CN102738287A

CN102738287A - 一种用于太阳能电池的光收集装置

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Publication number: CN102738287A
Application number: CN2011100899076A
Authority: CN
Inventors: 孟庆波; 张一多; 黄小铭; 李冬梅; 罗艳红
Original assignee: Institute of Physics of CAS
Current assignee: Institute of Physics of CAS
Priority date: 2011-04-11
Filing date: 2011-04-11
Publication date: 2012-10-17

Abstract

本发明提供一种用于太阳能电池的光收集装置，该装置适用于平板太阳能电池，通过在电池的无效区域上方增设反射或折射部件，可以将投射至无效区域的太阳光收集到电池的有效区域，从而增加电池的总功率。反射或折射部件可以具有平面、曲面、锯齿面等结构。由于电池在组成模块时电池间留有缝隙或空白区域，而电池上方设置的导电线也会遮挡部分面积，从而形成无效区域，使用本发明能够使由于无效区域存在造成的光损失减少60％到99％，将阳光追踪装置与本发明配合使用可以得到最好的收集效果。

Description

一种用于太阳能电池的光收集装置

技术领域

[0001] 本发明涉及太阳能电池技术，具体地说，本发明涉及一种增加平板太阳能电池模块光利用率的设计方案。

背景技术

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 由于目前常用的电池板中，相邻电池片间要留有一定的缝隙，而每块电池片上通常会有导电金属条进行电流收集，这些缝隙和金属条会占据一定的面积形成无效区域，金属条和缝隙通常会有2_到3_的宽度，如果能够将这部分无效区域的光收集到有效区域，能够将电池片的总功率进一步提升。

[0005] 本发明提供一种光收集装置，将入射至无效区域的光收集至有效区域，从而减少能量损失，提高电池功率，这相当于在不改变电池本身的状况下提高了电池的效率。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种将照射至太阳能电池或电池模块无效区域的光收集至其有效区域的光收集装置。

[0007] 本发明的目的是这样实现的：在太阳能电池无效区域的上部空间安装反射或折射部件构成太阳光收集装置，使得照射至无效区域的太阳光等被传输到有效区域，其中太阳能电池为通常在一个太阳光强下使用的平板太阳能电池，包括硅电池、砷化镓电池等。其特征是：反射或折射部件安装在无效区域的正上方，其中无效区域指没有光敏材料的区域或光敏材料被遮挡的区域，包括空白区域、保护材料区域、导电材料区域等，正上方指光正入射时光来源的方向。

[0008] 其中，反射或折射部件位于无效区域上部空间，可以是紧挨电池板表面通过粘接等方式与电池板连接固定的，也可以是离开电池板一定距离通过附加框架进行固定的。

[0009] 其中，反射部件可以是利用具有较高反射率的材料制成的带有反射平面或曲面的部件，该平面或曲面中任意位置的切面与电池平面的夹角应在0°到90°之间，反射部件可以是抛光后的金属材料或在任意材料制成的元件表面用电镀、蒸镀、溅射等方法形成金属反射膜或直接粘贴反射膜，主要包括银、铝、不锈钢、钛、镍、镉、铬、锰、铜、锌、锗、锡、镁、镓、金、钼、钥、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、钼、钥、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；折射部件可以是公知的透镜元件如棱镜、凹透镜、凸透镜、菲涅耳透镜等，也可以是根据电池形状和光强分布需求设计的具有特殊形状的元件，该部件使用的材料可以是公知的材料，如玻璃、丙烯酸树脂、聚烯烃类树脂、聚碳酸酯树脂等透明材料，该部件可以通过折射或全反射将无效区域的光收集至有效区域。

[0010] 其中，对于具有矩形形状或可以被分割成矩形形状的无效区域，在其上方安装的反射部件可以具有两个对称安放的斜面，两斜面在无效区域中间位置的边重合并足够尖锐以尽可能多地收集阳光，在无效区域边缘的边与无效区域边缘重合，两斜面与电池平面形成的夹角9应在5°到89°之间。

