CN102842627B - 一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池 - Google Patents

Abstract

本发明一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池，它利用瓦棱状聚光凹凸镜将入射的自然太阳光聚集成数条横线光，分别投射到框架式硅晶片的条状矩形线框内的太阳电池单元表面进行光-电转换，聚集于一线的阳光能量超过自然光源的10倍，受光后的框架式硅晶片温度相应升高，PN结的导电率随之增加，能量微弱的光子经聚合后生成了穿过禁带的能量，光伏电池的整体光、电转换能力成倍增加，随着电池基座自动调整受光面角度，受光面始终与太阳保持直射状态，太阳光的利用率有效提高，框架式硅晶片上的太阳电池单元不遮挡光线的进入，较现有整版硅晶片上导电网对光线的遮挡有了根本的改善，同时框架式硅晶片的制造较现有的整版硅晶片制作上有了明显的改善，硅锭由实心铸造改为空心铸框，硅晶的使用量减少了80％，空心硅框在线切割时也较实心硅锭更易加工，硅粉下脚料少，钼丝用量相对减低，对称瓦棱凹凸镜本身为玻璃制品，制模压铸成型成本低廉，电池关键组件成本的大幅度降低，为太阳能光伏电池的实际应用开创出了一条新路。

Description

一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池

技术领域：

本发明属于太阳能电池板光伏电池技术领域。

背景技术：

光-电直接转换方式是利用光-电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光-电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是-种由光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管采光面上时，光电二极管就会把光能变成电能，产生电流。太阳能电池的一个单片为一个PN结，单片电池的开路电压在0.45V-0.6V之间，一般情况下电压为0.5V，电池串联的片数越多电压越高，单片电池的电流取决于单个PN结实际受光面积及光能通量，其短路电流一般为15-30mA/平方厘米，面积越大或并联的片数越多则电流越大，当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点，需要指出的是太阳能电池的受光面接受到的是太阳自然照射光源，就是万里无云的晴天，太阳从升到落，照射到太阳能电池受光面光线的入射角和携带的能量是不尽相同的，相对于固定不动的太阳能电池板光伏电池阵来说，太阳光能量的接受与转换是低效率的，就太阳能电池板内的PN结来说电导率是受温度变化直接控制的，温差的变化直接影响光-电的转化，现有的太阳能电池板的光-电转换量是低效率的。

发明内容：

我们发明了一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池，它利用瓦棱状聚光凹凸镜将入射的自然太阳光聚集成数条横线光，分别投射到条状矩形线框内的太阳电池单元表面进行光-电转换，聚集于一线的能量超过自然光源的10倍，PN结的导电率随之增加，光伏电池的整体电子输出量成倍增加，随着基座自动调整受光面角度，受光面始终与太阳保持直射状态，太阳光的利用率有效提高，硅晶片上的太阳电池单元不遮挡光线的进入，较现有整版硅晶片上导电网对光线的遮挡有了根本的改善、同时框架式硅晶片较现有的整版硅晶片在硅晶片的使用量上减少了80％，太阳能电池板的制造成本可大幅降低，为太阳能光伏电池的实际应用开创出了一条新路。

所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池，如图1所示；它包括：①对称瓦棱凹凸镜太阳能电池版、②旋转框架、③轴承座、④转轴、⑤底座、⑥底座脚、⑦滑道、⑧液压油入口、⑨拉杆式活塞液压缸、⑩滚动轴承、液压泵、蓄电池、对称瓦棱凹凸镜太阳能单只电池。其特征是：一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池，是由装配在同一版面上的一群单只对称瓦棱凹凸镜太阳能电池的阵列组合成的光伏发电系统，和能够实时追踪最佳照射角度的旋转框架、旋转轴、轴承座、液压缸、拉杆式活塞、滚动轴承、滑道、液压泵、蓄电池、基座等共同组成的太阳能光伏电池。

