專利名稱：聚光太陽能發(fā)電模組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽能發(fā)電裝置，尤其涉及一種聚光太陽能發(fā)電模組。
背景技術(shù)：
人類面臨能源短缺，溫室效應(yīng)加劇，環(huán)境污染嚴(yán)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(chǔ)存的遠(yuǎn)古 太陽能，風(fēng)能和水力也是太陽能加熱空氣和水產(chǎn)生的能源，植物的生長也是利用太陽光來 進(jìn)行光合作用。 近年來，將太陽光直接轉(zhuǎn)化成日常生活最常用的電能研究發(fā)展迅速。目前的太陽 能發(fā)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(tǒng)能源相比，成本高出l倍以上，這成為制約太陽能發(fā)電大規(guī)模應(yīng)用的瓶
頸之一。 現(xiàn)有太陽能發(fā)電技術(shù)有如下不足 1.由單晶硅電池或多晶硅電池構(gòu)成的太陽能發(fā)電模組效率較低，工藝較復(fù)雜，提 純過程污染較嚴(yán)重，并且生產(chǎn)過程耗電量巨大，能量回收期長，系統(tǒng)發(fā)電成本高出傳統(tǒng)能源 l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(zhuǎn)換效率低于10%，并且衰減嚴(yán)重。 3.現(xiàn)有的硅電池模組和薄膜電池模組受工藝限制，每個(gè)硅光電池都沒有旁路二極
管保護(hù)，如果一塊硅光電池?cái)嚅_了 ，則整個(gè)模組不能工作。 4.對于基于硅電池的低倍聚光系統(tǒng)，在硅電池價(jià)格昂貴時(shí)，低倍硅聚光有一定的 成本優(yōu)勢。但是隨著硅電池價(jià)格的急劇下降，低倍硅聚光系統(tǒng)的價(jià)格甚至高于平板硅電池 系統(tǒng)的價(jià)格，已經(jīng)不具有實(shí)用價(jià)值。 5.基于硅電池的聚光電池需要聚光系統(tǒng)，無論透射還是反射式的聚光系統(tǒng)都會(huì)帶 來20%左右的太陽光損失，造成低倍聚光系統(tǒng)的效率低于平板硅模組的效率，已經(jīng)不具有 實(shí)用價(jià)值。 6.低倍硅電池聚光系統(tǒng)具有裝配復(fù)雜，密封困難，散熱困難等特點(diǎn)，生產(chǎn)工藝性不 好。 近年來，隨著GaAs(砷化鎵)3PN節(jié)電池效率提升到40X，1000倍以上(系統(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)日益受到重視，高 倍聚光發(fā)電具有更高的發(fā)電效率，更低的發(fā)電成本。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的，就是為了提供一種聚光效率和發(fā)電效率更高的聚光太陽能發(fā) 電模組。 為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案一種聚光太陽能發(fā)電模組， 其包括[0014] 框體，包括密封相連的四個(gè)側(cè)面板和底板，在四個(gè)側(cè)面板和底板上設(shè)有至少一個(gè) 透氣窗口 ； 菲涅爾透鏡，由多個(gè)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(gè)錐體玻璃棱鏡，分別對應(yīng)于各菲涅爾透鏡單元設(shè)置在框體的底部； 多個(gè)GaAs電池組件，分別連接在各錐體玻璃棱鏡的底面； 多個(gè)金屬散熱器，分別對應(yīng)于各GaAs電池組件固定在框體的底板外側(cè)并與相應(yīng) 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(shè)置的正極板和負(fù)極板，GaAs電池的背面 焊接在正極板上，GaAs電池的正面通過導(dǎo)線與負(fù)極板相連，旁路二極管并聯(lián)在正極板和負(fù) 極板之間；所述的錐體玻璃棱鏡的底面通過透明的光學(xué)膠與GaAs電池的正面固定相連；所 述的金屬散熱器通過導(dǎo)熱膠與下層銅板固定相連。 所述的由多個(gè)菲涅爾透鏡單元組成的陣列包括3X 3、3X4、或者4X4個(gè)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(yīng)設(shè)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(yīng)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。 本實(shí)用新型聚光太陽能發(fā)電模組由于采用了以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具 有以下的優(yōu)點(diǎn)和和特點(diǎn) 1、本實(shí)用新型在一塊平板玻璃上集成多個(gè)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(shè)計(jì)，減輕了模組的重量。 2、本實(shí)用新型在一塊平板玻璃上集成多個(gè)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、本實(shí)用新型采用四棱錐體玻璃棱鏡將聚焦的光斑導(dǎo)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(dāng)于擴(kuò)大了接收面積，降低了