[0011] 由于硅电池等平板电池中无效区域宽度较小，在不使用阳光追踪装置的情况下，使用本发明即可达到很好的光收集效果，例如对于一个宽度为3_的缝隙，在其上方设置双斜面反射部件，斜面与电池平面夹角为80°，则该部件能够使得正午前3. 6小时至正午后3. 6小时内，所有照射至该部件反射面的阳光都被收集到部件附近30_范围内的有效区域，而在超出此范围的一定时间范围内，装置仍然能起到一部分收集增强的效果，实施例8给出了具体说明。而如果配合阳光追踪装置使用，则可以始终保持收集增强达到最佳效果。

[0012] 本发明具有如下技术效果：

[0013] I、对于以一定角度范围照射至电池的阳光，能够将其完全收集至电池的有效区域从而避免由于存在无效区域而产生的浪费，而在超出此角度范围的一定范围内，能够起到部分的收集增强效果，使用本发明能够使由于无效区域存在造成的光损失减少60%到99%。

[0014] 2、本发明旨在收集无效区域浪费的阳光，对有效区域而言，其光强增加较小，不会造成聚光太阳能电池面临的散热等技术问题。

[0015] 3、配合阳光追踪装置使用，能够使收集器的效果始终最大化。

[0016] 4、本发明能够适用于所有平板结构的太阳能电池。

附图说明

[0017] 以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

[0018] 图I为太阳能电池板示意图；

[0019] 图2为一个电池片的示意图；

[0020] 图3为在一个电池片部分无效区域上方加上双斜面反射部件后的示意图；

[0021] 图4为电池板无效区域加了双斜面反射部件的电池模块示意图；

[0022] 图5为在电池无效区域上方加上双斜面反射部件的剖面图；

[0023] 图6为在电池无效区域上方加上双凹面反射部件的剖面图；

[0024] 图7为在电池无效区域上方加上双凸面反射部件的剖面图；

[0025] 图8为在电池无效区域上方加上双斜面折射部件的剖面图；[0026] 图9为在电池无效区域上方加上双凹面折射部件的剖面图；

[0027] 图10为在电池无效区域上方加上双凸面折射部件的剖面图；

[0028] 图11为在电池无效区域上方加上锯齿状折射部件的剖面图；

[0029] 图12是0为80°的双斜面反射部件对斜入射阳光进行收集的示意图；

具体实施方式

[0030] 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。

[0031]以下列举实施例中涉及具体收集效果或模块结构的均以图I所示太阳能电池板为例进行说明，图I为太阳能电池板示意图，其中I为电池片有效区域，2为电池板底板，3 为电池片之间的间隙。

[0032] 图2为一个典型电池片的结构示意图，图中4为宽导电条，5为窄导电条。若电池片为边长120mm的正方形，宽导电条宽度为2mm，两电池片间缝宽3mm，则宽导电条和缝隙所形成的无效面积占总面积的比例约为8%。图3为在该电池片的部分无效区域上方加上双斜面反射部件后的示意图，由于通常窄导电条宽度过窄，损失能量极少，所以仅在宽导电条和两电池片之间的缝隙上设置光收集部件即可，6为双斜面反光部件。图4为电池板无效区域加了双斜面反射部件的电池模块示意图。

[0033] 实施例I

[0034] 本实施例在电池的无效区域上方设置了双斜面反射部件，如图5所示，7为无效区域，8为反射部件，该部件的反射面为磁控溅射铝膜，其可见光反射率在90%到95%之间。斜面与电池平面的夹角9在60°到85°之间变化时，在AMl. 5的阳光下（一个标准太阳光强），当阳光正入射时，对于无效面积占总面积8 %的电池板，加上此反射部件与不加此反射部件相比，总效率能够提升6%到8. 5%。

[0035] 实施例2

[0036] 本实施例在电池的无效区域上方设置了双凹面反射部件，如图6所示，9为反射部件，该部件的反射面为磁控溅射铝膜，其可见光反射率在90%到95%之间。反射面任意一点的切线与电池平面的夹角9在0°到90°之间。在AMl. 5的阳光下，当阳光正入射时，对于无效面积占总面积8%的电池板，加上此反射部件与不加此反射部件相比，总效率能够提升5. 8%到8. 5%。

[0037] 实施例3

[0038] 本实施例在电池的无效区域上方设置了双凸面反射部件，如图7所示，10为反射部件，该部件的反射面为磁控溅射铝膜，其可见光反射率在90%到95%之间。反射面任意一点的切线与电池平面的夹角9在0°到90°之间。在AMl. 5的阳光下，当阳光正入射时，对于无效面积占总面积8%的电池板，加上此反射部件与不加此反射部件相比，总效率能够提升5. 6%到8. 3%。

