CN100446278C - 平面太阳能聚光电源模块 - Google Patents

Abstract

平面太阳能聚光电源模块有一块平面底板；底板上的对准的条形光电池电路阵列；以及条形费尼尔透镜或条形镜面阵列，该阵列把聚焦的太阳光辐射导向对准的条形光电池电路阵列。电池电路装在金属底板上。电池电路的面积小于模块总面积。每条透镜或镜面的长度大于相邻的电池电路。电池电路可以采用瓦片状安装电池，以形成瓦片状电池电路。在另一种模块中，在条形挤压元件的表面安装了条形镜面，它把射到每条镜面的太阳光反射到瓦片状电池上。条形挤压元件是侧壁挤压元件和横截面为三角形的内部挤压元件。电路底板用密封层作气候保护。平面模块一般为长方形，里面有交替分布的条形电池电路和条形透镜或条形镜面。

Description

平面太阳能聚光电源模块

该申请范围要求美国临时申请专利号60/374,808(2002年4月24日)和60/391,122(2002年6月25日)的权利。

技术领域

本发明涉及太阳能电池，尤其涉及平面太阳能聚光电源模块。

背景技术

太阳能电池产生电能，但与发电厂生产的电能相比成本太高了。一般认为太阳能电池板的成本必须下降到每瓦约$1-$2后，才能在巨大潜在市场上参于竞争。今天，太阳能电池板的成本在每瓦$6-$7范围内。在设法解决成本问题上曾采用过三种不同的方法。

通常的方法是在平面模块上铺大量的太阳能硅电池，模块中电池面积占整个平板面积的80％以上。采用该方法的电池可以是单晶电池，也可以是大颗粒的多晶电池。这种方法市场的占有率在90％以上，但成本已降到最低，无进一步降低成本的可能。

第二种方法的论据是认为硅片的成本太高，有必要制造一种薄膜电池来降低成本。理由是涂层的成本低，有可能找到一种方法使涂层产生电能。这种薄膜方法包括非晶硅和小颗粒的多晶材料，如铜铟硒(CuInSe₂)和碲化镉(CdTe)。该方法的问题是破坏了晶体材料，太阳能电池的性能也下降了。到目前为止，用该方法生产的模块，其成本都在每瓦$8以上。

第三种方法的依据是采用较大面积的廉价塑料透镜或金属反光镜，把太阳光聚到小面积的单晶太阳能电池上。这种方法更有效地利用太阳能电池，并且从技术角度上看是可行的。但是，这种方法的问题不是技术上的，而是与商业和政治有关。解决该方法中内在的商业问题是本发明的焦点。

开发太阳能聚光电池系统所做的认真试验可分为三个部分。首先是采用点聚焦透镜和30％效率的光电池，该系统工作在高聚光比之下，例如约500倍阳光下。这里的问题不在技术上，各种元件都能正常工作。系统已经通过了验证。这里的问题是产生正向现金流动所需的投资太大了。大公司不愿冒风险，小公司没有财力，而政府又不帮助。30％效率的太阳能电池目前还没有公司在生产，仍需要投资。此外，目前具有所要求精度的跟踪系统还没有生产，同样需要投资。还需对热量处理和透镜构件投入资金。最后，这些系统的成本只有在大尺寸和大批量生产之后才能降低，而且除了效用率市场外尚无中间市场。

开发太阳能聚光系统的第二个方法是采用半园形长条费尼尔(Fresnel)透镜和长条太阳能硅电池电路。这些系统的设计是工作在约20倍太阳光之下。该方法也经过了技术上验证，但同样遭遇投资问题。这里，专用透镜、跟踪装置及热量处理系统仍需要投资。计划是太阳能电池由生产平面阵列太阳能电池供应商提供。但是这样产生两个问题：第1个问题是平面太阳能电池必须进行重大修改，以工作在20倍太阳光下。第2个问题是平面太阳能电池供应商对合作没积极性，举个例子，假如太阳能聚光系统被证明是比较便宜的，而且市场扩大了3倍。对平面太阳能电池供应商来说，问题是他们的那部分实际上缩小了3/20倍。同样，只有在大尺寸和大批量生产之后，才能有效地降低系统的成本。而且除了效用率市场外尚无中间市场。

