一種聚光太陽(yáng)能模組的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種聚光太陽(yáng)能模組，其特征在于，其包括：主聚光器、太陽(yáng)能電池芯片、反光筒及次聚光器；所述反光筒固定在所述太陽(yáng)能電池芯片的光活性面上，其內(nèi)部為反射層；所述次聚光器固定在所述反光筒上，包括上透鏡和下透鏡；所述主聚光器將接收的光入射至所述上透鏡，所述上透鏡將從主聚光器接收的光入射至所述下透鏡，所述下透鏡將從上透鏡接收的光入射至所述反光筒內(nèi)部的反射層，所述反射層將從下透鏡接收的光反射至所述太陽(yáng)能電池芯片的光活性面。本實(shí)用新型改善了太陽(yáng)能聚光模組的可靠性、耐用性和節(jié)能性，很好地降低光伏組件成本，太陽(yáng)能利用率高。
【專利說(shuō)明】一種聚光太陽(yáng)能模組
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及太陽(yáng)能領(lǐng)域，尤其涉及一種聚光太陽(yáng)能模組。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在所有新能源中，太陽(yáng)能是最為理想的再生能源之一，其作為自然能源，潔凈、無(wú)污染、取之不盡用之不竭，充分開發(fā)利用太陽(yáng)能成為世界各國(guó)政府可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策。將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能是大規(guī)模利用太陽(yáng)能的一項(xiàng)重要技術(shù)基礎(chǔ)，也是一種支撐我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的新能源技術(shù)。太陽(yáng)能電池大致可分為三代。第一代為硅晶電池，可大致分為單晶硅和多晶硅兩種，其商業(yè)應(yīng)用的歷史最長(zhǎng)。當(dāng)前，硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率要想再進(jìn)一步提高已經(jīng)非常困難，而現(xiàn)有的太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足諸多領(lǐng)域的應(yīng)用，如何進(jìn)一步提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。第二代為薄膜太陽(yáng)能電池，主要構(gòu)成材料為非晶硅與二六族化合物半導(dǎo)體，常被運(yùn)用于建筑一體化光伏發(fā)電。第三代即為以砷化鎵太陽(yáng)能電池為代表的高效多結(jié)太陽(yáng)能電池，針對(duì)太陽(yáng)光譜，在不同的波段選取不同禁帶寬度的半導(dǎo)體材料做成多個(gè)太陽(yáng)能子電池，最后將這些子電池串聯(lián)形成多層太陽(yáng)能電池，從而可以極大程度地提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。其運(yùn)用于太空領(lǐng)域已有較長(zhǎng)的歷史，但由于砷化鎵電池的價(jià)格相對(duì)高昂，因此過(guò)去很少被用于地面及家庭消費(fèi)。為了降低砷化鎵的高昂價(jià)格所帶來(lái)的成本壓力，近年來(lái)提出在砷化鎵電池上搭配聚光光學(xué)單元而構(gòu)成高倍聚光光伏組件，以利用較少面積的砷化鎵電池吸收較大面積的太陽(yáng)光(一般大于100:1)。
[0003]光伏發(fā)電目前正步入第三代聚光光伏(CPV)技術(shù)。CPV技術(shù)的核心是II1-V族聚光多結(jié)太陽(yáng)能電池，由多個(gè)具有不同帶隙的半導(dǎo)體子電池通過(guò)隧穿結(jié)連接而成的，不同子電池吸收不同波段的太陽(yáng)光譜，從而可以將盡可能多的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能。以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想和較高的光電轉(zhuǎn)換效率，多結(jié)太陽(yáng)能電池已成為目前世界光伏領(lǐng)域各科研單位、企業(yè)進(jìn)行太陽(yáng)能電池研究的基本電池結(jié)構(gòu)。此類電池可以將數(shù)百上千倍的太陽(yáng)能通過(guò)聚光透鏡濃縮聚焦到一個(gè)很小的電池芯片上發(fā)電，從而大規(guī)模節(jié)約了太陽(yáng)能電池晶片，但是較高的聚光倍數(shù)(?1000X)可以使聚光電池獲得較大的開路電壓和短路電流的同時(shí)，也將使電池產(chǎn)生更大的串聯(lián)電阻，這嚴(yán)重影響了電池的填充因子，促使電池轉(zhuǎn)換效率的降低。其具有光電轉(zhuǎn)換效率高(>44%)、溫度特性好、能耗回收周期短等優(yōu)點(diǎn)，可以最大限度的利用太陽(yáng)能資源，降低建設(shè)電站對(duì)環(huán)境的破壞。