CN101536195A - 太阳能电池地膜组件 - Google Patents
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Abstract
包括和地膜集成的太阳能电池的太阳能电池地膜组件，所述地膜包括柔性浮动覆盖材料，所述柔性浮动覆盖材料部分地浸没在水面下方浮动。
Description
技术领域
本发明一般而言涉及太阳能电池，且特别涉及作为太阳能发电电源的与地膜集成的太阳能电池。
背景技术
地膜是可以用来覆盖池塘、水库、水池等的衬垫或薄膜。地膜提供低成本、长期的衬套和覆盖方案，并可以从不同的制造商，例如GSI(http://www.geo-synthetics.com/index.html)得到。一个来自GSI的商标是Pondgard
EPDM衬垫，其是有优良的强度特性的高度柔性衬垫。衬垫对所有的鱼和植物是安全的且对紫外线非常稳定。另一个例子是共混的中密度聚乙烯(MDPE)地膜，这种地膜成本低廉、持久且有优异的伸长特性，这容易使其在不寻常的形状周围可塑造。衬垫有高的炭黑含量，其提供极耐紫外线退化性。
发明内容
如下文更详细地描述，本发明设法将太阳能电池与地膜集成以产生新的太阳能发电电源。本发明的太阳能薄膜独特地使用在水上浮动的太阳能电池(由于地膜集成)。所述太阳能薄膜可以有双重功能：它作为传统地膜(举例来说，用于控制水蒸发和其它用途)，并且它可以用来发电，例如用于和水相关的应用。
根据本发明一个实施方案，提供包括和地膜集成的太阳能电池的太阳能电池地膜组件。所述太阳能电池可以被设置在或连接到地膜上。
所述地膜包括柔性浮动覆盖材料，其在水面上浮动或作为选择部分浸没在水面下(在这种情况下，地膜上方的水起放大镜作用以放大入射在太阳能电池上的太阳光线)。
所述太阳能电池可以包括滚印太阳能电池，在所述辊筒印刷太阳能电池中太阳能电池印刷在卷材上。太阳能电池印刷在其上的卷材可以作为地膜。
根据本发明的一个实施方案，太阳能电池电连接到电装置。电装置可以包括水泵、水脱盐单元、水增压器、水处理装置、水传送和管理装置和过滤系统中的至少一种。电装置可以包括电网。
附图说明
从下面结合附图的详细描述，将更完全地理解和评价本发明，其中：
图1是根据本发明一个实施例制造和操作的太阳能电池地膜组件的简化示意图；
图2是根据本发明另一个实施例制造和操作的太阳能电池地膜组件的简化示意图；以及
图3是根据本发明一个实施例制造和操作的具有枢转太阳能电池的太阳能电池地膜组件的简化示意图。
具体实施方式
现在参照图1，其图解了根据本发明的非限制性实施例而制造和操作的太阳能电池地膜组件10。
太阳能电池地膜组件10包括一或多个与地膜14集成(例如布置在其上)的太阳能电池12(简单地称为太阳能电池12，作为选择称为光伏电池12)。地膜14是适合浮动在水面中或水面上的柔性浮动覆盖材料。太阳能电池地膜组件10可以浮动在水面上(由图1中的水位4所示)，或在优选的实施例中，部分浸没在水面下方浮动(由图1中的虚线显示的水位6所示)。举例来说，太阳能电池12在地膜14上的组合可以用在敞开的水源例如人工湖，其中在衬垫中集成有太阳能材料。当部分浸没时，水实际上起放大镜作用以放大入射在太阳能电池12之上的太阳光线。另外或作为选择，可以提供泵17，其往一些或所有的光伏电池的太阳能收集表面上喷水。水不但冷却太阳能电池12，而且也可以用于清洁太阳能电池12的灰尘/污垢。
地膜14可以包括两者都可以商业上从GSI获得的PondgardEPDM衬垫或共混的中等密度聚乙烯(MDPE)地膜，或者任何其它的适合的衬垫、薄膜或其它的柔性衬底(所有术语从头到尾都随处交换使用)。另一种适合的地膜柔性浮动覆盖材料由Comanco公司，4301SterlingCommerce Drive，PlantCity，佛罗里达33566(www.comanco.com)生产。地膜14可以是可膨胀的。
