CN102738269A - 一种太阳能电池组件 - Google Patents

Abstract

一种高效利用太阳光的太阳能电池组件及设计方法，包括：(1)对层压好的无框太阳能电池板的外边缘部分安装具有收集太阳光功能的边框。(2)在带边框的太阳能电池板的外边缘与边框部分上面安装具有收集太阳光功能的部件。其中具有收集太阳光功能的边框或部件包括各种光反射和光折射部件。其作用为能将入射到太阳能电池板的外边缘部分或外边缘与边框部分上面的光进行收集并重新出射至太阳电池板中的电池吸光部分，从而提高太阳能电池组件的光电转换效率。

Description

一种太阳能电池组件

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域。特别地，本发明涉及太阳能电池组件的高效利用方法。 

背景技术

太阳能电池是一种利用光伏效应将太阳光能量转化为电能的器件。1954年，美国贝尔实验室制备出了现代第一块基于PN结的硅太阳能电池，光电转换效率达到了6％。经过半个多世纪的发展，太阳能电池的技术在不断进步与成熟之中，目前商业化应用最广泛的是基于硅的太阳能电池。主要包括单晶硅电池，多晶硅电池和非晶硅电池，在1970年代早期，夏普、飞利浦和太阳能电力等公司开始制备出小面积的商用电池模块，并逐步开始应用于地面，到了1980年代中期越来越多的公司开始投入到太阳能电池的研发与制造领域。 

到了21世纪初期，太阳能电池作为一种清洁能源的高效利用方式开始正式受到各国的大力关注，国际市场对于太阳能电池的需求激增，我国在太阳能电池的制造领域中开始占据越来越重要的地位。太阳能电池已经被广泛应用于路灯，建筑表面，屋顶，电站等。目前的太阳能电池的利用形式主要是将一系列太阳能电池片组成太阳能电池组件或称太阳能电池板，然后可以对太阳能电池板根据 功率的不同进行单独使用或者组成阵列来使用。 

衡量太阳能电池片的转换效率往往是以太阳能电池片的面积为准，在AM1.5的标准测试条件下，测量输出功率，来得到光电转换效率。目前单晶硅电池片的规模化生产平均转换效率为17％-19％，多晶硅电池片的规模化生产平均转换效率为16％-18％。当把太阳能电池片组装成太阳能电池组件后，事实上需要考虑的是整个电池组件所占的面积内接收的太阳能转换为电能的多少。在目前的太阳能电池板的制造工艺中，将电池片阵列排布，然后层压封装后外边缘整体套上铝合金，不锈钢或塑料边框。由于外边缘有一定的宽独，边框也有一定的宽度与长度，因此组件外边缘与边框占了一部分的面积，但在组件周围外边缘与边框上面积范围内的太阳光却全部被浪费掉了。 

发明内容

本发明的目的是针对目前外边缘与边框占据光照面积，却无法利用这部分太阳光的技术现状，提供一种在相同的光照面积下通过增加对外边缘和边框上的太阳光进行利用从而能够整体提高光电转换效率的方法。 

为了实现上述目的，本发明提供了一种高效利用太阳光的太阳能电池组件及设计方法。包括： 

方法(1)：对层压好的无框太阳能电池板的外边缘部分安装具有收集太阳光功能的边框。 

方法(2)：在带边框的太阳能电池板的外边缘与边框部分上面安装具有收集太阳光功能的部件。 

上述方法(1)和方法(2)中的太阳能电池板，其特征在于，包括各种单晶硅电池板，多晶硅电池板，非晶硅电池板，微晶硅电池板，铜铟镓硒(CIGS)电池板，碲化镉(CdTe)电池板，敏化太阳电池板，有机太阳电池板等薄膜电池板等。 

上述方法(1)中的无框太阳能电池板的外边缘部分，其特征在于，指的是电池板中外圈电池片边缘或者电池吸光部分边缘到电池板的玻璃的侧边缘之间的面积，如图1所示的电池板有效吸光部分虚线矩形abcd和玻璃侧边缘矩形ABCD之间的面积。 

