CN103081125A - 高聚光光伏模块 - Google Patents
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Abstract
一种高聚光光伏模块(1)，包括具有下壁(3)、连接到下壁的4个侧壁(4,5,6,7)和与下壁相对地设置的至少一个窗孔(8)的外壳，多个光伏单元(9)被收纳在所述外壳中，每个所述光伏单元包含几何聚光系数大于约100的聚光光学系统(10)，和具有光伏电池(12)的光伏接收器(11)。用于消散来自光伏接收器的热量的多个线性散热元件(15)被安装在下壁的外侧(16)上。光伏接收器沿着平行的多行(13)排列，沿着每一行排列的光伏接收器被安装到对应一个线性散热元件上，以便实现每个光伏接收器和对应的线性散热元件之间的热桥。
Description
技术领域
本发明涉及高聚光光伏模块，尤其涉及高聚光折射光伏模块。
背景技术
术语“聚光光伏(CPV)”指的是把太阳光聚集到光伏材料上，以便产生电力。实现聚光的太阳能聚光器一般安装在太阳能跟踪器上，所述太阳能跟踪器是当太阳在天空中移动时，能够把焦点保持在光伏材料上的机械支承结构。CPV比常规的非聚光光伏有利，因为它利用较少量的半导体光伏材料。
术语“高聚光光伏(HCPV)”指的是具有等于或大于约100，并且一般小于或等于约1000的几何聚光系数的光学系统。几何聚光系数被定义为收集太阳辐射的光学系统的光学有效面积和光学系统聚光在光伏材料上的光斑的面积之间的比值。
术语“聚光折射光伏”指的是与利用一个或多个反射镜的反射光学系统相反，利用一般基于Fresnel透镜的折射光学系统的太阳光的聚光。通常，具有折射光学系统的太阳能聚光器的沿着聚焦方向的必需长度大于反射光学系统的对应长度。
例如，美国专利申请US2010018570涉及一种光伏聚光器模块。
发明内容
申请人认识到已知的高聚光光伏模块存在几个缺陷。具体地，在生产和/或装配的简单性方面，尤其是考虑到大规模生产和/或材料消耗，已知的散热系统并不令人满意。散热是聚光光伏中的关键因素，因为太阳能电池的效率随其温度的升高而降低。
特别地，在已知的散热系统中，每个散热元件被单独专用于单个光伏接收器(例如，光伏接收器被逐一安装在散热元件上)。专用于单个光伏接收器的散热元件必须被设计成达到很高的散热效率。不过，申请人观察到这会导致散热元件的结构复杂(例如，具有大量的翅片、风门片、销、折叠等)，和/或散热元件的笨重(例如，厚度大，重量大等)。此外，把散热元件专用于单个光伏接收器要求在相邻的散热元件之间保留间隙，以便允许把散热元件安装到聚光模块上，和/或允许散热元件的热膨胀。这又限制了单个散热元件的可用空间。空间有限的散热元件会导致散热效率不足，或者导致其结构高度复杂和/或笨重。此外，如果专用于单个光电接收器，那么各个散热元件需要散热元件和聚光模块的外壳之间的大量附着点，这又增大了装配的复杂性，例如就工作负荷和最终装配成本来说。
申请人发现通过把线性散热元件安装在聚光模块的下壁的外侧，并把多行光伏接收器安装在这样的线性散热元件之上，能够达到较高的散热效率，同时使线性散热元件的几何复杂性和/或笨重性受到限制。另外还发现包含在两个相邻光伏接收器之间的线性散热元件的中间部分实际上有助于消散来自接收器的热量，以致对线性散热元件来说，实际上不需要设置结构复杂的散热面和/或较高的笨重性。此外，线性散热元件可大大有助于聚光模块外壳的机械稳定性。
本发明涉及一种高聚光光伏模块，包括具有下壁，连接到下壁的一个或多个侧壁，和与下壁相对地设置的至少一个窗孔的外壳。多个光伏单元被收纳在所述外壳中。每个所述光伏单元包含几何聚光系数大于或等于约100的聚光光学系统，和具有光伏电池的光伏接收器。多个光伏接收器沿着平行的多行，排列在下壁上。所述模块还包含散热系统，所述散热系统包含用于消散来自光伏接收器的热量的多个线性散热元件，线性散热元件被安装在下壁的外侧上。在一个方面，线性散热元件的数目等于所述行的数目。沿着每个所述行排列的所有光伏接收器可被安装到所述线性散热元件中的对应一个线性散热元件上，以便实现每个光伏接收器和对应的线性散热元件之间的热桥。