开发太阳能聚光系统的第三个途径是平面模块生产厂提出的。认识到如果一个太阳光平面模块工作在1.5倍太阳光下，他们能产生1.5倍的能量，从而太阳能转变成电能的成本将降低1.5倍，他们建立了一个系统，用棱镜把太阳光从棱面偏转到电池上。不幸的是，从技术角度看，这种方法是幼稚的。遭遇的问题是模块吸收了1.5倍的能量，并且没有散发增加热量的措施，这样影响了模块的寿命。

太阳能聚光系统需要非常大的投资来大批量生产一种新型太阳能聚光电池。而且大批量制造一种新电池所需的高投资是不现实的，另一个需解决的问题是太阳能电池之间的连接问题。

因此需要有这样一种太阳能聚光模块，这种聚光模块是对平面太阳能模块的改型，而且制造要方便廉价。跟踪装置和透镜的商业基础应已安排到位。热量应容易控制。投资的要求应易办到。它不应威胁现存的太阳能电池供应商。实用的电池应该在平面电池基础上做很小的变动。因此，目前的太阳能电池供应商应能提供低成本的太阳能电池。最后，为了能早日达到正向现金流动，应该首先在早期现有的市场中获得应用。

发明内容

本发明回答并解决了上述需要。图1、2和3示出了较佳的平面太阳能聚光模块。描述的装置尺寸为，(但不限于)25″x 40″x 3.25″。该样机尺寸类似于Siemens，Kyocera和Solarex生产的75w平面模块。所有这些模块的尺寸约为25″x 40″，产生大致相等的功率。其它尺寸同样在本发明范围内。

传统的平面模块包括大量的硅电池夹在塑料板和玻璃面板之间，四周围绕着2″厚的金属框，如铝框，用于固定。我们较佳的平面太阳能聚光模块包括金属底板，上面装有长条形硅电池电路。在所述的实施例中，有多条电路，例如但不限于，6条包含约1.3″或1.2″宽的太阳能电池的电路。电路间隔例如为4″或3.6″。因此，电池的面积占整个模块面积的1/3，从而大大减少了电池的成本。

在较佳的模块中，例如，3.25″厚的金属框架，例如铝框架，它包围着底板上装有电池的模块。在玻璃板上装有透镜阵列，构成平面太阳能聚光模块的前面板。例如，该前面板上有6个长条形费尼尔(Fresnel)透镜，每个透镜例如约3.6″或4″宽，并经对准，使来自每个透镜的太阳光照射到长条形电源电路上。在典型情况下，有6个透镜和6个电路。具有增加或减少透镜，增加或减少电路的其它构造也都在本发明的范围内。另一种办法，用带有镜面的长条形挤压元件也能达到这些目标。

该模块制造的成本低于当今的模块成本。每瓦为$3-$4，低于目前每瓦$6-$7的成本，今后的目标是每瓦$1-$2。一个成功的3倍阳光模块可招来更大的投资，从而可使用30％的聚光电池工作在更高的聚光比下，使每瓦$1-$2的目标最终实现。

本申请人在前面已介绍了类似的长条形透镜和长条形电路的构造，可构成各种不同的应用。在本发明中，我们注意到在该设计中对准的要求很宽，两个方向大于±5度。该装置的一个较佳实施例采用费尼尔(Fresnel)透镜和太阳能硅电池。例如6″x 8″，约2.5″厚的太阳能电池充电器能产生约4W功率。为了携带方便，可缩减1/2″厚度。沿电路长度/方向的角度公差约为±20度，二次对准之间的时间达二个多小时。例如，我们在清晨和傍晚把电路放在垂直方向，在正午把电路放在水平方向。那末8个小时需进行3次对准。约8″x 12″的30％效率的太阳能电池能产生16W。

