雙面電池組件的反射裝置和雙面電池組件的制作方法
本實用新型涉及一種雙面電池組件的反射裝置和雙面電池組件，特別是涉及一種具有較大電池片間間距的雙面電池組件的反射裝置和雙面電池組件。
背景技術：
雙面電池組件是由多片雙面電池片串聯或并聯而成的太陽能電池組件。在雙面電池組件中，多片雙面電池片通常以矩陣形式排列，相鄰雙面電池片之間會存在間隙。對于所有太陽能電池組件而言，受光面的大小直接決定了太陽光的利用率。為了盡可能大地增加組件功率，最為常用的方式是增加單位面積雙面電池片的數量，也就是說在雙面電池組件中間隙的面積要盡可能減小，這樣入射至雙面電池組件的光被浪費的可能性就會降低。由此，在單片電池效率相同的情況下，組件廠商大都致力于電池片的排布使得電池片之間的間隙盡可能減小，組件中的電池片數量盡可能增加。然后目前太陽能發電的成本居高不下的一個重要原因就是電池片的價格相對較貴，一旦減小間隙，增加了電池片的數量，那么組件的整體成本必然上升；而倘若保留一定間隙，那么入射至間隙處的太陽光又被浪費了。
技術實現要素：
本實用新型要解決的技術問題是為了克服現有技術中為了增加太陽能組件發電功率、減少入射至間隙處太陽光的浪費而減小電池片之間間隙使得制造太陽能組件組裝難度加大、而增加太陽能組件中電池片數量又會導致成本上升的缺陷，提供一種雙面電池組件的反射裝置和雙面電池組件，通過增加介質層來補償增大間隙而導致的太陽光的浪費，并且降低雙面電池組件的成本。
本實用新型是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：
一種雙面電池組件的反射裝置，該雙面電池組件包括多片間隔排列的雙面電池片以及覆蓋于雙面電池片正面的蓋板和覆蓋于雙面電池片背面的背板以及組件框架，蓋板和背板都是透明的，其中雙面電池片在平行于組件框架邊框的方向上延伸排列，相鄰雙面電池片之間存在間隙，其特點在于，該反射裝置包括：設置于背板背面覆蓋間隙的介質層，介質層的上表面貼設于該背板背面，介質層的下表面為一反射面，該反射面用于接收入射至間隙處的光并使一部分光反射至雙面電池片的背面，以及使另一部分光反射至蓋板的上表面以發生全反射并再次入射至雙面電池片的正面。蓋板的上表面為蓋板接受太陽光的表面。
優選地，以組件框架的第一邊框為x軸、以組件框架的第二邊框為y軸、雙面電池片所在平面的法線為z軸建立空間直角坐標系，其中第一邊框垂直于第二邊框，該反射面是以y軸為母線的柱面，該柱面的準線上的任意一點p滿足：
θp-end≥θp-normal；
或者θp-normal≤90°-θcritical，
其中θp-normal為點p處準線的內法線與x軸的銳夾角，內法線是指由反射面指向雙面電池片方向的法線，
當點p處準線的法線Nxp與點p與一端部的連線Lxp位于直線Lzp異側時，θp-end為點p與該端部的連線與x軸的鈍夾角，直線Lzp為通過p點的z軸的平行線；當法線Nxp與連線Lxp位于直線Lzp同側時，θp-end為點p與該端部的連線與x軸的銳夾角，
θcritical為在該蓋板的上表面發生全反射的臨界角，端部為x軸方向上構成間隙的相鄰兩片雙面電池片的兩個端部，
和/或，該反射面是以x軸為母線的柱面，該柱面的準線上任意一點p滿足：
或者
其中為點p處準線的內法線與y軸的銳夾角，
當點p處準線的法線Nyp與點p與一端部的連線Lyp位于直線Lzp異側時，為點p與該端部的連線與y軸的鈍夾角，直線Lzp為通過p點的z軸的平行線；當法線Nyp與連線Lyp位于直線Lzp同側時，為點p與該端部的連線與y軸的銳夾角，
為在該蓋板的上表面發生全反射的臨界角，端部為y軸方向上構成間隙的相鄰兩片雙面電池片的兩個端部，