在一个方面，外壳实质上由钢构成，所述钢优选含有不大于约10%(更优选不大于约5%)的铬，和/或不大于约0.2%的碳。优选地，所述外壳被涂上锌，更优选地在两侧被涂上锌，例如利用镀锌(例如，热镀锌或电镀锌)和/或上漆(它可包括钢质外壳的预先电泳)。优选地，不同地处理外壳的两侧，例如，只对内侧镀锌，并且优选地除了镀锌之外，还对外侧上漆。在一个方面，线性散热元件由包含铝，优选地包含至少75%(更优选地，至少90%)的铝的材料制成。优选地，所述材料包含至少2%的镁(优选小于5%)，和/或百分比较小(例如，小于1%)的其它元素，比如铁、硅、锰等。依照申请人，具有相似(或者至少不是过于不同的)热膨胀系数(比如对铝基化合物来说，约2.4×10-5℃-1，对钢来说，约1.2×10-5℃-1)的材料的以上选择允许把单个线性散热元件专用于沿着具有期望长度的一行排列的许多光伏接收器，而不招致，或者限制由于不同的热膨胀而在模块的各个部分(例如，外壳和/或散热元件)上引起的应力的出现。这些应力会产生模块的各个部分的几何变形，鉴于在把光焦点置于光伏电池上的过程中的HCPV模块的紧密度容限，这些几何变形尤其有害。
注意用于外壳和散热元件的一些已知材料(例如用于外壳的某种塑料，和用于散热元件的铝基合金)具有非常不同的热膨胀系数，这导致对于每个光伏接收器，需要单独的散热元件，以便避免出现不良的热膨胀应力。
通常，外壳具有在与下壁平行的平面内的优势或者主要的形成方向(这将被称为“纵向方向”)和正交的方向(这将被称为“横向方向”)。深度方向正交于纵向方向和横向方向。通常，外壳具有4个侧壁。平行于纵向方向形成的两个彼此相对的侧壁被称为纵向侧壁，平行于横向方向形成的两个彼此相对的侧壁被称为横向侧壁。纵向侧壁的长度大于横向侧壁的长度。通常，外壳的下壁和侧壁限定从下壁向上延伸到，并且包括上述窗孔的内部空间。
在一个方面，外壳是整体外壳。优选地，外壳由整块钢板形成(最好通过深冲压所述整块钢板)，所述钢板优选具有大于或等于0.65mm，更优选的是大于或等于0.75mm和/或小于或等于1.1mm，更优选的是小于或等于1.0mm的厚度。
在一个方面，外壳深度大于或等于15cm，优选为18cm。在一个方面，外壳深度小于或等于25cm，优选为22cm。
在一个方面，外壳的最大厚度(还考虑在镀锌期间形成的，一般每侧具有约0.1mm的厚度和/或在上漆期间形成的，一般每侧具有约0.25mm的厚度的可能的锌层)大于或等于0.7mm，更优选地大于或等于0.8mm。优选地，外壳的最大厚度小于或等于1.5mm，更优选地是，小于或等于1.2mm。申请人认为在外壳由钢制成的情况下，厚度范围的以上选择产生深冲压工艺的可行性和简单性，外壳的刚性以及重量之间的最佳折衷。
优选地，外壳一体地包括沿着下壁和两个横向侧壁延伸的第一批多个平行并且连续的肋条，和沿着下壁和两个纵向侧壁延伸的第二批多个平行并且连续的肋条，第二批肋条在下壁垂直相交于第一批肋条中的每个肋条。优选地，以相对于相应壁的突起的形式形成每个肋条，所述突起具有在外壳深度的约0.5%～5%之间(例如，当外壳深度在上述范围内时，在约1mm～10mm之间)的高度。优选地，所述突起朝着外壳的内部空间展开。优选地，肋条的宽度在横向方向的外壳尺寸的约2%～20%之间(例如，在约10mm～100mm之间，优选在约20mm～80mm之间)。优选地，第一批的肋条平行于外壳的纵向方向地沿着下壁延伸。优选地，第一批肋条为2个。优选地，第二批的肋条垂直于外壳的纵向方向地沿着下壁延伸。优选地，第二批肋条为3～7个，例如，5个。依照申请人，关于肋条的上述解决方案中的一个或多个有助于保持外壳的放置关键元件的所需区域，比如分别放置和附着主光学透镜拼接板(parquet)和光伏接收器的侧壁的自由边和下壁的内表面的平行性和平面性。
优选地，在下壁和侧壁之间形成的边缘以及外壳的顶点被倒圆。最好，在每个侧壁的自由边的一部分相对于外壳的内部空间向外弯曲，长度约为5mm～40mm。优选地，弯曲部分限定基本上垂直于相应侧壁布置的支撑面(例如，具有约5mm～20mm的宽度)。依照申请人，边缘和/或顶点的倒圆，和/或上面的弯曲部分改善了外壳的刚性。
在一个方面，按照矩阵图整齐地排列光伏接收器，即，不仅沿着上述平行的多行对齐光伏接收器，而且沿着相对于上述平行的多行倾斜(最好正交)的多个其它行对齐光伏接收器。
在一个方面，下壁具有数目和位置分别对应于光伏接收器的数目和位置的多个通孔。优选地，沿着每个所述行排列的光伏接收器被直接安装到所述线性散热元件中的对应一个线性散热元件上。这样有利的是由于通孔的存在，可在不在散热元件和接收器之间插入下壁的情况下，实现上述热桥，从而增大散热。优选地，通孔具有矩形形状，同时边长介于约15mm和40mm之间。
在一个方面，沿着外壳的横向方向对齐线性散热元件。这样有利的是，可增强沿着线性散热元件的空气对流，因为运转中(即，安装在太阳能跟踪器上)的模块一般被布置成其纵向方向位于水平平面上，并且一般围绕纵向方向旋转，以致线性散热元件的对齐方向具有垂直分量。在散热元件附近的加热的空气从而在散热元件本身附近，沿着线性散热元件的对齐方向流动。
