CN103782395A - 聚光型光伏电池模块、聚光型光伏电池板以及用于聚光型光伏电池模块的柔性印刷电路 - Google Patents

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Abstract

聚光型光伏电池模块的结构在容器状的壳体的底面上布置带状柔性印刷电路。所述柔性印刷电路能够在具有柔性的柔性基板上设置太阳能电池并能够设置用于将入射太阳光线会聚在所述太阳能电池上的聚光部（二次聚光部）。此外，具有菲涅耳透镜的一次聚光部安装到壳体侧上。

Description

聚光型光伏电池模块、聚光型光伏电池板以及用于聚光型光伏电池模块的柔性印刷电路
技术领域
本发明涉及用于使太阳光会聚在太阳能电池上从而发电的聚光型光伏电池（CPV）。
背景技术
聚光型光伏电池基于以下结构，其中由具有高发电效率的小型化合物半导体形成的太阳能电池被设为太阳能电池，通过透镜会聚的太阳光入射到其上。使具有多个基本结构的聚光型光伏电池板进行跟踪操作以总是朝向太阳以能够获得所期望的发电电力。更具体地，例如，多个单个太阳能电池安装在其上的、上面具有导线的、诸如陶瓷的绝缘基板设置在聚光位置以通过电导线收集在每绝缘基板上的发电电力（例如，参照非专利文献1）。
引用列表
非专利文献
非专利文献1：“Failure Modes of CPV Modules and How to Testfor Them”，[在线]2010年2月19日，Emcore Corporation，2011年9月29日检索]，互联网网址：<URL:http://www1.eere.energy.gov/solar/pdfs/pvrw2010_aeby.pdf#search=’emcore Point focus Fresnel Lens HCPV System’>
发明内容
[要解决的技术问题]
然而，上述常规聚光型光伏电池板需要大量例如陶瓷的绝缘基板。当大量绝缘基板将被布置并分别通过电线连接时，制造步骤的数量增加以致花费长时间。其结果是，制造成本增加，从而不能得到具有实际适当的价格的产品。如果制造大基板，制造步骤的数目减少。然而，光伏电池板最初需要大面积。出于这个原因，基板将被放大得相当大。然而，就制造技术而言，难以制造大基板。
如上所述，花费长时间用于附接大量的小基板和使其相互连接，而就制造技术而言难以制造大基板。
考虑到相关技术的问题，本发明的目的是易于制造和附接用于聚光型光伏电池的基板。
[问题的解决方案]
（1）本发明提供一种聚光型光伏电池模块，包括：容器状壳体，所述容器状壳体具有底面；柔性印刷电路，所述柔性印刷电路设置成与所述底面接触；以及一次聚光部，所述一次聚光部附接到所述壳体并通过布置多个用于会聚太阳光的透镜元件形成；所述柔性印刷电路包括：柔性基板，所述柔性基板具有带有绝缘性的绝缘基材和导电图案并具有柔性；以及多个太阳能电池，所述多个太阳能电池设置成对应于所述柔性基板上的相应透镜元件并通过所述图案彼此电连接。
在具有上述结构的聚光型光伏电池模块中，太阳能电池设置在能够容易制造的具有适当的尺寸的柔性基板上。其结果是，可以容易地制造具有聚光型光伏电池功能的柔性印刷电路。而且，由于柔性印刷电路能够在期望的程度（面积）上扩展，其适合于大型聚光型光伏电池模块。
此外，柔性印刷电路薄并且具有轻的重量。因此，整个聚光型光伏电池模块也具有轻的重量并能够容易操纵。此外，柔性印刷电路薄并且具有柔性。因此，容易进行与壳体的底面紧密接触的附接。此外，由于粘合和薄度，太阳能电池或其他柔性印刷电路的热能够可靠地消散到壳体。
（2）而且，在（1）的聚光型光伏电池模块中，例如，所述柔性印刷电路通过在所述底面上布置呈带状的柔性基板来得以构造。