系統(tǒng)對太陽光對準(zhǔn)角度精度要求。 4、由于任何光學(xué)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，本實(shí)用新型采用錐體玻璃棱鏡來導(dǎo)光。菲涅爾 透鏡聚光在玻璃棱鏡的上表面，光在玻璃棱鏡內(nèi)經(jīng)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(shè)計(jì)提高效率10%以 上。 5、本實(shí)用新型中每個(gè)電池都有旁路二極管保護(hù)，GaAs電池之間為串聯(lián)關(guān)系，當(dāng)發(fā)
生電池?cái)嚅_故障時(shí)，電流也可以通過旁路二極管導(dǎo)通，不影響系統(tǒng)工作。 6、本實(shí)用新型采用獨(dú)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(tǒng)效率和可靠性。 7、本實(shí)用新型采用獨(dú)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(chǎn)，有利于提高裝配效率和成品率。
圖1是本實(shí)用新型的聚光太陽能發(fā)電模組的基本結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型中的菲涅爾透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本實(shí)用新型的光學(xué)原理示意圖； 圖4是本實(shí)用新型中的錐體玻璃棱鏡的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本實(shí)用新型中的GaAs電池組件的正面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是本實(shí)用新型中的覆銅板的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是本實(shí)用新型中的GaAs電池組件的反面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式參見圖1，本實(shí)用新型的聚光太陽能發(fā)電模組，包括框體1、菲涅爾透鏡2、多個(gè)錐 體玻璃棱鏡3、多個(gè)GaAs電池組件4和多個(gè)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(gè)側(cè) 面板和底板組成。四個(gè)側(cè)面板之間，以及四個(gè)側(cè)面板與底板之間完全密封。上端完全開口。 在四個(gè)側(cè)面板和底板上(本實(shí)施例為其中一個(gè)側(cè)面板)設(shè)有至少一個(gè)透氣窗口 ll，在透氣 窗口 ll上安裝有防水透氣膜(未圖示出來)。當(dāng)框體由玻璃鋼材料制作時(shí)，需要設(shè)置防燒 蝕金屬隔板12，防燒蝕金屬隔板固定在框體內(nèi)部，用于保護(hù)太陽光斜入射時(shí)框體不會(huì)被聚 焦的光斑燒蝕。防燒蝕金屬隔板也包括四個(gè)側(cè)面板和底板。防燒蝕金屬隔板的四個(gè)側(cè)面板 用于保護(hù)框體的側(cè)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(hù)框體的底板以及模組內(nèi)部導(dǎo)線不被燒蝕，其位置不高于玻璃棱鏡的上表面。當(dāng)框 體材料為金屬時(shí)，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(shí)太陽光垂直照射在菲涅爾透鏡上。包括3X3、3X4、或者4X4個(gè)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(gòu)成的菲涅爾齒形。圖 2為一個(gè)3X3菲涅爾透鏡的陣列示意圖。 配合參見圖4，本實(shí)用新型中的多個(gè)錐體玻璃棱鏡3分別對應(yīng)于各菲涅爾透鏡單 元設(shè)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(xué)膠固定在GaAs 電池表面。 配合參見圖5、圖6、圖7，本實(shí)用新型中的多個(gè)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(shè)置的正極 板431和負(fù)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(dǎo)線與負(fù)極板432相連，旁路二極管42并聯(lián)在正極板和負(fù)極板之間。