这里的平面太阳能聚光模块包括(但并不限于)，以下优点：

1.电池成数排装在一块金属底板上，电池条之间尽量靠近，热量在底板上发散，这样空气冷却面积与标准平面模块相同。

2.所用的电池可以从几个不同的平面太阳能电池供应商处获得，只需在栅格设计上进行很小的改动，例如改变尺寸和正面金属图案，从而以2-3倍阳光工作。

3.长条形电路组装可以自动化，成本相对传统平面模块的组装可进一步降低，后一种目前是密集型手工劳动。

4.热量处理容易控制。热量在金属底板上发散，散热的空气接触面积与透镜面积相同。这意味着散热相当于平面模块。

5.目前已有几家费尼尔(Fresnel)透镜供应商。聚光率比较低，而且技术上没有困难。透镜大规模生产时，成本应该很低。

6.设计模块，使得长条形状、电池条以及长条形聚光部件都沿南北定向，长条形聚光部件长于电池条，这样模块可以装在单轴跟踪装置上，不需要作季节性调节。

7.在单轴跟踪装置上的模块工作在低聚光条件下，所需的对准公差不小于±2度。

8.该装置在设计和组装方面类似小型装置，可用在不同的设备中，例如(但并不限于)手机、数码像机、PDA、例如(但不限于)掌上电脑、便携式计算机等的太阳能电池充电器。

9.平面模块和太阳能聚光模块在形状和功能方面是相似的。

10.太阳能聚光模块工作在2倍或3倍阳光下，采用的太阳能硅电池面积是传统平面模块的1/2或1/3，从而成本大大降低。

11.所有的电池可从几个不同的平面电池供应商处获得，只需作很小的改动，以达到在2倍阳光或3倍阳光下工作。

12.太阳能聚光率较低，而且技术上无难度。带镜面的长条挤压元件成本也低。

13.跟踪精度要求极低。这意味着可采用市场上买得到的Zomeworks生产的液体致冷跟踪装置。

14.用于平面太阳能模块的Zomeworks跟踪装置目前用于农场灌溉系统中。这意味着存在着已建立销售渠道的立即中间市场。

15.该装置类似传统的平面太阳能模块这一事实，会使消费者容易接受该产品。此后会导致成本进一步降低和更高的太阳能聚光比系统产生。

本发明的这些和其它特性在本文中清楚地作了说明，其中包括上述和以下的说明书，以及权利要求书和附图。

附图说明

图1为本发明平面太阳能聚光模块顶视图。

图2为图1平面太阳能聚光模块的横截面。

图3为图2中一个透镜和电路单元的详细放大截面图。

图4为有二个透镜和电路元件的小型平面太阳能聚光模块侧视图。

图5是将图4中电源模块的电路放大的顶视图。

图6为具有压制台阶的部分金属底板，上面安装做好的条形电路。

图7为瓦片式电路，其中电池以瓦片重迭方式安装在图6中的台阶内。

图8为平面太阳能聚光模块的透视图，但应注意，和图5一样，透镜作用仅为示范性的。

图9为装在太阳跟踪装置上的几个平面太阳能聚光模块。

图10为本发明带有镜面单元的平面太阳能聚光电源模块的三维图。

图11为图10平面太阳能聚光模块在A-A处的截面图。

图12为图11放大的截面图，示出一条电路和二种带镜面的长条挤压元件。

图13A为商品化的平面太阳能电池。

图13B为图13A的电池截成4块2倍太阳光的聚光电池。

图13C为电池被重新组装成瓦片状电池电路单元。

图14为二组瓦片式电池电路单元，装在散热的金属底板上，二组电路间用应力消除焊条连接。

图15为两组串联的标准平面太阳能电池的顶视图。

图16为把两组串联的标准平面太阳能电池一分为两，装在2倍太阳光聚光镜面模块中的顶视图。

图17为图16的太阳能电池和模块的端面图。

具体实施方式

图1、2、3、8示出较佳的平面太阳能聚光电源模块1。图1是本发明平面太阳能聚光模块1的顶视图。条形费尼尔(Fresnel)透镜5的阵列3产生聚焦的太阳辐射线，落在对准的条形光电转换电路阵列上。图2为图1平面太阳能聚光模块1的横截面。横截面与透镜产生的聚焦射线垂直，也与电路长度方向垂直。图3是图2局部放大图，使一个单透镜21和电路单元23更加详细。

