CN101872796A - 一种高效低聚光光伏组件 - Google Patents

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余亚梅
李志民
钟浩
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Abstract

一种高效低聚光光伏组件，包括玻璃盖板、聚光反射器、太阳电池板和金属基体。每一个聚光反射器单元由两个反射模块中相邻的两片反光面组成，每一个反射模块由两个一体的相互背对的反光面组成，反光面上面是复合抛物面，下面是平面，两反光面间自然形成一散热风道，镜面反射膜用粘合剂固定于反射模块上。反射器下端开口处封装太阳电池板，太阳光经反射器反射到电池板上进行光电转换。金属基体为平面，反射模块用螺钉固定到金属基体上。用透明盖板将太阳电池连同聚光反射器封闭在框架内，透明盖板与反射模块之间留有空隙。本发明结构设计合理、光照均匀、效率高、不需要跟踪系统、自然散热、制作安装简便、组装灵活、成本较低、可以大面积推广运用。

Description

一种高效低聚光光伏组件
技术领域：
本发明涉一种高效非跟踪低聚光太阳电池组件。
背景技术：
随着化石能源的逐渐枯竭，可再生能源的利用已成为全球的研究和开发热点。在新能源中，光伏发电倍受瞩目。在过去的二十多年里，生产技术和工艺不断更新，光伏发电成本持续下降，但发电成本仍远远高于其他常规发电技术，是常规发电成本的3-5倍，同时也高于风力发电技术，因此光伏发电技术还未能充分进入市场。从近期的市场供求特点来看，太阳电池的需求急增，原材料供应短缺，价格飚涨，太阳电池有上涨的趋势。在光伏发电系统中，太阳电池占整个光伏发电系统造价的50％，在现有的技术和市场背景下，聚光光伏技术已被普遍认为是降低太阳能光伏发电成本的有效途径之一。
聚光光伏(CPV)系统依据聚光器的聚光比分为两类：一类为高聚光CPV，其几何聚光比大于10，太阳电池为专用的叠层聚光太阳电池；另一类为非跟踪低聚光CPV，其聚光比为2左右，太阳电池为普通电池。聚光光伏系统看似简单，但却难以实现，特别是高聚光系统，对太阳电池、散热和跟踪都有很高的要求。在这两类聚光器中，前者需要昂贵而复杂的跟踪控制和太阳电池冷却系统；后者多采用反射式聚光器(如：复合抛物面，V-型槽)，结构简单，材料价格低(不锈钢、铝箔或电镀铝及其他镜面反射膜等)，不需要连续跟踪和冷却系统。高聚光光伏系统开发难度大，成本高，因此人们把更多的目光投向结构简单、可与常规太阳电池配套使用、不需要连续跟踪的低聚光光伏系统。我国对高效叠层太阳电池的研究早，但价格昂贵，主要用于航天领域，远离商业市场，因此，在我国现有的技术和市场条件下，开发非跟踪低聚光光伏组件更符合我国的实际情况。
纵观国内外对聚光光伏系统的研究不难看出，在现有的技术条件下，聚光光伏技术是降低光伏发电成本的有效途径之一。基于复合抛物面低聚光光伏系统因结构简单、不需要连续跟踪、可与普通太阳电池配套使用而受到极大的关注，但系统本身尚存在一些技术缺陷。首先，入射到太阳电池上的太阳辐射强度不均匀，导致光电转换效率下降；其次，经抛物面下端反射到太阳电池上的太阳辐射，入射角大，很难被太阳电池吸收；第三，聚光腔内太阳电池的温度高于非聚光电池温度，在一定程度上影响组件的电能输出；第四，聚光器的加工制作难度大，不适合批量化生产。
发明内容：
本发明的目的，在于解决现有聚光太阳能发电技术中存在的上述问题，提供了一种高效低聚光太阳电池组件，它结构设计合理、不需要跟踪系统、水冷系统、制作安装简便、组装灵活、成本较低、可以大面积推广运用。
本发明的目的是这样实现的：该太阳电池组件包括玻璃盖板、聚光反射器、太阳电池板和金属基体。其技术要点是：横向投影入射角小于设定值的太阳光透过玻璃盖板入射到设计合理的聚光反射器上，聚光反射器下端开口处封装太阳电池板，太阳光直接或经聚光反射器反射后全部入射到太阳电池板上进行光电转换。聚光反射器和太阳电池板固定到金属基体上。太阳辐射在太阳电池上的入射角大于某一设定值，聚光腔内的热能通过反射模块空气通道、组件底板、及透明盖板传给环境空气，盖板与聚光反射器间留有空隙，便于聚光腔之间的空气交换。使用时，电池组件采用季度倾角调整模式即：三倾角调整模式。
聚光反射器结构要点为：每一个聚光反射器单元由两个对称反光面组成，这两个反光面分别由相邻的两个反射模块提供，两反射模块之间的聚光腔为出射角受制约的理想聚光器。每一个反射模块由两个相互背对的反光面组成，反光面上部分是复合抛物面，下部分是平面，两反光面上端相连，下端通过平面底板相连构成封闭的空气通道，空气通道直通环境空气。反射模块一次挤压成型，其尺寸依据太阳电池的尺寸按比例扩大或缩小。镜面反射膜用粘合剂固定于反射模块的两反光面上。
两反射模块构成出射角受制约的理想聚光器，聚光器对太阳辐射的接收半角θa取值范围为16-18度；聚光比cg在2-2.5之间；高宽比H/a在1.6-1.8之间；反射器出射角θe在65-70度之间，电池组件采用季度倾角调整模式。
玻璃盖板和聚光反射器之间有1cm左右的空隙。
太阳电池板为普通的硅太阳电池板或薄膜电池。
金属基体为平面，聚光反射器用螺钉固定到金属基体上，太阳电池板固定在聚光反射器下部两反光面之间的金属基体上。
本发明利用廉价的反光器来聚集太阳辐射，以减少昂贵的太阳能电池的使用量，通过合理的结构设计，提供了一种可以大规模生产使用的低成本太阳能电池组件，与非聚光电池相比，电池组件单价(每峰瓦单价)可降低约40％。
附图说明：
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的具体结构示意图。
图2是反射模块结构示意图。
图中序号说明：1.玻璃盖板，2.聚光反射器，3.镜面反射膜，4.太阳电池板，5.金属基体，6.散热风道，7.螺钉，8.聚光器抛物面，9.聚光器平面，10.聚光器底板。
具体实施方式：
在图1中，玻璃盖板(1)用透过率较好的普通玻璃制成。聚光反射器(2)由两片对称的反光面构成，上端相连，下端经由底座平板相连，构成一个封闭的空气通道，反光面的上部是复合抛物面，下部是平面，反射部件一次挤压成型，在其表面粘贴高镜面反射膜(3)，聚光反射器(2)的高宽依据太阳电池尺寸按比例放大或缩小，聚光反射器(2)用螺钉(7)固定在金属基体(5)上。太阳电池(4)封装在两聚光器之间的金属基体(5)上，太阳能电池(4)为普通的硅太阳电池或薄膜电池。反射模块的空气通道与外界直通，形成一散热风道(6)，在玻璃盖板(1)和聚光反射器(2)之间留有的空隙有助于组件内空气流动和组件散热。
玻璃盖板(1)用以隔离灰尘或雨水，保护聚光反射器(2)和太阳电池板(4)的清洁，提高整个聚光太阳能电池模块的转换效率。太阳光通过玻璃盖板(1)投射到聚光反射器(2)上，直接或经聚光反射器(2)反射间接入射到太阳电池板(4)上，转化为电能和热能，电能通过其他装置输出使用，热能会使得太阳电池板(4)的温度升高，降低光电转换效率，本发明中利用散热风道(6)和金属基体(5)来加强太阳电池板(4)和外界的对流换热。