优选地，模块包括大于或等于2行，更优选地大于或等于6行的横向多行光伏接收器。优选地，模块包括小于或等于20行，更优选地小于或等于16行的横向多行光伏接收器。
在一个方面，沿着每个所述行排列，并且安装在所述线性散热元件中的对应一个线性散热元件上的光伏接收器的数目大于或等于2，优选地大于或等于3。优选地，沿着每个所述行排列并且安装在所述线性散热元件中的对应一个线性散热元件上的光伏接收器的数目小于或等于10，优选地小于或等于8。
在一个方面，线性散热元件是板状元件，所述板状元件具有主纵向(相对于散热元件本身)延伸，和大体位于水平平面的中央纵向部分，并且具有纵向展开到散热元件的两个彼此相对的边缘。从中央纵向部分的上述相对边缘，一对相对的风门片(flap)在相对于水平平面的相同半空间中，倾斜于水平平面，优选地基本垂直于水平平面地延伸。优选地，所述风门片是相对于对称平面的镜像风门片，所述对称平面和水平平面垂直，并且在中央相交与线性散热元件的主纵向延伸平行的中央纵向部分。申请人认为这种形状产生制造的简单性和散热效率之间的最佳折衷。
优选地，在每个风门片的自由边，形成切口。这种切口可向上延伸到风门片的高度的大约一半。切口可被布置在两个相邻光伏接收器的位置的中间。切口的形状优选地近似圆形。按照申请人进行的比较有和没有所述切口的线性散热元件的热性能的模拟，发现热曲线几乎没有变化。于是，能够获得减少材料和重量的优点，而没有任何明显的缺陷。
在一个方面，每个线性散热元件一体地包含与安装在线性散热元件上的光伏接收器的数目相同的许多安装部分，所述安装部分从线性散热元件的中央纵向部分突出。每个安装部分可具有平直的顶面，和与外壳的下壁的上述通孔的形状(优选地为矩形形状)配合的形状，并被插入所述通孔中。
每个光伏接收器(优选地直接)安装在线性散热元件的相应安装部分上。优选地，安装部分相对于它们从其突出的剩余中央纵向部分的表面的高度大于下壁的厚度。这样有利的是，在水分在外壳内冷凝的情况下，光伏接收器仍然防水。
在一个方面，线性散热元件的厚度大于或等于1.5mm，更优选地大于或等于1.8mm。优选地，线性散热元件的厚度小于或等于2.5mm，更优选地小于或等于2.2mm。
在一个方面，利用包含深冲压适当形状的平板的冲压工艺实现线性散热元件。
在一个方面，利用铆接，把线性散热元件安装到下壁上。优选地，用于每个线性散热元件的铆钉的数目小于安装在相应线性散热元件上的光伏接收器的数目的4倍，更优选地小于安装在相应线性散热元件上的光伏接收器的数目。优选地，用于每个线性散热元件的铆钉的数目等于3。优选地，沿着从下壁到散热元件的方向插入铆钉，从而它们不会穿透散热元件。这样有利的是，它们既气密又防水。另一方面，铆钉可穿透散热元件和外壳，从而利用密封材料实现气密和防水密封。
在一个方面，聚光光学系统具有大于或等于约200，优选地300，更优选地400，和/或小于或等于1000，优选地800，更优选地700的几何聚光系数。优选地，每个聚光光学系统包含用于收集来自外壳之外的直接太阳辐射的一次光学元件(POE)，和用于把从POE收集的辐射聚焦到光伏电池的二次光学元件(SOE)。优选地，聚光光学系统是折射光学系统。优选地，光学系统是Fresnel-Kohler聚光器式系统(例如具有约20cm的焦距)，其中POE包含被分成4个离轴扇区的轴对称Fresnel透镜，SOE包含也被分成4个扇区的折射二次透镜。每个Fresnel扇区与SOE透镜上的配对扇区成对地工作，以进行光的集中，和在太阳能电池上获得显著的辐照均匀性。
在一个方面，所述模块包含至少一个(优选地多个，例如3个)拼接板(parquet)，所述拼接板包含作为整体一起制造的POE透镜的阵列(优选地每个4×4)。通常，拼接板被放置在外壳的窗孔上，以便覆盖窗孔。优选地，拼接板的至少两个对边(优选地单个拼接板的所有4边，或者在多个拼接板的情况下，端部的两个拼接板的3边和/或所有可能的中间拼接板的两个对边)靠在侧壁的弯曲部分的上述支撑面上。
在一个方面，所述模块包含横跨外壳的窗孔的至少一个横梁，所述横梁使其纵向(就横梁本身而论)两端分别固定到纵向侧壁的自由边上。优选地，所述模块包含布置成把窗孔分成相等部分的两个或者更多的上述横梁(数目优选地等于按单元减少的上述拼接板的数目)。横梁有助于增大纵向侧壁的刚性，否则所述纵向侧壁会发生屈曲和/或扭曲，因为在冲压期间，它们不能被纵向增强(例如，不能通过冲压形成沿着侧壁纵向或横向，即，垂直于冲压方向延伸的肋条)。优选地，上述多个拼接板每一个的至少一边(例如，任何可能的中间拼接板的两个对边)靠在上述横梁之一上。