所述的较佳装置是示范性的，尺寸不限于以下所给的规格。例如，较佳的装置可以为25″x 40″x 3.25″(厚)。描述的尺寸是示范性的，类似于Siemens，Kyocera和Solarex生产的75W平面模块。所有这些模块的尺寸约为25″x 40″，产生的功率相同。平面模块包括夹在塑料板和玻璃面板间的大块硅电池，四周围绕着2″厚的金属框，例如铝框，用以加固。其它尺寸也在本发明范围内。

较佳的平面太阳能聚光模块包括金属底板25，其上装有条形硅电池电路7。在所述的示范实施例中，例如但不限于，有6个透镜和6个对准的电路，电路包括，例如约1.3″或1.2″宽的电池23。电路的间隔例如为约4″或3.6″。因此，电池的面积占模块整个面积的1/3，从而使电池的成本大大降低。

在较佳的模块中，例如3.25″厚的金属框架9(例如是铝框架)围绕着模块1，电池电路7的太阳能电池23装在底板25上。透镜阵列3装在玻璃面板27上，形成平面太阳能聚光模块1的正面。在该面板27上例如有6条费尼尔(Fresnel)透镜5，每条透镜21例如为4″宽，并经对准，使得经过每条透镜21的太阳光射在条形太阳能电池电路7上，这些电池电路连接到具有+/-接线端13的电源电路组件11。在图1的实例中，有6个透镜和6个对准电路。其它数量的透镜和电路组合都包括在本发明范围内。

较佳的透镜5，其透镜宽度和电路间隔，例如约4″或3.6″。假设透镜宽度为4″或3.6″，那么可得到合理的最短聚焦长度分别约为4″或3.6″。如果透镜被设置为电池的间隔，例如3.25″或3″，那么电路上的聚焦线宽度约为0.75″或0.7″。在电池宽度为1.3″或1.2″的情况下，照亮的区域宽度为0.75″或0.7″，两边的黑带宽度为(1.3-0.75)/2＝0.28″或(1.2-0.7)/2＝0.25″。这些黑带允许跟踪范围宽度为tan^-1(0.28/3.25)＝±5°，或tan^-1(0.25/3)＝±5°。我们精确地选择该跟踪范围的公差，是因为这是市场上Zomenorks跟踪装置所能提供的跟踪公差。这同样适用于2倍镜面模块。

4”的透镜宽度有几个优点，首先，4″宽可容许模块的厚度为3.25″，没有比标准的平面太阳能电池板厚度(2″)大太多。第二，4″宽度便于热量处理。透镜5把太阳能聚光到电路7，然后无用的热量传送到金属底板25上。在金属板上横向发散，这样金属板的温度几乎是均匀的。如果电路间隔太大，热量发散会不均匀，电路会发烫。4″或3.6″间隔以及合理的薄而轻的金属底板使金属板温度均匀。这同样适用于2倍镜面模块。

条形费尼尔(Fresnel)透镜5有若干优点。首先涉及季节性对准。太阳正午的位置从夏天到冬天南北移动±23度。调整该移动的办法是用条形透镜21，使透镜长度大于电路23长度，并且在南北方向对准透镜聚焦线(见，如图1)。在本模块1中，电路7比透镜5的两端15、17约短，例如1.4″或1.3″(但并不限于此)。这样使南北方向的跟踪公差分别为tan^-1(1.4/3.25)＝±23°或tan^-1(1.3/3)＝±23°

采用条形费尼尔(Fresnel)透镜5的第二个理由是它能导致条形电池电路7和条形电源电路组件37(图7)可以自动化工作。

图4和5为较小平面太阳能聚光模块31的实例，它有2个透镜和电路单元33。图4中的模块31为侧视照片，而图5为从顶部观察透镜，将电路放大的照片。图5中展现模块31，以表示透镜的放大作用。

图6和7为制造条形电路实例。图6为一段金属板25，上面有压制台阶件35，图7示出电池以瓦片状37装在这些台阶中，电池41的后沿39压在先前放好的电池45的前沿43上。

典型的太阳能电池设计采用背面全部淀积金属，正面有栅格图形。在本例中，栅格线沿电路方向走向，并连到电池顶部一边的母线上。母线与下一个电池的背面金属形成电气连接。这样，电池之间形成前后串联，组成瓦片状电路。