太阳能电池12可以包括滚印太阳能电池。在卷上印刷太阳能电池的技术是存在的。举例来说，加利福尼亚Palo Alto的NanoSolar公司(www.nanosolar.com)已经开发了专有技术，这种技术可以简单地滚印太阳能电池，仅需要硅-晶片电池的1/100厚的吸收体(仍然表现相似的性能和耐久性)。
NanoSolar的工艺在对应于美国专利申请20040782545的PCT公布的申请WO2006033858中进行了描述，其公开内容并入本文中作为参考，该申请描述了光伏器件，更具体地，描述了光伏器件的吸收体层的加工和退火。典型的铜-铟-镓-二硒化物(Copper-Indium-Gallium-diSelenide)(CIGS)太阳能电池结构包括一个其后跟随钼(Mo)层的背电极。CIGS吸收体层夹在Mo层和硫化镉(CdS)结组合层(partner layer)之间。透明传导氧化物(TCO)，例如形成在CdS结组合层上的氧化锌(ZnOx)或氧化锡(SnO2)，典型地用作透明电极。美国专利申请20040782545描述了在铝箔衬底上制造CIGS吸收体层。举例来说，光伏器件包括铝箔衬底、任选的基电极和包含带有IB族、IIIA族和(任选地)VIA族元素的材料的初生吸收体。
可以用来实现本发明的光伏电池的其它非限制性实例包括但不限于先进的无定形硅光伏模块，例如多结无定形硅模块。举例来说，基于三结太阳能电池的UNI-SOLAR商标硅模块在西欧的气候条件下表现优异，产量和性能比显著高于现有的晶体硅技术。此效果在低光条件下和在非理想的定向下尤其显著。
三结技术使无定形硅太阳能电池达到空前水平的效率和稳定性(稳定的采光面积电池效率为7.0-7.5％)。每个电池由三个半导体结组成，三个半导体结彼此堆积在另一个之上。底部电池吸收红色光，中间电池吸收绿色/黄色光，顶部电池吸收蓝色光。这种光谱分裂能力是更高效率和更高能量输出的关键之一，尤其在较低照射水平和漫射光下。在连续的不锈钢薄片辊筒上，电池在独特的卷到卷真空沉积工艺中生产，仅利用了标准晶体硅太阳能电池生产的材料和能量的一部分。产物是柔性、重量轻的太阳能电池。太阳能电池被封装在对紫外线(UV)稳定和耐候的聚合物中。聚合物封装体在正面包括EVA和含氟聚合物TEFZEL(DuPont膜)。所得到的模块格外持久。旁路二极管跨过每个电池连接，即使当部分被遮蔽时也允许模块发电。
太阳能电池12可以嵌入、系、粘(用粘合剂)、利用一个或多个机械紧固件16固定、接合或以其它方式连接到地膜14上。一些或所有太阳能电池12彼此可以柔性地安装。太阳能电池12用在太阳能电池12的边缘的密封件23密封到地膜14上。因为若没有密封件23，水和碎片可能会在太阳能电池和地膜之间聚集且降低性能，所以这是有利的。
另一个替代选择方案在图2中显示。不是使用在已存在的覆盖材料上印刷太阳能电池材料，在该实施例中，使用原态的或为了用作覆盖材料而改性的印刷太阳能电池18(如果它们符合覆盖材料/应用需要)。因此，利用印刷太阳能电池技术，在其上印刷太阳能电池的卷材作为地膜(全部称为印刷太阳能电池18)。
在地膜上结合太阳能电池可以提供许多协同的优点，迄今利用现有技术的太阳能电池仍不可获得这些优点。
在地膜14上结合太阳能电池12可以体现为新的可再生的发电机，其利用非常大的水库20(或外海)的现有面积，用于水库20当地的多个与水相关的应用。举例来说，太阳能电池12可以电连接到电装置22。在一个实施例中，电装置22是与水相关的电装置，例如但不限于水泵、水脱盐单元、水增压器、水处理装置、水传送和管理装置、过滤系统等或其任何组合。在另一个实施例中，电装置22是一般用途的电能装置，例如但不限于用于家庭、工业、照明等或其任何组合的电网。
