CN101404302B - 提高硅光电池光电转换效率的方法及装置 - Google Patents

Abstract

提高硅光电池光电转换效率的方法及装置，含有硅光电池、太阳光反射体、支架，硅光电池的工作面与太阳光反射体相向固定在支架上，在硅光电池的工作面与太阳光反射体之间安放有滤光板，太阳光反射体及硅光电池的非工作面朝向太阳，仅使太阳光的可见光和紫外光能穿过滤光板进入太阳光反射体并反射到硅光电池的工作面上，发生光电反应，而不能在硅光电池的工作面上发生光电反应的红外光，大部分被滤光板阻挡不能进入太阳光反射体，直接被反射到大气环境中，降低了硅光电池工作面的工作温度，有效改变了硅光电池的工作面的太阳光的分布，可使现有硅光电池光电转换效率、输出功率成倍提高，大大降低了一次性投资成本。

Description

提高硅光电池光电转换效率的方法及装置

技术领域：

本发明涉及光电池领域，特别是提高硅光电池光电转换效率的方法及装置。

背景技术：

能源是人类社会存在与发展的重要物质基础。随着石油、煤炭、天然气等化石能源的紧缺和价格上扬，人们竞相开展可再生能源的开发、研究。太阳能光伏发电是可再生能源的重要组成部分。我国自1958年开始研制光电池，主要有单晶、多晶硅光电池产品。

目前，由于硅光电池存在许多弊端，影响了它的实际应用：一是太阳能能量密度低，硅光电池利用成本高。太阳能是清洁、廉价的可再生能源，取之不尽、用之不竭，能量巨大，辐射到地球表面的能量约8.1×10¹³kw，相当于全世界发电量的几十万倍。但相对地球表面来说能量密度较低，全年平均只有600kcat/m²h，约0.7kw/m²h；加之利用时受气象、地理纬度、太阳方位、高度角等诸多因素影响。因此，硅光电池利用设备面积大，一次性投入成本高。如西藏卡玛乡建设一座25kw光伏电站，年发电量53750kw/h，总投资263万元，系统投资约10万元/kw，是当前风力发电投资的10倍。二是硅光电池组件的光电转换效率低。目前，硅光电池组件能商品化的产品以单、多晶硅系列产品为主，硅光电池的光电转换效率低，一般只有12-15％，光电转换效率高的最多达到18-25％。由于光伏电站大面积安装的硅光电池方阵均为固定安装，倾斜角度接近当地的地理纬度，因此，一年四季、一天中均受太阳的高角度和方位角影响，硅光电池方阵平面接受太阳光的有效光照面积均小于1，一般为0.5-0.7左右。因此，硅光电池的实际光电转换效率还要低很多。三是提高硅光电池本身的光电转换效率很困难。限制硅光电池光电转换效率提高的主要技术障碍是：电池表面栅线遮光影响、电池表面反光损失、光导损失、内部复合损失和表面复合损失等。鉴于以上诸多因素影响，虽然硅光电池的光电转换效率的理论值为33％，但是国际市场上的硅光电池产品的实际光电转换效率为：单晶最高只有24％，多晶最高只有21％。因此，要提高硅光电池的光电转换效率很难。

综上所述，硅光电池的光电转换效率低，以及光伏电站占地面积大，一次性投资高，经济效益差，影响了硅光电池的推广应用。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提高硅光电池光电转换效率的方法及装置，通过增加硅光电池工作面上的光辐照强度，改变硅光电池工作面上的太阳光分布，减少因太阳光对硅光电池工作面辐照度提高而造成硅光电池工作温度的升高，从而提高硅光电池的光电转换效率，降低硅光电池的应用成本，以利硅光电池的推广应用。