如图1所示，在每条电路端头有焊盘49。绝缘的金属元件，例如但不限于金属条47和51将这些电路连接到电池板的正负端子13。

如图3所示，在金属底板25上可以放一层绝缘层53(如涂层)，这样电路7和金属底板就有良好的热接触而不是电接触。

我们前面已在热光电性能中描述过瓦片状电路。采用瓦片状电路的一个重要考虑是金属底板的热膨胀系数(CTE)必须与电池的热膨胀系数相匹配，这样电池之间的电气连接接头就不会在模块冷热变化时脱开。在热膨胀系数(CTE)匹配时，电池和金属底板随温度变化同步膨胀和缩小。就太阳能硅电池来说，合适的金属例如可以是但不限于合金42(Fe 58％，Ni 42％)。

这儿描述的瓦片状电路组件37并不是能制造条形电路7的唯一方法。其它制造方法也包括在本发明之内。例如焊接条可以从一个电池背面连到下一个电池的正面。焊条连接中的回路可以供温度系数(CTE)差异之用，这样底板就可以用铝材料。虽然该电路组件加工比瓦片状电路加工的步骤多，但可以自动化生产。无论那一种电路种类以及组件的加工工艺都在本发明范围内。

图8为平面太阳能聚光模块1的立体图。但是注意，如图5所示，透镜的作用没真实的反映。

图9为几个平面太阳能聚光模块1，放置在太阳能跟踪装置55上。这种平面太阳能聚光电源模块可以用于世界各地广泛应用的太阳能抽水灌溉装置中。该模块设计的优点包括但不限于，生产成本比较低，因为它采用廉价单晶材料，以及供货方便和适应性强，在各种不同的应用中能立即替换。

较佳的平面太阳能聚光光电池模块，正面有平面的条状费尼尔(Fresnel)透镜阵列，并且与平面的条形电路阵列对准。电路装在金属板上，使热量易发散和排除。

平面太阳能聚光光电池模块还包括透镜，透镜长度大于电路，这样使阳光的接收角在长度方向上大于等于20度，允许使用单轴跟踪，无需季节性调整。

平面太阳能聚光光电池模块，其透镜宽度是电池和电路的3倍。来自透镜的成像盖不满电池，在成像两侧的电池上有黑带。这样在宽度方向上能接收太阳光的角度大于或等于5度。

平面太阳能聚光光电池模块包括一块上面装有电路的金属板。金属板的热膨胀系数与电池的热膨胀系数一致。金属板上有压制的台阶，电池装在它上面，构成了条形瓦片状电路板。

图10、11和12为目前发明的平面太阳能聚光模块。图10为交替排列几行条形瓦片状电池和条形镜面，镜面把太阳光反射到电池上。图11为图10中平面太阳能聚光模块A-A处的截面图。截面与电池及反光镜垂直。图12为图11的放大图，示出电路元件和两种类型的条状挤压元件：模块侧壁处挤压元件和截面为三角形的模块内部挤压元件。

较佳的装置尺寸，例如，约20″x 44″x 3.25″，最好是21″x 47″x 3.25″。介绍的尺寸是示范性的，类似于BP Solar，Siemens，Kyocera以及Solarex生产的75W单倍太阳光的平面模块。所有这些模块尺寸约为20″x 44″或21″x47″，生产的功率大致相等。单倍太阳光的平面模块包括夹在塑料板和玻璃面板之间的大面积硅光电池，四周围绕着2″厚的铝框架，保持牢固。

目前的平面太阳能聚光模块100有一块底板103，最好是金属板，其上装有条形硅电池电路105。所示实例中有四条约2.5″宽的含有电池107的电路。较佳的电路间隔约5″。因此，电池的面积占整个模块面积的一半，从而电池成本大大减少。在示范性模块中，具有端面板123的约3.25″厚的铝框架122围绕着模块，模块的底板103上装有电池。