多結(jié)II1-V化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池以多種帶隙寬度不同的半導(dǎo)體材料吸收與其帶隙寬度相匹配的那部分太陽(yáng)光，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光的寬光譜吸收，由于其體積小重量輕，在空間技術(shù)和軍用充電設(shè)施中具有廣泛應(yīng)用。同時(shí)，高倍聚光型太陽(yáng)能電池系統(tǒng)在大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用也引起了廣泛的重視。隨著器件設(shè)計(jì)的優(yōu)化和材料質(zhì)量的提高，II1-V族化合物太陽(yáng)能電池的效率在不斷提高。
[0004]但影響多結(jié)太陽(yáng)能電池整體效率的因素不斷出現(xiàn)，比如器件結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)、電極制作、模組設(shè)計(jì)等。其中，模組是連接多結(jié)太陽(yáng)能電池材料和應(yīng)用之間的重要橋梁，因此，設(shè)計(jì)出一種使得多結(jié)太陽(yáng)能電池的太陽(yáng)能吸收轉(zhuǎn)化效率更高，以及可靠性更高的模組成為一種發(fā)展趨勢(shì)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型實(shí)施例的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種聚光太陽(yáng)能模組，其太陽(yáng)能利用率高，可靠性高，成本低。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案，一種聚光太陽(yáng)能模組，其包括:主聚光器、太陽(yáng)能電池芯片、反光筒及次聚光器；所述反光筒固定在所述太陽(yáng)能電池芯片的光活性面上，其內(nèi)部為反射層；所述次聚光器固定在所述反光筒上，包括上透鏡和下透鏡；所述主聚光器將接收的光入射至所述上透鏡，所述上透鏡將從主聚光器接收的光入射至所述下透鏡，所述下透鏡將從上透鏡接收的光入射至所述反光筒內(nèi)部的反射層，所述反射層將從下透鏡接收的光反射至所述太陽(yáng)能電池芯片的光活性面。
[0007]優(yōu)選的，所述上透鏡的表面涂覆有防反射涂層。
[0008]優(yōu)選的，所述主聚光器為菲涅爾透鏡。
[0009]優(yōu)選的，所述反射層為金屬層。
[0010]優(yōu)選的，在太陽(yáng)能電池芯片和底板之間還設(shè)有絕緣散熱基座，所述絕緣散熱基座通過(guò)粘合劑膠粘在底板上。
[0011]優(yōu)選的，上述聚光太陽(yáng)能模組還包括外框，所述外框包括頂板和底板，所述主聚光器固定設(shè)置在所述頂板的內(nèi)側(cè)、所述太陽(yáng)能電池芯片固定在所述底板上。
[0012]進(jìn)一步的，所述外框還包括左側(cè)板和右側(cè)板，左側(cè)板和右側(cè)板與水平面夾角為Θ，其中Θ的取值范圍如下:
[0013]O ≤ Θ ^ arctg[ (R-W)/2H]
[0014]其中，R是左側(cè)板和右側(cè)板之間的水平距離，H是主聚光器到底板之間的距離，W是絕緣散熱基座的寬度。
[0015]優(yōu)選的，在太陽(yáng)能電池芯片兩側(cè)的絕緣散熱基座上還分別設(shè)有一絕緣散熱層，在絕緣散熱層的頂面和底面分別涂布有第一導(dǎo)電膜層和第二導(dǎo)電膜層，其中一側(cè)的第一導(dǎo)電膜層和太陽(yáng)能電池芯片電連接，絕緣散熱層通過(guò)法蘭與下透鏡相連接。
[0016]優(yōu)選的，所述上透鏡為半徑為R、弦長(zhǎng)為D、高度為h2的弓形球體；反光筒的直徑為山其高度為h4;次聚光器與主聚光器的上表面的距離為hi ;下透鏡直徑為2R、高度h3的圓柱體，其前表面和后表面為相互平行的平面，其中各器件的尺寸關(guān)系如下:
[0017]hl+h2+h3=F
[0018]0.5d<h2<0.07F
[0019]0〈h3〈4mm;d〈h4〈3d
[0020](h2+h3) <R<2.5* (h2+h3)
[0021 ] 1.5*S* (F-hl-h2) <D<2.5*S* (F_hl_h2)
[0022]1.4〈n〈l.7
[0023]其中，F(xiàn)為主聚光器的總焦距；S為主聚光器的的光圈；n為各器件的折射率。
