專利名稱：一種聚光晶體硅太陽能電池組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用單晶硅作為發(fā)電元件的聚光光伏系統(tǒng)，用柱狀聚光鏡將太陽光聚集 到單晶硅光伏電池上，可以顯著的提高發(fā)電效率且降低電池材料的使用量，降低發(fā)電成本。
背景技術(shù)：
19世紀(jì)以來人類社會的飛速進(jìn)步是建立在化石能源技術(shù)高速發(fā)展的基礎(chǔ)之上的， 直到現(xiàn)在每年對以石油、煤炭、天然氣為主的化石能源的需求還在不斷增加。但是地球上的 這類能源是有限的，按照現(xiàn)在消耗速度化石能源將在21世紀(jì)中葉被消耗殆盡。同時伴隨著 這類化石能源的使用對人類和自然環(huán)境產(chǎn)生了大范圍的嚴(yán)重影響。因此綠色無污染且可再 生的新能源將取代現(xiàn)有能源成為未來能源系統(tǒng)的基礎(chǔ)。其中太陽能被認(rèn)為是未來人類社會 最合適最理想的替代能源，但是發(fā)電成本過高限制了太陽能電池的應(yīng)用?，F(xiàn)在被使用的最 多的是單晶硅和多晶硅太陽能電池的發(fā)電成本約為2元/千瓦時，遠(yuǎn)高于民用的電價。為 了降低其發(fā)電成本就要提高發(fā)電效率或者降低制造成本。但是晶體硅太陽能電池是一種很 成熟的技術(shù)，經(jīng)過多年的發(fā)展很難再大幅度的降低發(fā)電成本，必須引入其它技術(shù)從根本上 改變其發(fā)電形式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中單晶硅和多晶硅太陽能電池的發(fā)電所存在的上 述問題，提供一種聚光晶體硅太陽能電池組件。本發(fā)明設(shè)計一種聚光晶體硅太陽能電池組 件，包括聚光晶體硅太陽能電池組件由聚光器、單晶硅光伏發(fā)電裝置、散熱冷卻裝置及太陽 跟蹤裝置組成，其特征在于單晶硅太陽能電池安裝在太陽跟蹤裝置上，單晶硅太陽能電池 的上部設(shè)置有聚光器，在單晶硅太陽能電池的下部設(shè)置有散熱冷卻裝置。其特征在于單晶 硅太陽能電池的上部的聚光器為柱狀聚光透鏡。其特征在于每個單晶硅太陽能電池兩端 并聯(lián)一個旁路二極管。其特征在于位于柱狀聚光透鏡下的單晶硅太陽能電池由多片單晶 硅太陽能電池串聯(lián)連接，在多片單晶硅太陽能電池上面覆蓋有塊紫外線濾光鏡。其特征在 于單晶硅太陽能電池底部由導(dǎo)熱硅膠片黏合在一塊陶瓷基板上，在陶瓷基板上連接散熱 冷卻裝置。其特征在于散熱冷卻裝置由循環(huán)冷卻管道、水泵和散熱器組成，循環(huán)冷缺管道 的一側(cè)連接陶瓷基板，另一側(cè)連接散熱器，循環(huán)冷卻管道上連接水泵。其特征在于所述的 太陽跟蹤裝置為水平方向的一維太陽跟蹤裝置，由一個驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動一平板繞軸轉(zhuǎn)動，單 晶硅太陽能電池安裝在平板上。其特征在于所述的太陽跟蹤裝置上連接有控制裝置，控制 裝置上連接有探測器，探測器為一容器內(nèi)兩個隔離腔體內(nèi)的光敏元器件，其特征在于在聚 光透鏡和單晶硅太陽能電池間安裝有四塊的反光板。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是聚光太陽能電池即用 聚光鏡將陽光聚集到太陽能電池上，通過提高電池表面的能流密度，可以大幅度的提高轉(zhuǎn) 換效率，同時降低材料的使用量。