镜面109位于条形硅电池电路105之间。参考图11和12，镜面109装在示范性的两种条形挤压元件115、117的表面111、113上。射在每个镜面109的太阳光被向下反射到电池107上。两种条形挤压元件是模块侧壁的挤压元件115和模块内部截面成三角形的挤压元件117。

当前的模块按下述方法进行机械装配。首先，把电池107装在金属散热板103上。为了降低成本，电池107装在瓦片状电池电路105中，散热板103插在侧壁挤压元件115的槽隙119中。在这两种挤压元件115、117中，有贯穿两端的紧固孔121。紧固件，例如但不限于，金属螺丝120(图10)穿过端面板123(图10)中孔121，把所有构件连在一起。

正如前面所指出的，太阳能聚光装置一直存在着大规模生产一种新型太阳能聚光电池所需要的高投资问题。因此，理想的做法是利用现已大量低成本生产的平面太阳能电池。图13A-C展示了如何低成本地生产太阳能聚光电池130，方法是把市场出售的平面电池132分割成4部分。图13A为市场出售的平面电池132，图13B为图13A的电池被分割成4块2倍太阳能聚光电池130，图13C为电池被重新组装成瓦片状电池电路组件134。

本发明中解决的另一个问题是太阳能聚光模块的电池内部连接。标准的单倍太阳光平面模块，常有36个5″方形电池。现在的太阳能聚光模块中，电池占一半面积，每个电池面积是单倍太阳光平面太阳能电池面积的1/4。因此，电池数量为2倍或有72个电池。如果电池与电池间采用条焊，(这在平面模块生产是常用的)，那么就需要2倍的焊接数量。这将使组装成本增加。正如图13B、13C和14所表示的，用瓦片状电池电路组件134解决了该问题。

图13C为示范性瓦片状电池组134的顶视图。该电池组中有4块电池。图14为一排电池电路136的侧面图，它包括2组瓦片状电池组134，装在散热用的金属底板138上。电池组134之间用应力消除条40焊结。在电池组134中，电池142以瓦片状方式安装，一块电池的后沿叠在先前放好的电池前沿136上面。太阳能电池采用的瓦片状电池设计，其电池的背面全部淀积金属，正面是栅格和母线图形。该实例中，母线沿电路方向走向，母线和下一块电池的背面金属形成电气连接。这样，电池之间形成前面和后面串连，构成瓦片状电路组件。和电池和电池之间采用线段连接的结构相比，瓦片状电池电路中的焊点数减少了一半。

正如前面所述，考虑用瓦片状电路的一个重要原因是金属底板的热膨胀系数(CTE)必须与电池的热膨胀系数匹配。这样，模块受热或受冷时，电池之间的电气连接焊点不会脱开。CTE相匹配时，电池和金属底板就会随温度变化一起膨胀和收缩。就太阳能硅电池来说，合适的金属材料可以是合金42(Fe 58％，Ni 42％)。

即使电池和金属底板之间没有良好的CTE匹配，同样可以采用瓦片状电池组。采取的方法是让用来粘结电池142和金属底板的粘合剂148有伸缩性，以及采用分段应力消除焊结条140。图14示出两组瓦片状电池电路组件134之间的应力消除焊条140。底板上的电池可以用透明密封剂149做成的薄膜保护。薄膜可以是透明的塑料层，但并不限于此。再用透明的聚四氟乙烯覆盖或用平面模块中使用的玻璃覆盖。

另一个问题是决定需使用多少应力消除焊条140。本发明解决了这一问题。例如，在太阳能聚光装置样机中，用伸缩性的热传导粘合剂把4″长的硅电池装到铝板上，并且已工作了10年，没有失效。铝和硅之间的CTE差异为(22-4)X10^-6/℃。本发明中如图14所示采用的碳钢底板CTE差异为(11-4)X10^-6/℃或比原来低2.5倍，很自然可采用比4″长2.5倍的瓦片状电池组，即10″长，如图14所示。

本发明回答了规模化生产太阳能聚光电池的成本问题。图15、16、17示出了在现在的模块中如何利用已大量生产的平面太阳能电池。现在的太阳能聚光电池是把市场上出售的平面太阳能电池一分为二。