本发明的解决方案：提高硅光电池光电转换效率的方法，将硅光电池的工作面与太阳光反射体相向固定在一个支架上，太阳光反射体及硅光电池的非工作面朝向太阳，在硅光电池的工作面与太阳光反射体之间安放有滤光板，仅使太阳光的可见光和紫外光能穿过滤光板进入太阳光反射体并反射到硅光电池的工作面上，发生光电反应，而不能在硅光电池的工作面上发生光电反应的红外光，大部分被滤光板阻挡不能进入太阳光反射体，直接被反射到大气环境中，降低硅光电池工作面的工作温度，有效改变了硅光电池的工作面的太阳光的分布，大幅度地提高了硅光电池的光电转换效率。

在硅光电池的工作面与太阳光反射体之间安放的滤光板为透明平板玻璃。

太阳光反射体为圆柱面聚光镜，太阳光中可见光和紫外光透过透明平板玻璃，经圆柱面聚光镜聚光后被反射到硅光电池工作面上，硅光电池可依据应用功率的要求，可以是单体的硅光电池，也可以将单体的硅光电池进行串联、并联，并封装成不同规格的硅光电池组件平板。

提高硅光电池光电转换效率的装置，含有硅光电池、太阳光反射体、支架，硅光电池的工作面与太阳光反射体相向固定在支架上，在硅光电池的工作面与太阳光反射体之间安放有能阻止红外光进入太阳光反射体滤光板。

太阳光反射体为圆柱面聚光镜，圆柱面聚光镜的镜面由平整光滑的薄板为基材，基材上贴有反光材料，硅光电池背面贴反光材料，或加一层遮光板。

圆柱面聚光镜镜面的基材为厚度1-2mm的塑料阳光板，或不锈钢板，或玻璃钢板，反光材料为抛光的不锈钢薄板，或聚酯真空镀铝膜；遮光板的厚度为1—1.5mm的不透明白色塑料薄板。

在硅光电池的工作面与太阳光反射体之间安放的滤光板为透明平板玻璃，透明平板玻璃封盖在圆柱面聚光镜的开口上。

支架分为上支架和下支架两部分，上支架固定在下支架上，硅光电池安放在上支架上，圆柱面聚光镜固定在下支架上，下支架含有两对相对高度可调的支脚，便于调整圆柱面聚光镜的倾斜角度，以适应不同纬度地区太阳光入射角不同的需要。

硅光电池工作面偏离圆柱面聚光镜的中心线，且与固定在圆柱面聚光镜上口的作为滤光板的透明平板玻璃平行，硅光电池工作面的两侧边分别位于圆柱面聚光镜的中剖面上，两中剖面分别与圆柱面聚光镜的中心线及圆柱面聚光镜上口的两侧边线重合。

本发明的优点：

1、采用圆柱面聚光镜聚光反射，太阳光线聚焦于中心线上，或形成与圆柱面聚光镜上口平行的聚光面。圆柱面聚光镜结构简单，无须跟踪装置，操作方便，成本低廉。

2、改变了太阳光谱的分布，对硅光电池而言，只有可见光对硅光电池有光电反应，而紫外光、红外光对硅光电池没有光电反应，紫外光能量小，而红外光能量大，占太阳辐射总量的43％，采用透明平板玻璃封盖在圆柱面聚光镜的开口上，能100％通过紫外光、可见光，红外光不能透过透明平板玻璃，100％被反射。透过透明平板玻璃的可见光被圆柱面聚光镜聚焦后再反射到硅光电池组件的工作面上，大幅度地提高了电池的光辐照强度，电池短路电流亦成倍增加。

3、降低了硅光电池的工作温度。红外光辐射是热辐射，会提高被辐射体的表面温度，通常随着硅光电池光辐照强度的提高，硅光电池工作温度亦随之提高。本发明采用透明平板玻璃封盖在圆柱面聚光镜的上口上，反射大部分红外光，硅光电池工作面朝下，背面采取反射或遮光措施，明显降低了太阳光的热辐射，降低了光电池的工作温度，大幅度地提高了硅光电池的光电转换率。