在一个方面，所述模块包括用于每个拼接板的一个支柱，所述支柱使底座固定到下壁，使与底座相反的顶端固定到相应拼接板的几何中心，以便在外壳的深度方向，和在所述深度方向的任何正交方向，使拼接板的中心保持空间固定。这样，能够减少拼接板膨胀仅仅集中在拼接板的一侧，使拼接板的变形相对于中心点大体对称。
在一个方面，光伏电池是优选地基于III-V族元素化合物，比如InGaP，InGaAs和Ge的多结电池。优选地，电池侧面小于10mm。
在另一个方面，本发明涉及一种按照本发明的模块的制造方法，包括通过深冲压整块钢板，形成整体外壳，和优选地随后对外壳镀锌的步骤。
附图说明
根据按照本发明的模块的某些例证而非详尽的实施例(优选实施例也在其中)的详细说明，其它特性和优点将更明显。将参考只是出现举例说明而非限制性目的提供的附图，进行说明，附图中：
图1是按照本发明的高聚光光伏模块的示意透视图；
图1a是图1的细节的放大图；
图2是图1的模块的另一个透视图；
图2a是图2的细节的放大图；
图3是图1的模块的外壳的透视图；
图3a是图3的细节的放大图；
图4是图1的模块的透视图，同时为了更好地表示外壳的内部，除去了一些部件；
图5是图1的模块的部分分解的局部透视图，同时除去了外壳和另外一些元件；
图5a是图5的细节的放大图；
图6是图5的一部分的放大分解图；
图7是图1的模块的线性散热元件的透视图；
图8是收纳在图1的模块中的光伏单元的示意透视图；和
图9是图4的模块的横梁的透视图。
具体实施方式
参考附图，按照本发明的高聚光光伏模块一般用附图标记1表示。
模块1包括外壳2，外壳2具有下壁3，连接到下壁的4个侧壁4、5、6、7(两个纵向侧壁5，6，和两个横向侧壁4，7)，和与下壁相对地设置的至少一个窗孔8。
优选地，外壳是整体外壳。优选地，外壳实际上是通过深冲压厚度约0.8mm的整块钢板，用钢(例如，含有不大于约0.12%的碳的DC06钢)制成的。优选地，外壳在两侧被电镀锌和上漆。
例如，沿着纵向、横向和深度方向的外壳尺寸分别约为155cm，51cm和20cm，厚度等于约1.45mm(0.8mm的钢板，加上每侧0.08mm的电镀锌和0.25mm的漆膜)。注意对于和本发明的优选实施例中一样在15cm～25cm之间的外壳的深度来说，冲压实质上用铝制成的相当的整体外壳会需要复杂、不精确并且成本高的冲压工艺(一般具有几个冲压步骤)。
优选地，外壳一体地包括沿着下壁(平行于纵向方向)和沿着两个横向侧壁(平行于深度方向)延伸的第一批多个（例如2个）平行并且连续的肋条19，和沿着下壁(平行于横向方向)和沿着两个纵向侧壁(平行于深度方向)延伸的第二批多个(例如5个)平行并且连续的肋条20，第二批肋条在下壁垂直相交于第一批肋条中的每个肋条。优选地，以相对于相应壁的突起的形式形成每个肋条，所述突起具有例如约5mm的高度和约60mm的宽度。优选地，所述突起朝着外壳的内部空间形成。
优选地，在下壁和侧壁之间形成的边缘21以及外壳的顶点22被弯曲。优选地，使在每个侧壁的自由边的一部分23相对于外壳的内部空间向外弯曲，长度例如为24mm。优选地，弯曲部分限定基本上垂直于相应侧壁(或者平行于下壁)布置的支撑面43(例如，具有约10mm的宽度)。优选地，如图3a中例证所示，在支撑面43的开端，肋条19或20止于所述部分23。
优选地，下壁具有沿着平行的各行整齐排列的多个通孔24。优选地，沿着与外壳的横向方向平行的各行排列所述通孔。更优选地，还按照矩阵式排列，沿着与外壳的纵向方向平行的多行排列所述通孔。例如，所述行是12行，每一行包含4个通孔，对应的通孔总数为48个。优选地，通孔具有矩形形状，例如具有30×34.5mm的大小。
所述模块包含容纳在外壳中(例如，完全置于内部空间18中，还考虑到窗孔)的多个光伏单元9，每个所述光伏单元包括具有大于或等于约100的几何聚光系数的聚光光学系统10，和具有光伏电池12的光伏接收器11。
优选地，光伏接收器11包含介电导热基板54，在基板的顶层上的焊盘55，上电极和下电极结合或焊接到焊盘的光伏电池(PV)12，和(通常包含的)与电池12并联的旁路二极管56(便于在故障的情况下，使电池短路)。接收器11一般包含允许借助适当的配线，使PV电池12产生的电力可用的连接器59。