在2倍镜面模块中，如图15、16、17所示，把平面电池150沿中线152处割开。用镜面166将其分开，利用镜面达到在2X聚光下工作。这样，用平面电池的一半154，156构成具有同等功率的模块160。同时，另一个优点是焊条158只需一半数量。焊条焊结技术与平面模块相似，镜面模块的生产不需要增加设备和人力。

有条形电路164的金属底板162的结构如图16、17所示。电池150被割开并用焊条前后焊结后，用热传导的环氧树脂把电路条168和金属底板162粘合在一起。电路164与金属底板是电隔离的。电路164和底板162粘合并且连接在一起后，底板上的电池再用透明的密封层保护起来。该薄层可以是但不限于，透明塑料层，上面再覆盖透明聚四氟乙烯层或者是在平面模块中用的玻璃层，如图14中149处所示。

用焊条连接电池的正面和背面，步骤与平面模块的步骤类似。焊条连接需要劳动密集型，因此相互连接可用替代方法。例如，如图13A-C所示的瓦片状电池电路，这样就可以用自动化设备进行较快的电池电路组装。

目前的电池和镜面高度在2″和3″之间，最好为2.5″，这样做是考虑到面板厚度是3.25″左右，比厚度约为2″的标准平面太阳能电池板略厚一点。同时，具有最佳的热量处理功能。镜面将太阳能集聚到电路上，多余的热量传送到金属底板，然后在金属板上横向发散，这样金属板上的温度几乎是均匀的。如果电路之间间隔太大，热发散会不均匀，电路就会变得太热。间距最好为5″左右，或者从一个电池到下一个电池边沿的间隔约为2.5″，如果再采用合理的薄而轻的金属底板，那么底板的温度就会均匀。

条形电路和镜面有若干优越性。第一，铝制的挤压元件和条形瓦片状电路容易制造。第二，能获得最佳的季节性对准。太阳正午的位置从夏天到冬天南北移动+/-23度。该移动通过条形镜面来调节。镜面长度要大于电路长度，并且在南北方向调准镜面聚焦线。现在的模块中，电路比镜面在两端约短1.4″，只有这样，在南北方向的跟踪公差才能达到tan^-1(1.4/3.25)＝+/-23度。最好是电路比镜面在两端约短1.2″，这样南北方向的跟踪公差可达tan^-1(1.2/2.5)＝+/-25度。

本发明还给出东/西方向的对准公差。如果镜面倾斜面与电池面垂线的夹角为30度，那么只要模块准确地对准太阳，镜面反射的所有太阳光都会落在电池上。本发明给出的对准公差约为+/-2度，转换成镜面与法线的夹角约为26度。

本发明的模块制造成本低于当今的模块成本，目标价格约为每瓦$1-$4，最好达每瓦$1-$2。大大低于目前模块每瓦$6-$7的价格。

本发明根据特定的装置进行了描述，但也可以对本发明作一些在本发明范围内的修改和变化。本发明的范围由下面的权利要求书规定。

Claims (37)

1.一种平面太阳能聚光电源模块装置，其特征在于，它包括电路组件；电路组件中的几排串联的太阳能电池；以及电源模块中使太阳光线反射到几排太阳能电池上的条形镜面；其中所述的几排串联的太阳能电池安装在太阳能模块的金属底板上，所述的金属底板和所述的电路组件是热接触的，把热散发到周围空气中去，所述的金属底板和所述的电路组件同时又是电绝缘的，并且和所述的条形镜面是分开的；其中所述的电路组件对周围不利的地面气候环境是隔离密封的，

其中，所述的几排串联的太阳能电池安装在金属底板上，太阳能电池之间有应力消除焊条。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，电路组件中的几排太阳能电池是安装在金属底板上的几排条形硅电池。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，在金属底板上有一绝缘层，它在电路组件和金属底板中间提供非电性的良好热接触。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括围绕着在金属底板上的电路的金属框架和端板。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，电路组件的面积小于模块的总面积。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，条形镜面阵列放置在几排条形硅电池之间。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，条形镜面阵列具有三角形横截面。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，太阳能电池包括背面有金属淀积、正面有栅格和母线条，母线条电气连接到相邻太阳能电池背面淀积的金属上，形成相邻太阳能电池间正面到反面的串联，从而形成电路组件。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，金属底板的热膨胀和条形硅电池的热膨胀相匹配，从而使条形硅电池和金属底板有随温度变化的一致的热膨胀。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，金属底板是炭钢材料。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括用于密封电路组件的层压包封层。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，层压包封层包括有透明材料。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，透明材料为塑料薄层。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括透明覆盖层。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，透明覆盖层为玻璃板。

