專利名稱：一種低倍聚光的光伏組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及太陽能聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太陽能光伏發(fā)電技術(shù)是解決未來能源問題的必然途徑之一，但系統(tǒng)發(fā)電成本高和 原材料短缺是限制該技術(shù)迅速普及的主要因素。太陽能聚光光伏發(fā)電(CPV)技術(shù)通過采 用廉價的聚光系統(tǒng)將太陽光會聚到面積很小的光接收器上，從而減小昂貴的電池芯片的用 量，是降低光伏發(fā)電系統(tǒng)總成本的一種有效途徑。聚光光伏系統(tǒng)通常由聚光系統(tǒng)、光接收器、散熱系統(tǒng)和背板組成，其核心為光接收 器和聚光系統(tǒng)。光接收器的核心為太陽能電池芯片。目前，商品化的太陽能電池主要包括娃基晶 片電池、薄膜電池和GaAs基高效電池。a-Si和CdTe基薄膜電池的轉(zhuǎn)換效率較低，但其生產(chǎn) 成本也較低，聚光方式不能有效降低系統(tǒng)發(fā)電總成本。Si基晶片電池，GaAs基單結(jié)和多結(jié) 疊層電池的轉(zhuǎn)換效率較高，但其生產(chǎn)成本也較高，需要高聚光率才能有效平衡電池芯片的 成本，而高聚光率需要高精度的聚光系統(tǒng)、太陽追蹤系統(tǒng)和高性能的散熱裝置，使附加成本 大幅上升，也不能有效降低系統(tǒng)發(fā)電總成本。CIGS薄膜電池具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率和較 低的生產(chǎn)成本，被廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)的平板式太陽能光伏組件中。按照聚光率，通常把聚光系統(tǒng)分為低倍(1.5-100)、中倍(100-300)和高倍(> 300)聚光系統(tǒng)。按照聚光形式，通常分為點聚焦和線聚焦系統(tǒng)。聚光率與聚光形式之間的 關(guān)系為固定聚光系統(tǒng)的聚光率通常小于10 ；線聚光系統(tǒng)幾何聚光率一般在15-60 ；點聚光 系統(tǒng)的幾何聚光率通常小于500。低聚光系統(tǒng)的缺點在于聚光率不高，優(yōu)點在于對太陽追 蹤方面要求較低，因此可以大幅度降低太陽追蹤方面的成本；對散射輻射利用率較高，因此 低聚光系統(tǒng)適用于直接輻射不太好的地區(qū)，還能提高發(fā)電系統(tǒng)的冬季輸出；電池表面光線 均勻，可以提高電池的實際轉(zhuǎn)換效率。在工作過程中，影響電池芯片實際轉(zhuǎn)換效率的主要因素包括聚光率、電池溫度和 光強分布的均勻性。在溫度一定的情況下，電池的理想效率隨聚光率的增加而增加，這是因 為短路電流一般隨光強線性增加，開路電壓隨光強的對數(shù)增加，而填充因子在理想狀況下 隨開路電壓增加而增加。但是，聚光率的增加將產(chǎn)生以下幾個方面的負(fù)面影響(1)電池的工作溫度升高。在聚光率一定的情況下，工作溫度的升高會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效 率下降，將對散熱器的結(jié)構(gòu)和性能提出較高的要求，以有效降低聚光電池的工作溫度。(2)電池表面光強分布不均勻度增加。在聚光率一定的情況下，光強分布不均勻?qū)?致電池表面的溫度和電流分布不均勻，引起開路電壓和轉(zhuǎn)換效率下降。(3)串聯(lián)電阻損耗增力Π。聚光率的增加引起電流密度增加，而串聯(lián)電阻損耗與電流 密度的平方成正比例，因而聚光率的增加引起串聯(lián)電阻損耗加大。此外，串聯(lián)電阻損耗的增 加也會引起器件工作溫度升高，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率下降。因此，現(xiàn)有公開的太陽能聚光光伏系統(tǒng)未能通過電池芯片、聚光率、太陽追蹤和散熱系統(tǒng)的最佳組合，達(dá)到真正有效降低系統(tǒng)發(fā)電總成本的目的。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了 一種光電轉(zhuǎn)換效率高且生產(chǎn)成本低的低倍聚 光光伏組件。