所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池(13)单只对称瓦棱凹凸镜太阳能电池如图2所示，它包括：①铝合金外盒、②平板贴膜玻璃、③瓦棱状聚光凹凸镜、④塑料承载架、⑤框架式网印烧结硅片、⑥正极引出铜条、⑦负极引出铜条、⑧正极输出柱、⑨负极输出柱、⑩条状矩形受光线框、太阳电池单元、层压基片、平板玻璃。其特征是：一种对称瓦棱凹凸镜太阳能单只电池是由铝合金外盒、平板贴膜玻璃、瓦棱状聚光凹凸镜、塑料承载架、框架式网印烧结硅片、正极引出铜条、负极引出铜条、正极输出柱、负极输出柱、矩形受光线框、层压基片、平板玻璃等部件组成的，它的瓦棱状聚光凹凸镜可将漫散射的太阳光聚集为数条直线光，分别投射到对应的框架式网印烧结硅片上的条状矩形线框内太阳电池单元表面，聚集的光源能量强度较自然光源提高了10倍，光子转换成流动电子的数量成倍提高，形成的电流由正极引出铜条、负极引出铜条、正极输出柱、负极输出柱通过引线送至蓄电池储备待用。

所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池(13)对称瓦棱凹凸镜太阳能电池①铝合金盒如图3所示，它包括：①盒体、②上台阶、③硅晶片承载框、④下台阶、⑤底部、⑥封口、⑦电源插座孔。其特征是：铝合金盒分上下两个台阶，上台阶为镜片安装部位，下台阶为框架式硅晶片安装部位，盒由厚度0.5-1mm的铝合金板模压制成，整体为长方盒形整体无连接缝隙，底部冲有电源插座孔。

所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池(13)对称瓦棱凹凸镜太阳能电池②平板贴膜玻璃如图4(T-A)所示，它包括：①玻璃板、②贴膜。其特征是：玻璃板为3mm厚的白色平板玻璃，贴膜为无反射塑料材质薄膜。

所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池(13)对称瓦棱凹凸镜太阳能电池③对称瓦棱聚光凹凸镜如图4(T-B)所示，它包括：①安装边框、②凹进部位、③凸起镜面部位、④圆锥四分之一球面部位。其特征是：对称瓦棱凹凸镜是由熔融后的高纯度SiO₂材料由模具压制而成，对称瓦棱凹进部位厚度为2mm，中心凹起部位厚度为8mm，瓦棱间隔20mm，瓦棱边缘为四分之一球面，它能将接受到的漫散射太阳光聚集为数条直线光分别投射于镜面下方的垂直部位，形成聚集线条光，这种聚集功能可以极大的减少太阳能电池的单晶硅片、多晶硅片材料使用量。

所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池(13)对称瓦棱凹凸镜太阳能电池⑤框架网印硅片因正、背两面图形不同需分别描述，正面如图5(T-A)所示，它包括：①网印银铝烧结层、②太阳电池单元、③正极引出铜条、④连接孔。其特征是：框架网印硅片正面有六条横框、两条竖框，框宽为3mm，厚0、2-0.3mm，面上网印烧结银铝导电涂层，竖框涂层上焊有带孔铜条。

所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池(13)对称瓦棱凹凸镜太阳能电池⑤框架网印硅片背面如图5(T-B)所示，它包括：①网印铝烧结层、②太阳电池单元、③正极引出铜条、④连接孔。其特征是：框架网印硅片背面有六条横框、两条竖框，框宽3mm，面上网印铝导电涂层，竖框涂层上焊有带孔铜条。

所述的⑤框架网印硅片制作方法分为以下步骤：

步骤一、浇注柱状框架硅锭，如图6所示，它包括：①第一横框、②第二横框、③第三横框、④第四横框、⑤第五横框、⑥第六横框、⑦左导电竖框、⑧右导电竖框。其特征是：制模，将熔溶多晶硅熔液浇入模中，冷却出模，柱状框架浇注硅锭外形为103 X 103 X 200cm³的长方体，截面图形横框6条、竖框2条，框宽3mm、间隔16mm。

步骤二、线锯分片切割如图7所示，它包括：①第一受光横框、②第二受光横框、③第三受光横框、④第四受光横框、⑤第五受光横框、⑥第六受光横框、⑦左导电竖框、⑧右导电竖框。其特征是：框架网印硅片之基片由柱状硅锭线锯而成，每片厚度0.02-0.03mm。

