CN104617870B - 一种超薄型iii‑v族太阳电池聚光光伏组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超薄型III‑V族太阳电池聚光光伏组件，在壳体内安装一基板，该基板上均布安装多个太阳电池，每个太阳电池通过所述基板底面制出的线路层相互连接，每个太阳电池上方均安装一聚光装置，在上盖上设置与该多个聚光装置相对位的透镜组。本发明中，壳体一体成型，坚固耐用，线缆由印刷电路板的线路层代替，不需要使用遮光板，每个太阳电池的光路高度降低，使整体高度降低，在生产时采用了电子行业的锡膏印刷及回流焊等技术，使生产工艺标准化，提高生产效率，组装后的结构中节省了大量的现有部件，使整体的重量和体积大幅下降，整体的生产、包装、运输等综合成本降低30％。

Description

一种超薄型III-V族太阳电池聚光光伏组件

技术领域

本发明属于聚光光伏组件结构领域，尤其是一种超薄型III-V族太阳电池聚光光伏组件及制备方法。

背景技术

太阳电池是太阳能发电系统中的重要部件，其可以有效的吸收太阳能，并将其转化成电能，主要包括硅基太阳电池、薄膜太阳电池灯，薄膜太阳电池中的III-V族太阳电池使用具有直接能隙的半导体材料，如砷化镓、磷化铟等，具有吸收光谱范围高、转化效率高的特点，被用于多个领域，尤以地表的聚光光伏发电系统使用最为广泛。该类太阳电池被安装在聚光光伏组件的壳体内，通过壳体上盖的菲涅耳透镜将太阳光聚焦，然后再通过太阳电池上安装的多级聚光装置进行多次汇聚，然后照射到太阳电池表面，实现光能到电能转换，但现有的聚光光伏组件存在以下问题：1.聚光光伏组件中的壳体多为拼装式，虽然生产工艺简单，但安装时的密封性和防水性略差，尤其是长期使用后，极易出现密封不严的问题；2.太阳电池上安装多级光线汇聚结构，不仅增加了成本，而且使安装、维护变得更复杂；3.多个太阳电池之间无论采用串联方式、还是并联方式，之间的连接线直接布设在壳体的底板上，导致壳体内线路复杂，而且需要布设额外的遮光板将连接线遮挡，避免聚焦偏移的光线对连接线的破坏；4.太阳电池需要安装旁路二极管，该旁路二极管一般安装在太阳电池旁边，导致线路变得复杂；5.太阳电池需要安装一个独立的散热器以保证其工作正常，但该散热器会破坏壳体底板的整体性，使其密封性变差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供密封性好、连接线印制成型、便于安装维护且厚度较薄的一种超薄型III-V族太阳电池聚光光伏组件。

本发明采取的技术方案是：

一种超薄型III-V族太阳电池聚光光伏组件，包括壳体、上盖、太阳电池和聚光装置，上盖安装在壳体上端开口处，其特征在于：在壳体内安装一基板，该基板上均布安装多个太阳电池，每个太阳电池通过所述基板底面制出的线路层相互连接，每个太阳电池上方均安装一聚光装置，在上盖上设置与该多个聚光装置相对位的透镜组。

而且，所述壳体一体冲压制成，四周侧的侧壁由下至上逐渐向内倾斜且与底板一体连接，在四周侧的侧壁上端部一体制出向外侧延伸的安装边，该安装边上端面与上盖边缘之间嵌装一硅胶缓冲条，该硅胶缓冲条外侧的上盖和安装边之间填充密封胶。

而且，所述基板为印刷电路板，其底面印制线路层，该线路层中制出多个断路点，每个断路点均并联一个旁路二极管，每个断路点两侧的线路层上均制出焊盘，该两个焊盘分别连接一陶瓷底座上端面所装的正极和负极，该陶瓷底座底面安装用于接触壳体底板的散热铜层，所述正极和负极分别连接太阳电池，该太阳电池上方的基板内嵌装聚光装置。