其中，該介質層的折射率為n±Δn，n為蓋板和背板的折射率，Δn小于等于0.3。
上述描述借用了立體幾何中柱面的概念，該反射面是母線沿著準線平移形成的面。
優選地，該準線包括軸對稱的第一曲部和第二曲部，對稱軸為通過間隙中心線的z軸的平行線。
在本實用新型的技術方案中，通過對介質層反射面形狀的設置，使得絕大部分入射至間隙的光得以被反射至雙面電池片的背面或者在蓋板處發生全反射再次入射至雙面電池片的正面。因為入射至間隙處的光都能被利用起來，因此間隙的寬度可以適當增加，也就是說，組件的面積不變，組件中雙面電池片的面積減少，間隙面積增加，同時間隙以介質層來覆蓋。這樣一來，雖然組件中的發電功率有所下降，但是因為介質層的成本遠遠低于雙面電池片的成本，因此本實用新型的技術方案的雙面電池組件的成本可以大為降低。
優選地，該第一曲部為圓弧。
優選地，該第一曲部包括圓弧和與圓弧相連的直線段。
優選地，該直線段與雙面電池片所在平面的銳夾角為α±Δα，其中α≥38°，0.5°≤Δα≤5°。更優選地，38°≤α≤50°。
優選地，間隙的寬度為3mm-30mm。
優選地，該反射裝置的寬度為5mm-50mm。
本實用新型還提供一種雙面電池組件，其特點在于，該雙面電池組件包括如上所述的反射裝置。
優選地，該反射裝置沿著平行于組件框架的邊框的方向貼設于背板背面的間隙處。
在符合本領域常識的基礎上，上述各優選條件，可任意組合，即得本實用新型各較佳實例。
本實用新型的積極進步效果在于：
與現有技術中盡可能減小電池片之間間隙的思路不同，本實用新型采用材料成本較低的介質層來制作反射裝置，可以充分利用間隙處的太陽光將其再次射入組件中，并且可以使得間隙尺寸加大，減小組件中電池片的數量。雖然犧牲了一部分發電功率，但是能夠顯著降低組件的制造成本，由此使得太陽能組件的價格更優競爭優勢，得以被廣泛使用。
附圖說明
圖1為本實用新型實施例1的介質層設置情況的俯視圖。
圖2為沿圖1中A-A剖面線的截面圖。
圖3為圖2中各部分的尺寸示意圖。
圖4為實施例1中以0°入射的光線的光路圖。
圖5為實施例1中以15°入射的光線的光路圖。
圖6為實施例1中以30°入射的光線的光路圖。
圖7為實施例1中以45°入射的光線的光路圖。
圖8為實施例1中以60°入射的光線的光路圖。
圖9為實施例1中以75°入射的光線的光路圖。
圖10為實施例2中以15°入射的光線的光路圖。
圖11為實施例2中以45°入射的光線的光路圖。
圖12為實施例2中以60°入射的光線的光路圖。
圖13為實施例2中以75°入射的光線的光路圖。
圖14為實施例3中以30°入射的光線的光路圖。
圖15為實施例3中以45°入射的光線的光路圖。
圖16為實施例3中以60°入射的光線的光路圖。
圖17-圖19為實施例4中三角形底角取40°時光分別以30°、45°和60°入射的光線的光路圖。
圖20-圖22為實施例4中三角形底角取46°時光分別以30°、45°和60°入射的光線的光路圖。
圖23為實施例5中以0°入射的光線的光路圖。
圖24-圖25為實施例5中光線分別自左右兩側以30°的入射角入射的光路圖。
圖26-圖27為實施例5中光線分別自左右兩側以45°的入射角入射的光路圖。
圖28-圖29為實施例5中光線分別自左右兩側以60°的入射角入射的光路圖。
具體實施方式
下面通過實施例的方式進一步說明本實用新型，并且采用comsol multiphysics軟件來模擬光路，但并不因此將本實用新型限制在所述的實施例范圍之中。
實施例1
