CN101496181A - 布置太阳能电池和反射器的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于布置太阳能电池(3，6)和反射器(4)来代替一个典型的垂直入射太阳光的方向设置在一个模块中的太阳能电池系统和方法(如与一个模块透明该片或口平行)。本发明的一个优选的实施方式中使用一个太阳能电池(3)与入射太阳光成大约45度角，且一个可反射的表面(4)垂直于电池并且与入射太阳光成大约45度角。太阳能电池(3)和反射器(4)是同样的长度/尺寸且形成一个V字型形状，两斜面间的角度大约是90度。任何落在这种布置上的光将直接地或经过反射后照射在太阳能电池(3)上。在另一个实施方式中，两个相邻的反射器(7，8)能够被设置形成大约60度角，并与盖片或开口形成大约30度的角度。一个可选的实施方式中，包括一个被设置为与太阳能电池基底垂直的第二反射器，和一个仍然与盖片或开口形成大约45度角的第一反射器对。第二个反射器(9)能够运行沿着整排电池和第一个反射对(3，4)这样使得第一个反射器(4)形成90度与两块电池(3)和第二个反射器(9)。

Description

布置太阳能电池和反射器的方法和设备
技术领域
本发明涉及太阳能电池板，特别地涉及一种改进的太阳能电池和反射器在一个模块或面板中的布置。
背景技术
在太阳能商业化的应用中有很大的利益。推广太阳能使用的主要障碍之一是太阳能设备的高成本，尤其太阳能光生伏打电池。这是因为用于转换太阳能材料的相对高成本。在这技术领域中使用太阳能电池来截取阳光并产生热能或电能(或将两者组合)是众所周知的。太阳能电池通常是指一个接收器或热吸收板(为太阳能热应用)或一个太阳能光电池(用于太阳能电应用)电池经常被连接或结合到其它电池或是并联或者串联在一个单个平面中像地板上的瓷砖一样，且一旦许多的太阳能电池被组合，他们通常是被包含在通常所说的模块中。
一个模块通常有一透明的盖片，平行于并在太阳能电池平面之上，其允许太阳光进入模块并击中太阳能电池。模块通常有数条边和一个后板来组成一个防风雨盖片，用来帮助防止太阳能电池受气候影响。
现有技术包括将太阳能电池布置在一个模块中的例子。反射器经常用来使运行的太阳能电池之间的区域最小化，由于进入这些区域的太阳能不产生能量。许多现有技术采取将太阳能电池布置在一个垂直于进入的太阳光的单一平面中，并平行于透明盖片，如美国专利第6,528,716号和4,316,448号。这些类型的布置的缺点主要包括无效率或浪费使用了昂贵材料。
现有技术还包括更多复杂几何结构的例子，致使有相当一部分入射的太阳光被电池上的一个或多个表面反射。这种布置中的一些些例子正如美国专利第5,538,563号、第4,471,763号和第2,904,612号所述。这种布置的缺点是复杂的几何结构或要求机械追踪系统中增加了系统制造和维持的花费。
Espy在美国专利第4,120,282号中，教导了一个反射器和太阳能收集器按一定角度定位。专利第4,120,282号以此与参考文献整合。Espy传授了一种复杂且易变的几何体，其依赖于用户位置，这使得大规模生产变得困难。此外，由Espy描述的这种布置不包括反射器和收集器表面的保护。结果导致这些表面中的一个或两个会轻易地被气候影响损坏。
发明内容
本发明涉及一种用于布置太阳能电池和反射器来替代一个典型的垂直入射太阳光的方向设置在一个模块中的太阳能电池的方法和设备(如平行于一个模块的透明盖板或开口)。本发明的一个优选实施方式中使用一个太阳能电池与入射太阳光成大约45度角，且一个反射的表面垂直于电池并且与入射太阳光成大约45度角。太阳能电池和镜子是同样的长度/尺寸并形成一个V字型形状，两斜面间的角度是大约90度。任何落在这种布置上的光将直接地或经过反射后照射在太阳能电池上。在另一个实施方式中，两个相邻的反射器能够被设置形成大约60度角，并与盖片或开口形成大约30度的角度。一个进一步可选的实施方式中，包括一个被设置为与太阳能电池基底垂直的第二反射器，和一个仍然与盖片或开口形成大约45度角的第一反射器对。
目的和优势：
本发明有许多优势在现有技术之上，包括但不限于：