一種低倍聚光的光伏組件，包括背板、光接收器、聚光系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)，其中，所述的背板，包括基板和表面分割為若干周期單元的金屬箔片，所述的周期單元 之間相互絕緣；所述的金屬箔片通過絕緣導(dǎo)熱膠粘貼在所述的基板上；其中，所述的基板由具有良好導(dǎo)熱性能的輕 質(zhì)合金材料制成，優(yōu)選采用鋁合金或 銅合金材料；所述的金屬箔片通常采用銅箔材料，也可采用鋁箔等金屬箔材料，其厚度通常 為10-200um。本發(fā)明采用化學(xué)刻蝕法在金屬箔片的表面產(chǎn)生若干刻蝕線，刻蝕線將所述的 金屬箔片表面分割為若干周期單元，周期單元相互之間彼此絕緣；所述的絕緣導(dǎo)熱膠通常 采用摻有導(dǎo)熱微粒的環(huán)氧樹脂材料，也可采用其它具有絕緣導(dǎo)熱性能的材料。所述的光接收器，用于接收匯聚的太陽光，并把接收的太陽光轉(zhuǎn)換成電能，供給外 部負(fù)載，所述的光接收器包括若干個線性排布的玻璃基底的太陽能電池芯片，相鄰的太陽 能電池芯片通過所述的金屬箔片聯(lián)接形成串聯(lián)電路；所述的太陽能電池芯片通過絕緣導(dǎo)熱 膠粘貼在所述的金屬箔片上的周期單元內(nèi)。其中，所述的光接收器中的所述的若干個太陽能電池芯片規(guī)格相同，所述的太陽 能電池芯片為硅基晶片電池、硅基薄膜電池、CdTe薄膜電池、CIGS薄膜電池、GaAs基單結(jié) 太陽能電池或者GaAs基多結(jié)太陽能電池，優(yōu)選CIGS基薄膜電池。所述的玻璃基底的厚度 為0. 1 1mm，優(yōu)選厚度為0. 2mm,以便于導(dǎo)熱；所述的太陽能電池芯片的正極為金屬薄膜， 所述的太陽能電池芯片的負(fù)極為匯流帶，所述的金屬薄膜和所述的匯流帶分別位于所述的 太陽能電池芯片表面的兩個長邊的邊緣，便于通過金屬導(dǎo)線與所述的金屬箔片聯(lián)接形成串 聯(lián)電路。所述的匯流帶導(dǎo)電性能好且與所述的太陽能電池芯片結(jié)合良好，不易脫落，優(yōu)選鋁 帶、銅帶或銦錫合金帶，所述的匯流帶厚度為80-250um，寬度為l_3mm。所述的金屬薄膜厚 度為0. 5-lum，寬度為l-3mm。線性排布的若干個太陽能電池芯片中，相鄰的兩個太陽能電 池芯片的正、負(fù)極方向相反，以方便形成串聯(lián)電路。所述的聚光系統(tǒng)，用于把入射的太陽光匯聚到線形光接收器表面，包括由線聚光 的條形透鏡、拋物槽和組合拋物面組合而成的線聚焦聚光器，以及用于支撐和固定所述的 線聚焦聚光器并封裝所述的光接收器的輔助元件。其中，線聚光的條形透鏡是最主要的聚 光器，拋物槽和組合拋物面用于增加接收角和提高電池表面光線分布的均勻度，由于提高 了對入射光的利用率和光線分布均勻度，從而提高了系統(tǒng)的實際輸出功率，節(jié)約了單位裝 機容量的占地面積。由于拋物槽和組合拋物面增加了光的接受角，降低了對太陽追蹤精度 的要求，因而采用廉價的單軸追蹤器即可滿足太陽追蹤的要求，降低了系統(tǒng)發(fā)電總成本。所述的散熱系統(tǒng)，用于降低所述的太陽能電池芯片的工作溫度，所述的散熱系統(tǒng) 由若干散熱翅組成，與所述的背板底部連接，以便及時對基板散熱；同時，由于所述的背板 部件，如基板、金屬箔片和絕緣導(dǎo)熱膠，均為熱的良導(dǎo)體，太陽能電池芯片在工作過程中 產(chǎn)生的熱量可以快速經(jīng)過所述的金屬箔片傳導(dǎo)到絕緣導(dǎo)熱膠，然后經(jīng)由基板傳導(dǎo)到散熱系 統(tǒng)。因此，通過將所述的背板與所述的散熱系統(tǒng)直接連接，可以更好地對所述的太陽能電池芯片進行冷卻，避免工作過程中光接收器的溫度過高導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率下降甚至引發(fā)事故。此外，本發(fā)明的低倍聚光的光伏組件中，充分考慮電池芯片實際轉(zhuǎn)換效率與聚光 率、電池溫度、光強分布均勻性、串聯(lián)電阻損耗之間的關(guān)系，在電池的實際轉(zhuǎn)換效率與聚光 率之間確立了最佳關(guān)系。