專利名稱：聚光太陽能發電模組的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能發電裝置，尤其涉及一種聚光太陽能發電模組。
背景技術：
人類面臨能源短缺，溫室效應加劇，環境污染嚴重。太陽能作為一種主要的清潔能 源，日益受到重視。目前人類利用的主要能源都來自太陽能，煤炭、石油是地球儲存的遠古 太陽能，風能和水力也是太陽能加熱空氣和水產生的能源，植物的生長也是利用太陽光來 進行光合作用。近年來，將太陽光直接轉化成日常生活最常用的電能研究發展迅速。目前的太陽 能發電主要采用單晶硅電池、多晶硅電池或者薄膜電池。這幾種電池受工藝和原理的限制， 效率比較低；與傳統能源相比，成本高出1倍以上，這成為制約太陽能發電大規模應用的瓶
頸之一。現有太陽能發電技術有如下不足1.由單晶硅電池或多晶硅電池構成的太陽能發電模組效率較低，工藝較復雜，提 純過程污染較嚴重，并且生產過程耗電量巨大，能量回收期長，系統發電成本高出傳統能源 1倍以上。目前仍無法大批量推廣。2.薄膜太陽能電池效率低，光電轉換效率低于10%，并且衰減嚴重。3.現有的硅電池模組和薄膜電池模組受工藝限制，每個硅光電池都沒有旁路二極 管保護，如果一塊硅光電池斷開了，則整個模組不能工作。4.對于基于硅電池的低倍聚光系統，在硅電池價格昂貴時，低倍硅聚光有一定的 成本優勢。但是隨著硅電池價格的急劇下降，低倍硅聚光系統的價格甚至高于平板硅電池 系統的價格，已經不具有實用價值。5.基于硅電池的聚光電池需要聚光系統，無論透射還是反射式的聚光系統都會帶 來20%左右的太陽光損失，造成低倍聚光系統的效率低于平板硅模組的效率，已經不具有 實用價值。6.低倍硅電池聚光系統具有裝配復雜，密封困難，散熱困難等特點，生產工藝性不 好。近年來，隨著GaAs (砷化鎵)3PN節電池效率提升到40%，1000倍以上(系統有效 受光面積與太陽能電池有效面積之比)高倍聚光太陽能發電系統的研發日益受到重視，高 倍聚光發電具有更高的發電效率，更低的發電成本。
發明內容
本發明的目的，就是為了提供一種聚光效率和發電效率更高的聚光太陽能發電模組。為了達到上述目的，本發明采用了以下技術方案一種聚光太陽能發電模組，其包 括
框體，包括密封相連的四個側面板和底板，在四個側面板和底板上設有至少一個
透氣窗口 ；菲涅爾透鏡，由多個菲涅爾透鏡單元組成陣列定位在框體的頂部并與框體密封相 連；多個錐體玻璃棱鏡，分別對應于各菲涅爾透鏡單元設置在框體的底部；多個GaAs電池組件，分別連接在各錐體玻璃棱鏡的底面；多個金屬散熱器，分別對應于各GaAs電池組件固定在框體的底板外側并與相應 的GaAs電池組件固定相連。所述的GaAs電池組件包括GaAs電池、旁路二極管以及由上層電極板、中層絕緣板 和下層銅板組成的覆銅板，上層電極板包括間隔設置的正極板和負極板，GaAs電池的背面 焊接在正極板上，GaAs電池的正面通過導線與負極板相連，旁路二極管并聯在正極板和負 極板之間；所述的錐體玻璃棱鏡的底面通過透明的光學膠與GaAs電池的正面固定相連；所 述的金屬散熱器通過導熱膠與下層銅板固定相連。所述的由多個菲涅爾透鏡單元組成的陣列包括3X3、3X4、或者4X4個相同的菲 涅爾透鏡單元組成的陣列，單元與單元之間緊密相連。所述的各菲涅爾透鏡單元的光軸與對應設置的錐體玻璃棱鏡的中心和GaAs電池 的中心同軸。所述的各菲涅爾透鏡單元的面積與相應GaAs電池的有效面積之比大于500。所述的錐體玻璃棱鏡的上下表面均為正方形，下表面的面積不大于GaAs電池的 有效口徑，上表面的面積不小于GaAs電池有效面積的2倍，高度不小于下表面寬度的3倍。所述的各金屬散熱器的散熱表面積之和不小于菲涅爾透鏡的受光面積的1. 5倍。所述的透氣窗口上安裝有防水透氣膜。本發明聚光太陽能發電模組由于采用了以上技術方案，與現有技術相比，具有以 下的優點和和特點1、本發明在一塊平板玻璃上集成多個菲涅爾透鏡單元組成陣列，減少了安裝工 作，也簡化了框體的設計，減輕了模組的重量。