优选地，光伏电池12是优选地基于在Ge基体上的III-V族元素化合物，比如InGaP，InGaAs和Ge的多结电池，比如市场上可买到的由Emcore公司生产和出售的光伏接收器“Triple-Junction HighEfficiency Heritage InGaP/lnGaAs/Ge Solar Cell with n-on-p Polarityon Germanium Substrate”。优选地，电池的物理尺寸为5.5×6.7mm，电池的有效面积的大小为5.5×5.5mm。
通常，每个聚光光学系统10包含用于收集来自外壳之外的直接太阳辐射的一次光学元件(POE)50，和用于把从POE收集的辐射聚焦到光伏电池的二次光学元件(SOE)51。优选地，聚光光学系统是折射Fresnel-Kohler式光学系统，其中POE包含平面的轴对称Fresnel透镜(例如具有约120×120mm2的总尺寸和约20cm的焦距)，优选地被分成4个离轴扇区50a、50b、50c、50d。SOE51是也被分成4个扇区的折射透镜。有利的是，POE的每个离轴扇区使光朝着SOE的对应扇区折射，SOE的对应扇区随后使光射向到在太阳能电池上的整个光斑，从而进行光的集中，和在太阳能电池上获得显著的辐照均匀性。优选地，SOE51是用具有与常规玻璃模压技术兼容的光滑表面的光学级玻璃(例如，硼硅酸盐B270等)制成的三维块状透镜。SOE的顶面主要具有光学功能，包含与4个扇区对应的4个光滑顶点(peak)。例如，在POE的光学有效面积为120×120mm2，并且太阳辐射以5×5mm2的光斑聚集在光伏电池之上的情况下，几何聚光系数等于576。
优选地，SOE51的底部具有带有4个突出的销钉57的平面，所述销钉57用于靠在光伏接收器的顶面上，一般靠在光伏接收器的焊盘上。销钉的高度优选地被设计成在位于SOE的底部的平面和电池12的顶面之间实现约0.20～0.30mm(例如，0.26mm)的距离。优选地在位于SOE的底部的平面上涂覆光学胶(未示出)，优选地透明的硅基胶(比如Dow Corning公司的Sylgard184)，以便获得SOE和PV电池之间的光学匹配，和SOE与接收器的永久接合。依照申请人，上述距离的上述范围一方面允许避免对于引线/条带接合，以及对于电池表面的任何机械负荷，另一方面，只需要极少量的光学胶，从而减少带来气泡或者其它可能的散射源的机会。
优选地，SOE的外侧面具备周向展开到所述外侧面的突出套环58(例如，所述套环是具有阶梯形截面的圆环)。模块1优选地包含用于每个SOE的法兰60，法兰60具有形状与SOE的外侧面的外周配合的通孔61，并且具有比突出套环58的外径小的内径。法兰60优选地例如(未示出)通过胶合、铆接或者利用胶带，被固定到下壁(的内表面)，并且靠在突出套环的顶面上，SOE的上部被插入法兰的通孔61中。有利的是，如申请人指明的那样，由于SOE的外侧面不具有任何光学功能，因此它可被用于(借助套环61)实现SOE到接收器基板，以及SOE-接收器组合件到外壳的下壁的(进一步)机械固定。这种固定方法可减小置于SOE和PV之间的胶遭受的机械应力(所述机械应力可能引起胶脱离SOE或PV的表面)，和/或增大组合件对振动和/或对可能的外部机械应力的鲁棒性。有利的是，法兰60还有助于保护组件(二极管，导线，连接器等)的塑料部件免受在模块可能偏离完全对齐直接正入射太阳光束期间形成的太阳能光斑的影响。优选地为矩形的法兰60例如具有用于紧固到下壁的舌状物62，和在角落的3个或4个倾斜销63。法兰例如可用具有适当通孔61的弯曲的同形金属板(例如钢板)(厚度例如约0.5～0.8mm)实现。注意与最接近外壳的横向侧壁的光伏接收器相关的法兰60a具有特殊的形状，所述形状具有朝着相应横向侧壁突出的翼片，以便阻挡不希望的太阳照射(例如，保护在下面的电线)。在另一个实施例中(未示出)，法兰60具有按足以保护下面的组件(例如，电线)免受太阳照射的影响的程度，从法兰的对边伸出的另外的翼片。优选地,后者的与沿着一行(例如，纵向一行)的多个接收器相关的带翼法兰优选地被实现成一个整体。
模块1优选地包含与一个或多个光伏接收器11相关的遮蔽物70，遮蔽物70被配置成保护相应的光伏接收器，下壁，和模块的任何其它可能组件(例如，导线，连接器等)免受在期望聚焦点之外入射到SOE上的非期望的太阳照射。优选地利用例如胶合(未示出)而固定到下壁的遮蔽物一般包含通孔72(例如具有矩形形状)，并被置于相应接收器的相应法兰60之上，SOE的上部被插入遮蔽物的通孔中。注意与最接近横向侧壁的接收器相关的遮蔽物不具备通孔，并且只在相应光伏接收器的一侧延伸，因为法兰60a的翼片已阻挡在另一侧的有害太阳照射。优选地，整体的遮蔽元件71实现适合于一排接收器的多个(例如，6个)上述遮蔽物70。例如，使遮蔽元件71平行于纵向方向取向(例如，纵向每行的12个接收器两个遮蔽元件，总共8个遮蔽元件)。例证地，遮蔽元件71可用例如厚度约为0.3～0.8mm的弯曲的同形金属板(例如，钢板)实现。优选地，遮蔽元件71具备增强外壳内的热对流的风门片73，所述风门片优选地被构造成具有远离SOE51，并且离开遮蔽元件71朝着外壳的窗孔8弯曲的自由边。
