CN101771094A - 高效节能反射聚焦式太阳能发电装置封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效节能反射聚焦式太阳能发电装置封装结构。其包括太阳能发电芯片；所述发电芯片放置在反射基板上，所述发电芯片上压盖有聚焦透镜，所述聚焦透镜与反射基板间设有硅胶；反射基板对应于放置发电芯片的另一端设有凹槽，所述反射基板利用凹槽及所述凹槽两侧的侧壁将射入反射基板内的光线全反射到与发电芯片相接触的表面；聚焦透镜与反射基板的两端设有固定支架，所述固定支架内设有固定连接的导电电极，所述导电电极与发电芯片电性连接；所述固定支架上设有固定连接的导电插脚，所述导电插脚与导电电极电性连接。本发明具有良好的导热性及透光性、提高了光的利用率、成本低廉、使用寿命长、安装使用方便。

Description

高效节能反射聚焦式太阳能发电装置封装结构

技术领域

本发明涉及一种太阳能发电装置封装结构，尤其是一种高效节能反射聚焦式太阳能发电装置封装结构。

背景技术

照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。

从太阳能获得电力，需通过太阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：①无枯竭危险；②绝对干净(无公害)；③不受资源分布地域的限制；④可在用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥使用者从感情上容易接受；⑦获取能源花费的时间短。不足之处是：①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。

太阳能光伏产业链包括晶体硅原料生产、硅棒与硅片生产、太阳能电池制造、组件封装、光伏产品生产和光伏发电系统等环节。其中硅原料是最重要的生产环节，在业界曾有“拥硅者为王”的说法。目前，世界上太阳能光伏电池90％以上以是单晶硅或多晶硅为原材料生产的。目前摆在多晶硅生产中有四个主要的问题需要解决：降低能耗、减少污染、提高质量、扩大产量。我国太阳能硅材料行业目前绝大部分依赖进口，因此必须提高技术改变受制于人的局面。

全球光伏产业链中，高纯度硅料不仅要求硅的纯度高达7～9个9，而且其中的硼、磷等杂质限制在几十个ppt(万亿分之一)，它是光伏企业生产太阳能电池所需的核心原料。因此，高纯度硅料的合成、精制、提纯、生产也就成为光伏产业集群中最上游的产业。同时如何更有效的利用更纯的硅来提高光能转化效率是更是急切。目前，尽管中国的硅原料矿藏储量占世界总储量的25％，但是国内太阳能电池生产企业(如尚德、天威英利等)所需原材料绝大部分需要从国外进口。这是因为用于太阳能电池生产的硅料主要是通过不同的提炼方式从硅原料中提炼而成的单晶硅和多晶硅。在中国，现有的高纯度硅原料生产技术与西方发达国家相比，在产量和能耗等方面尚有不足之处。如此一来，这不仅大大增加企业的生产成本，更成为制约当前我国光伏产业向上游环节发展难以逾越的“瓶颈“，使我们国家用很低的价格卖出高能耗、高污染的粗原料的同时，用极高的价格购回高纯硅料。

据了解，虽然我国硅料工业起步较早(20世纪50年代)，但由于生产规模小、工艺技术落后、环境污染严重、消耗大、成本高，绝大部分企业因亏损而相继停产或转产。到2004年我国只剩下峨眉半导体材料厂和洛阳单晶硅有限公司两家生产企业，其生产能力仅为100吨/年，且能满足太阳能电池生产需要的硅料实际产量只有80吨。专家预计，2010年我国用于太阳能电池生产的硅料需求量将达到4365吨，2015年为1.62万吨。若不以自主知识产权改变国内多晶硅的生产现状，我国硅料工业受制于国际市场的状况将无法改变，这将危及我国光伏产业的进一步发展。

要使太阳能发电真正达到实用水平，一是要提高太阳能光电变换效率并降低其成本，二是要实现太阳能发电同现在的电网联网。

目前，太阳电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳电池变换效率最高，已达20％以上，非晶态硅太阳电池变换效率最低5％，今后最有希望用于一般发电的将是这种单晶硅电池。但它的单晶硅大面积组件导致它的成本居高不下，这里最大的难题是如何来降低单晶硅的使用量，同时提高他的光电转换率，如何将每瓦发电设备价格降到0.4~1美元这个水平，便足以同现在的发电方式竞争。

