CN104333315B - 太阳能组件中菲涅尔透镜与次级光学元件的安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能组件中菲涅尔透镜与次级光学元件的安装方法。该安装方法中所述次级光学元件为上表面和下表面均为正方形，其余4个侧面均为等腰梯形的六面体；所述次级光学元件的上表面和下表面平行；将次级光学元件的上表面安装在菲涅尔透镜的焦点前，所述次级光学元件的上表面与菲涅尔透镜的透镜面平行，所述次级光学元件上表面、下表面的中心与菲涅尔透镜透镜面的中心在同一直线上；将次级光学元件上表面的四个角与菲涅尔透镜的四个角对齐，然后将次级光学元件绕自身对称轴旋转10～50°。本发明所述安装方法通过调整次级光学元件与菲涅尔透镜之间的安装位置和安装角度，显著提高了太阳能组件中组件系统的输出功率。
Description
技术领域
本发明属于聚光光伏发电技术领域，具体涉及一种太阳能组件中菲涅尔透镜与次级光学元件的安装方法。
背景技术
太阳能具有清洁、无资源地域限制、对人类来说永无枯竭等优良特性，越来越受到人们的青睐，其中太阳能光伏利用即太阳光通过光伏器件直接转换成电能的技术尤其引人注目。
目前，一个完整的聚光光伏发电系统主要包括聚光太阳电池组件、太阳跟踪器、电能存储或逆变设备等几部分。聚光太阳电池组件作为光电转换部件，主要由透射式或反射式聚光器和安装有光伏电池晶片的电路板所组成。使用时通过太阳跟踪器使聚光透镜基本正对阳光照射方向，然后通过这些聚光透镜分别将太阳光汇聚并投射到电路板上与各个聚光透镜相对应的光伏电池晶片的接收面上，从而使各个光伏电池晶片中产生电流，这些电流通过电路板上的线路输出。
中国发明专利CN101640502B公开了一种用于组装聚光器光电太阳能电池阵列的方法，其中所公开的聚光太阳电池组件极具代表性。该聚光太阳电池组件中采用的点聚光菲涅尔透镜及次级光学元件(SOE)已成为业界最常用的聚光器组合。现有的太阳能组件中通常是将SOE的四个角与菲涅尔透镜的四个角对齐放置，并不能使SOE处于最佳的工作状态，会降低组件系统的最大输出能力。同时现有的太阳能组件中SOE通常设置为细长型，同样会在一定程度上降低组件系统的最大输出能力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种太阳能组件中菲涅尔透镜与次级光学元件的安装方法。该安装方法通过调整次级光学元件(SOE)与菲涅尔透镜之间的安装位置和安装角度，同时调整SOE的尺寸，显著提高了太阳能组件中组件系统的输出功率。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明所述太阳能组件中菲涅尔透镜与次级光学元件(SOE)的安装方法，其中所述SOE为上表面和下表面均为正方形，其余4个侧面均为等腰梯形的六面体；所述SOE的上表面和下表面平行，将SOE的上表面安装在菲涅尔透镜的焦点前，所述SOE的上表面与菲涅尔透镜的透镜面平行，所述次级光学元件上表面、下表面的中心与菲涅尔透镜透镜面的中心在同一直线上；将SOE上表面的四个角与菲涅尔透镜的四个角对齐，然后将SOE绕自身对称轴旋转10～50°。
本发明采用上表面和下表面均为正方形的SOE，在安装太阳能组件中的SOE和菲涅尔透镜时，次级光学元件上表面、下表面的中心与菲涅尔透镜透镜面的中心在同一直线上，将SOE上表面的四个角与菲涅尔透镜的四个角对齐，然后将SOE绕自身对称轴(即SOE上表面和下表面的中心轴)旋转10～50°。申请人经多次重复性实验得出，本发明所述的安装方法与传统将SOE的四个角与菲涅尔透镜的四个角对齐放置的安装方法相比，可以较大幅度地提高太阳能组件中组件系统的输出功率。
优选地，在上述安装方法中，所述将SOE绕自身对称轴旋转10～30°；最佳优选地，将SOE绕自身对称轴旋转20°，可以达到最佳的安装角度。
优选地，所述SOE上表面的面积大于下表面的面积。
优选地，所述SOE下表面正方形的边长与SOE的高度之比为1:1.5～3，所述SOE侧面等腰梯形的两腰之间的夹角为20～40°。本发明所述的SOE为扁平型，可以同时兼顾正入射和斜入射的情况，进而进一步提高太阳能组件中组件系统的输出功率，其中斜入射为跟踪存在偏差的时候。进一步优选地，所述SOE下表面边长与SOE的高度之比为1:2，所述SOE侧面等腰梯形的两腰之间的夹角为24～30°。最佳优选地，所述SOE下表面边长与SOE的高度之比为1:2，所述SOE侧面等腰梯形的两腰之间的夹角为24°。