步骤三、使用HCI/HNO₃腐蚀清洁，水洗、干燥。

步骤四、在硅片正表面喷涂磷乳液扩散层。

步骤五、将硅片送入隧道炉中加热扩散(扩散深度为：0.3-0.5μm)。

步骤六、晶面钝化并覆光学补偿层烧结，

步骤七、将硅片装入网印模具，在正面网印银铝导电涂层，如图8(T-A)所示，它包括：①银铝导电涂层、②太阳电池单元。其特征是：硅片为103 X 103mm的正方形框架结构，框架内均布6条横框、两条竖框，框宽3mm、间隔16mm、厚度0.02mm，硅片正面框的边缘1.2mm处网印银铝导电涂层，网中空白0.6mm处是太阳电池单元。

步骤八、将硅片装入网印模具，在背面网印铝导电涂层，如图8(T-B)所示，它包括：①铝导电涂层、②太阳电池单元。其特征是：硅片为103 X 103mm的正方形框架结构，框架内均布4条横框(框宽3mm、间隔16mm、厚度0.02mm)，框的边缘1.2mm处网印铝导电涂层，网中空白0.6mm处是太阳电池单元。

步骤九、将双面网印好的硅片干燥后送入隧道炉烧结成型。

步骤十、焊接正极引出铜条，烧结成型后的网印硅片如图5(T-A)所示，它包括：①银铝导电涂层、②太阳电池单元、③正极引出铜条、④连接孔。其特征是：银铝导电涂层上焊接有带孔铜条。

步骤十一、焊接负极引出铜条，如图5(T-B)所示，它包括：①铝导电涂层、②太阳电池单元、③负极引出铜条、④连接孔。其特征是：铝导电涂层上焊接有带孔铜条。

所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池(13)对称瓦棱凹凸镜太阳能电池⑤框架网印烧结硅片组装模具上模如图9所示，它包括：①上模板、②置硅条浅槽、③顶出柱过孔、④定为销过孔。其特征是：上模板材质是45#钢板(厚度为8mm)，板的正面铣削出边长103mm、宽103mm的正方形，，左右边框槽宽4mm的浅槽两条，横框宽3mm的浅槽6条，深度约为0.2mm，槽内钻有直径3mm的通孔42个。

所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池(13)对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池，框架硅片组装模具下模如图10所示，它包括：①下模板、②顶出柱、③定位销。其特征是：下模板材质为45#钢板(厚度为15mm)，正面共钻有直径3mm，深10mm的盲孔42个，孔内紧插高20mm，直径3mm的顶出柱42个，钻有直径8mm，深15mm的定位盲孔两个，孔内紧插高20mm，直径8mm定位销两个。

所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池(13)对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板框架硅片出模程序如图11所示，它包括；①上模板、②下模板、③顶柱、④定位销、⑤框架硅片。其特征是：上下模对合定位销穿入定为销过孔将模具定位，顶出柱穿入顶出柱过孔将印刷好的框架硅片顶出。

所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池(13)对称瓦棱凹凸镜太阳能电池④塑料承载架如图12所示，它包括：①承载架塑框、②镜片支撑框、③硅片承载板、④定位凹槽、⑤承载板加强筋、⑥正极引出柱孔、⑦负极引出柱孔。其特征是：承载架塑框为两层台阶，能使穿过对称瓦棱凹凸镜的聚集光条线有25-30mm聚焦的调整距离，正极输出柱、负极输出柱是与塑框注塑为一体的。

所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板板组装的光伏电池(13)对称瓦棱凹凸镜太阳能电池层压基片如图13所示，它包括：①平板玻璃、②框架网印硅片、③EVA热融胶片。其特征是：所述的层压基片的平板玻璃为无色透光玻璃(长103mm，宽103mm，厚度3mm)与框架网印硅片由EVA热融胶片层压为一体。

所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池(1)对称瓦棱凹凸镜太阳能电池版如图14所示，它包括：①外框、②对称瓦棱凹凸镜太阳能电池、③内横框、④内竖框。其特征是：对称瓦棱凹凸镜太阳能电池版外框为4*6cm的镀锌铁皮方管，内横框、内竖框为2*2cm的镀锌铁皮方管。