[0039] 实施例4

[0040] 本实施例在电池的无效区域上方设置了双斜面折射部件，如图8所示，11为折射部件。

[0041] 实施例5

[0042] 本实施例在电池的无效区域上方设置了双凹面折射部件，如图9所示，12为折射部件。

[0043] 实施例6

[0044] 本实施例在电池的无效区域上方设置了双凸面折射部件，如图10所示，13为折射部件。

[0045] 实施例7

[0046] 本实施例在电池的无效区域上方设置了锯齿状折射部件，如图11所示，14为折射部件。

[0047] 实施例8 [0048] 本实施例说明对于在无效区域上方设置双斜面反射部件时，对于一个宽度为3mm的缝隙，在其上方设置双斜面反射部件，斜面与电池平面夹角为80°，则正入射光线前后偏移不超过55°时，所有照射至该部件反射面的阳光都被收集到部件附近30mm范围内的有效区域。如图12，0点位于反射面的顶端，当入射光线AO与竖直方向的夹角AOB为55°时，反射光线OC刚好能够到达电池宽为30mm的有效区域的另一端，而当夹角AOB从55°减小到0°时，反射光线上的C点将向E点移动，因而此光线始终能够被收集到电池有效区域，而低于0点处的光线，其反射光线将与OC平行，并且在OC下方，因而所有投射至此斜面的光均能够被反射至电池的有效区域，当AOB变为负值并继续变化时，此效果将持续，直至OA越过EO的延长线。因此，在正入射方向左右偏移55°的范围内，所有照射至反射面的阳光均能被收集至有效区域。由于阳光方向每小时变化15°，这就相当于在没有阳光追踪装置的情况下，将电池正对正午太阳摆放，在正午前后3. 6小时内，投射至电池表面的阳光均能被全部收集，而当超出此时间范围后，阳光收集增强的效果会逐渐减小。

Claims

1.在太阳能电池或电池模块的上部空间安装反射或折射部件构成太阳光收集装置，使得照射至无效区域的太阳光等被传输到有效区域，其中太阳能电池为通常在一个太阳光强下使用的平板太阳能电池，包括硅电池、砷化镓电池等。其特征是：反射或折射部件安装在无效区域的正上方，其中无效区域指没有光敏材料的区域或光敏材料被遮挡的区域，包括空白区域、保护材料区域、导电材料区域等，正上方指光正入射时光来源的方向。

2.如I所述的太阳光收集装置，其特征是反射或折射部件位于无效区域上部空间，可以是紧挨电池板表面通过粘接等方式与电池板连接固定的，也可以是离开电池板一定距离通过附加框架进行固定的。

3.如I所述的太阳光收集装置，其特征在于利用具有较高反射率的材料在无效区域上方制成反射部件，该部件用于反射的面可以是平面或曲面，该平面或曲面中任意位置的切面与电池平面的夹角应在0°到90°之间，反射部件可以是抛光后的金属材料或在任意材料制成的元件表面用电镀、蒸镀、溅射等方法形成金属反射膜或直接粘贴反射膜，主要包括银、招、不锈钢、钛、镍、镉、铬、猛、铜、锌、锗、锡、镁、镓、金、钼、钥、钮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、钼、钥、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。

4.如I所述的太阳光收集装置，其特征在于利用折射率大于I的材料在无效区域上方制成折射部件，该部件通过折射或全反射将光收集至有效区域，该部件可以是公知的透镜元件如棱镜、凹透镜、凸透镜、菲涅耳透镜等，也可以是根据电池形状和光强分布需求设计的具有特殊形状的元件，该部件使用的材料可以是公知的材料，如玻璃、丙烯酸树脂、聚烯烃类树脂、聚碳酸酯树脂等透明材料。

5.如3所述的太阳光收集装置，其特征在于对于具有矩形形状或可以被分割成矩形形状的无效区域，在其上方安装的反射部件具有两个对称安放的斜面，两斜面在无效区域中间位置的边重合并足够尖锐以尽可能多地收集阳光，在无效区域边缘的边与无效区域边缘重合，两斜面与电池平面形成的夹角9应在5°到89°之间。