优选地，所述SOE上表面与菲涅尔透镜的距离为6～15mm。传统方法实际是将SOE上表面安装在菲涅尔透镜的实际焦点位置，会降低组件系统的光学效率。申请人经多次重复性实验发现，当其距离小于6cm，无法有效提高组件系统的光学效率；当其距离大于15cm，所截得的光斑就越大，会提高后续系统的跟踪误差。进一步优选地，所述SOE上表面与菲涅尔透镜的距离为8～12mm。最佳优选地，所述SOE上表面与菲涅尔透镜的距离为10mm。
将太阳能电池通过透明硅胶粘接在SOE下表面，太阳能电池的四条边应分别与SOE的四条边对齐。太阳能电池的尺寸与SOE下表面的尺寸相等为宜。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明所述安装方法在安装太阳能组件中的SOE和菲涅尔透镜时，将SOE上表面的四个角与菲涅尔透镜的四个角对齐，然后将SOE绕自身对称轴旋转10～50°，较传统的将SOE上表面的四个角与菲涅尔透镜的四个角对齐的安装方式相比，可以提高太阳能组件中组件系统的输出功率。
(2)本发明所述安装方法通过调整SOE的尺寸，使其成为扁平型，较传统的细长型SOE，可以更好地同时兼顾正入射和斜入射的情况。
(3)本发明所述安装方法通过调整SOE与菲涅尔透镜之间的安装位置和安装角度，同时调整SOE的尺寸，可以将太阳能组件中组件系统的输出功率提高2％左右。
附图说明
图1为本发明次级光学元件的主视图。
图2为本发明次级光学元件的仰视图。
图3为现有技术中次级光学元件与菲涅尔透镜之间的装配仰视图。
图4为本发明次级光学元件与菲涅尔透镜之间的装配仰视图。
图5为次级光学元件高度对太阳能组件中组件系统光学效率的影响。
图6为次级光学元件侧面等腰梯形两腰之间的夹角θ与次级光学元件上表面距菲涅尔透镜焦点的距离对组件系统光学效率的影响。
图7为次级光学元件绕自身对称轴的旋转角度β对组件系统光学效率的影响。
图中标记：1-次级光学元件，2-菲涅尔透镜。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
本实施例采用以下方法装配太阳能组件中的菲涅尔透镜2和次级光学元件1。如图1和图2所示，本发明所述次级光学元件1为上表面和下表面均为正方形，其余4个侧面均为等腰梯形的六面体；所述次级光学元件1的上表面和下表面平行。
在本实施例中，次级光学元件1下表面的尺寸为10*10mm，次级光学元件1侧面等腰梯形的两腰之间的夹角θ为24°，太阳能电池的规格为10*10mm，菲涅尔透镜的规格为200*200mm。将次级光学元件1的上表面安装在距菲涅尔透镜2焦点10mm的位置，所述次级光学元件1的上表面与菲涅尔透镜2的透镜面平行，所述次级光学元件1上表面、下表面的中心与菲涅尔透镜2透镜面的中心在同一直线上；将次级光学元件1上表面的四个角与菲涅尔透镜2的四个角对齐，然后将次级光学元件1绕自身对称轴旋转一个角度β，β＝20°，如图4所示，图4为本发明次级光学元件1与菲涅尔透镜2之间的装配仰视图(图3为现有技术中次级光学元件1与菲涅尔透镜2之间的装配仰视图)。将太阳能电池粘接在次级光学元件1的下表面。分别在正入射和以0.5°入射的情况下，考察次级光学元件1的高度对光学效率的影响。其结果如图5所示。由图5可以看出，在正入射的情况下，光学效率随次级光学元件1高度的增大逐渐降低；在0.5°斜入射的情况下，光学效率随次级光学元件1高度的增大逐渐增大。当次级光学元件1高度为20mm时，可以更好的兼顾正入射和斜入射的情况，即当次级光学元件1下表面正方形的边长与次级光学元件1的高度之比为1:2时，为本发明的最佳实施方案，此时次级光学元件1呈扁平型。
实施例2
在本实施例中，SOE下表面的尺寸为10*10mm，SOE的高度为20mm，太阳能电池的规格为10*10mm，菲涅尔透镜的规格为200*200mm。将SOE的上表面安装在菲涅尔透镜的焦点前，所述SOE的上表面与菲涅尔透镜的透镜面平行，所述SOE上表面、下表面的中心与菲涅尔透镜透镜面的中心在同一直线上；将SOE上表面的四个角与菲涅尔透镜的四个角对齐，然后将SOE绕自身对称轴旋转一个角度β，β＝20°。将太阳能电池粘接在SOE的下表面。在正入射的情况下，考察SOE侧面等腰梯形两腰之间的夹角θ与SOE上表面距菲涅尔透镜焦点的距离对光学效率的影响，其结果如图6所示。本发明所述菲涅尔透镜的焦点在315mm处。由图6可以看出，在正入射的情况下，当θ为20～40°时，光学效率随SOE安装位置的变化相对平缓，表明当SOE侧面等腰梯形两腰之间的夹角θ为20～40°时，SOE对安装的精度要求不高，方便安装。其中θ为24°时变化最为平缓，为本发明的最佳实施方案。同时，由图6可以看出，在后截距(菲涅尔透镜前表面至光锥前表面的距离)为305mm处，各θ下均具有最佳的光学效率。亦即是说，将SOE上表面安装在距菲涅尔透镜焦点10mm的位置，可以获得最佳的光学效率。