圖1為聚光裝置的光路圖，圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖4為光敏探測器結(jié)構(gòu)圖，圖5聚光組件整體結(jié)構(gòu)圖，圖1中1為單晶硅光伏電池，2反光板，3柱狀聚光透鏡，4太陽光，圖2中1單晶硅光伏電池，2反光板，3柱狀聚光透鏡，4太陽光，5紫外線濾光玻 璃，6陶瓷基板，7液冷系統(tǒng)，圖3中1單晶硅光伏電池，6陶瓷基板，8冷卻管道，9水泵，10 散熱器，圖4中11探測器外殼，12探測器內(nèi)部遮光擋板，13光敏器件，圖5中21光敏探測 器，22、聚光光伏系統(tǒng)，23風(fēng)速探測器，24光強(qiáng)探測器和時鐘，25水平方向步進(jìn)電機(jī)，沈蓄電 池和電源系統(tǒng)，27固定底座，28支架，29控制器和控制電路。下面結(jié)合附圖和施工實(shí)例對本發(fā)明作詳細(xì)使用說明。
具體實(shí)施例方式一種以單晶硅作為光伏材料的發(fā)電裝置，通過聚光系統(tǒng)提高電池表面的能流密度以 提高電池的發(fā)電效率同時減少電池的用量；通過液冷系統(tǒng)降低聚光帶給電池的高溫，減少效率 熱損；使用一維太陽跟蹤系統(tǒng)，保持陽光直射并聚焦到電池板上進(jìn)一步地提高發(fā)電效率。包括聚光晶體硅太陽能電池組件由聚光器、單晶硅光伏發(fā)電裝置、散熱冷卻裝置 及太陽跟蹤裝置組成，其特征在于單晶硅太陽能電池安裝在太陽跟蹤裝置上，單晶硅太陽 能電池的上部設(shè)置有聚光器，在單晶硅太陽能電池的下部設(shè)置有散熱冷卻裝置。其特征在 于單晶硅太陽能電池的上部的聚光器為柱狀聚光透鏡。其特征在于每個單晶硅太陽能 電池兩端并聯(lián)一個旁路二極管。其特征在于位于柱狀聚光透鏡下的單晶硅太陽能電池由 多片單晶硅太陽能電池串聯(lián)連接，在多片單晶硅太陽能電池上面覆蓋有塊紫外線濾光鏡。 其特征在于單晶硅太陽能電池底部由導(dǎo)熱硅膠片黏合在一塊陶瓷基板上，在陶瓷基板上 連接散熱冷卻裝置。其特征在于散熱冷卻裝置由循環(huán)冷卻管道、水泵和散熱器組成，循環(huán) 冷卻管道的一側(cè)連接陶瓷基板，另一側(cè)連接散熱器，循環(huán)冷卻管道上連接水泵。其特征在 于所述的太陽跟蹤裝置為水平方向的一維太陽跟蹤裝置，由一個驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動一平板繞 軸轉(zhuǎn)動，單晶硅太陽能電池安裝在平板上。其特征在于所述的太陽跟蹤裝置上連接有控制 裝置，控制裝置上連接有探測器，探測器為一容器內(nèi)兩個隔離腔體內(nèi)的光敏元器件。其特征 在于在聚光透鏡和單晶硅太陽能電池間安裝有四塊的反光板。實(shí)際使用時，每個單晶硅太陽能電池1并聯(lián)一個旁路二極管，之后將多個電池元 件串聯(lián)后按圖1所示排成一列，頂部從下到上依次放上EVA(薄板狀)和紫外線濾光玻璃 5，底部從上到下依次放上導(dǎo)熱硅膠片和陶瓷基板6，壓膜后外加框架固定。冷卻裝置按圖 3所示設(shè)計，為了便于加工同時考慮到散熱和成本，冷卻管道8和散熱器10都由鋁合金制 成。將陶瓷基板6表面金屬化后焊接在冷卻管道8的頂部將4塊反光板2、柱狀聚光鏡3、 光伏電池1和散熱器7按圖1所示組合，外部使用鋁合金框架進(jìn)行固定和支撐，反光板2、 柱狀聚光鏡3和光伏電池1間要進(jìn)行密封防塵處理。按圖4所示安裝光敏探測器11，外殼 12和遮光擋板13都由金屬制成，內(nèi)表面涂不反光的黑色涂料，外殼12和遮光板13都要有一定的高度。各探測器11、22安裝在支架的中央頂部，控制器四安裝在探測器旁，一端和 探測器11、22相連一端和電機(jī)25相連。各聚光光伏系統(tǒng)21用支架相連，連同頂部的探測 器11、22和控制器四等器件一起安裝在水平方向的步進(jìn)電機(jī)25上，當(dāng)電機(jī)工作時可以將 上半部分支架一起左右轉(zhuǎn)動，電機(jī)下部固定在金屬底座27上。