2、本發明在一塊平板玻璃上集成多個菲涅爾透鏡單元組成陣列，單元之間沒有縫 隙，最大化菲涅爾透鏡的有效口徑，也解決了單元與單元之間的密封性問題。3、本發明采用四棱錐體玻璃棱鏡將聚焦的光斑導到GaAs電池上，錐體玻璃棱鏡 上表面面積不小于GaAs電池有效面積的2倍，這樣就相當于擴大了接收面積，降低了系統 對太陽光對準角度精度要求。4、由于任何光學材料都有色散存在，不同波長的光在特定的焦平面上具有大小不 等的光斑，為了改善不同波長光斑的均勻性，本發明采用錐體玻璃棱鏡來導光。菲涅爾透鏡 聚光在玻璃棱鏡的上表面，光在玻璃棱鏡內經過全反射后照射到GaAs電池表面，從而使不 同波長的光在光電池表面的均勻性，比直接聚焦在GaAs表面的設計提高效率10%以上。5、本發明中每個電池都有旁路二極管保護，GaAs電池之間為串聯關系，當發生電 池斷開故障時，電流也可以通過旁路二極管導通，不影響系統工作。6、本發明采用獨立的散熱器工作，散熱面積不小于1.5倍的受光面積，有效的降 低了電池的工作溫度，提高了系統效率和可靠性。
7、本發明采用獨立的散熱器工作，而GaAs電池組件和錐體棱鏡都固定在散熱器 上，因此這部分可以模塊化生產，有利于提高裝配效率和成品率。
圖1是本發明的聚光太陽能發電模組的基本結構示意圖；圖2是本發明中的菲涅爾透鏡的結構示意圖；圖3是本發明的光學原理示意圖；圖4是本發明中的錐體玻璃棱鏡的結構示意圖；圖5是本發明中的GaAs電池組件的正面結構示意圖；圖6是本發明中的覆銅板的結構示意圖；圖7是本發明中的GaAs電池組件的反面結構示意圖。
具體實施例方式參見圖1，本發明的聚光太陽能發電模組，包括框體1、菲涅爾透鏡2、多個錐體玻 璃棱鏡3、多個GaAs電池組件4和多個金屬散熱器5。框體1由玻璃鋼材料整體壓制而成，或者由金屬材料拼接而成，為方形，由四個側 面板和底板組成。四個側面板之間，以及四個側面板與底板之間完全密封。上端完全開口。 在四個側面板和底板上(本實施例為其中一個側面板)設有至少一個透氣窗口 11，在透氣 窗口 11上安裝有防水透氣膜(未圖示出來)。當框體由玻璃鋼材料制作時，需要設置防燒 蝕金屬隔板12，防燒蝕金屬隔板固定在框體內部，用于保護太陽光斜入射時框體不會被聚 焦的光斑燒蝕。防燒蝕金屬隔板也包括四個側面板和底板。防燒蝕金屬隔板的四個側面板 用于保護框體的側面板不被燒蝕，其頂部不低于框體高度的一半。防燒蝕金屬隔板的底板 用于保護框體的底板以及模組內部導線不被燒蝕，其位置不高于玻璃棱鏡的上表面。當框 體材料為金屬時，可以不需要防燒蝕金屬隔板。菲涅爾透鏡2定位在框體的頂部，通過密封膠帶或硅膠固定在框體上，四周密閉， 防塵防水。使用時太陽光垂直照射在菲涅爾透鏡上。包括3X3、3X4、或者4X4個相同的 菲涅爾透鏡單元組成的陣列，單元與單元之間緊密相連，沒有間隙，這樣平板玻璃具有最大 的有效口徑。菲涅爾透鏡上表面光潔平整，下表面為一系列同心圓構成的菲涅爾齒形。圖 2為一個3X3菲涅爾透鏡的陣列示意圖。配合參見圖4，本發明中的多個錐體玻璃棱鏡3分別對應于各菲涅爾透鏡單元設 置在框體1的底部；錐體玻璃棱鏡為六面拋光，不倒邊，上下表面為正方形。下表面32不大 于GaAs電池的有效口徑，上表面31的面積不小于2倍的GaAs電池有效面積。高度不低于 3倍的下表面寬度。上表面朝向菲涅爾透鏡。下表面通過透明的光學膠固定在GaAs電池表 配合參見圖5、圖6、圖7，本發明中的多個GaAs電池組件4分別連接在各錐體玻 璃棱鏡3的底面。各GaAs電池組件都包括GaAs電池41、旁路二極管42以及由上層電極 板43、中層絕緣板44和下層銅板45組成的覆銅板，上層電極板43包括間隔設置的正極板 431和負極板432，GaAs電池41的背面焊接在正極板431上，GaAs電池41的正面通過導線 與負極板432相連，旁路二極管42并聯在正極板和負極板之間。錐體玻璃棱鏡3的底面通