在这种情况下，可以在进行控制以最小化其面积的同时使柔性印刷电路以所期望的程度扩展。
（3）此外，在（1）或（2）的聚光型光伏电池模块中，所述柔性印刷电路可以包括：多个用于发电的电路，所述多个用于发电的电路具有能够产生预定电压的太阳能电池；和用于连接的电路，所述用于连接的电路用于使所述用于发电的电路相互电连接。
在这种情况下，可以容易地通过用于连接的电路使用于发电的电路相互连接。
（4）而且，在（3）的聚光型光伏电池模块中，所述用于发电的电路可以呈在所述底面上直线地延伸的形状或在所述底面上直线地从中央延伸到端部并返回到中央的形状。
在这种情况下，能够充分确保用于发电的电路的长度。因此，可以容易布置所需数量的太阳能电池，从而使其相互串联连接以获得期望的电压。
（5）而且，在（1）至（4）的任一项的聚光型光伏电池模块中，优选的是，所述绝缘基材的厚度应为10μm至100μm。
在这种情况下，耐压性能和散热性能够彼此相容。换句话说，如果厚度小于10μm，则耐压性能不够。如果厚度超过100μm，则会劣化壳体的散热性。
（6）而且，在（1）至（5）的任一项的聚光型光伏电池模块中，用于加强绝缘基材的加强板设置在所述太阳能电池所附接的面的相反侧处的所述绝缘基材的下表面上。
在这种情况下，通过加强板的加强，可以以不失去柔性的方式确保柔性印刷电路的轻微的硬度。因此，在制造中可以容易地操纵，并进而获得防止变形的效果。而且，例如，加强板由铝形成。因此，可以提高到壳体的底面的热导率（散热性）。
（7）此外，在（1）至（6）的任一项所述的聚光型光伏电池模块中，可以形成将要相互配合的部分以便在所述柔性基板和所述底面上定位。
在这种情况下，在柔性印刷电路到壳体的底面的附接中可以容易且可靠地进行定位。
（8）而且，在（3）的聚光型光伏电池模块中，所述用于连接的电路还可以设置在所述壳体的内侧面上。
换句话说，不具有太阳能电池的用于连接的电路还能够附接到难以暴露于光的内侧面。因此，还能够有效使用壳体的内侧面。
（9）而且，在（1）至（8）的任一项所述的聚光型光伏电池模块中，优选所述壳体应由金属形成。
在这种情况下，壳体具有高热导率。因此，从柔性印刷电路的散热性是特别优异的。
（10）而且，在（9）的聚光型光伏电池模块中，优选所述壳体应由铝形成。
在这种情况下，壳体具有轻的重量且整个聚光型光伏电池模块还具有轻的重量。
（11）而且，在（1）至（8）的任一项的聚光型光伏电池模块中，壳体可以由树脂形成。
在这种情况下，壳体特别具有轻的重量且整个聚光型光伏电池模块也特别具有轻的重量。另外，树脂还具有热导率。因此，能够得到恒定的散热性。具体来说，添加有具有高热导率的绝缘填充物（例如，氧化铝、二氧化硅、碳化硅或氧化镁等）的树脂在热导率方面是优异的且具有提高的散热性，其是适合的。
（12）而且，在（1）至（11）的任一项的聚光型光伏电池模块中，可以包括二次聚光部，所述二次聚光部设置在所述柔性基板上用于将从每个所述透镜元件入射的太阳光收集到所述太阳能电池上。
在这种情况下，二次聚光部还能够安装得被包括在所述柔性印刷电路中。
（13）此外，可以通过集合多个根据（1）至（12）的任一项的聚光型光伏电池模块构造一种聚光型光伏电池板。
在这种情况下，可以确保对于发电板的期望输出（额定输出）。
（14）另一方面，根据本发明的用于聚光型光伏电池模块的柔性印刷电路包括：柔性基板，所述柔性基板具有带有绝缘性的绝缘基材和导电图案并具有柔性；以及多个太阳能电池，所述多个太阳能电池布置在所述柔性基板上并通过所述图案彼此电连接。
