赤道平面時，太陽光線與xy平面平 行，并與x軸垂直，也就是與光伏電池4的表面垂直。在這種情形下，進入太陽光線入射窗 口的光線，一部分直接照射在光伏電池4上位于GG'之間的寬度為w的范圍內，一部分照射 在反射面11上經反射后再照射在光伏電池4上，從而在光伏電池4上形成了聚光效果。其 中，當光線傳播至位于反射面11最外沿一點H或H'時，經反射分別照射在光伏電池4的最 外沿的G'或G點上。當光線LM經過位于反射面11上任一點M時，經反射后照射在光伏電 池4上對應的N點上。根據光的反射規律，入射光線LM與反射光線MN分別與反射面HG之 間的夾角a相等。P是反射面11所在梯形的高，0是反射面11與x軸之間的夾角，也就 是與xz水平面之間的夾角，也是與光伏電池4表面之間的夾角，根據幾何知識，應該有以下 關系cospJp2+SW-p(1)
4w如圖2所示，太陽光入射窗口 DCC' D'的面積大于光伏電池4所在的ABB' A'面 積。其中，反射面11中的兩個梯形面相對應的斜邊構成的兩個平面ADD' A'和BCC' B' 分別與xy平面之間的夾角0 > 23.45°，兩個平面ADD' A'和BCC' B'之間的夾角為 彡46. 90°，也就是與xy所在的地球緯線圈平面的夾角e彡23. 45°。因此在跟蹤情形下， 當太陽不在赤道平面內時，太陽光線仍在yz平面內，位于ABB' A'區域內的光伏電池4在 全年內都能接收到太陽的直接幅射。如圖2所示，在跟蹤情形下，當任一束與xy平面呈一定夾角的光線L' M照射在 反射面11上M點時，經反射照射在光伏電池4上N'點上；經過M點的與xy平面之間夾角 為零的光線LM照射在反射面11上M點時，經反射照射在光伏電池4上N點上。由光的反 射規律與幾何知識可以證明，N' N線段與z軸平行，也就是說，在跟蹤情形下，當入射光線 與赤道平面的夾角小于23. 45°時，由反射面11反射的光線，都可以全部覆蓋到光伏電池4 上每一點。每個光伏電池4表面既可以接收到太陽的直接輻射，又可以接收到由反射面11 反射形成的疊加輻射，從而形成了在光伏電池4上的聚光效果。在光伏電池4的表面的每 一點，由太陽直接輻射和兩次反射輻射形成的疊加輻射是均勻的。由于太陽入射窗口面積 大于光伏電池4的面積，從而提高了單位面積的普通光伏電池的光電轉換效率，達到在給 定功率條件下，使用較少光伏電池的目的，因而可以降低光伏發電系統的總成本。由于這種聚光結構所形成的聚光倍數較低，在跟蹤發電過程中，光伏電池4上不會積累較高的溫度， 因此，光伏電池4背面可采用普通的散熱器基板6，如鋁板等作為背部襯底。通過散熱器基 板6的自然散熱，達到散熱的目的。由于本實用新型在跟蹤發過電過程中，始終以平行于地 球自轉軸方式轉動，即所謂的斜軸跟蹤，也就是一維跟蹤，相對于二維跟蹤的成本更低。 如圖1和圖4所示，由框架7封裝的發電裝置，可以透過透明防護蓋板1觀察到內 部的反射支架體2、光伏電池4，以及設置在反射支架體2上的反射面11。反射面11以很緊 湊的方式，以一定數量排列在反射支架體2上。
權利要求一種雙斜面反射聚光太陽能光伏電池組件，由框架(7)、透明防護蓋板(1)、反射支架體(2)、光伏電池(4)、導電連線(5)、散熱器基板(6)、膠膜(3)組成，光伏電池(4)由相應的導電連線(5)進行導電連接，通過膠膜(3)固裝在散熱器基板上，其特征是光伏電池是在正常太陽光照射強度下的平板式光伏電池，該平板式光伏電池包括硅電池或砷化鎵電池。
2.根據權利要求1所述的一種雙斜面反射聚光太陽能光伏電池組件，其特征是反射 支架體(2)上設置了一組以上的反射面(11)，每組反射面(11)由兩個面組成，形狀為梯形， 大小相同，對稱設置；兩個梯形的短底邊構成的矩形是光伏電池(4)所在位置，兩個梯形的 長底邊構成的矩形是太陽光入射窗口。
3.根據權利要求1所述的一種雙斜面反射聚光太陽能光伏電池組件，其特征是在光 伏電池(4)的寬度w、反射面(11)的梯形的高p、反射面(11)與光伏電池(4)之間的銳角 3之間有如下設計關系嶺 m^zl。4w
4.根據權利要求1所述的一種雙斜面反射聚光太陽能光伏電池組件，其特征是反射 面(11)中的兩個梯形面相對應的斜邊構成的兩個平面之間的夾角> 46. 90°。
5.根據權利要求1所述的一種雙斜面反射聚光太陽能光伏電池組件，其特征是反射 支架體(2)上設置有一組以上的反射面(11)，反射面(11)以很緊湊的方式，排列在反射支 架體⑵上。
6.根據權利要求1所述的一種雙斜面反射聚光太陽能光伏電池組件，其特征是反射 支架體(2)上方通過透明防護蓋板(1)進行固裝覆蓋，透明防護蓋板(1)用透光率很高的 硬化或鋼化玻璃制造，或者用光學塑料制造。
專利摘要本實用新型公開了一種雙斜面反射聚光太陽能光伏電池組件，由框架、透明防護蓋板、反射支架體、光伏電池、導電連線、散熱器基板組成。反射支架體上設置一組以上的反射面，每個反射面底部對應一個光伏電池。反射面由兩個對稱設置的梯形組成，兩個梯形的短底邊構成的矩形為光伏電池所在位置，長底邊構成的矩形為太陽光入射窗口。在跟蹤情形下，全年內由反射面反射的光線可覆蓋到光伏電池上每一點。每個光伏電池表面既接收到太陽的直接輻射，又接收到由反射面反射形成的疊加輻射，從而形成了在光伏電池上的聚光效果，提高了單位面積普通光伏電池的光電轉換效率，達到在給定功率條件下，使用較少光伏電池的目的，因而可降低光伏發電系統的總成本。
文檔編號H01L31/048GK201655814SQ20092027402
公開日2010年11月24日 申請日期2009年11月23日 優先權日2009年11月23日
發明者屈良 申請人:屈良