近代应用X射线分析的方法，具体揭示了大量晶体的内部结构。现已证明，一切晶体不论其外形如何，它的内部质点(原子、离子和分子)都是作规律排列的，这种规律主要表现为质点的周期重复，从而构成了所谓格子状构造。因此，按照现代的概念，物质中凡是质点做规律排列，即具有格子构造者称为结晶质。结晶质在空间的有限部分即为晶体。由此，我们可以对晶体下定义为：晶体是具有格子构造的固体。

水晶是具有格子构造的固体，所以称它为晶体。而石英玻璃状似固体，但其内部质点不作规律排列，即不具格子构造，所以称它为非晶质或非晶质体。具体地说，在水晶晶体中每个硅原子周围的氧原子的排列是一样的，这种规律叫做近程规律；不但如此，在水晶晶体中硅和氧的这种排列方式在空间作有规律的重复而形成格子构造，这种规律称为远程规律。但在石英玻璃的结构中只有近程规律，则没有远程规律，也就不能形成格子构造，而称为非晶质体。

由于水晶与石英玻璃二者的内部结构不同，因此它们的物理性质也不同。详见下表：

名称	偏光性	折光率	硬度	密度	导热率
						人造水晶晶体	非均质体	1.544-1.533	7	2.65g/cm3	140-264
石英玻璃	非晶质体	1.460	6.5	2.20g/cm3	33
						光学玻璃K9	非晶质体	1.516	5.2	2.0g/cm3	7-20
高铅玻璃	非晶质体	1.46-1.7	4.65	2.1g/cm3	10-22

在以上的图表中可以得到结论，水晶晶体与玻璃是有着本质上的不同的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高效节能反射聚焦式太阳能发电装置封装结构，其具有良好的导热性及透光性、提高了光的利用率、成本低廉、使用寿命长、安装使用方便。

按照本发明提供的技术方案，所述一种高效节能反射聚焦式太阳能发电装置封装结构，包括太阳能发电芯片；所述发电芯片放置在反射基板上，所述发电芯片上压盖有聚焦透镜，所述聚焦透镜与反射基板间设有硅胶；反射基板对应于放置发电芯片的另一端设有凹槽，所述反射基板利用凹槽及所述凹槽两侧的侧壁将射入反射基板内的光线全反射到放置发电芯片的表面；聚焦透镜与反射基板的两端设有固定支架，所述固定支架与聚焦透镜、反射基板间构成密闭的壳体；所述固定支架内设有固定连接的导电电极，所述导电电极与发电芯片电性连接；所述固定支架上设有固定连接的导电插脚，所述导电插脚与导电电极电性连接。

所述反射基板由透明的二氧化硅材料制成。所述聚焦透镜由透明的二氧化硅材料制成。所述固定支架上的导电插脚安装在底板上，所述底板上设有允许导电插脚嵌置的插孔。所述底板上设有正负导电线，所述导电线将嵌置在底板上的导电插脚相串联。所述导电插脚的下端设有下钩体。所述底板的端部设有连接孔。

本发明的优点：

1、本发明采用了高纯透明的二氧化硅材料作为反射基板的封装结构元件，利用反射基板上的内凹曲面及内凹曲面两侧的侧壁，使射入反射基板内的光线，经过多次反射，最终以全反射的状态反射到与发电芯片相接触的反射基板表面，发电芯片对应于与反射基板相接触的表面可以吸收太阳能，可以极大的提高发电芯片的光电转换效率。

2、本发明根据透明玻璃具有高导热性，可以很好的将太阳光线中的热能导出封装体，极大的提高了太阳能封装的使用寿命。

3、本发明同时利用透镜聚光特性极大的减少了单晶硅的使用量，使发电芯片的使用量极大的降低，因此使发电成本大大的降低。

4、本发明将发电芯片小型化，并使用与这一硅片封装结构相配合底板可以更灵活的将太阳能发电装置，应用于更加广阔的范围。

5、本发明在使用同等面积的芯片的前提下，将发电芯片的上下两面能够同时接收太阳能，发电芯片的两面能够同时输出电能，使太阳能芯片能够输出更多的电能。

6、结构简单，安装方便，更换方便，使用寿命长，免维护。

附图说明

图1为本发明中太阳能发电元件的结构示意图。

图2为本发明中太阳能发电装置的结构外形图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1～图2所示：本发明包括反射基板1、发电芯片2、聚焦透镜3、导电电极4、硅胶5、导电插脚6、凹槽7、下钩体8、固定支架9、底板10、插孔11、导电电线12及连接孔13。