而且，所述聚光装置包括基座和球形透镜，基座为一由上至下中空的圆柱体，其下端嵌装在每个太阳电池上方的基板内，其上端面安装球形透镜。

而且，所述基座外缘两侧分别制出两个竖棱，该两个竖棱嵌装在基板内，一个竖棱的长度比另一个竖棱的长度大。

而且，所述线路层的两端分别连接一极板，该极板自壳体底板所制通孔伸出并延伸至壳体底面所装的接线盒内，该接线盒上制出用于连接所述极板线缆通过的过线孔和防水透气装置。

而且，所述太阳电池的表面积大于1毫米且小于10毫米。

而且，所述线路层上的太阳电池构成串联回路或并联回路。

本发明的优点和积极效果是：

1.本组件中，太阳电池和聚光装置安装在基板上，该基板为印刷电路板，其底面制出覆铜线路层，该线路层实现了不同太阳电池之间的串联或并联以及每个太阳电池旁路二极管的连接，代替了传统结构中电线、互联条和金属带等复杂的布线方式，使壳体内结构简单，易于安装维护，而且印刷电路板可按照实际需要制成多种形式，批次产品同一性好、可靠性高。

2.本组件中，壳体一体冲压制成，四周侧的侧壁倾斜设置，而且上端制出用于安装上盖的安装边，由于壳体为整体结构，其密封性好，对于其内的各种部件提供了良好的保护，而且机械强度高，使用寿命长。

3.本组件中，在每个断路点上并联安装旁路二极管，而现有技术中，旁路二极管与太阳电池安装在一起，二者相比，将太阳电池周边的结构简化，生产时将太阳电池连同陶瓷底座粘接在焊盘的锡膏上，旁路二极管也同样粘接在并联的焊盘的锡膏傻瓜，通过回流焊，将各部件固定，所有的太阳电池、陶瓷底座和旁路二极管一次性安装完毕，生产效率高。

4.本组件中，太阳电池的表面积缩小，使上盖上的透镜表面积也变小，可以在单位面积的基板上安装更多的太阳电池，而且小面积的透镜汇聚后的光线强度下降，即使出现聚光偏离的问题，也不会伤害到其它部件。

5.本组件中，每个太阳电池上安装的聚光装置包括基座和球形透镜，将上盖所装透镜一次汇聚的光线进行二级汇聚后照射到太阳电池上，缩短了光路的高度，使组件的厚度大幅减少，降低了外壳的体积，同时降低了安装、包装和运输成本。

6.本组件中，太阳电池安装在陶瓷底座上的电极处，陶瓷底座的底面安装散热铜层，该散热铜层通过导热胶水与壳体的底板表面接触，将太阳电池处的热量通过陶瓷底座、导热胶水和底板散发到环境中，不用再安装现有技术中的独立的散热器，进一步减少了组件的体积，降低了整体的重量。

7.本发明中，壳体一体成型，坚固耐用，线缆由印刷电路板的线路层代替，不需要使用遮光板，每个太阳电池的光路高度降低，使整体高度降低，在生产时采用了电子行业的锡膏印刷及回流焊等技术，使生产工艺标准化，提高生产效率，组装后的结构中节省了大量的现有部件，使整体的重量和体积大幅下降，整体的生产、包装、运输等综合成本降低30％。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的右视图；

图3为图2的I部放大图；

图4为图2的II部放大图；

图5为图2的III部放大图；

图6为基板底面的线路层；

图7为图6的IV部放大图；

图8为球形透镜、基座、太阳电池和陶瓷底座的连接示意图；

图9为透镜、球形透镜、太阳电池的光路图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

一种超薄型III-V族太阳电池聚光光伏组件，如图1～9所示，包括壳体5、上盖1、太阳电池21和聚光装置，上盖安装在壳体上端开口处，本发明的创新在于：在壳体内安装一基板4，该基板上均布安装多个太阳电池，每个太阳电池通过所述基板底面制出的线路层24相互连接，每个太阳电池上方均安装一聚光装置，在上盖上设置与该多个聚光装置相对位的透镜组12。

本实施例中，所述壳体一体冲压制成，四周侧的侧壁9由下至上逐渐向内倾斜且与底板8一体连接，在四周侧的侧壁上端部一体制出向外侧延伸的安装边7，该安装边上端面扣装上盖，安装边和上盖之间嵌装一硅胶缓冲条14，该硅胶缓冲条外侧的上盖和安装边之间填充密封胶13。

所述基板为印刷电路板，其底面印制线路层，该线路层中制出多个断路点，每个断路点均并联一个旁路二极管23，每个断路点两侧的线路层上均制出焊盘22，该两个焊盘分别连接一陶瓷底座18上端面所装的电极17，该陶瓷底座底面安装用于接触壳体底板所设导热胶水20的散热铜层19，电极中的正极29和负极28分别连接太阳电池的两端，该太阳电池上方的基板内嵌装聚光装置。