在用于具有上述结构的聚光型光伏电池模块的柔性印刷电路中，太阳能电池和聚光部设置在能够容易制造的具有适当的尺寸的柔性基板上。其结果是，可以容易地制造具有聚光型光伏电池功能的柔性印刷电路。而且，由于柔性印刷电路能够以期望的程度（面积）扩展，其适合于用于大型聚光型光伏电池模块的基板。
例如，具有优异耐热性的聚酰亚胺适合用于柔性基板的绝缘基材。
（15）而且，在（14）的用于聚光型光伏电池模块的柔性印刷电路中，可以包括聚光部，所述聚光部设置在所述柔性基板上用于使入射的太阳光会聚到所述太阳能电池上。
在这种情况下，聚光部还能够安装得被包括在所述柔性印刷电路中。
（16）在（1）至（12）的任一项所述的聚光型光伏电池模块中，其中所述柔性基板的绝缘基材由聚酰亚胺形成。
在这种情况下，绝缘基材具有优异的耐热性。
[发明效果]
依据根据本发明的聚光型光伏电池模块、聚光型光伏电池板或用于聚光型光伏电池模块的柔性印刷电路，可以容易地制造和附接用于聚光型光伏电池的基板。
附图说明
图1是表示根据本发明的实施方式的聚光型光伏电池的透视图。
图2是表示放大的聚光型光伏电池模块的透视图（其一部分被去除）。
图3是表示图2中的III部分的放大图。
图4是表示聚光型光伏电池模块的设置太阳能电池的部分的局部截面图的概况的视图。
图5是表示柔性印刷电路的布置的示例的图，在平面图上看时，柔性印刷电路在壳体的底面上展开。
图6是表示用于发电的电路的放大图。
图7是表示图6中的VII部分的放大图。
图8是表示柔性印刷电路的布置的另一个示例的平面图。
图9是表示用于连接的电路设置在壳体的内侧面上的示例的平面图。
图10是表示用于连接的电路设置在壳体的内侧面上的另一个示例的平面图。
具体实施方式
图1是表示根据本发明的实施方式的聚光型光伏电池的透视图。在图1中，聚光型光伏电池100包括聚光型光伏电池板1、用于在背面的中央处支撑所述聚光型光伏电池板1的支柱2和用于使支柱2附接于此的底座3。通过纵向和横向地集合例如除了用于连接到支柱2的中央部之外的62（长度7×宽度9-1）个聚光型光伏电池模块1M获得聚光型光伏电池板1。单个聚光型光伏电池模块1M具有例如约100W的额定输出，整个聚光型光伏电池板1具有约6kW的额定输出。底座3能够以支柱2为旋转轴通过未示出的旋转机构旋转，并能引起聚光型光伏电池板1进行跟踪以总是在太阳的方向上转动。
图2是表示放大的聚光型光伏电池模块（以下称为模块）1M的透视图（其一部分被去除）。在图2中，作为主要部件，模块1M包括：壳体11，壳体11呈容器（桶）形状并具有底面11a；柔性印刷电路12，柔性印刷电路12设置成与底面11a接触；和一次聚光部13，一次聚光部13像盖一样附接到壳体11的凸缘部11b。
一次聚光部13是菲涅耳透镜阵列并通过在矩阵中布置多个（例如长度16×宽度12、192个）作为用于会聚太阳光的透镜元件的菲涅尔透镜13f形成。例如，一次聚光部13能够通过在玻璃板被设为基材的情况下在背面（内侧）上形成硅树脂膜获得。在树脂膜上形成菲涅耳透镜。壳体11的外表面设有用于获取模块1M的输出的连接器14。
图3是表示图2中的III部分的放大图。在图3中，柔性印刷电路12包括带状柔性基板121、设置在其上的太阳能电池122和设置成覆盖太阳能电池122的二次聚光部123。相同数目的太阳能电池122和二次聚光部123的组设置在与一次聚光部13的相应的菲涅耳透镜13f的对应位置。二次聚光部123收集从菲涅耳透镜13f中的每个入射到太阳能电池122上的太阳光。例如，二次聚光部123是透镜。二次聚光部123可以是用于在不规则地反射光的同时向下引导光的反射镜。
图4是表示模块1M的设置太阳能电池122的部分的局部截面图的概况的视图。在图4中，太阳能电池122和二次聚光部123以使得相互的光轴彼此对准的方式定位在一次聚光部13的菲涅耳透镜13f的正下方。柔性印刷电路12由柔性基板121以及安装在其上的电子部件和光学部件等（在此是太阳能电池122和二次聚光部123）构成。