[0024]本實(shí)用新型采用以上設(shè)計(jì)方案，為高倍聚光型太陽(yáng)能電池系統(tǒng)提供一種新型的、含有主聚光器和次聚光器的模組，其提高了太陽(yáng)能聚光模組的可靠性、耐用性和節(jié)能性，很好地降低光伏組件成本，且其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠，具有很高的工藝可控性，為生產(chǎn)提供一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定及安全運(yùn)行的保證，太陽(yáng)能利用率高；并且本實(shí)用新型通過(guò)實(shí)現(xiàn)各個(gè)部件最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，可使得吸收的太陽(yáng)輻射能最大限度地對(duì)準(zhǔn)光電活性面，進(jìn)而降低模組的光學(xué)損耗、最大限度體現(xiàn)多結(jié)太陽(yáng)能電池材料超高轉(zhuǎn)化效率的優(yōu)勢(shì)，并提高模組的可靠性和延長(zhǎng)太陽(yáng)能電池組件的壽命。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本實(shí)用新型聚光太陽(yáng)能模組實(shí)施例一的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本實(shí)用新型聚光太陽(yáng)能模組反光筒橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為本實(shí)用新型聚光太陽(yáng)能模組實(shí)施例一的光線傳播示意圖；
[0028]圖4為本實(shí)用新型聚光太陽(yáng)能模組實(shí)施例二的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖5為本實(shí)用新型聚光太陽(yáng)能模組各器件的尺寸標(biāo)示示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0031]實(shí)施例一:
[0032]如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型一種聚光太陽(yáng)能模組包括:
[0033]主聚光器1:所述主聚光器I固定設(shè)置在一頂板5的內(nèi)側(cè)；
[0034]太陽(yáng)能電池芯片2:所述太陽(yáng)能電池芯片2固定在一底板6上；
[0035]反光筒3:所述反光筒3固定在太陽(yáng)能電池芯片2的光活性面21上，其內(nèi)部為反射層31 ；
[0036]次聚光器4:所述次聚光器4固定在反光筒3上，包括上透鏡41和下透鏡42 ；
[0037]所述主聚光器I將接收的光入射至所述上透鏡41，所述上透鏡41將從主聚光器I接收的光入射至所述下透鏡42，所述下透鏡42將從上透鏡41接收的光入射至所述反光筒3內(nèi)部的反射層31，所述反射層31將從下透鏡42接收的光反射至所述太陽(yáng)能電池芯片2的光活性面21。
[0038]如圖3所示，本實(shí)用新型聚光太陽(yáng)能模組在工作時(shí)，光入射到主聚光器1，再?gòu)闹骶酃馄鱅出射后入射到上透鏡41，接著從上透鏡41出射后入射到下透鏡42，然后從下透鏡42出射后入射到反光筒3內(nèi)部的反射層31，最后經(jīng)由反光筒3內(nèi)部的反射層31反射后入射到太陽(yáng)能電池芯片2的光活性面21。
[0039]其中，所述反射層31可以為金屬層，主聚光器I為菲涅爾透鏡，底板6可以為金屬底板。
[0040]實(shí)施例二:
[0041]如圖4所示，與實(shí)施例一不同的是，本實(shí)施例中所述聚光太陽(yáng)能模組還包括左側(cè)板7、右側(cè)板8、前板和后板(前板和后板未畫出)，其與頂板5和底板6構(gòu)成一外框；在太陽(yáng)能電池芯片2和底板3之間還設(shè)有一絕緣散熱基座9，所述絕緣散熱基座9通過(guò)粘合劑膠粘10在底板6上。在太陽(yáng)能電池芯片2兩側(cè)的絕緣散熱基座9上還分別設(shè)有絕緣散熱層12，在絕緣散熱層12的頂面和底面分別涂布有第一導(dǎo)電膜層11、和第二導(dǎo)電膜層13，其中一側(cè)的第一導(dǎo)電膜層11和太陽(yáng)能電池芯片2電連接，絕緣散熱層12通過(guò)法蘭14與下透鏡42相連接；所述上透鏡41的表面涂覆有防反射涂層43。在各個(gè)器件和外殼之間還有一透明罩體15。
[0042]其中，所述左側(cè)板7和右側(cè)板8為鍍鋅鋼板，具體應(yīng)用中也可采用鋁板或鋁合金板，底板6為玻璃底板。
[0043]其中，左側(cè)板7和右側(cè)板8與水平面夾角為Θ，其中Θ的取值范圍如下:
[0044]O ^ Θ ^ arctg[ (R-ff)/2H]
[0045]如圖5所示，R是左側(cè)板7和右側(cè)板8之間的水平距離，H是主聚光器I到底板6之間的距離，W是絕緣散熱基座9的寬度，本實(shí)用新型通過(guò)Θ取值范圍隨著相關(guān)尺寸的變化，其可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的最大吸收和利用。具體應(yīng)用中因?yàn)閍rctg[(R-W)/2H]的值域?yàn)閇-JI/2, π/2],所以Θ的取值范圍為:0≤θ ( π/2,實(shí)施中以Θ為90°進(jìn)行說(shuō)明。