參考圖1-圖3，本實用新型的雙面電池組件的反射裝置，該雙面電池組件包括多片間隔排列的雙面電池片2以及覆蓋于雙面電池片正面的蓋板41和覆蓋于雙面電池片背面的背板42以及組件框架，其中雙面電池片在平行于組件框架邊框的方向上延伸排列，相鄰雙面電池片之間存在間隙，該反射裝置包括：設置于背板背面覆蓋間隙的介質層31和32，介質層的上表面貼設于該背板背面，介質層的下表面為一反射面300，該反射面用于接收入射至間隙處的光并使一部分光反射至雙面電池片的背面，以及使另一部分光反射至蓋板的上表面以發生全反射并再次入射至雙面電池片的正面。這里，以上方為正面，下方為背面。
參考圖1，從俯視角度來看雙面電池組件，以雙面電池片所在平面為xy平面，以組件框架的第一邊框12為x軸、以組件框架的第二邊框11為y軸、雙面電池片所在平面的法線為z軸建立空間直角坐標系，其中第一邊框垂直于第二邊框，先來看反射裝置31，該反射面是以y軸為母線的柱面，該柱面的準線上的任意一點p滿足：
θp-end≥θp-normal；
或者θp-normal≤90°-θcritical，
其中θp-normal為點p處準線的內法線與x軸的銳夾角，內法線是指由反射面指向雙面電池片方向的法線，
當點p處準線的法線Nxp與點p與一端部的連線Lxp位于直線Lzp異側時，θp-end為點p與該端部的連線與x軸的鈍夾角，直線Lzp為通過p點的z軸的平行線；當法線Nxp與連線Lxp位于直線Lzp同側時，θp-end為點p與該端部的連線與x軸的銳夾角，
θcritical為在該蓋板發生全反射的臨界角，端部為x軸方向上構成間隙的相鄰兩片雙面電池片的兩個端部，
再來看反射裝置32，該反射面是以x軸為母線的柱面，該柱面的準線上任意一點p滿足：
或者
其中為點p處準線的內法線與y軸的銳夾角，
當點p處準線的法線Nyp與點p與一端部的連線Lyp位于直線Lzp異側時，為點p與該端部的連線與y軸的鈍夾角，直線Lzp為通過p點的z軸的平行線；當法線Nyp與連線Lyp位于直線Lzp同側時，為點p與該端部的連線與y軸的銳夾角，
為在該蓋板發生全反射的臨界角，端部為y軸方向上構成間隙的相鄰兩片雙面電池片的兩個端部。
參考圖2，以反射裝置31為例，介紹反射面的形狀。從截面圖來看，該反射裝置31包括兩個覆蓋了雙面電池片之間間隙的弧面。反射面300用于反射入射至間隙的太陽光。參考圖3-圖9，以一具體尺寸為例，介紹反射裝置的設置以及利用該反射裝置后入射至反射面的光線的走向。蓋板41和背板42的厚度h均為2.5mm，x方向上雙面電池片之間的間隙w為3mm，每個弧面的半徑為3.5mm，圓弧的圓心角為90°，弧面至背板的高度為1mm，兩個弧面為對稱結構，對稱軸為通過間隙中線的z軸的平行線。其中蓋板41、背板42和介質層的折射率均為1.46。
參考圖4-圖9，用軟件模擬了以不同入射角入射至間隙處的光被介質層反射的光路圖。
先來看圖4，光以0°入射角(入射角是指光線與蓋板法線的夾角)入射間隙時的情況。100表示空氣，51表示入射光，52表示被反射面300反射的反射光。在圖4所示情況下，反射光射向了雙面電池片的背面。
接下來參考圖5-圖9，因為圖中表示光線的線條較多，為此省略空氣和蓋板的界面、背板和介質層的界面的附圖標記，具體可參考圖4。參考圖5-圖9，光分別以15°、30°、45°、60°和75°的入射角入射至間隙處，反射光射向了雙面電池片的背面。
通過光路模擬可知，實施例1中的介質層可以將間隙處的太陽光利用起來，反射至雙面電池片的背面來發電。
實施例2
實施例2的基本原理與實施例1相同，不同之處在于雙面電池片之間的間隙增大到16.6mm，介質層材料與實施例1相同，但是介質層反射面的形狀也改變了，但是準線依然采用對稱結構，對稱軸為通過間隙中線的z軸的平行線，并且采用斜面和弧面結合的形式，這種形狀的反射面依然滿足上述的公式，具體參考圖10，當間隙比較大時，從截面圖來看，包括圓弧3002和與圓弧3002相連的直線段3001以及直線段3003，兩條直線段3001和虛線構成等腰三角形，底角α取43°，蓋板和背板厚度與實施例1相同，介質層的最大厚度為5mm(三角形頂角至直線段3003的垂直高度)，圓弧3002的半徑為7.5mm，圓弧的圓心角為50°，圓弧與直線段相切，介質層的總長度L為40mm。