实施例3
在本实施例中，SOE下表面的尺寸为10*10mm，SOE的高度为20mm，SOE侧面等腰梯形两腰之间的夹角θ为24°，太阳能电池的规格为10*10mm，菲涅尔透镜的规格为200*200mm。将SOE的上表面安装在距菲涅尔透焦点10mm的位置，所述SOE的上表面与菲涅尔透镜的透镜面平行，所述SOE上表面、下表面的中心与菲涅尔透镜透镜面的中心在同一直线上；将SOE上表面的四个角与菲涅尔透镜的四个角对齐，然后将SOE绕自身对称轴旋转一个角度β。将太阳能电池粘接在SOE的下表面。在正入射的情况下，考察旋转角度β对光学效率的影响，同时以传统安装方法中细长型SOE(下表面的尺寸为10*10mm，高度为40mm，侧面等腰梯形两腰之间的夹角为15°)作为对比，其结果如图7所示。由图7可知，随旋转角度β的变化，传统安装方法中所述细长型SOE的光学效率均明显低于本发明所述扁平类SOE的光学效率，表明本发明所述的扁平类SOE可以大幅度提高各组件系统的聚光效率。同时，实验组和对比组的光学效率在β为10～50°时，效果最佳。其中，β为20°为本发明的最佳实施方案，当β＞20°时，本发明所述扁平类SOE的光学效率出现逐渐下降的趋势。
实施例4
实验组：SOE下表面的尺寸为10*10mm，SOE的高度为20mm，SOE侧面等腰梯形两腰之间的夹角θ为24°，太阳能电池的规格为10*10mm，菲涅尔透镜的规格为200*200mm。将SOE的上表面安装在距菲涅尔透焦点10mm的位置，所述SOE的上表面与菲涅尔透镜的透镜面平行，所述SOE上表面、下表面的中心与菲涅尔透镜透镜面的中心在同一直线上；将SOE上表面的四个角与菲涅尔透镜的四个角对齐，然后将SOE绕自身对称轴旋转一个角度β，β＝20°。将太阳能电池粘接在SOE的下表面。
对照组：SOE下表面的尺寸为10*10mm，SOE的高度为40mm，SOE侧面等腰梯形两腰之间的夹角θ为15°，太阳能电池的规格为10*10mm，菲涅尔透镜的规格为200*200mm。将SOE的上表面安装在距菲涅尔透镜焦点0mm的位置，所述SOE的上表面与菲涅尔透镜的透镜面平行，所述SOE上表面、下表面的中心与菲涅尔透镜透镜面的中心在同一直线上；将SOE上表面的四个角与菲涅尔透镜的四个角对齐(如图3所示)。将太阳能电池粘接在SOE的下表面。
根据测试，实验组与对照组相比，其聚光效率提高了2％。
Claims (7)
1.一种太阳能组件中菲涅尔透镜与次级光学元件的安装方法，其中所述次级光学元件的上表面和下表面均为正方形，其余4个侧面均为等腰梯形的六面体；所述次级光学元件的上表面和下表面平行，其特征在于：将次级光学元件的上表面安装在菲涅尔透镜的焦点前，所述次级光学元件的上表面与菲涅尔透镜的透镜面平行，所述次级光学元件的上表面、下表面的中心与菲涅尔透镜透镜面的中心在同一直线上；将次级光学元件的上表面的四个角与菲涅尔透镜的四个角对齐，然后将次级光学元件绕自身对称轴旋转10~50°。
2.根据权利要求1所述的安装方法，其特征在于：所述将次级光学元件绕自身对称轴旋转10~30°。
3. 根据权利要求1所述的安装方法，其特征在于：所述次级光学元件的上表面的面积大于下表面的面积。
4. 根据权利要求1~3任一项所述的安装方法，其特征在于：所述次级光学元件的下表面正方形的边长与次级光学元件的高度之比为1:1.5~3，所述次级光学元件的侧面等腰梯形的两腰之间的夹角为20~40°。
5. 根据权利要求4所述的安装方法， 其特征在于：所述次级光学元件的下表面边长与次级光学元件的高度之比为1:2，所述次级光学元件的侧面等腰梯形的两腰之间的夹角为24~30°。
6. 根据权利要求1所述的安装方法，其特征在于：所述次级光学元件的上表面与菲涅尔透镜焦点的距离为6~15mm。
7. 根据权利要求6所述的安装方法，其特征在于：所述次级光学元件的上表面与菲涅尔透镜焦点的距离为8~12mm。
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