现在参考图3，其图解了太阳能电池地膜组件10的另一可选的特征。根据本发明的一个实施例，太阳能电池12的一些或全部可以枢转地安装在枢轴24上。另外或作为选择，太阳能电池12可以安装在轴承32上。一或多个致动器26(例如可膨胀的薄膜、凸轮、步进马达、伺服马达等)可以是与以枢轴方式安装的太阳能电池12可操作通信，且可以倾斜以枢轴方式安装的太阳能电池12(或移动它们，轴承32促进移动)。可以提供传感器28，以感测太阳入射角。传感器28可以与用于根据传感器28感测的太阳入射角来倾斜以枢轴方式安装的太阳能电池12的致动器26可操作通信。另外，整个太阳能电池地膜组件10可以通过使用自动张紧器30(例如在美国专利6893005中描述的自动张紧器，该专利的公开内容在此引入作为参考)来自动旋转和受控以跟随入射到所述太阳能电池地膜组件上的太阳弧角，以进一步增加年度功率输出。作为可膨胀薄膜的致动器26可以为优化操作如在变化的环境和操作因素(例如，太阳的方向/角度、风、水库水位、为维护而在面板上行走所需要的张力和稳定性等)之下达到最佳功率而控制太阳能电池12的浮力和水位。
用于任何光伏阵列的最佳倾斜角是在那个特定地域产生最高的年度能量输出的那个倾斜角。主要参考因素是纬度，但是也包括其它因素。太阳弧随着一年的时间而改变，如此典型地，浅倾斜角在夏天的数个月产生较多的能源，陡角在冬天数个月产生较多的能源。最佳的，固定的角是在以年度基础上达到最佳传送能量的极值之间的折衷。倾斜角对晶体PV技术尤其重要，其对入射光角度与灰尘和污垢聚集的敏感度比无定形硅PV更大。方位角，或从正南方向的偏离，对能源产生方面与倾斜角具有相似的影响。最佳性能典型地在倾斜阵列沿正南方向排列时得到。从正南方向的偏离使峰值输出曲线在偏离方向(正南方向的东方或西方)上歪斜。通常，倾斜角越陡，从正南方向的偏离对年度能量输出的影响越大。
本领域的技术人员应该了解本发明不限于在上文中具体显示和描述的内容。相反，本发明的范围包括在上文中描述的特征的组合和子组合，以及本领域的技术人员在阅读了前面的说明书后会想到的并且未出现在现有技术中的对于本发明的修正和变型。
Claims (14)
1.一种太阳能电池地膜组件，包括：
与地膜集成的太阳能电池，所述地膜包括柔性浮动覆盖材料，所述柔性浮动覆盖材料部分地浸没在水面下方浮动。
2.根据权利要求1的太阳能电池地膜组件，其中所述太阳能电池设置在所述地膜上。
3.根据权利要求1的太阳能电池地膜组件，其中在所述太阳能电池的边缘处用密封件将所述太阳能电池密封到所述地膜。
4.根据权利要求1的太阳能电池地膜组件，其中所述太阳能电池包括滚印太阳能电池，在所述滚印太阳能电池中将所述太阳能电池印刷在卷材上。
5.根据权利要求4的太阳能电池地膜组件，其中印刷有所述太阳能电池的所述卷材作为所述地膜。
6.根据权利要求1的太阳能电池地膜组件，其中用机械紧固件将所述太阳能电池紧固到所述地膜。
7.根据权利要求1的太阳能电池地膜组件，其中所述太阳能电池电连接到电装置。
8.根据权利要求1的太阳能电池地膜组件，其中所述太阳能电池枢转地安装到枢轴上。
9.根据权利要求8的太阳能电池地膜组件，进一步包括对所述太阳能电池上的太阳入射角进行感测的传感器，所述传感器与用于使所述太阳能电池绕所述枢轴倾斜的致动器可操作通信。
10.根据权利要求1的太阳能电池地膜组件，其中整个所述太阳能电池地膜组件被自动地旋转和控制，以跟随入射到所述太阳能电池地膜组件上的太阳角度。
11.根据权利要求1的太阳能电池地膜组件，其中所述地膜上方的水用作放大镜，以把入射到所述太阳能电池上的太阳光线放大。
12.根据权利要求1的太阳能电池地膜组件，其中所述太阳能电池安装在轴承上。
13.根据权利要求1的太阳能电池地膜组件，进一步包括泵，所述泵布置成向所述太阳能电池上喷水。
14.根据权利要求9的太阳能电池地膜组件，其中所述致动器包括控制所述太阳能电池的浮力的可膨胀薄膜。
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