5過透明的光學膠與GaAs電池41的正面固定相連；金屬散熱器5通過導熱膠與下層銅板45 固定相連。導熱膠可以是電絕緣材料，也可以不是電絕緣材料。本發明中的多個金屬散熱器5分別對應于各GaAs電池組件4固定在框體的底板 外側并與相應的GaAs電池組件固定相連。各金屬散熱器的散熱表面積之和不小于菲涅爾 透鏡的受光面積的1.5倍。框體內部的GaAs電池之間正負極串聯，并通過2根導線引出框體。本發明的光學原理如圖3所示，每個菲涅爾透鏡單元2對應一個錐體玻璃棱鏡3、 一個GaAs電池組件4(包括GaAs電池41、旁路二極管42以及由上層電極板43、中層絕緣 板44和下層銅板45組成的覆銅板)和一個散熱器5。錐體玻璃棱鏡的中心和GaAs電池的 中心與菲涅爾透鏡單元光軸同軸。透鏡單元的面積與GaAs電池的有效面積之比稱為幾何 聚光倍數，本發明中的幾何聚光倍數不低于500倍，即每個菲涅爾透鏡單元的面積與電池 有效面積之比大于500。以一個單元為例，太陽光垂直照射在菲涅爾透鏡上，菲涅爾透鏡將 太陽光聚焦在玻璃棱鏡的上表面，玻璃棱鏡的四個側面拋光，利用全反射原理，將光線導向 射在玻璃棱鏡底部的GaAs電池上，GaAs電池將太陽光直接轉換成直流電。GaAs電池的效 率隨溫度上升而下降，電池效率在40%左右，部分太陽光轉換為熱能。熱能經過覆銅板導向 散熱器，并通過散熱器向空氣散熱。有效降低電池溫度。
權利要求
一種聚光太陽能發電模組，其特征在于包括框體，包括密封相連的四個側面板和底板，在四個側面板和底板上設有至少一個透氣窗口；菲涅爾透鏡，由多個菲涅爾透鏡單元組成陣列定位在框體的頂部并與框體密封相連；多個錐體玻璃棱鏡，分別對應于各菲涅爾透鏡單元設置在框體的底部；多個GaAs電池組件，分別連接在各錐體玻璃棱鏡的底面；多個金屬散熱器，分別對應于各GaAs電池組件固定在框體的底板外側并與相應的GaAs電池組件固定相連。
2.如權利要求1所述的聚光太陽能發電模組，其特征在于所述的GaAs電池組件包括 GaAs電池、旁路二極管以及由上層電極板、中層絕緣板和下層銅板組成的覆銅板，上層電極 板包括間隔設置的正極板和負極板，GaAs電池的背面焊接在正極板上，GaAs電池的正面通 過導線與負極板相連，旁路二極管并聯在正極板和負極板之間；所述的錐體玻璃棱鏡的底 面通過透明的光學膠與GaAs電池的正面固定相連；所述的金屬散熱器通過導熱膠與下層 銅板固定相連。
3.如權利要求1所述的聚光太陽能發電模組，其特征在于所述的由多個菲涅爾透鏡 單元組成的陣列包括3X3、3X4、或者4X4個相同的菲涅爾透鏡單元組成的陣列，單元與 單元之間緊密相連。
4.如權利要求1所述的聚光太陽能發電模組，其特征在于所述的各菲涅爾透鏡單元 的光軸與對應設置的錐體玻璃棱鏡的中心和GaAs電池的中心同軸。
5.如權利要求1所述的聚光太陽能發電模組，其特征在于所述的各菲涅爾透鏡單元 的面積與相應GaAs電池的有效面積之比大于500。
6.如權利要求1所述的聚光太陽能發電模組，其特征在于所述的錐體玻璃棱鏡的上 下表面均為正方形，下表面的面積不大于GaAs電池的有效口徑，上表面的面積不小于GaAs 電池有效面積的2倍，高度不小于下表面寬度的3倍。
7.如權利要求1所述的聚光太陽能發電模組，其特征在于所述的各金屬散熱器的散 熱表面積之和不小于菲涅爾透鏡的受光面積的1. 5倍。
8.如權利要求1所述的聚光太陽能發電模組，其特征在于所述的透氣窗口上安裝有 防水透氣膜。
全文摘要
本發明提供了一種聚光太陽能發電模組，它包括框體、菲涅爾透鏡、多個錐體玻璃棱鏡、多個GaAs電池組件和多個金屬散熱器。其中的菲涅爾透鏡由多個菲涅爾透鏡單元組成陣列定位在框體的頂部并與框體密封相連；GaAs電池組件包括GaAs電池、旁路二極管以及由上層電極板、中層絕緣板和下層銅板組成的覆銅板；各菲涅爾透鏡單元的光軸與對應設置的錐體玻璃棱鏡的中心和GaAs電池的中心同軸。本發明的聚光太陽能發電模組與現有技術相比，具有更高的聚光效率和發電效率，而且安裝簡單方便，成品率高。
文檔編號H05K7/20GK101938112SQ200910054239
公開日2011年1月5日 申請日期2009年6月30日 優先權日2009年6月30日
發明者章琳 申請人:章琳