這樣，光接收器的理想轉(zhuǎn)換效率與工作溫度、光線分布不均勻度、 串聯(lián)損耗之間達(dá)到最佳平衡，得到最大的實際光電轉(zhuǎn)換效率。由于在最佳聚光率下同時實 現(xiàn)了光接收器的高電池轉(zhuǎn)換效率和低溫度系數(shù)，所以還有助于降低整個系統(tǒng)的散熱難度和 散熱器成本，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)發(fā)電的總成本。本發(fā)明通過實驗研究確定了 每種電池達(dá)到最高轉(zhuǎn)換效率時所對應(yīng)的最佳聚光率，并根據(jù)該結(jié)果為每種電池配備相應(yīng)的 聚光系統(tǒng)，使其在最佳聚光條件下工作。在10-40倍聚光條件下，CIGS電池的理想輸出功 率、工作溫度、串聯(lián)損耗、光線分布均勻度之間達(dá)到較好的平衡，此時電池的光電轉(zhuǎn)換效率 最高可達(dá)到21. 1%。 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果所述的光接收器中位于所述的金屬箔片上的不同周期單元內(nèi)的各玻璃基底的太 陽能電池芯片通過所述的金屬箔片聯(lián)接形成串聯(lián)電路，由于金屬箔片的橫截面積大，一方 面，作為串聯(lián)電路的導(dǎo)線，其導(dǎo)電面積大，可以降低太陽能電池芯片之間的串聯(lián)損耗；另一 方面，作為各電池芯片與基板之間的導(dǎo)熱介質(zhì)，可以把電池芯片在工作過程產(chǎn)生的熱量快 速傳導(dǎo)至散熱系統(tǒng)，避免電池芯片工作溫度過高。本發(fā)明中太陽能電池芯片之間的連接簡 單可靠，系統(tǒng)的散熱難度小；同時，本發(fā)明通過線聚光系統(tǒng)和二次聚光器的組合，提高了對 散射輻射的利用率，并提高了實際聚光率和光線分布均勻度，從而降低了對太陽追蹤精度 的要求，有效降低了系統(tǒng)的太陽追蹤成本；此外，本發(fā)明利用最佳聚光條件把太陽光聚焦在 低成本、高效率的光接收器上，使光接收器的理想轉(zhuǎn)換效率與串聯(lián)損耗、器件工作溫度之間 達(dá)到最佳平衡，獲得最大的光電轉(zhuǎn)換效率。綜合而言，本發(fā)明的低倍聚光的光伏組件同時具 有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低和光電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的低倍聚光光伏組件的橫斷面的示意圖；圖2是本發(fā)明中金屬箔片的表面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明中太陽能電池芯片的粘貼位置的示意圖；圖4是本發(fā)明中太陽能電池芯片與金屬箔片之間的連接方式的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例來詳細(xì)闡述本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限于此。實施例1如圖1所示的低倍聚光光伏組件，包括背板101、光接收器102、聚光系統(tǒng)103和散 熱器104。背板101是由鋁合金基板、摻有導(dǎo)熱微粒的環(huán)氧樹脂和銅箔構(gòu)成，其中，銅箔通過 環(huán)氧樹脂粘貼到鋁合金基板上。銅箔、環(huán)氧樹脂和鋁合金基板均為熱的良導(dǎo)體，能把銅箔 上的熱量及時傳導(dǎo)到鋁合金基板，并通過鋁合金基板傳導(dǎo)到與背板101底座連接的散熱器 104，對電池進行冷卻，避免工作過程中光接收器的溫度過高導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率下降甚至引發(fā)事故。散熱器104由多個散熱翅組成。如圖2所示，銅箔包括銅箔薄層201和刻蝕線202，銅箔的厚度為50um。本發(fā)明采用化學(xué)刻蝕方法在銅箔的表面產(chǎn)生若干刻蝕線，刻蝕線將銅箔的表面分割為若干周期單 元，周期單元相互之間彼此絕緣。為簡單起見，圖2、圖3、圖4只畫出銅箔上部分周期單元 的結(jié)構(gòu)示意圖，其它周期單元與圖中示出的結(jié)構(gòu)相同，周期單元和太陽能電池芯片的數(shù)量 可視需要設(shè)定，在附圖中不一一示出。