如图1所示：所述发电芯片2放置在反射基板1上，所述发电芯片2上压盖有聚焦透镜3。反射基板1与聚焦透镜3间设有硅胶5，所述硅胶5能够保护发电芯片2及发电芯片2与导电电极4相连的线路；所述反射基板1与聚焦透镜3利用硅胶5的粘性相粘结。所述反射基板1对应于放置发电芯片2的另一端设有凹槽7，凹槽7形成的内凹曲面；反射基板1利用凹槽7及所述凹槽7两侧的侧壁使反射基板1成为全反射的基板。太阳光线射向聚焦透镜3，聚焦透镜3聚焦太阳光线后射向反射基板1与发电芯片2，聚焦光线一部分被发电芯片2吸收，另一部分会进入反射基板1内。进入反射基板1内的光线经过多次反射后，以全反射的状态射向与反射基板1相接触的发电芯片2表面。所述发电芯片2与反射基板1相接触的表面吸收从反射基板1全反射的太阳光线，从而发电芯片2的两个表面均能够吸收太阳光线且同时发出电能，增加发电芯片2的利用率，提高了光线的转换效率。

所述反射基板1由高纯透明的二氧化硅材料制成，如反射基板1由高纯透明的玻璃或水晶晶体制成；所述聚焦透镜3由高纯透明的二氧化硅材料制成，如聚焦透镜3由高纯透明的玻璃制成。

所述反射基板1与聚焦透镜3相接触的两端设有固定支架9，用于加强反射基板1与聚焦透镜3间的连接强度；固定支架9与反射基板1、聚焦透镜3构成密闭的壳体。固定支架9内设有固定连接的导电电极4，所述导电电极4与发电芯片2电性连接；导电电极4利用硅胶5固定在固定支架9内，同时能够保护与发电芯片2相连的电路。所述固定支架9上设有固定连接的导电插脚6，导电插脚6与导电电极4电性连接，用于将太阳能发电元件发出的电能向外输出。所述导电插脚6的下端设有下钩体8。

如图2所示：所述底板10集成上述太阳能发电元件。所述底板10上设有若干插孔11，导电插脚6能够嵌置在插孔11内。导电插脚6通过下钩体8，能够有效地与底板10相固定。所述底板10上的导电插脚6利用导电线12相串联，使底板10上的太阳能发电元件构成发电阵列，增强了底板10的输出电能的能力。所述底板10的一端设有连接孔13，用于底板10间的串接。

所述反射基板1可以是任意的外形，反射基板1的下表面内凹槽7与半球形的侧壁组成反射面，将射入反射基板1中的光能通过全反射的方式射出，使发电芯片2与反射基板1相接触的表面同时能够吸收太阳能，达到提高发电量的目地。

导电插脚6可以根据反射基板1与底板10的不同外形，制成任意的外形，优选的是导电插脚6上端与固定支架9固定连接，保证太阳能发电元件与底板10连接的可靠性；所述导电插脚6与固定支架9内的导电电极4电性连接，用于将太阳能发电的电能向外输出；导电插脚6的下钩体8插入插孔11内，所述下钩体8的引导斜面自下而上指向发电芯片2的中心部。所述导电插脚6的本体是由金属材料制成。

底板10可以是任意的结构或外形，底板10可以采用不具有导电性能的材料，并在其本体上制备正负导电线12，并有在导电线的正负级的其线路本体上有相对应导电插脚6的下钩体8的插孔11。所述插孔11的侧面与反面都有金属导电线。在导电插脚6的下钩体8插入插孔11后，在底板10的反面通过焊接的方式将太阳能发电元件固定在底板10上。所述底板10上的太阳能发电元件以行进行排列，并在每一行的一端有一孔，用于与另一底板的电极相连，或与蓄电池相连。并根据不同面积排列不同的列数。在导电插脚6插入底板10后，在底板10的反面将导电插脚6与底板10根据使用条件的不同，也可以在太阳能发电元件与底板10相贴的底板10本体上有可以使封装基板不紧贴底板的凸点，并这一方案可以使用不同面积的底板10相拼接，以达到大面积排布的目的。

上述方案可以将太阳能发电元件在任何地方使用。挂在屋脊上或室外的外墙体上等多种环境下使用。

实施例

所述聚焦透镜3为一个12mm的外径的单凸实心透镜，聚焦透镜3本体高度为6mm，聚焦透镜3采用高透明的玻璃材料。

反射基板1的本体由水晶晶体制成，反射基板1的本体与底板10相连接方向有一个内凹槽7，这一内凹槽7与半球形反射基板1的侧壁，组成全反射面。

所述导电电极4固定在固定支架9内，固定支架9上设有导电插脚6，所述导电电极4、固定支架9、导电插脚6及位于导电插脚6下端的下钩体8可以采用一体成形。

封装过程，将发电芯片2通过导电线与导电电极4电性连接，再将发电芯片2本体固定在反射基板1的中心部位。将发电芯片2与反射基板1固定后，聚焦透镜3通过硅胶5与反射基板1相粘合。发电芯片2在反射基板1与聚焦透镜3间，形成一个完整的太阳能发电元件。