1.一个简单的布置允许更多太阳光被太阳能电池的同一区域获得，或者相同数量的太阳光能够被得到以一个更小的太阳能电池获得。
2.大部分现有技术制造的模块可以保持与本发明相同，除了可能需要一个更深的模块/框架，以及一个在新的定位中支持反射镜和太阳能电池的方式典型地建造成沿着太阳能电池背面或者一排太阳能电池的。线路或管件，通常不受新朝向的影响。
3.本发明的反射镜和电池布置被保护免予气候影响，且这布置能够被使用于许多类型的太阳能电池技术，且能均匀地照亮太阳能电池表面。
4.反射器能够被设计用于仅反射用来产生电的太阳能光谱(为一个PV太阳能电池)而不是可能使得电池过热并降低性能的红外线部分。
附图说明
图1展示了一个现有技术太阳能电池布置在平铺的与模块盖片平行的结构中的透视图；
图2展示了反射器和太阳能电池互相成90度(在现有技术基准之下的)的侧视图；
图3展示了一个多排反射器和电池(锯齿形)在一个模块中的透视图；
图4展示了一个反射器(60度和30度)和太阳能电池在45度角对着最初水平的电池平面的侧视图；
图5展示了一个由图4的实施方式性工程的阵列的透视图；
图6展示了另一个可选实施方式的45度角视图；
图7展示了图6的实施方式以一个更为复杂的反射器-电池几何结构通过一个新的太阳能电池定位并由一个更小的垂直镜和旋转90度的电池组代替。
具体实施方式
图1展示了一个现有的制作太阳能面板的技术方法。一个框架(1)被建造并提供或者附属于一个平顶，平铺的面板(2)包括太阳能电池。瓦片可带有防风雨盖片来保护电池。这个布置不能达到光照射中电池数量的最佳效率。
图2展示了一个本发明的侧视图。一个太阳能电池(3)向一个模块盖板(5)被旋转大约45度角。一个反射器(4)，同样与模块盖片(5)形成大约一个45度角，被定位于大约垂直且相邻于太阳能电池。反射器能够在长度和宽度上与太阳能电池(3)相等。反射器(4)和太阳能电池(3)在平行于模块盖片(5)的开口端形成一个V字型。光线进入垂直于模块盖片(5)的模块将直接地照射中太阳能电池(3)(以一个45度角)，或在反射离开反射器之后照射到。太阳能电池与反射器组合以这种定位能够收集与如已有技术图1中所示的一个大30％的平行放置模块盖片的电池相同数量的能源。
图3展示了有一个框架(1)持有一排完全填充太阳能电池(3)和反射器(4)对的一个太阳能模板的参考视角，且都与模块盖片成45度角。虽然每个反射器(4)是各自展示的(为了清楚)，然而一个单个延长的反射器能够被用来从模块一端延长至另一端来代替如图3中所示的每行9个反射器。
图4展示了本发明一个可选实施方式的一个侧视图。这里，一个太阳能电池(6)通常能够更长于如图3中所示的太阳能电池。这太阳能电池(6)同样被旋转至与模块盖片(5)成大约45度。一个第一反射器(7)被旋转至与模块盖片(5)成大约60度角，且一个第二个反射器(8)和模块盖片(5)形成一个30度角。第一反射器(7)上面的边缘几乎与第二反射器(8)较低的边缘相邻。第一反射器(7)较低的边缘与太阳能电池(6)较低的边缘相邻，在第一个反射器和太阳能电池间形成一个约105度的角。图5展示了一排由图4电池-反射器布置组成的透视图。框架(1)夹持太阳能电池和两个反射器部分(7，8)。图4-5可选的实施方式提供一个可替代的几何结构来反射光到太阳能电池(6)上，否则就可能无法照射中它。
图6-7展示一个本发明可选的实施方式，其中电池(3)和反射器(4)被如图2一样布置，但被旋转了90度并包括一个额外的终端反射器(9)。这个布置允许为了框架(1)的不同定位的，从一组特定的日常太阳角度(早上的太阳弧度或正午至下午三点左右太阳弧度或傍晚太阳弧度)更好地收集光线(更高集中的光)。图6是一个额外的反射器(9)上直接俯视的视图。且图7是一个透视图。这个实施方式有利于获得更多来自日常太阳角度的光。特别地，这个实施方式仅仅在大约半天中，就能够得到两倍于现有技术太阳能接收器单位面积的阳光。根据这个实施方式建造的一个太阳能面板可能实际地定位在建筑物上向东或向西面的位置，而已有技术的板由于昼夜遮蔽变得不切实际。
在所有本发明的实施方式中，反射的表面能够根据需要任选地被设计来不反射红外线(热)太阳光波长在太阳能电池上。如果电池是一个光生伏打电池时是尤其有用的，其随着电池温度的上升产生更少的电能。这种情况下，只有有用的光波能够正常地被从反射器导向电池。