整個跟蹤裝置平時處于休眠 狀態(tài)，只有當(dāng)定時器到時后開始啟動工作，風(fēng)力探測器信號具有最高權(quán)限，當(dāng)測得風(fēng)力過高 后自動停止電機(jī)工作；光強(qiáng)探測器和時鐘具有第二權(quán)限，當(dāng)測得光強(qiáng)過弱時自動停止跟蹤 裝置工作并判斷是否需要將跟蹤器回復(fù)原位；光敏探測器具有第三權(quán)限，當(dāng)前面判定可以 正常工作時，根據(jù)探測得到的信號，電機(jī)自動將電池板相光強(qiáng)方移動，直到2個光敏器件13 上的光強(qiáng)信號強(qiáng)度完全一致后停止工作。蓄電池和電源系統(tǒng)26安裝在底座上方，平時靠光 伏電池充電，在跟蹤裝置工作時，作為裝置的電源輸出電力。實(shí)際中用效率達(dá)17%的單晶硅太陽能電池作為發(fā)電裝置，使用柱狀聚光透鏡， 聚集的光強(qiáng)達(dá)到了 30倍，高光強(qiáng)提高了發(fā)電效率，使得聚光電池組件的效率提高到了 22.9%。相對于傳統(tǒng)的菲涅爾鏡，柱狀聚光鏡聚焦后光強(qiáng)分布更加均勻，不易老化變形。同 時聚集后的光斑是一條線性光帶，只需要一維太陽跟蹤系統(tǒng)就可以將陽光精準(zhǔn)地聚集到光 伏電池上，大幅降低了對跟蹤系統(tǒng)的要求。在聚光透鏡和單晶硅太陽能電池之間加裝四塊的反光板，當(dāng)發(fā)電裝置出現(xiàn)故障， 聚焦的光帶不在電池上時，反光板可以將光帶反射到電池上繼續(xù)發(fā)電，同時防止聚集的強(qiáng) 光破壞發(fā)電裝置的內(nèi)部器件。每個單晶硅太陽能電池并聯(lián)一個旁路二極管，當(dāng)個別單晶硅電池照不倒陽光或者 發(fā)生故障不能發(fā)電時，二極管導(dǎo)通提供通路，保護(hù)無法發(fā)電的電池，同時不影響其它電池的 工作。將數(shù)塊單晶硅太陽能電池排成一列，串聯(lián)連接組成一長條形的發(fā)電元件，并在上方加 裝一塊紫外線濾光鏡，可以防止聚集的高強(qiáng)度紫外線影響光伏電池的性能。單晶硅太陽能電池用導(dǎo)熱硅膠片黏合在一塊陶瓷基板上，可以保證電池和基體的 電絕緣又不影響散熱。由于聚集的高強(qiáng)度太陽光會產(chǎn)生很大的熱量使得光伏電池的溫度上 升影響發(fā)電性能，而一般的被動散熱方式不足以使電池在較低的溫度工作，因此在陶瓷基 板上加裝一套液冷裝置，通過循環(huán)的冷卻液體可以使得電池的工作溫度保持在50°C以下， 降低了溫升引起的發(fā)電效率降低。為了保證陽光垂直入射提高發(fā)電效率，需要將聚光光伏系統(tǒng)安裝在一個太陽跟蹤 裝置上，不斷的調(diào)整聚光光伏系統(tǒng)的角度。由于使用了線聚光鏡，可以保證在垂直方向陽光 始終聚焦在電池上，只需使用一維太陽跟蹤裝置，使聚光系統(tǒng)在水平方向上轉(zhuǎn)動跟蹤太陽 即可。本裝置采用了跟蹤精度高、系統(tǒng)更加簡單的光強(qiáng)比較法實(shí)現(xiàn)對太陽光的自動跟 蹤。通過2個放在容器相互隔離的腔體內(nèi)的光敏元器件測得照射到上面的光強(qiáng)，將數(shù)據(jù)送 入控制器。當(dāng)2個光敏元器件測得的數(shù)據(jù)不相同時，說明陽光有偏差，將太陽跟蹤裝置的平 板向光強(qiáng)方向移動，當(dāng)2個光敏元器件上的數(shù)據(jù)相同時說明陽光直射進(jìn)入，將平板停在現(xiàn) 有角度。用一臺步進(jìn)電機(jī)控制電池板水平方向的方位角，就可以保證陽光的垂直入射。由于 太陽的位置移動的很慢，為此電機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)計的很低，約4小時/周，因?yàn)檗D(zhuǎn)速比很高可以 減小電機(jī)的功耗，電機(jī)總功耗不到電池發(fā)電功率的1%。同時將探測器和控制器設(shè)定為定時 模式，每經(jīng)過一段時間開機(jī)探測一次，其余時間進(jìn)入睡眠模式，可以大量的節(jié)約用電量。為