例如，柔性基板121通过由聚酰亚胺形成且具有优异的耐热性的绝缘基材121a以及由铜箔形成的导电图案121b构成。图案121b与壳体11通过绝缘基材121a绝缘。优选的是，绝缘基材121a应具有10μm至100μm的厚度。因此，耐压性能和散热性能够彼此相容。换句话说，如果厚度小于10μm，则耐压性能不够。如果厚度超过100μm，则劣化壳体11的散热性。例如，图案121b具有约35μm的厚度。
因此，整个柔性基板121非常薄且具有柔性。
此外，例如，由铝形成的加强板124被结合到绝缘基材121a的下表面。例如，加强板124具有0.5mm至1.2mm的厚度。通过加强板124的加强，可以以不失去柔性的方式确保在柔性印刷电路12中的轻微的硬度。因此，在制造中可以容易地操纵，并因此获得防止变形的效果。而且，通过由铝形成加强板124，可以提高到壳体11的底面11a的热导率（散热性）。加强板124被结合到壳体11的底面11a。即使添加了加强板124柔性印刷电路12也整体具有非常轻的重量。
加强板124不是必须的结构，使得其也能被省略。在加强板124被省略的情况下，柔性基板121被直接结合到底面11a。此外，在这种情况下，壳体11保持柔性印刷电路12的防止变形和散热功能。
壳体11由金属形成，例如，铝是合适的。由于壳体11由金属形成，其具有高热导率。因此，从柔性印刷电路12到壳体11的散热性特别优异。
此外，柔性印刷电路12等具有非常轻的重量，并且，壳体11由铝形成。因此，整个聚光型光伏电池模块1M具有轻的重量。轻的重量使得可以容易地进行运输。将以示例说明“轻的重量”的程度。在模块1M的长度、宽度和深度分别是840mm、640mm和85mm的情况下，能够实现8kg以下的重量。
图5是表示柔性印刷电路12的布置的示例的图，在平面图上看时，柔性印刷电路12设置成在壳体11的底面11a上展开（由于细节被省略，大致示出柔性基板121）。因此，柔性印刷电路12呈薄细带状的基本形状（柔性基板121的形状），并且纵向和横向地布置在底面11a上并从而能够在期望的程度（面积）上扩展，这适合于大型聚光型光伏电池模块1M。换句话说，由此设置的整个柔性印刷电路12与具有相同大小的单个基板或基板的集合相匹配。而且，由于带状，可以在进行控制以最小化柔性印刷电路12的面积的同时在所希望的程度上扩展柔性印刷电路12。
例如，图5所示的柔性印刷电路由12组用于发电的电路12A和用于连接的电路12B构成。用于发电的电路12A被形成为呈U形。这样的形状可以通过联接直线部分或一体地获得。
相同数目的太阳能电池被安装在用于发电的电路12A上并且能够生成预定的电压。通过使用于发电的电路12A呈在底面11a中从中央向端部延伸并返回到中央的形状，从而可以充分确保用于发电的电路12A的长度。因此，为了获得所希望的电压，可以容易地设置所需数量的太阳能电池，从而使其相互串联连接。此外，通过将用于连接的电路12B设置在中央以与用于发电的电路12A交叉，能够容易地使12组用于发电的电路12A相互连接。
图6是表示用于发电的电路12A的放大图。例如，16个太阳能电池122安装在用于发电的电路12A上。所有安装在同一用于发电的电路12A上的太阳能电池122相互串联连接。单个太阳能电池122产生2.5V的电压，16个串联体能够产生40V（2.5V×16）的电压。电压出现在设置在用于发电的电路12A的两端的正极侧电极P和负极侧电极N上。