所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池(1)对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板版背面如图15所示，它包括：①外框、②对称瓦棱凹凸镜太阳能电池、③内横框、④内竖框。⑤电源插孔、⑥接线盒。其特征是：对称瓦棱凹凸镜太阳能电池版背面配有接线盒，将单只电池每36只串联为一组，输出电压18V，给蓄电池充电。

所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池(2)旋转框架如图16所示，它包括：①外框、②内横框、③内竖框、④调节片。其特征是：旋转框架上设计的调节片可以通过四条调整螺栓调整对称瓦棱凹凸镜太阳能电池的向阳角度，每个调节片的角上各有一个调整螺母。

所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池(5)底座如图17所示，它包括：①后框、②三角框、③轴承座、④内框、⑤底座腿。其特征是：框的制作材料是6*4cm的方铁管。

所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池(9)拉杆式活塞液压缸如图18所示，它包括：①外缸、②二缸、③三缸、④四缸、⑤支撑座、⑥轴承孔、⑦滚轮、⑧油孔、⑨橡胶密封圈。其特征是：液压缸是由多层拉杆式活塞组成的，每层活塞上下端口各有一个橡塑密封圈。

所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池(2)一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池旋转框架，如图19所示，它包括：①转轴、②底框、③连接角钢、④边框、⑤滑道、⑥横框。其特征是：旋转框架上的转轴可以随着拉杆式活塞的伸缩在365天的范围内每天转动1.35°的支撑角度。

所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池(2)一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池旋转框架调整角度功能，如图20所示，它包括：(T-1)(T-2)(T-3)(T-4)所示的四个不同向阳角度。其特征是：旋转框架上的转轴可以随着拉杆式四节活塞的伸缩在365天的范围内每天转动1.35°的支撑角度。

附图说明

图1是一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池结构示意图；

图2是单只对称瓦棱凹凸镜太阳能电池结构示意图；

图3是一种对称瓦状凹凸镜太阳能电池铝合金合示意图；

图4(T-A)是一种对称瓦状凹凸镜太阳能电池平板玻璃示意图；

图4(T-B)是一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池凹凸镜视图；

图5(T-A)是对称瓦棱凹凸镜太阳能电池框架网印硅片正面视图；

图5(T-B)是对称瓦棱凹凸镜太阳能电池框架网印硅片背面视图；

图6是一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池浇注柱状框架硅锭视图；

图7是一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池框架硅片锯切单片视图；

图8(T-A)是对称瓦棱凹凸镜太阳能电池框架硅片正面网印视图；

图8(T-B)是对称瓦棱凹凸镜太阳能电池框架硅片背面网印视图；

图9是框架式硅片组合上模板视图；

图10是框架式硅片组合下模板视图；

图11是框架式硅片组合出模示意图；

图12是一种对称瓦棱凹凸镜聚太阳能电池塑料承载架视图；

图13是一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池层压基片视图；

图14是一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池电池板正面视图；

图15是一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池电池板背面视图；

图16是一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池电池板框架视图；

图17是一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板底座视图；

图18是一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板拉杆式活塞液压缸视图；

图19是一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板旋转框架视图；

图20是一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板旋转框架角度调整示意图；

图21是一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板农历立春时角度调整示意图；

图22是一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板农历清明时角度调整示意图；

图23是一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板农历夏至时角度调整示意图；

具体实施方案：

按照一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池图1、图2所示的图例要求制作零部件，组合安装对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池，将成品电池版安装于户外朝阳的地点，开启蓄电池电源，启动液压泵以其中一只对称瓦棱凹凸镜太阳能电池为基准调整旋转框架角度，使凹凸镜聚集的六条一线光对准相对应的框架网印硅片上条状矩形受光线框内的太阳电池单元，调整完成后关闭液压泵固定旋转框架向阳角度，然后逐只调整所有瓦棱凹凸镜太阳能电池角度，使其一致，调整完成后所有单只对称瓦棱凹凸镜太阳能电池受光后开始发电，输出的典型特性参数如下：I_sc＝2950mA；v_oc＝584mV，光电转换效率η＝12.4％(测试条件：AM1.5，1000W/m²，25℃)通过串、并联电路的整合调整，输出电压18V，开始给蓄电池充电，将电能储蓄起来。