錐體玻璃棱鏡3的底 面通過透明的光學(xué)膠與GaAs電池41的正面固定相連；金屬散熱器5通過導(dǎo)熱膠與下層銅 板45固定相連。導(dǎo)熱膠可以是電絕緣材料，也可以不是電絕緣材料。 本實(shí)用新型中的多個(gè)金屬散熱器5分別對應(yīng)于各GaAs電池組件4固定在框體的 底板外側(cè)并與相應(yīng)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(nèi)部的GaAs電池之間正負(fù)極串聯(lián)，并通過2根導(dǎo)線引出框體。 本實(shí)用新型的光學(xué)原理如圖3所示，每個(gè)菲涅爾透鏡單元2對應(yīng)一個(gè)錐體玻璃棱 鏡3、一個(gè)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(gè)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(shù)，本實(shí)用新型中的幾何聚光倍數(shù)不低于500倍，即每個(gè)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(gè)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(gè)側(cè)面拋光，利用全反射原理，將 光線導(dǎo)向射在玻璃棱鏡底部的GaAs電池上，GaAs電池將太陽光直接轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為熱能。熱能經(jīng)過覆 銅板導(dǎo)向散熱器，并通過散熱器向空氣散熱。有效降低電池溫度。
權(quán)利要求一種聚光太陽能發(fā)電模組，其特征在于包括框體，包括密封相連的四個(gè)側(cè)面板和底板，在四個(gè)側(cè)面板和底板上設(shè)有至少一個(gè)透氣窗口；菲涅爾透鏡，由多個(gè)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(gè)錐體玻璃棱鏡，分別對應(yīng)于各菲涅爾透鏡單元設(shè)置在框體的底部；多個(gè)GaAs電池組件，分別連接在各錐體玻璃棱鏡的底面；多個(gè)金屬散熱器，分別對應(yīng)于各GaAs電池組件固定在框體的底板外側(cè)并與相應(yīng)的GaAs電池組件固定相連。
2. 如權(quán)利要求1所述的聚光太陽能發(fā)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(shè)置的正極板和負(fù)極板，GaAs電池的背面焊接在正極板上，GaAs電池的正面通 過導(dǎo)線與負(fù)極板相連，旁路二極管并聯(lián)在正極板和負(fù)極板之間；所述的錐體玻璃棱鏡的底 面通過透明的光學(xué)膠與GaAs電池的正面固定相連；所述的金屬散熱器通過導(dǎo)熱膠與下層 銅板固定相連。
3. 如權(quán)利要求1所述的聚光太陽能發(fā)電模組，其特征在于所述的由多個(gè)菲涅爾透鏡 單元組成的陣列包括3X3、3X4、或者4X4個(gè)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(quán)利要求1所述的聚光太陽能發(fā)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(yīng)設(shè)置的錐體玻璃棱鏡的中心和GaAs電池的中心同軸。
5. 如權(quán)利要求1所述的聚光太陽能發(fā)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(yīng)GaAs電池的有效面積之比大于500。
6. 如權(quán)利要求1所述的聚光太陽能發(fā)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(quán)利要求1所述的聚光太陽能發(fā)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(quán)利要求1所述的聚光太陽能發(fā)電模組，其特征在于所述的透氣窗口上安裝有 防水透氣膜。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種聚光太陽能發(fā)電模組，它包括框體、菲涅爾透鏡、多個(gè)錐體玻璃棱鏡、多個(gè)GaAs電池組件和多個(gè)金屬散熱器。其中的菲涅爾透鏡由多個(gè)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(yīng)設(shè)置的錐體玻璃棱鏡的中心和GaAs電池的中心同軸。本實(shí)用新型的聚光太陽能發(fā)電模組與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有更高的聚光效率和發(fā)電效率，而且安裝簡單方便，成品率高。
文檔編號H01L31/052GK201467016SQ200920077730
公開日2010年5月12日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者章琳 申請人:章琳