图7是表示图6中的VII部分的放大图。在图7中，以倾斜线表示的图案121b通过蚀刻等形成在绝缘基材121a上。太阳能电池122串联插入在彼此相邻的图案121b之间。此外，二极管125与太阳能电池122并联地设置以形成太阳能电池122的旁路。二极管125被设置成当太阳能电池122不发电时使彼此相邻的图案121b短路。因此，能够防止多个太阳能电池122中的任何一个由于故障等局部不发电的太阳能电池122干扰整个用于发电的电路12A发电。不包括太阳能电池122的柔性基板121的表面涂覆有绝缘保护膜。
此外，定位孔形成在绝缘基材121a上，孔H作为其中之一在图7中示出。图案121b绕孔H的周围以圆形去除从而不到达其边缘。通过将形成在壳体11的底面11a上的圆柱状的突起11p插入到孔H中，可以使用于发电的电路12A相对于壳体11处在预定位置。用于连接的电路12B也能够利用相同的定位结构设置。
绝缘基材121a的孔H和壳体11侧上的突起11p相互配合的结构仅是说明性的，并且通过形成其他各种彼此配合部分，在柔性印刷电路12到壳体11的底面11a的附接中，可以容易且可靠地进行定位。
返回到图5，涉及12组用于发电的电路12A的输出，正极侧电极P（图6）通过用于连接的电路12Bp相互连接，负极侧电极N（图6）通过用于连接的电路12Bn相互连接。因此，例如，构成12个40V的并联电路，整个单个模块1M能够供给100W（2.5A）。
根据使用如上所述的柔性印刷电路12的模块1M的结构，柔性印刷电路12薄且具有轻的重量。因此，整个模块1M也具有轻的重量并能够容易地操纵。此外，由于柔性印刷电路12薄且具有柔性，能够使其容易地附接以与壳体11的底面11a紧密接触。此外，粘合和薄度能够使太阳能电池122或其他柔性印刷电路的热量可靠地消散到壳体11。
虽然在本实施方式中壳体11由金属形成，但其不局限于由金属形成而是还能够由树脂形成。在这种情况下，壳体11特别具有轻的重量且整个聚光型光伏电池模块1M也特别具有轻的重量。树脂也具有热导率。因此，能够得到恒定的散热性。具体来说，其中添加有高热导率的绝缘填充物（例如，氧化铝、二氧化硅、碳化硅或氧化镁等）的树脂在热导率方面是优异的且具有提高的散热性，其是适合的。而且，通过将金属涂层涂覆到树脂的表面，还可以使表面的热导率提高到等于金属的热导率。
此外，图5所示的柔性印刷电路的布置仅是说明性的，如果确保相同的输出，能够作出各种改变。图8是表示柔性印刷电路的布置的另一个示例的平面图。在这种情况下，用于发电的电路12A被设置为简单的直线，用于连接的电路12B设置在中央以及上端和下端。例如，设置在中央的用于连接的电路12B用于使上段和下段的电路12A相互连接，设置在上端和下端的用于连接的电路12B用于正输出和负输出。
而且，首先由于用于连接的电路12B不需要暴露于光线，其可以设置在壳体11的内侧面。图9是表示用于连接的电路12B设置在壳体11的内侧面的示例的平面图。换句话说，在本示例中，设置在图8的上端和下端的用于连接的电路12B稍微延伸过侧面（在附图的上下侧面）。因此，实际上还可以使用壳体11的内侧面。
此外，图10是表示用于连接的电路12B设置在壳体11的内侧面的另一个示例的平面图。换句话说，在此结构中，设置在图9的中央的用于连接的电路12B被省略，并且单个用于发电的电路12A设置在纵向方向上。用于连接的电路12B（12Bp和12Bn）设置在图10中的上侧面和下侧面上，并且在用于发电的电路12A中的正侧和负侧相互连接。因此，实际上能够使用壳体11的内侧面，并且还能够省略设置在中央的用于连接的电路12B。
虽然在本实施方式中二次聚光部123与太阳能电池122一起安装在柔性基板121上，二次聚光部123还能够与柔性基板121分开地设置，此外，存在二次聚光部本身可能会被省略的可能。