随着一年365天太阳照射角度的不同，如图20所示，①为太阳，②为地平线，③为太阳能电池，在农历冬至时太阳光对地照射角度26.5°，液压缸的拉杆式活塞四节完全伸出，从这一天开始液压泵每天减压一次拉杆式活塞相应缩回一点，拉杆头部装的一对滚轮与滑道相对运动对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板相应调整1.35度；如图21所示，在农历立春时太阳光对地照射角度35.2°拉杆式活塞的第二节缩回；如图22所示，在农历清明时太阳光对地照射角度47°，拉杆式活塞的第三节缩回；如图23所示，在农历夏至时太阳光对地照射角度73.26°，拉杆式活塞的第四节缩回，从这一天开始拉杆式活塞在液压泵的推力下平均每天伸出一点，对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板相应调整1.35°，直到农历冬至，液压缸的拉杆式活塞四节完全伸出，周而复始。

Claims (8)

1.一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池，其特征在于：一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池，是由装配在同一板面上的一群单只对称瓦棱凹凸镜太阳能电池阵列组合成光伏发电系统，和能够实时追踪最佳照射角度的旋转框架、拉杆式活塞、滑道、液压泵、蓄电池、基座共同组成，所述的单只对称瓦棱凹凸镜太阳能电池是由铝合金外盒、平板贴膜玻璃、瓦棱状聚光凹凸镜、塑料承载架、框架式网印烧结硅片、正极引出铜条、负极引出铜条、正极输出柱、负极输出柱、矩形受光线框、层压基片组成，所述的瓦棱状聚光凹凸镜是由熔融后的高纯度SiO₂材料由模具压制而成，对称瓦棱凹进部位厚度为2mm，中心凸起部位厚度为8mm，瓦棱间隔20mm，瓦棱边缘为四分之一球面。

2.根据权利要求1所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池，其特征在于：所述的单只对称瓦棱凹凸镜太阳能电池铝合金盒分上下两个台阶，上台阶口端为镜片安装部位，下台阶口端为层压基片安装部位，盒由厚度0.5-1mm的铝合金板模压制成，整体为长方盒形整体无连接缝隙，底部冲有2X4mm的电源插座孔。

3.根据权利要求1所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池，其特征在于：所述的单只对称瓦棱凹凸镜太阳能电池框架网印硅片由正背两面共同组成，硅片为103X 103mm的正方形框架结构，框架内均布横框6条，竖框2条，框宽3mm、间隔16mm、厚度0.02mm，硅片正面框的边缘1.2mm处网印银铝导电涂层，网中空白0.6mm处是太阳电池单元，银铝导电涂层上焊有带孔正极引出铜条，背面框的边缘1.2mm处网印铝导电涂层，铝导电涂层上焊有带孔负极引出铜条。

4.根据权利要求1所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池，其特征在于：所述的单只对称瓦棱凹凸镜太阳能电池烧结硅片由框架式多晶硅锭线锯而成，硅锭外形尺寸截面103X 103mm，厚度200-300mm。

5.根据权利要求1所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池，其特征在于：所述的单只对称瓦棱凹凸镜太阳能电池的承载架塑框为两层台阶，能使穿过对称瓦棱凹凸镜的聚集光条线有25-30mm聚焦的调整距离，正极输出柱、负极输出柱是与塑框注塑为一体的。

6.根据权利要求1所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池，其特征在于：所述的单只对称瓦棱凹凸镜太阳能电池的层压基片平板玻璃为无反射透光玻璃厚度3mm，长103mm，宽103mm与框架网印硅片由EVA热融胶片层压为一体。

7.根据权利要求1所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池，其特征在于：所述的拉杆式活塞分四层缸体，每层活塞上下端口各装有一个橡塑密封圈。

8.根据权利要求1所述的一种对称瓦棱凹凸镜太阳能电池板组装的光伏电池其特征在于：所述的旋转框架上的转轴随着拉杆式四节活塞的伸缩在365天的范围内每天转动1.35°的支撑角度。