上述方法(2)中的带边框的太阳能电池板的外边缘与边框部分，其特征在于，指的是电池板中外圈电池片边缘或者电池吸光部分边缘到边框的侧边缘之间的面积，即如图2所示的电池板有效吸光部分虚线矩形abcd和边框侧边缘矩形A’B’C’D’之间的面积。 

上述方法(1)中的具有收集光功能的边框，其特征在于，将传统的边框与具有收集太阳光功能的部件一体化。不仅起到传统边框密封、支撑电池板的功能，同时具有收集太阳光的功能。 

上述方法(1)中的具有收集光功能的边框中的具有收集太阳光功能的部件以及上述方法(2)中的具有收集太阳光功能的部件，其共同特征在于，包括各种能将入射到太阳能电池板的外边缘部分或外边缘与边框部分上面的光进行收集并重新出射至太阳电池板中的电池吸光部分的光学部件。典型的包括反射光的部件、折射光 的部件或者反射光与折射光部件的组合。 

上述反射光的部件，其特征在于，能够将照射在电池板外边缘部分或外边缘与边框部分上面的太阳光反射到电池板中电池片或电池吸光部分的面积上，从而将占了光照面积却无法对太阳光进行利用的外边缘或外边缘与边框部分上的光进行了收集和利用。可以在相同的光照面积下整体提高太阳能电池板的光电转换效率。 

上述反射光的部件，其特征在于，反射光部件的反射面可以是平面也可以是曲面，或者是平面与曲面的组合。反射平面背光面与电池板平面的夹角θ在5度～85度之间。反射曲面可以是凹面也可以是凸面，从截面上看，曲面上任意一点的切线与电池板平面的夹角θ在0度～90度之间。(见图3) 

上述反射光的部件，其特征在于，可以由各种具有良好光反射功能的材料构成。主要包括银、铝、不锈钢、钛、镍、镉、铬、锰、铜、锌、锗、锡、镁、镓、金、铂、钼、钯等金属中的一种或几种及其合金或化合物，或者是镀有银、铝、不锈钢、钛、镍、镉、铬、锰、铜、锌、锗、锡、镁、镓、金、铂、钼、钯等金属中的一种或几种及其合金或化合物的玻璃、塑料、陶瓷、聚合物等其他材料。 

上述折射光的部件，其特征在于，能够将照射在电池板外边缘部分或外边缘与边框部分上面的太阳光折射到电池板中电池片或电池吸光部分的面积上，从而将占了光照面积却无法对太阳光进行利用的外边缘与边框上的光进行了收集和利用。可以在相同的光照面积下整体提高太阳能电池板的光电转换效率。 

上述折射光的部件，其特征在于，利用透光材料形成如下所述形状中的一种或者若干种的集合：梯形，锯齿形，多边曲面，三角形等。 

上述透光材料，其特征在于，能够使用公知的棱镜，透镜等，例如能够使用玻璃，石英，透明聚合物，树脂等透明材料。 

由于目前太阳能电池板外边缘及边框上的面积根据尺寸的不同，往往占整个太阳能电池板面积的5％～50％，太阳光照射在这部分面积上都被浪费掉了。利用上述方法(1)和方法(2)，可以在现有的技术下对这部分浪费的光进行收集和利用，从而能够大大提高电池板的转换效率。 

本发明的优点体现在如下几个方面： 

第一，本发明在不影响现有的电池板的制备工艺的前提下，通过对边框进行收集光功能的改造或在边框上增加收集光的部件，可以大幅度提高整体太阳能电池板的转换效率。第二，将本发明与现有商用技术相比，在相同输出功率的条件下，可以减少太阳能电片或者太阳能有效吸光面积，从而降低单位转换功率的成本。第三，本发明利用的是外边缘部分的太阳光，这部分光的能量一般占现有光利用量的50％以下，因此对这部分光的利用不会涉及到温度升高的散热问题，克服了现有的聚光技术增加散热器件所带来的额外成本。第四，本发明不仅可以用于硅基太阳能电池，同样适用于化合物太阳能电池及薄膜太阳能电池。 