光接收器102包括多個相同規(guī)格的太陽能電池芯片301，太陽能電池芯片301為 CIGS太陽能電池芯片，以普通鈉鈣玻璃為基底，基底厚度約為0. 2mm，其主要目的是為了便 于導(dǎo)熱。通過氣相沉積方法沉積在玻璃基底上的太陽能電池芯片301通過絕緣導(dǎo)熱膠粘貼 在銅箔上的由刻蝕線圍成的周期單元內(nèi)，太陽能電池芯片301線性排布，如圖3所示。太陽 能電池芯片301的正極302為Mo電極，太陽能電池芯片301的負(fù)極303為匯流帶，太陽能電 池芯片301的正、負(fù)極302、303位于太陽能電池芯片301表面的兩個長邊的邊緣，其目的是 為了便于和銅箔進行連接，同時減少對匯聚太陽光遮擋。由于玻璃基底為絕緣材料，因此太 陽能電池芯片301和銅箔之間不直接導(dǎo)通。需要特別注意的是，各太陽能電池芯片301 (A、 B、C、D)的正負(fù)極依次反向。比如，A 左正右負(fù)，B 左負(fù)右正，C 左正右負(fù)，D 左負(fù)右正，這 樣設(shè)置的目的是為了便于通過銅箔電極實現(xiàn)太陽能電池芯片301之間的串聯(lián)。光接收器102由多個相同規(guī)格的太陽能電池芯片301串聯(lián)而成，各太陽能電池芯 片301(A、B、C、D)呈線性排布，并通過金屬導(dǎo)線401把電池片的正負(fù)極與銅箔聯(lián)接起來，以 此實現(xiàn)電池片之間的串聯(lián)，聯(lián)接方法如圖4所示。由于各太陽能電池芯片301(A、B、C、D)的 排布順序為A 左正右負(fù)，B 左負(fù)右正，C 左正右負(fù)，D 左負(fù)右正，則具體連接方法為A的 正極與銅箔a區(qū)聯(lián)接，負(fù)極與銅箔b區(qū)聯(lián)接；B的正極與銅箔b區(qū)聯(lián)接，負(fù)極與銅箔c區(qū)聯(lián) 接；C的正極與銅箔c區(qū)聯(lián)接，負(fù)極與銅箔d區(qū)聯(lián)接，D的正極與銅箔d區(qū)聯(lián)接，負(fù)極與銅箔 e區(qū)聯(lián)接，...以此類推。該方法使電池芯片間的連接簡單可靠，同時減小了電池片的串聯(lián) 電阻，降低了電池芯片的串聯(lián)損耗。銅箔a e區(qū)分別為金屬箔片上的單個周期單元。聚光系統(tǒng)103包括由線聚光的條形透鏡、拋物槽和組合拋物面組合而成的線聚 焦聚光器，以及用于支撐和固定所述的線聚焦聚光器并封裝所述的光接收器的輔助元，其 詳細(xì)結(jié)構(gòu)未在附圖中示出，聚光系統(tǒng)103用于把入射的太陽光匯聚到線形光接收器102表 面。在20倍線聚焦的基礎(chǔ)上，CIGS電池的理想輸出功率、工作溫度、串聯(lián)損耗、光線分 布均勻度之間達(dá)到較好的平衡，此時電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)到21. 1%。通過拋物槽 和組合拋物面增加了光的接收角，提高了光線分布均勻度，降低了對太陽追蹤精度的要求， 因而采用廉價的單軸追蹤器即可滿足太陽追蹤的要求?？傊?，本發(fā)明在提高光電轉(zhuǎn)換效率 的同時，降低了系統(tǒng)的散熱成本和太陽追蹤成本，節(jié)約了單位裝機容量的占地面積，同時降 低了系統(tǒng)發(fā)電總成本。實施例2與實施例1完全相同，除了所述的太陽能電池芯片301 (A、B、C、D)的正負(fù)極設(shè)置 不同A 左負(fù)右正，B 左正右負(fù)，C 左負(fù)右正，D 左正右負(fù)，其效果完全等同。相應(yīng)地，所述的太陽能電池芯片301之間的連接方法也有所不同A的負(fù)極與銅箔a區(qū)聯(lián)接，正極與銅箔b區(qū)聯(lián)接；B的負(fù)極與銅箔b區(qū)聯(lián)接，正極與銅箔c區(qū)聯(lián)接；C的負(fù)極與 銅箔c區(qū)聯(lián)接，正極與銅箔d區(qū)聯(lián)接，D的負(fù)極與銅箔d區(qū)聯(lián)接，正極與銅箔e區(qū)聯(lián)接...以 此類推，仍然形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)。