采用圖10所示的介質層時，依然采用相同的軟件來模擬光路，從而印證介質層對間隙處光線利用的有效性，在圖10所示的15°入射的情況下，入射至間隙處的光被反射到雙面電池片的背面。
圖11-圖13分別示出了光以45°、60°和75°入射至間隙處的光路模擬圖，因為線條眾多，故而未示出背板的線條。在圖11-圖13中，一部分光被反射至雙面電池片的背面，另一部分光(右部的光線)被反射回蓋板和空氣界面處并發生全反射(因為線條眾多全反射的光線并未示出，但是可以看出右部被介質層反射面反射的光線入射至蓋板的入射角大于43°的臨界角)。由于被反射至蓋板和空氣界面處的光入射至界面上時的入射角大于等于發生全反射的臨界角，因此這部分光又可被二次利用。
其余未提及的部分參照實施例1。
實施例3
實施例3的基本原理與實施例2相同，不同之處在于介質層的長度稍短一些，具體參考圖14(因為線條眾多，為了清楚顯示光路部分，在圖14中介質層僅顯示了反射面的部分，省略了介質層的邊界線條)，其中圓弧的圓心角為80°，圓弧與直線段相切，其余參數參照實施例2，圖14中光線以30°的入射角入射至間隙的情況。大部分光被反射至雙面電池片的背面，另一部分光被反射至蓋板并發生全反射再次入射至雙面電池片的正面。
參考圖15和圖16，示出了以45°和60°入射的情況，一部分光被反射至雙面電池片的背面，另一部分光在蓋板上表面發生全反射。
其余未提及之處參考實施例2。
實施例4
實施例4的基本原理與實施例3相同，不同之處在于直線段與背板的夾角并不一定要嚴格等于臨界角(從蓋板入射至空氣發生全反射的臨界角)，可以有±3°的誤差。例如圖17-圖19中β為40°，而圖20-圖22中γ為46°，分別模擬了30°、45°和60°入射的情況，絕大部分的光線還是能被二次利用。
其余未提及之處參考實施例3。
實施例5
實施例5的基本原理與實施例2相同，不同之處在于介質層并未采用對稱結構，介質層長度依然為40mm，先參考圖23，虛線C的左右兩邊的介質層的形狀并不相同，但是都符合上述的公式。虛線C的左部為實施例2所示的情況；虛線C的右部為一段半徑為7.5mm、圓心角為70°的圓弧，圓心為右邊雙面電池片的端部，以O點表示。圖23中示出了光垂直入射至間隙的情況，基本上入射至間隙的光線被全部反射至雙面電池片的背面。
參考圖24和圖25，光線分別自左右兩側以30°的入射角入射至間隙處的情況，絕大部分光被反射至雙面電池片的背面，少部分光被反射至蓋板，但是可以看出這部分光入射至蓋板的入射角是大于臨界角的，會在蓋板處發生全反射以入射至雙面電池片的正面。
圖26-圖29分別示出了光線自左右兩側分別以45°和60°的入射角入射至間隙的情況，大部分光都反射至了雙面電池片的背面，小部分光被反射至蓋板處發生全反射再次被雙面電池組件所利用。
雖然以上描述了本實用新型的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本實用新型的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本實用新型的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本實用新型的保護范圍。
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