5了防止強(qiáng)風(fēng)損壞跟蹤器，加裝風(fēng)力探測器，當(dāng)風(fēng)力增大到一定程度時，電機(jī)停止工作直到風(fēng) 力減小。 在控制器外另裝一個光敏探測器和時鐘，當(dāng)光敏探測器測得外部陽光強(qiáng)度很弱已 經(jīng)不適合光伏電池板再工作時，自動停止跟蹤器的運(yùn)行，同時當(dāng)時鐘測得此時已經(jīng)是晚上 時，將電池板自動回復(fù)到原始位置并停止跟蹤器的運(yùn)行等待第二天太陽升起。
權(quán)利要求
1.一種聚光晶體硅太陽能電池組件，包括聚光晶體硅太陽能電池組件由聚光器、單晶 硅光伏發(fā)電裝置、散熱冷卻裝置及太陽跟蹤裝置組成，其特征在于單晶硅太陽能電池安裝 在太陽跟蹤裝置上，單晶硅太陽能電池的上部設(shè)置有聚光器，在單晶硅太陽能電池的下部 設(shè)置有散熱冷卻裝置。
2.按權(quán)利要求1所述的一種聚光晶體硅太陽能電池組件，其特征在于單晶硅太陽能 電池的上部的聚光器為柱狀聚光透鏡。
3.按權(quán)利要求1所述的一種聚光晶體硅太陽能電池組件，其特征在于每個單晶硅太 陽能電池兩端并聯(lián)一個旁路二極管。
4.按權(quán)利要求1所述的一種聚光晶體硅太陽能電池組件，其特征在于位于柱狀聚光 透鏡下的單晶硅太陽能電池由多片單晶硅太陽能電池串聯(lián)連接，在多片單晶硅太陽能電池 上面覆蓋有紫外線濾光鏡。
5.按權(quán)利要求1所述的一種聚光晶體硅太陽能電池組件，其特征在于單晶硅太陽能 電池底部由導(dǎo)熱硅膠片黏合在一塊陶瓷基板上，在陶瓷基板上連接散熱冷卻裝置。
6.按權(quán)利要求1或5所述的一種聚光晶體硅太陽能電池組件，其特征在于散熱冷卻 裝置由循環(huán)冷卻管道、水泵和散熱器組成，循環(huán)冷卻管道的一側(cè)連接陶瓷基板，另一側(cè)連接 散熱器，循環(huán)冷卻管道上連接水泵。
7.按權(quán)利要求1所述的一種聚光晶體硅太陽能電池組件，其特征在于所述的太陽跟 蹤裝置為水平方向的一維太陽跟蹤裝置，由一個驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動一平板繞軸轉(zhuǎn)動，單晶硅太 陽能電池安裝在平板上。
8.按權(quán)利要求7所述的一種聚光晶體硅太陽能電池組件，其特征在于所述的太陽跟 蹤裝置上連接有控制裝置，控制裝置上連接有探測器，探測器為一容器內(nèi)兩個隔離腔體內(nèi) 的光敏元器件。
9.按權(quán)利要求1所述的一種聚光晶體硅太陽能電池組件，其特征在于在聚光透鏡和 單晶硅太陽能電池間安裝有四塊的反光板。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種聚光晶體硅太陽能電池組件，包括聚光晶體硅太陽能電池組件由聚光器、單晶硅光伏發(fā)電裝置、散熱冷卻裝置及太陽跟蹤裝置組成，其特征在于單晶硅太陽能電池安裝在太陽跟蹤裝置上，單晶硅太陽能電池的上部設(shè)置有聚光器，在單晶硅太陽能電池的下部設(shè)置有散熱冷卻裝置。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是聚光太陽能電池即用聚光鏡將陽光聚集到太陽能電池上，通過提高電池表面的能流密度，可以大幅度的提高轉(zhuǎn)換效率，同時降低材料的使用量。
文檔編號H01L31/052GK102104345SQ200910201470
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者倪開祿, 周光華, 張劍, 李長嶺 申請人:上海超日太陽能工程有限公司, 上海超日太陽能科技股份有限公司