4、采用本发明可使现有硅光电池光电转换效率、输出功率成倍提高，建同样功率的光伏电站需配备的硅光电池方阵面积将成倍减少，大大降低了一次性投资成本，减少了建筑面积，提高了光电利用的经济效益，有利于硅光电池的推广应用。

附图说明：

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的AA剖视图。

图中：1—下支架；2—上支架；3—遮光板；4—硅光电池组件平板；5—透明平板玻璃；6—支脚；7—调节管；8—支脚；9—圆柱面聚光镜；10—基材；11—反光膜；12—不锈钢板。

具体实施方式：

提高硅光电池光电转换效率的方法，由8块单体硅光电池串联、并联，并封装成硅光电池组件平板4，将硅光电池组件平板4固定在上支架2上，上支架2固定在下支架1上，圆柱面聚光镜9固定在下支架1上，保持硅光电池组件平板4的工作面与圆柱面聚光镜9相向设置，圆柱面聚光镜9及硅光电池组件平板4的非工作面朝向太阳，在硅光电池组件平板4的工作面与圆柱面聚光镜9之间安放有透明平板玻璃5，仅使太阳光的可见光和紫外光能穿过透明平板玻璃5进入圆柱面聚光镜9，并反射到硅光电池组件平板4的工作面上，发生光电反应，而不能在硅光电池组件平板4的工作面上发生光电反应的红外光，大部分被透明平板玻璃5阻挡不能进入圆柱面聚光镜9，直接被反射到大气环境中，降低了硅光电池组件平板4工作面的工作温度，有效改变了硅光电池组件平板4的工作面的太阳光的分布，大幅度地提高了硅光电池组件平板4的光电转换效率。

提高硅光电池光电转换效率的装置，按应用功率要求由硅光电池生产厂家封装硅光电池组件平板4，本实施例由8块单体硅光电池串联、并联，并封装成硅光电池组件平板4，依据硅光电池组件平板4工作面的长、宽尺寸和接受反射光的倍数确定聚焦比，设定圆柱面聚光镜9采光面长、宽尺寸。硅光电池组件平板4固定在上支架2上，上支架2固定在下支架1上，下支架1有两对支脚6、8，其中，一对支脚6上装有调节管7，使两对支脚6、8的相对高度可调，便于调整圆柱面聚光镜9的倾斜角度，北半球面向南，南半球面向北，圆柱面聚光镜9的中心线与地平面倾角接近当地地理纬度，以适应不同纬度地区太阳光入射角不同的需要，保证圆柱面聚光镜9在一年中拥有较佳的采光效果。圆柱面聚光镜9固定在下支架1上，保持硅光电池组件平板4的工作面与圆柱面聚光镜9相向设置，保证硅光电池组件平板4的工作面与设定的圆柱面聚光镜9的聚焦面重合。太阳光线通过圆柱面聚光镜9的反光膜11反射聚焦成一个聚焦面，若聚焦面位于圆柱面聚光镜9的中心线上，则聚焦面就为一条线；若聚焦面偏离中心线，则聚焦面就为平行于圆柱面聚光镜9上口的一个聚焦面，聚焦面距中心线越近，聚焦面越小，聚焦比越大，聚焦面上接受的圆柱面聚光镜9反射的太阳光的辐照度越大，反之，接受的太阳光的辐照度就低。根据这一特性，将硅光电池组件平板4的工作平面设置在设定的圆柱面聚光镜9聚焦比的聚焦面上，硅光电池组件平板4就可以接受到数倍于太阳光的辐照。在硅光电池组件平板4的工作面与圆柱面聚光镜9之间安放有能阻止红外光进入圆柱面聚光镜的厚度为3mm的低含铁量的透明平板玻璃5，透明平板玻璃5封盖在圆柱面聚光镜9的上口。硅光电池组件平板4与透明平板玻璃5平行设置。圆柱面聚光镜9的镜面的基材10为厚度1.5mm的不锈钢板，不锈钢板上贴有聚酯真空镀铝膜作为反光膜11，圆柱面聚光镜5的两端面用厚度为1mm的不锈钢板12封闭，以防灰尘、雨水进入圆柱面聚光镜9，保护聚酯真空镀铝膜，封闭时在低的一端留有出气孔。在距硅光电池组件平板4背面2cm处为安放了一块厚度为1mm的不透明白色塑料薄板作为遮光板3。硅光电池组件平板4工作面偏离圆柱面聚光镜9的中心线，且与固定在圆柱面聚光镜9上口的透明平板玻璃5平行，硅光电池组件平板4工作面的两侧边分别位于圆柱面聚光镜9的中剖面上，两中剖面分别与圆柱面聚光镜9的中心线及圆柱面聚光镜9上口的两侧边线重合。