所述聚光装置包括基座3和球形透镜2，基座为一由上至下中空的圆柱体，其下端嵌装在每个太阳电池上方的基板内，其上端面安装球形透镜。所述基座外缘两侧分别制出两个竖棱，该两个竖棱嵌装在基板内，一个竖棱25的长度比另一个竖棱26的长度大，以避免基座安装时装反。基座由陶瓷等绝缘材料注模而成，球形透镜由光学玻璃注模而成。

所述线路层的两端分别连接一极板15，该极板自壳体底板所制通孔10伸出并延伸16至壳体底面所装的接线盒11内，该接线盒上制出用于连接所述极板线缆通过的过线孔和防水透气装置。

所述太阳电池的表面积大于1毫米且小于10毫米，形状为正方形或近似正方形，其长边和短边的比值不超过1.1。

球形透镜的直径一般为太阳电池边长(太阳电池为正方形时)的3～10倍，圆球形。

上盖表面使用玻璃材料，底面为硅胶材料制成的多个透镜，整体呈矩阵形状配列，数量与太阳电池数量相同。透镜的面积为相对位的太阳电池表面积乘以500～1200倍，该倍数跟太阳电池的性能高低有关，电池性能越好，倍数越大，上述倍数为优选范围。透镜的焦距一般为透镜对角线尺寸的0.8～1.5倍，倍数越大，光学效率越高，组件性能越好，但组件的综合成本也会增加，上述倍数为优选范围。

所述线路层上的太阳电池构成串联回路或并联回路，图6中为串联回路。每个太阳电池的光路如图9所示，透镜将太阳光进行一次汇聚，然后投射到球形透镜上，球形透镜二次汇聚后投射到太阳电池上，太阳电池将光能转变为电能。

本发明的生产过程是：

1.壳体：利用冲压、冲孔、修边等模具，采用冷冲压工艺，对铝板、铁板、不锈钢板等进行加工，最终成为一个壳体。

2.太阳电池和陶瓷底座封装：将Ⅲ—Ⅴ族太阳电池焊接到经金属化表面的陶瓷底座(锡焊，真空回流焊)，从太阳能电池上表面的两侧电极上把电池的正电极引到陶瓷底座表面上，此时陶瓷底座上表面由沟槽分开的两部分一为正极29，一为负极28；

3.基座封装：将基座用高透过率(具有较高透光能力的)胶水，利用夹具(夹具使装配精度更高)粘接到陶瓷底座表面；基座的空心圆柱中心法线应与太阳电池几何中心的法线重合。

4.在印刷电路板上设计好串并联线路(包括旁路二极管的位置)，在每一个需要放置陶瓷底座和旁路二极管处预留出可以用来连接的焊盘。

5.在焊盘处进行锡膏印刷，将陶瓷底座、旁路二极管粘接到相应焊盘的锡膏上。

6.将贴装好的印刷电路板进行整体焊接(回流焊)，焊接后进行超声波清洗，以清理焊接时附着在元器件和电路板表面的助焊剂。

7.将球形透镜用高透过率胶水粘接到对应的基座上，此时印刷电路板成为一个带有太阳电池、陶瓷底座和球形透镜的整体。

8.在壳体的底板上按照一定形状印刷导热胶水，将印刷电路板整体通过夹具粘接到对应的导热胶水上，使每个陶瓷底座均能接触到导热胶水，若导热胶水需要在一定温度下固化，则需要一个加热箱，将粘接后的壳体和印刷电路板整体进行加热。

9.将印刷线路板电路引出端的两端用极板连接到壳体上的接线盒内，接线盒采用粘接方式固定到壳体底面，在接线盒上安装具有防水透气功能的装置。

10.将上盖安装到壳体上端开口处，使每个球形透镜都处于经对应透镜所形成的光学途径中，并可以把光完全聚焦在Ⅲ—Ⅴ族太阳电池表面；用密封胶将其固定，聚光光伏组件装配完成。

可根据需要将聚光光伏组件安装到追日跟踪器上，聚光光伏组件安装边上设置有安装孔6，可用螺栓连接安装孔与追日跟踪器的支架。多个聚光光伏组件之间互相连接时，可用导线连接接线盒引出的正负极。聚光光伏组件工作时，内部的太阳电池等原件发热，导致内部温度升高，空气受热后膨胀并通过防水透气装置排出；聚光光伏组件停止工作后，内部温度降低，气压减小，外部空气通过防水透气装置进入内部。防水透气装置工作过程中只允许分子直径小于水分子的气体出入该装置，从而可以避免水汽进入内部后对元器件的腐蚀作用。