[0046]本實(shí)用新型中所述上透鏡41為半徑為R、弦長(zhǎng)為D、高度為h2的弓形球體；反光筒3的直徑為d，其高度為h4 ;次聚光器4與主聚光器I的上表面的距離為hi ;下透鏡42直徑為2R、高度h3的圓柱體，其前表面和后表面為相互平行的平面，其中各器件的尺寸關(guān)系如下:
[0047]hl+h2+h3=F
[0048]0.5d〈h2〈0.07F
[0049]0〈h3〈4mm;d〈h4〈3d
[0050](h2+h3) <R<2.5* (h2+h3)
[0051 ] 1.5*S* (F-hl-h2) <D<2.5*S* (F_hl_h2)
[0052]1.4〈n〈l.7
[0053]其中，F(xiàn)為主聚光器I的總焦距；S為主聚光器I的的光圈；n為各器件的折射率。
[0054]本實(shí)用新型為高倍聚光型太陽(yáng)能電池模組結(jié)構(gòu)中的光學(xué)器件提供一種可通過(guò)計(jì)算實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。當(dāng)整體結(jié)構(gòu)中的光學(xué)器件之間相互關(guān)系滿足本實(shí)用新型所要求的計(jì)算范圍，入射光線可以形成為全內(nèi)反射，進(jìn)而最大限度地被多結(jié)太陽(yáng)能電池材料所吸收。
[0055]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種聚光太陽(yáng)能模組，其特征在于，其包括:主聚光器、太陽(yáng)能電池芯片、反光筒及次聚光器；所述反光筒固定在所述太陽(yáng)能電池芯片的光活性面上，其內(nèi)部為反射層；所述次聚光器固定在所述反光筒上，包括上透鏡和下透鏡；所述主聚光器將接收的光入射至所述上透鏡，所述上透鏡將從主聚光器接收的光入射至所述下透鏡，所述下透鏡將從上透鏡接收的光入射至所述反光筒內(nèi)部的反射層，所述反射層將從下透鏡接收的光反射至所述太陽(yáng)能電池芯片的光活性面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光太陽(yáng)能模組，其特征在于:所述上透鏡的表面涂覆有防反射涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光太陽(yáng)能模組，其特征在于:所述主聚光器為菲涅爾透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光太陽(yáng)能模組，其特征在于:所述反射層為金屬層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光太陽(yáng)能模組，其特征在于:在太陽(yáng)能電池芯片和底板之間還設(shè)有絕緣散熱基座，所述絕緣散熱基座通過(guò)粘合劑膠粘在底板上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聚光太陽(yáng)能模組，其特征在于:所述聚光太陽(yáng)能模組還包括外框，所述外框包括頂板和底板，所述主聚光器固定設(shè)置在所述頂板的內(nèi)側(cè)、所述太陽(yáng)能電池芯片固定在所述底板上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聚光太陽(yáng)能模組，其特征在于:所述外框還包括左側(cè)板和右側(cè)板，左側(cè)板和右側(cè)板與水平面夾角為Θ，其中Θ的取值范圍如下
O ≤ Θ≤ arctg[ (R-W)/2H] 其中，R是左側(cè)板和右側(cè)板之間的水平距離，H是主聚光器到底板之間的距離，W是絕緣散熱基座的寬度。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聚光太陽(yáng)能模組，其特征在于:在太陽(yáng)能電池芯片兩側(cè)的絕緣散熱基座上還分別設(shè)有一絕緣散熱層，在絕緣散熱層的頂面和底面分別涂布有第一導(dǎo)電膜層和第二導(dǎo)電膜層，其中一側(cè)的第一導(dǎo)電膜層和太陽(yáng)能電池芯片電連接，絕緣散熱層通過(guò)法蘭與下透鏡相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光太陽(yáng)能模組，其特征在于:所述上透鏡為半徑為R、弦長(zhǎng)為D、高度為h2的弓形球體；反光筒的直徑為d，其高度為h4 ;次聚光器與主聚光器的上表面的距離為hi ;下透鏡直徑為2R、高度h3的圓柱體，其前表面和后表面為相互平行的平面，其中各器件的尺寸關(guān)系如下:
hl+h2+h3=F
.0.5d〈h2〈0.07F
0<h3<4mm;d〈h4〈3d
(h2+h3) <R<2.5*(h2+h3) . 1.5*S* (F-hl-h2)〈D〈2.5*S* (F_hl_h2)
.1.4〈n〈l.7 其中，F(xiàn)為主聚光器的總焦距；S為主聚光器的的光圈；n為各器件的折射率。
【文檔編號(hào)】H02S40/22GK203734606SQ201320882273
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】林朝暉, 蔣偉 申請(qǐng)人:泉州市博泰半導(dǎo)體科技有限公司