该实施例可直接作为应用电源，也可以将若干本实施例串、并联组成光伏电站。

Claims (9)

1.提高硅光电池光电转换效率的方法，其特征在于将硅光电池的工作面与太阳光反射体相向固定在一个支架上，太阳光反射体及硅光电池的非工作面朝向太阳，在硅光电池的工作面与太阳光反射体之间安放有滤光板，仅使太阳光的可见光和紫外光能穿过滤光板进入太阳光反射体并反射到硅光电池的工作面上，发生光电反应，而红外光被滤光板阻挡不能进入太阳光反射体，直接被反射到大气环境中。

2.根据权利要求1所述的提高硅光电池光电转换效率的方法，其特征在于在硅光电池的工作面与太阳光反射体之间安放的滤光板为透明平板玻璃。

3.根据权利要求2所述的提高硅光电池光电转换效率的方法，其特征在于太阳光反射体为圆柱面聚光镜，太阳光中可见光和紫外光透过透明平板玻璃，经圆柱面聚光镜聚光后被反射到硅光电池工作面上，硅光电池可依据应用功率的要求，可以是单体的硅光电池，也可以将单体的硅光电池进行串联、并联，并封装成不同规格的硅光电池组件平板。

4.提高硅光电池光电转换效率的装置，其特征在于含有硅光电池、太阳光反射体、支架，硅光电池的工作面与太阳光反射体相向固定在支架上，在硅光电池的工作面与太阳光反射体之间安放有能阻止红外光进入太阳光反射体的滤光板。

5.根据权利要求4所述的提高硅光电池光电转换效率的装置，其特征在于太阳光反射体为圆柱面聚光镜，圆柱面聚光镜的镜面由平整光滑的薄板为基材，基材上贴有反光材料，硅光电池背面贴反光材料，或加一层遮光板。

6.根据权利要求5所述的提高硅光电池光电转换效率的装置，其特征在于圆柱面聚光镜镜面的基材为厚度1-2mm的塑料阳光板，或不锈钢板，或玻璃钢板，反光材料为抛光的不锈钢薄板，或聚酯真空镀铝膜；遮光板的厚度为1—1.5mm的不透明白色塑料薄板。

7.根据权利要求6所述的提高硅光电池光电转换效率的装置，其特征在于在硅光电池的工作面与太阳光反射体之间安放的滤光板为透明平板玻璃，透明平板玻璃封盖在圆柱面聚光镜的开口上。

8.根据权利要求7所述的提高硅光电池光电转换效率的装置，其特征在于支架分为上支架和下支架两部分，上支架固定在下支架上，硅光电池安放在上支架上，圆柱面聚光镜固定在下支架上，下支架含有两对相对高度可调的支脚，便于调整圆柱面聚光镜的倾斜角度，以适应不同纬度地区太阳光入射角不同的需要。

9.根据权利要求8所述的提高硅光电池光电转换效率的装置，其特征在于硅光电池工作面偏离圆柱面聚光镜的中心线，且与固定在圆柱面聚光镜上口的作为滤光板的透明平板玻璃平行，硅光电池工作面的两侧边分别位于圆柱面聚光镜的中剖面上，两中剖面分别与圆柱面聚光镜的中心线及圆柱面聚光镜上口的两侧边线重合。

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