附图说明

图1.层压好的无框太阳能电池板(虚线矩形abcd与实线矩形ABCD是电池板的外边缘部分)。 

图2.带边框的太阳能电池板(虚线矩形abcd与实线矩形A’B’C’D’是电池板的外边缘及边框部分)。 

图3.(A)无框太阳能电池板的外边缘部分安装了具有反射太阳光功能的边框示意图。(1、无框太阳能电池板，2、具有反射太阳光功能的边框)(B)在带边框的太阳能电池板的外边缘与边框部分上面安装了具有反射太阳光功能的部件示意图。(3、带边框的太阳能电池板，4、具有反射太阳光功能的部件)(C)列举的几种具有反射太阳光功能的反射部件截面及光路示意图(5、平面反射，6、凹面反射，7、凸面反射)。 

图4.(A)无框太阳能电池板的外边缘部分安装了具有折射太阳光功能的边框示意图。(8、无框太阳能电池板，9、具有折射太阳光功能的边框)(B)在带边框的太阳能电池板的外边缘与边框部分上面安装了具有折射太阳光功能的部件示意图。(10、带边框的太阳能电池板，11、具有折射太阳光功能的部件)(C)列举的几种具有折射太阳光功能的折射部件截面及光路示意图(12、梯形折射，13、锯齿形折射，14、多边曲面折射) 

具体实施方式

以下，对本发明优选实施例进行说明。但是，本发明并不仅限 于以下的实施例。 

实施例1 

取无框的太阳能电池板，玻璃侧边缘尺寸为120cm*55cm，有效吸光部分尺寸为115cm*50cm，在AM1.5标准太阳光的照射下，测得峰值功率为90W，在电池板的外边缘部分安装上不同的带有反射光功能的边框。反射光功能的边框由铝合金构成，反射功能由表面镀有高反射金属铝膜实现，金属铝膜外面加氧化物保护层，具有很好的耐候性。加上边框后测得峰值功率如下表所列。 

实施例2 

取无框的太阳能电池板，玻璃侧边缘尺寸为100cm*50cm，有效吸光部分尺寸为90cm*40cm，在AM1.5标准太阳光的照射下，测得峰值功率为60W，在电池板的外边缘部分安装上不同的带有折射光功能的边框。折射光功能的边框由铝合金框架及其上的玻璃构成的棱镜组成。玻璃棱镜用来实现折射功能。安装上不同的带有折射光功能的边框后，测得峰值功率如下表所列。 

折射光部件	峰值功率
		截面为梯形	61W～83W
截面为锯齿形	61W～78W
		截面为多边曲面	61W～82W

实施例3 

取带有边框的太阳能电池板，边框侧边缘尺寸为158cm*80cm，有效吸光部分尺寸为152cm*75cm，在AM1.5标准太阳光的照射下，测得峰值功率为180W，在电池板的外边缘及边框部分上面安装不同的带有反射光功能的部件。反射光功能的部件体由不锈钢构成，反射功能由表面镀有高反射金属银膜实现，金属银膜外面加氧化物保护层，具有很好的耐候性。安装上不同的带有反射光功能的部件后，测得峰值功率如下表所列。 

实施例4 

取带有边框的太阳能电池板，边框侧边缘尺寸为143cm*72cm，有效吸光部分尺寸为135cm*65cm，在AM1.5标准太阳光的照射下，测得峰值功率为140W，在电池板的外边缘部分安装上不同的带有 折射光功能的边框。折射光功能的部件由透明聚酯构成的折射镜组成。安装上不同的带有反射光功能的部件后，测得峰值功率如下表所列。 

折射光部件	峰值功率
		截面为梯形	141W～164W
截面为锯齿形	141W～160W
		截面为多边曲面	142W～164W

Claims (14)