所述模块还包含散热系统14，散热系统14包含许多整体的导热线性散热元件15，用于消散来自光伏接收器的热量。线性散热元件被安装到下壁的外侧16。
所述多个光伏接收器11优选地被排列在下壁上，并按照矩阵图均匀地分布。例证地，接收器被排列成与外壳的横向方向平行的12行13，每一行包含4个接收器，总共48个接收器。
优选地，线性散热元件15的数目(例如12)等于上述行13的数目。沿着每个行13排列的光伏接收器被安装到对应一个线性散热元件上，以便实现每个光伏接收器和对应的线性散热元件之间的热桥。
优选地，对应于光伏接收器的位置布置通孔24。优选地，沿着每个上述行13排列的光伏接收器被直接安装(优选地借助能够保证良好的热交换系数的导热胶(未示出))在线性散热元件15中的对应一个线性散热元件上。
优选地，如附图中所示的例子中一样，沿着外壳的横向方向对齐散热元件(和行13)。在备选实施例(未示出)中，沿着外壳的纵向方向对齐散热元件。
例如，线性散热元件由包括约95%的铝和至少2.6%的镁的材料构成。
优选地，线性散热元件15是板状元件30，板状元件30具有主纵向(相对于散热元件本身)延伸31，大体位于水平平面的中央纵向部分32，和从中央部分的相对纵向边缘，在相对于水平平面的相同半空间中，基本垂直于水平平面地延伸的一对相对的风门片33。优选地，所述风门片是相对于对称平面的镜像风门片，所述对称平面和水平平面垂直，并且在中央相交与线性散热元件的主纵向延伸平行的中央纵向部分。优选地，使在每个风门片的自由边的端部34相对于对称平面向外弯曲，长度约为5mm～50mm，例如10mm。该弯曲端部可有利地减小模块1沿着深度方向的所有阻碍(这对遮蔽相邻的模块/被相邻的模块遮蔽的问题有意义)，同时保持元件15的总体散热效率令人满意。优选地，使弯曲部分34成曲线。优选地，在每个风门片的自由边形成切口，所述切口向上延伸到风门片的高度的大约一半。切口被布置在两个相邻光伏接收器的位置的中间。切口的形状优选地近似圆形。
优选地，每个线性散热元件一体地包含与安装在线性散热元件上的光伏接收器的数目相同的许多安装部分36，所述安装部分从中央纵向部分32的上表面突出。每个安装部分具有平直的顶面37，和与外壳的下壁的通孔24的形状(优选地为矩形形状)配合的形状，以便插入所述通孔中。优选地，在安装部分36的周边使用诸如硅基密封剂之类的密封剂(未示出)，以便密封在通孔周围的外壳的下壁和线性散热元件之间的空隙。
每个光伏接收器11(优选地直接)安装在相应安装部分36上。优选地，安装部分36相对于它们从其突出的剩余中央纵向部分的上表面的高度大于外壳的下壁的厚度。优选地，利用冲压工艺实现线性散热元件，所述冲压工艺包括深冲压适当形状的铝质平板。例证地，线性散热元件的厚度等于2.0mm。
优选地，用铆钉把线性散热元件安装到下壁上，图3中用附图标记40例证地表示了所述铆钉的位置。优选地，用于每个散热元件的铆钉的数目等于3，并且更优选地，所述铆钉不被对齐。注意归因于形状和不同的厚度，铝质线性散热元件的刚性可高于外壳下壁的刚性。在这些情况下，垂直于线性散热元件沿着下壁延伸的肋条19可以起吸收归因于热膨胀，在外壳的下壁产生的应力的弹簧的作用。
优选地，模块1包含多个(例如3个)拼接板80(仅仅示意地示出)，所述拼接板包含作为整体一起制造的POE透镜的阵列(优选地每个4×4)。通常，拼接板被放置在外壳的窗孔8上，以便覆盖窗孔。例证地，每个拼接板由约3mm厚的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)硬塑料基板组成，独立的聚合物薄膜层叠在所述基板上，并且实现(例如借助微压印)限定POE的Fresnel轮廓(profile)。
优选地，所述模块包含两个横梁85，每个横梁横跨外壳的窗孔8，使其纵向(就横梁本身而论)两端分别固定到纵向侧壁的自由边上。优选地，横梁被布置成把窗孔8分成3等份。