应当理解，本文所公开的实施方式在所有方面是说明性的而不是限制性的。本发明的范围是由权利要求书限定，意在将权利要求中的所有变化、等同的含义和范围包括在其中。
附图标记列表
1      聚光型光伏电池板
1M     聚光型光伏电池模块
11     壳体
11a    底面
11p    突起
12     柔性印刷电路
12A    用于发电的电路
12B    用于连接的电路
13     一次聚光部
13f    菲涅尔透镜（透镜元件）
121    柔性基板
121a   绝缘基材
121b   图案
122    太阳能电池
123    二次聚光部
124    加强板
H      孔

Claims (16)

1.一种聚光型光伏电池模块，包括：
容器状壳体，所述容器状壳体具有底面；
柔性印刷电路，所述柔性印刷电路设置成与所述底面接触；以及
一次聚光部，所述一次聚光部附接到所述壳体并通过布置多个用于会聚太阳光的透镜元件形成；
所述柔性印刷电路包括：
柔性基板，所述柔性基板具有带有绝缘性的绝缘基材和导电图案并具有柔性；以及
多个太阳能电池，所述多个太阳能电池设置成对应于所述柔性基板上的相应透镜元件并通过所述图案彼此电连接。
2.根据权利要求1所述的聚光型光伏电池模块，其中，所述柔性印刷电路通过在所述底面上布置呈带状的所述柔性基板得以构造。
3.根据权利要求1或2所述的聚光型光伏电池模块，其中，所述柔性印刷电路包括：多个用于发电的电路，所述多个用于发电的电路具有能够产生预定电压的太阳能电池；和用于连接的电路，所述用于连接的电路用于使所述用于发电的电路相互电连接。
4.根据权利要求3所述的聚光型光伏电池模块，其中，所述用于发电的电路呈在所述底面上直线地延伸的形状或在所述底面上直线地从中央延伸到端部并返回到中央的形状。
5.根据权利要求1至4的任一项所述的聚光型光伏电池模块，其中，所述绝缘基材的厚度为10μm至100μm。
6.根据权利要求1至5的任一项所述的聚光型光伏电池模块，其中，用于加强所述绝缘基材的加强板设置在所述太阳能电池所附接的面的相反侧处的所述绝缘基材的下表面上。
7.根据权利要求1至6的任一项所述的聚光型光伏电池模块，其中，形成将要相互配合的部分，以便在所述底面和所述柔性基板上定位。
8.根据权利要求3所述的聚光型光伏电池模块，其中，所述用于连接的电路设置在所述壳体的内侧面上。
9.根据权利要求1至8的任一项所述的聚光型光伏电池模块，其中，所述壳体由金属形成。
10.根据权利要求9所述的聚光型光伏电池模块，其中，所述壳体由铝形成。
11.根据权利要求1至8的任一项所述的聚光型光伏电池模块，其中，所述壳体由树脂形成。
12.根据权利要求1至11的任一项所述的聚光型光伏电池模块，包括二次聚光部，所述二次聚光部设置在所述柔性基板上用于将从每个所述透镜元件入射的太阳光收集到所述太阳能电池上。
13.一种聚光型光伏电池板，所述聚光型光伏电池板通过集合多个根据权利要求1至12的任一项所述的聚光型光伏电池模块形成。
14.一种用于聚光型光伏电池模块的柔性印刷电路，包括：
柔性基板，所述柔性基板具有带有绝缘性的绝缘基材和导电图案并具有柔性；以及
多个太阳能电池，所述多个太阳能电池布置在所述柔性基板上并通过所述图案彼此电连接。
15.根据权利要求14所述的用于聚光型光伏电池模块的柔性印刷电路，包括聚光部，所述聚光部设置在所述柔性基板上用于使入射的太阳光会聚到所述太阳能电池上。
16.根据权利要求1至12的任一项所述的聚光型光伏电池模块，其中，所述柔性基板的绝缘基材由聚酰亚胺形成。
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