以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個具體實施例，本發(fā)明不限于以上實施例，還可以 有許多變形，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變 形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
一種低倍聚光的光伏組件，包括背板、光接收器、聚光系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)，其特征在于，所述的背板，包括基板和表面分割為若干周期單元的金屬箔片，所述的周期單元之間相互絕緣；所述的金屬箔片通過絕緣導(dǎo)熱膠粘貼在所述的基板上；所述的光接收器，包括若干個線性排布的玻璃基底的太陽能電池芯片，相鄰的太陽能電池芯片通過所述的金屬箔片聯(lián)接構(gòu)成串聯(lián)電路；所述的太陽能電池芯片通過絕緣導(dǎo)熱膠粘貼在所述的金屬箔片周期單元內(nèi)；所述的聚光系統(tǒng)，包括由線聚光的條形透鏡、拋物槽和組合拋物面組合而成的線聚焦聚光器，以及用于支撐和固定所述的線聚焦聚光器并封裝所述的光接收器的輔助元件。
2.如權(quán)利要求1所述的低倍聚光的光伏組件，其特征在于所述的基板由鋁合金或銅 合金材料制成。
3.如權(quán)利要求1所述的低倍聚光的光伏組件，其特征在于，所述的金屬箔片的厚度為 10-200um。
4.如權(quán)利要求1所述的低倍聚光的光伏組件，其特征在于，所述的絕緣導(dǎo)熱膠為摻有 導(dǎo)熱微粒的環(huán)氧樹脂材料。
5.如權(quán)利要求1所述的低倍聚光的光伏組件，其特征在于，所述的太陽能電池芯片為 硅基晶片電池、硅基薄膜電池、CdTe薄膜電池、CIGS薄膜電池、GaAs基單結(jié)太陽能電池或者 GaAs基多結(jié)太陽能電池。
6.如權(quán)利要求1所述的低倍聚光的光伏組件，其特征在于，所述的太陽能電池芯片的 正極為金屬薄膜，所述的太陽能電池芯片的負(fù)極為匯流帶，所述的金屬薄膜和所述的匯流 帶分別位于所述的太陽能電池芯片表面的兩個長邊的邊緣。
7.如權(quán)利要求1所述的低倍聚光的光伏組件，其特征在于所述的匯流帶為鋁帶、銅 帶或銦錫合金帶，所述的匯流帶厚度為80-250um，寬度為l_3mm ；所述的金屬薄膜厚度為 0. 5-lum,寬度為 l-3mm。
8.如權(quán)利要求6或7所述的低倍聚光的光伏組件，其特征在于，粘貼在所述的周期單元 內(nèi)的太陽能電池芯片的負(fù)極通過金屬導(dǎo)線與金屬箔片上相鄰的周期單元聯(lián)接，形成串聯(lián)電 路。
9.如權(quán)利要求1所述的低倍聚光的光伏組件，其特征在于所述的散熱系統(tǒng)與所述的 背板底部連接。
10.如權(quán)利要求1所述的低倍聚光的光伏組件，其特征在于所述的聚光系統(tǒng)的聚光率 為10-40倍，所述的太陽能電池芯片為CIGS電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低倍聚光的光伏組件，包括背板、光接收器和聚光系統(tǒng)，其中，背板包括基板和表面分割為若干相互絕緣的周期單元的金屬箔片，兩者通過絕緣導(dǎo)熱膠粘貼在一起；光接收器由若干個線性排布的玻璃基底的太陽能電池芯片串聯(lián)構(gòu)成，并通過絕緣導(dǎo)熱膠粘貼在金屬箔片上的周期單元內(nèi)，相鄰的太陽能電池芯片之間通過金屬箔片連接；聚光系統(tǒng)包括線聚光的條形透鏡、拋物槽、組合拋物面和輔助元件。利用本發(fā)明的光伏組件，可實現(xiàn)在最佳聚光條件把太陽光聚焦在低成本、高效率的光接收器上，獲得最大的光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明在降低串聯(lián)電阻的同時，降低了散熱和太陽追蹤的難度和成本，組件的加工方法簡單可靠，制作的組件性能穩(wěn)定。
文檔編號H01L31/052GK101882641SQ20101019212
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者王東, 甄炯炯, 竇海林 申請人:普尼太陽能(杭州)有限公司