工业应用：本发明特别用于以电或热流体的形式来为商业用户提供太阳能。本发明体现的提高的效率使得其优于现有技术产品。

Claims (16)

1、一种用于将太阳能转换成电能或用于加热液体的太阳能收集器，包括一个有四条边和一个保护内部表面免于气候影响的透明盖片(5)的框架(1)，所述的透明盖片被设计成用来最大化收集可用太阳光，其特征在于：
a)至少一个矩形的光收集表面(3)与透明盖片(5)成一个45度角安装；
b)至少一个反射表面(4)邻近且垂直于太阳能收集表面(3)安装，使得反射表面同样与透明盖片(5)形成一个45度角。
2、如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于，其中光收集表面(3)吸收太阳辐射并转换其成工作液体。
3、如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于，其中光收集表面(3)包括一个光生伏打电池电池用于将光能转化成电能。
4、如权利要求3所述的太阳能收集器，其特征在于，其中反射表面(4)有一个涂层主要反射一段利于光生伏打电池有效转换成电能的波长的光，而不反射对于光生伏打电池而言趋向于加热的红外波长的光。
5、如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于，更进一步包括多个太阳能收集表面(3)和反射表面(4)。
6、如权利要求3所述的太阳能收集器，其特征在于，其中光生伏打电池是半导体材质的。
7、如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于，其中所述的反射表面(4)是铝。
8、一种用于将太阳能转换成电能或用于加热液体的太阳能收集器，包括一个有四条边和一个保护内部表面免于气候影响的透明盖片(5)的框架(1)，所述的透明盖片被设计成用来最大地收集可用太阳光，其特征在于：
a)至少一个矩形的太阳能收集表面(6)与透明盖片(5)成一个45度角安装；
b)一对接近太阳能收集表面(3)的反射表面(7，8)，包括一个第一反射表面(7)在一个于透明盖片成46度到60度间的角度安装，并且第一反射表面(7)向下扩展至一条垂直于第一反射表面底边的线与太阳能收集表面最上面的边缘的近乎接触处，还包括一个第二反射表面(8)，邻近第一反射表面底部边缘以与第一反射表面(7)安装角度互补的角度安装，第二反射表面(8)向下延长直至它的底部与太阳能收集表面(6)相邻。
11、如权利要求10所述的太阳能收集器，其特征在于，其中反射表面(7，8)有一个主要反射的一段利于光生伏打电池有效转换成电能的波长的光，而不反射趋向加热光电池的红外波长的光。
12、一个光收集系统，其特征在于，包括：
a)一个框架(1)；
b)一个第一反射器(9)固定在框架(1)上；
c)至少一个第二反射器(4)，固定在框架(1)上并被垂直于第一反射器(9)放置；
d)至少一个太阳能电池(3)，固定在担保框架(1)上并被垂直于第一(9)和第二(4)反射器放置。
13、如权利要求12所述的光收集系统，其特征在于，更进一步包括多个的第二反射器(4)，每个都垂直于第一反射器(9)。
14、如权利要求13所述的光收集系统，其特征在于，更进一步包括多个太阳能电池(3)，每个都垂直于第一反射器(9)和第二反射器(4)。
15、如权利要求14所述的光收集系统，其特征在于，其中每个太阳能电池(3)与第二反射器(4)之一相邻。
16、如权利要求12所述的光收集系统，其特征在于，其中第一(9)和第二(4)反射器是铝的。
17、如权利要求12所述的光收集系统，其特征在于，其中太阳能电池(3)是光生伏打电池。
18、如在权利要求17所述的光收集系统，其特征在于，其中至少第一(9)或第二(4)反射器有一个涂层主要反射一段利于光生伏打电池有效转换成电能的波长的光，而不反射加热光生伏打电池(3)的红外波长的光。
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