1.一种高效利用太阳光的太阳能电池组件及设计方法。其特征在于，对层压好的无框太阳能电池板的外边缘部分安装具有收集太阳光功能的边框。

2.一种高效利用太阳光的太阳能电池组件及设计方法。其特征在于，在带边框的太阳能电池板的外边缘与边框部分上面安装具有收集太阳光功能的部件。

3.根据权利要求1与权利要求2所述的太阳能电池板，其特征在于，包括各种单晶硅电池板，多晶硅电池板，非晶硅电池板，微晶硅电池板，铜铟镓硒(CIGS)电池板，碲化镉(CdTe)电池板，敏化太阳电池板，有机太阳电池板等薄膜电池板等。

4.根据权利要求1所述的无框太阳能电池板的外边缘部分，其特征在于，指的是电池板中外圈电池片边缘或者电池吸光部分边缘到电池板的玻璃的侧边缘之间的面积，如图1所示的电池板有效吸光部分虚线矩形abcd和玻璃侧边缘矩形ABCD之间的面积。

5.根据权利要求2所述的带边框太阳能电池板的外边缘与边框部分，其特征在于，指的是电池板中外圈电池片边缘或者电池吸光部分边缘到边框的侧边缘之间的面积，即如图2所示的电池板有效吸光部分虚线矩形abcd和边框侧边缘矩形A’B’C’D’之间的面积。

6.根据权利要求1所述的具有收集光功能的边框，其特征在于，将传统的边框与具有收集太阳光功能的部件一体化。不仅起到传统边框密封、支撑电池板的功能，同时具有收集太阳光的功能。

7.根据权利要求6与权利要求2所述的具有收集太阳光功能的部件，其共同特征在于，包括各种能将入射到太阳能电池板的外边缘部分或外边缘与边框部分上面的光进行收集并重新出射至太阳电池板中的电池吸光部分的光学部件。典型的包括反射光的部件、折射光的部件或者反射光与折射光部件的组合。

8.根据权利要求7所述的反射光的部件，其特征在于，能够将照射在电池板外边缘部分或外边缘与边框部分上面的太阳光反射到电池板中电池片或电池吸光部分的面积上，从而将占了光照面积却无法对太阳光进行利用的外边缘或外边缘与边框部分上的光进行了收集和利用。

9.根据权利要求7与权利要求8所述的反射光的部件，其特征在于，反射光部件的反射面可以是平面也可以是曲面，或者是平面与曲面的组合。反射平面背光面与电池板平面的夹角θ在5度-85度之间。反射曲面可以是凹面也可以是凸面，从截面上看，曲面上任意一点的切线与电池板平面的夹角θ在0度-90度之间。(见图3)

10.根据权利要求7，权利要求8和权利要求9所述的反射光的部件，其特征在于，可以由各种具有良好光反射功能的材料构成。主要包括银、铝、不锈钢、钛、镍、镉、铬、锰、铜、锌、锗、锡、镁、镓、金、铂、钼、钯等金属中的一种或几种及其合金或化合物，或者是镀有银、铝、不锈钢、钛、镍、镉、铬、锰、铜、锌、锗、锡、镁、镓、金、铂、钼、钯等金属中的一种或几种及其合金或化合物的玻璃、塑料、陶瓷、聚合物，树脂等其他材料。

11.根据权利要求7所述的折射光的部件，其特征在于，能够将照射在电池板外边缘部分或外边缘与边框部分上面的太阳光折射到电池板中电池片或电池吸光部分的面积上，从而将占了光照面积却无法对太阳光进行利用的外边缘与边框上的光进行了收集和利用。

12.根据权利要求7与权利要求11所述的折射光的部件，其特征在于，利用透光材料形成如下所述形状中的一种或者若干种的集合：三角形，梯形，锯齿形，多边曲面等。

13.根据权利要求12所述的透光材料，其特征在于，能够使用公知的棱镜，透镜等，例如能够使用玻璃，石英，透明聚合物等透明材料。

14.根据权利要求1-13所述的组件和设计方法，其特征在于，可以在现有的技术下对太阳能电池板外边缘及边框的面积上浪费的太阳光进行收集和利用，从而能够大大提高电池板的转换效率。

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