底板10材料选用胶木板材，并根据使用环境和条件选择不同的外形，在这选用的是长300mm、宽300mm、高4mm长方体板，在所述底板10上有根据太阳能发电元件中伸出外露的导电插脚6相对应的正负极插孔11，所述插孔11上排布有将这一行相串接的导电线12，并在这一行导电线12的一端有一个连接孔13，用于将这一行太阳能发电元件所发出的电与另一个底板10相连，组成一个底板10的阵列或与蓄电池相连。底板10与反射基板1接触的面有多个细小的凸点，使底板10与反射基板1不相互紧贴。

将封装完的太阳能发电元件根据导电插脚6插入相对应的底板10上的插孔11内，用焊接的方式将其封装结构件本体与底板10相连接固定。

如图1和图2所示：使用时，太阳光线从聚焦透镜3射入，发电芯片2对应于与聚焦透镜3相接触的表面吸收聚焦透镜3射入的光线后，发电芯片2通过导电电极4、导电插脚6向外输送电能。聚焦透镜3的光线一部分被发电芯片2吸收，另一部分射向反射基板1。射入反射基板1内的光线，在反射基板1上的凹槽7及所述凹槽7两侧的球形侧壁作用下，光线以全反射的状态反射到反射基板1与发电芯片2相接触的表面，使发电芯片2与反射基板1相接触的表面同时能够吸收太阳能，发电芯片2的两个表面均能够输出电能，提高了发电芯片2的利用率及太阳能的光电转换效率。所述反射基板1采用高纯透明的玻璃或其他透光性好的材料制成，具有良好的导热性和透光性，降低了发电成本。聚焦透镜3汇聚太阳光线，聚焦透镜3压盖在发电芯片2上，能够对发电芯片2进行保护，能延长太阳能发电元件的封装结构的使用寿命。

Claims (7)

1.一种高效节能反射聚焦式太阳能发电装置封装结构，包括太阳能发电芯片(2)，其特征是：所述发电芯片(2)放置在反射基板(1)上，所述发电芯片(2)上压盖有聚焦透镜(3)，所述聚焦透镜(3)与反射基板(1)间设有硅胶(5)；反射基板(1)对应于放置发电芯片(2)的另一端设有凹槽(7)，所述反射基板(1)利用凹槽(7)及所述凹槽(7)两侧的侧壁将射入反射基板(1)内的光线全反射到放置发电芯片(2)的表面；聚焦透镜(3)与反射基板(1)的两端设有固定支架(9)，所述固定支架(9)与聚焦透镜(3)、反射基板(1)间构成密闭的壳体；所述固定支架(9)内设有固定连接的导电电极(4)，所述导电电极(4)与发电芯片(2)电性连接；所述固定支架(9)上设有固定连接的导电插脚(6)，所述导电插脚(6)与导电电极(4)电性连接。

2.根据权利要求1所述的高效节能反射聚焦式太阳能发电装置封装结构，其特征是：所述反射基板(1)由透明的二氧化硅材料制成。

3.根据权利要求1所述的高效节能反射聚焦式太阳能发电装置封装结构，其特征是：所述聚焦透镜(3)由透明的二氧化硅材料制成。

4.根据权利要求1所述的高效节能反射聚焦式太阳能发电装置封装结构，其特征是：所述固定支架(9)上的导电插脚(6)安装在底板(10)上，所述底板(10)上设有允许导电插脚(6)嵌置的插孔(11)。

5.根据权利要求4所述的高效节能反射聚焦式太阳能发电装置封装结构，其特征是：所述底板(10)上设有正负导电线(12)，所述导电线(12)将嵌置在底板(10)上的导电插脚(6)相串联。

6.根据权利要求1所述的高效节能反射聚焦式太阳能发电装置封装结构，其特征是：所述导电插脚(6)的下端设有下钩体(8)。

7.根据权利要求4所述的高效节能反射聚焦式太阳能发电装置封装结构，其特征是：所述底板(10)的端部设有连接孔(13)。

Images