16.如权利要求14所述的装置，其特征在于，透明覆盖层为四氟乙烯薄膜。

17.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它还包括金属底板，其中所述几排串联的太阳能电池为金属底板上的对准的条形光电池；以及金属底板上方、面对所述条形光电池的条形平面费尼尔透镜阵列，它把聚焦的太阳射线指向对准的条形光电池上。

18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，电路组件还包括塑料层，以及夹在塑料层之间的硅电池。

19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，还包括玻璃面板，以及围在玻璃面板四周的框架。

20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，框架为铝质框架。

21.如权利要求17所述的装置，其特征在于，电路组件的面积为模块总面积的一半。

22.如权利要求17所述的装置，其特征在于，电路组件的面积为模块总面积的1/3。

23.如权利要求19所述的装置，其特征在于，条形费尼尔透镜阵列装在玻璃面板上，组成模块的前面板。

24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，费尼尔透镜阵列由多个透镜组成，每个透镜具有适当的尺寸并间隔对准太阳能电池，从而使太阳光的能量充分聚集到邻近的太阳能电池上。

25.如权利要求24所述的装置，其特征在于，还包括与太阳能电池连接的电源电路组件。

26.如权利要求18所述的装置，其特征在于，对准的电路组件为瓦片状电路阵列。

27.如权利要求26所述的装置，其特征在于，瓦片状电路阵列包括一块有压制台阶的金属底板，台阶上以瓦片方式装上太阳能电池，即一块电池的后沿盖在前一块太阳能电池的前沿上。

28.如权利要求17所述的装置，其特征在于，还包括每条电路组件一端的电路接线焊盘。

29.如权利要求28所述的装置，其特征在于，还包括绝缘的金属部件，它把电路组件连接到电源电路的正负端。

30.如权利要求29所述的装置，其特征在于，金属底板是一种合金材料。

31.如权利要求30所述的装置，其特征在于，合金材料的成分为Fe 58％和Ni 42％的合金42。

32.如权利要求17所述的装置，其特征在于，菲涅耳透镜阵列长于电路组件，这样在长度方向上允许接收太阳光的角度大于或者等于20度，以便于单轴跟踪不需作季节性调节。

33.如权利要求32所述的装置，其特征在于，透镜宽度是电池电路宽度的3倍，来自透镜的成像盖不满电池电路中的电池，在成像的两侧有黑带，从而使太阳光的可接受角度在宽度方向上大于或等于5度。

34.一种组装如权利要求1所述的平面太阳能聚光电源模块的方法，其特征在于，还包括以下步骤：在散热的金属底板上安装太阳能电池并形成电路组件；把太阳能电池串联形成条形的电路组件；在金属底板上安装条形镜面；在金属底板上交替放置条形的电路组件和条形镜面；用条形镜面把太阳光线偏转到条形电路组件上，把太阳能聚集在条形的电路组件上，并为在典型室外气候条件下的自然空气冷却提供散热处理，

其中，串联的太阳能电池安装在金属底板上，太阳能电池之间有应力消除焊条。

35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，还包括把太阳能聚集产生的多余热量转达到金属底板，在金属底板上横向发散多余热量，使金属底板温度均匀，从而为向环境空气转移多余热量提供大的表面积接触。

36.如权利要求34所述的方法，其特征在于，还包括使条形镜面长度大于条形的电路组件，镜面聚焦线对准南/北方向，并给出对应于太阳从夏季到冬季季节性移动的南/北方向的跟踪公差，从而允许有季节性调整。

37.如权利要求34所述的方法，其特征在于，条形的电路组件和条形镜面沿南-北极轴对准，这样条形的电路组件中的所有太阳能电池全年都能均匀地被太阳照射到。

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