优选地，每个横梁是板状元件90，板状元件90具有主纵向延伸，大体位于水平平面的主纵向部分91，和从主纵向部分的相对横向边缘，在相对于水平平面的相同半空间中，倾斜于水平平面(优选地基本垂直于水平平面)，远离横梁的水平平面地延伸的一对相对的舌状物92。优选地，舌状物92的宽度小于横梁的横向宽度。优选地，主纵向部分一体地包括沿着主纵向部分(优选地在主纵向部分的中间)纵向延伸的连续肋条93。肋条93优选地朝着外壳的内部空间突出。优选地，从主纵向部分的相对纵向边缘，一对相对的风门片94倾斜于水平平面(优选地基本垂直于水平平面)，远离横梁的水平平面地朝着外壳的内部空间延伸。依照申请人，肋条93和/或风门片94可增大横梁相对于纵向屈曲和/或扭曲的刚性，从而增大模块沿着横向方向的刚性，和/或使POE和SOE之间的距离保持恒定。优选地，主纵向部分91具有优选地在肋条93周围延伸的相应支撑面96。
优选地，每个纵向侧壁5，6的自由边显示优选地置于自由边的弯曲部分23上的用于每个横梁85的通槽86。更优选地，两个槽被分别置于肋条20的相对两端。优选地，每个横梁的舌状物92被嵌入对应一对槽86中。
优选地，中央拼接板的两个对边，和端部的2个拼接板的3边靠在侧壁的弯曲部分23的支撑面43上。优选地，中央拼接板的两个对边和端部的两个拼接板的一边靠在横梁的主纵向部分91的支撑面96上。优选地，与横梁85相关的相应肋条20的每一端具备向外壳外突出的槽口97，以便使横梁的支撑面96可以与外壳的支撑面43齐平。
优选地，拼接板80具备超出拼接板的光学有效面积例如约15mm宽的周缘98。这种解决方案有助于把拼接板附着到侧壁和/或附着到横梁上。一直到支撑面43的窗孔8的尺寸被设计成以致在每个拼接板的周缘周围，形成约4mm的间隙。这可允许拼接板热膨胀和/或吸湿膨胀。事实上，就热膨胀系数为7.0×10-5℃-1的PMMA拼接板来说，这可热膨胀比钢质外壳约高6倍。
优选地，在侧壁的支撑面43和/或横梁的支撑面96与拼接板的周缘98之间布置适当的材料(未示出)(例如，诸如3M公司的9515胶带之类的双面胶带和诸如Dow Corning公司的744密封剂之类的硅基密封剂的组合物)，所述材料具有保证接合具有适当弹性的适当附着性，以便吸收上述膨胀，和适当的密封性。
优选地，模块1包括用于每个拼接板80的一个支柱87，所述支柱使底座固定到下壁，使与底座相反的顶端固定到相应拼接板的几何中心，以便在外壳的深度方向，和在所述深度方向的任何正交方向，使拼接板的中心保持空间固定。
为了避免水、昆虫和/或灰尘的进入，优选地在模块的桥接到外部的所有空隙密封外壳。优选地对外壳安装适合于补偿模块内外的不同压力条件的阀(未示出)。这可减少由于压力不平衡而引起的应力的产生，应力的产生尤其会使POE拼接板变形，或者甚至使POE板破裂。所述阀可以是可从市场上获得的阀，允许空气流过所述阀，但是同时是避免湿气通过的过滤器。所述阀的尺寸应确保对温度的快速变化(例如，归因于夏日暴风雨)起反应的空气的最小流量。
优选地，所述模块包含一对安装体85，所述安装体优选地被稳定地分别固定到横向侧壁4和7上，并被配置成把模块1安装到跟踪器上，和允许围绕纵向方向旋转。
申请人对如上所述并在附图中描绘的按照优选实施例的模块1进行了实验测试，以便评估热行为。在太阳照射等于约900W/m2，并且气温约35℃(伴随夏日微风)的情况下，在对应于电池的线性散热元件的外表面的测得温度小于约70℃，对应的电池效率约27%，而在太阳照射等于约800W/m2，并且气温约28℃的情况下，在对应于电池的线性散热元件的外表面的测得温度小于约60℃，对应的电池效率约29%。
Claims (18)
1.一种高聚光光伏模块(1)，包括具有下壁(3)、连接到下壁的一个或多个侧壁(4,5,6,7)和与下壁相对地设置的至少一个窗孔(8)的外壳(2)，多个光伏单元(9)被收纳在所述外壳中，每个所述光伏单元包含几何聚光系数大于或等于约100的聚光光学系统(10)以及具有光伏电池(12)的光伏接收器(11)，其中多个光伏接收器沿着平行的多行(13)排列，所述模块还包含散热系统(14)，所述散热系统包含用于消散来自光伏接收器的热量的多个线性散热元件(15)，线性散热元件被安装在下壁的外侧(16)上，其中沿着每个所述行排列的光伏接收器被安装到所述线性散热元件中的对应一个线性散热元件上，以便实现每个光伏接收器和对应的线性散热元件之间的热桥。
2.按照权利要求1所述的模块，其中线性散热元件由包含至少90%的铝的材料制成。
3.按照权利要求1或2所述的模块，其中外壳由最大厚度大于或等于0.65mm并且小于或等于1.1mm的钢板制成。
4.按照权利要求1-3任意之一所述的模块，其中外壳一体地包括沿着下壁和两个横向侧壁延伸的第一批多个平行的连续肋条(19)，和沿着下壁和两个纵向侧壁延伸的第二批多个平行的连续肋条(20)，第二批肋条在下壁垂直相交于第一批肋条中的每个肋条，每个肋条被形成为相对于相应壁的突起，所述突起朝着外壳的内部空间形成。