Claims (10)

1.一种高效低聚光光伏组件，包括玻璃盖板、聚光反射器、太阳电池板和金属基体。其技术要点是：横向投影入射角小于设定值的太阳光透过玻璃盖板入射到设计合理的聚光反射器上，聚光反射器下端开口处封装太阳电池板，太阳光直接或经聚光反射器反射后全部入射到太阳电池板上进行光电转换。聚光反射器和太阳电池板固定到金属基体上。
2.根据权利要求1所述的聚光反射器，其特征是：每一个聚光反射器单元由两个对称反光面组成，这两个反光面分别由相邻的两个反射模块提供。反射模块一次挤压成型，其尺寸依据太阳电池的尺寸按比例扩大或缩小。镜面反射膜用粘合剂固定于反射模块的两反光面上。
3.根据权利要求2所述的反射模块，其特征是：每一个反射模块由两个一体的相互背对的反光面组成，反光面上部分是复合抛物面，下部分是平面。
4.根据权利要求2所述的反射模块，其特征是：每个反射模块的两反光面上端相连，下端通过平面底板相连构成封闭的散热通道。
5.根据权利要求1和2所述的聚光反射器，其特征是：聚光反射器的聚光比cg在2-2.5之间。
6.根据权利要求1和2所述的聚光反射器，其特征是：聚光反射器的入射半角θa的取值范围为16-18度。
7.根据权利要求1和2所述的聚光反射器，其特征是：聚光反射器反光面出射角θe在65-70度之间。
8.根据权利要求1和2所述的聚光反射器，其特征是：聚光反射器高宽比H/a在1.6-1.8之间。
9.根据权利要求1所述的聚光光伏组件，其特征是：玻璃盖板和聚光反射器之间有1cm左右的空隙。
10.根据权利要求1所述的聚光光伏组件，其特征是：金属基体为平面，聚光反射器用螺钉固定到金属基体上，太阳电池封装到每个聚光反射器下端的金属基体上。
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