5.按照权利要求1-4任意之一所述的模块，其中在下壁和侧壁之间形成的边缘(21)和外壳的顶点(22)被倒圆，使在每个侧壁的自由边的一部分(23)相对于外壳的内部空间向外弯曲，弯曲部分限定基本上垂直于相应侧壁布置的支撑面(43)。
6.按照权利要求1-5任意之一所述的模块，其中沿着外壳的横向方向对齐线性散热元件。
7.按照权利要求1-6任意之一所述的模块，其中线性散热元件是板状元件(30)，所述板状元件具有主纵向延伸(31)和大体位于水平平面的中央纵向部分(32)，并且具有纵向展开到散热元件的两个彼此相对的边缘，其中从中央纵向部分的所述相对边缘，一对相对的风门片(33)在相对于水平平面的相同半空间中，倾斜于水平平面地延伸，所述风门片是相对于对称平面的镜像风门片，所述对称平面和水平平面垂直，并且在中央相交与线性散热元件的主纵向延伸平行的中央纵向部分。
8.按照权利要求7所述的模块，其中在每个风门片的自由边，形成切口(35)，所述切口向上延伸到风门片的高度的大约一半，切口被布置在两个相邻光伏接收器的位置的中间。
9.按照权利要求1-8任意之一所述的模块，其中下壁具有数目和位置分别对应于光伏接收器的数目和位置的多个通孔(24)，沿着每个所述行排列的光伏接收器被直接安装到所述线性散热元件中的对应一个线性散热元件上。
10.按照从属于权利要求7或8的权利要求9所述的模块，其中每个线性散热元件一体地包含与安装在线性散热元件上的光伏接收器的数目相同的许多安装部分(36)，所述安装部分从线性散热元件的中央纵向部分(32)的上表面突出，每个安装部分具有平直的顶面(37)，和与外壳的下壁的所述通孔(24)的形状配合的形状，并被插入所述通孔中，其中每个光伏接收器(11)被直接安装在线性散热元件的相应安装部分上。
11.按照权利要求10所述的模块，其中安装部分(36)相对于它们从其突出的中央纵向部分的上表面的高度大于下壁的厚度。
12.按照权利要求1-11任意之一所述的模块，其中线性散热元件(15)的厚度大于或等于1.5mm，并且小于或等于2.5mm。
13.按照权利要求1-12任意之一所述的模块，其中利用铆接，把线性散热元件(15)安装到下壁上，用于每个线性散热元件的铆钉的数目小于安装在相应线性散热元件上的光伏接收器的数目。
14.按照权利要求1-13任意之一所述的模块，其中每个聚光光学系统(10)包含用于收集来自外壳之外的直接太阳辐射的一次光学元件(50)，和用于把从一次光学元件收集的辐射聚焦到光伏电池上的二次光学元件(51)，其中所述模块包含至少一个拼接板（80），所述拼接板包含作为整体一起制造的相邻一次光学元件的阵列，所述拼接板被置于外壳的窗孔(8)之上，以便覆盖所述窗孔。
15.按照权利要求14所述的模块，其中所述模块包含横跨外壳的窗孔(8)的至少一个横梁(85)，所述横梁使其相对的纵向两端分别固定到纵向侧壁的自由边，所述拼接板的至少一边靠在所述横梁上。
16.按照权利要求14或15所述的模块，其中所述模块包括用于每个拼接板的一个支柱(87)，所述支柱使底座固定到下壁，使与底座相反的顶端固定到相应拼接板的几何中心，以便在外壳的深度方向，和在所述深度方向的任何正交方向，使拼接板的中心保持空间固定。
17.按照权利要求14-16任意之一所述的模块，其中二次光学元件(51)是三维块状透镜，所述三维块状透镜具有带有突出套环(58)的外侧面，所述突出套环周向展开到所述外侧面，所述模块还包含用于每个二次光学元件的法兰(60)，所述法兰具有形状与二次光学元件的外侧面的外周配合的通孔(61)，并且具有比突出套环(58)的外径小的内径，所述法兰被固定到下壁的内表面，并且靠在突出套环的顶面上，二次光学元件的上部被插入法兰(60)的通孔(61)中。
18.一种按照权利要求1-17任意之一所述的模块的制造方法，其中所述外壳是深度大于或等于15cm的整体外壳，所述方法包括通过深冲压整块钢板，形成整体外壳，和优选地随后对外壳镀锌的步骤。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/IB2010/053569 WO2012017274A1 (en) | 2010-08-06 | 2010-08-06 | Module for high concentrating photovoltaics |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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