本发明中，壳体一体成型，坚固耐用，线缆由印刷电路板的线路层代替，不需要使用遮光板，每个太阳电池的光路高度降低，使整体高度降低，在生产时采用了电子行业的锡膏印刷及回流焊等技术，使生产工艺标准化，提高生产效率，组装后的结构中节省了大量的现有部件，使整体的重量和体积大幅下降，整体的生产、包装、运输等综合成本降低30％。

Claims (1)

1.一种超薄型III-V族太阳电池聚光光伏组件，包括壳体、上盖、太阳电池和聚光装置，上盖安装在壳体上端开口处，其特征在于：在壳体内安装一基板，该基板上均布安装多个太阳电池，每个太阳电池通过所述基板底面制出的线路层相互连接，每个太阳电池上方均安装一聚光装置，在上盖上设置与该多个聚光装置相对位的透镜组；

所述壳体一体冲压制成，四周侧的侧壁由下至上逐渐向内倾斜且与底板一体连接，在四周侧的侧壁上端部一体制出向外侧延伸的安装边，该安装边上端面与上盖边缘之间嵌装一硅胶缓冲条，该硅胶缓冲条外侧的上盖和安装边之间填充密封胶；

所述基板为印刷电路板，其底面印制线路层，该线路层中制出多个断路点，每个断路点均并联一个旁路二极管，每个断路点两侧的线路层上均制出焊盘，该两个焊盘分别连接一陶瓷底座上端面所装的正极和负极，该陶瓷底座底面安装用于接触壳体底板的散热铜层，所述正极和负极分别连接太阳电池，该太阳电池上方的基板内嵌装聚光装置；

所述聚光装置包括基座和球形透镜，基座为一由上至下中空的圆柱体，其下端嵌装在每个太阳电池上方的基板内，其上端面安装球形透镜，球形透镜的直径为太阳电池边长的3～10倍，外形为圆球形；

所述基座外缘两侧分别制出两个竖棱，该两个竖棱嵌装在基板内，一个竖棱的长度比另一个竖棱的长度大；

所述线路层的两端分别连接一极板，该极板自壳体底板所制通孔伸出并延伸至壳体底面所装的接线盒内，该接线盒上制出用于连接所述极板线缆通过的过线孔和防水透气装置；

所述太阳电池的表面积大于1毫米且小于10毫米，形状为正方形或近似正方形，其长边和短边的比值不超过1.1；

所述线路层上的太阳电池构成串联回路或并联回路；

上盖表面使用玻璃材料，底面为硅胶材料制成的多个透镜，整体呈矩阵形状配列，数量与太阳电池数量相同；

透镜的面积为相对位的太阳电池表面积乘以500～1200倍，透镜的焦距一般为透镜对角线尺寸的0.8～1.5倍；

所述组件的制备方法是：

⑴壳体：利用冲压、冲孔、修边等模具，采用冷冲压工艺，对金属板材进行加工，最终成为一个壳体；

⑵太阳电池和陶瓷底座封装：将Ⅲ—Ⅴ族太阳电池焊接到经金属化表面的陶瓷底座，从太阳能电池上表面的两侧电极上把电池的正电极引到陶瓷底座表面上，此时陶瓷底座上表面由沟槽分开的两部分一为正极，一为负极；

⑶基座封装：将基座用高透过率胶水，利用夹具粘接到陶瓷底座表面；基座的空心圆柱中心法线应与太阳电池几何中心的法线重合；

⑷在印刷电路板上设计好串并联线路，包括旁路二极管的位置，在每一个需要放置陶瓷底座和旁路二极管处预留出可以用来连接的焊盘；

⑸在焊盘处进行锡膏印刷，将陶瓷底座、旁路二极管粘接到相应焊盘的锡膏上；

⑹将贴装好的印刷电路板进行整体焊接，焊接后进行超声波清洗，以清理焊接时附着在元器件和电路板表面的助焊剂；

⑺将球形透镜用高透过率胶水粘接到对应的基座上，此时印刷电路板成为一个带有太阳电池、陶瓷底座和球形透镜的整体；

⑻在壳体的底板上按照一定形状印刷导热胶水，将印刷电路板整体通过夹具粘接到对应的导热胶水上，使每个陶瓷底座均能接触到导热胶水，若导热胶水需要在一定温度下固化，则需要一个加热箱，将粘接后的壳体和印刷电路板整体进行加热；

⑼将印刷线路板电路引出端的两端用极板连接到壳体上的接线盒内，接线盒采用粘接方式固定到壳体底面，在接线盒上安装具有防水透气功能的装置；

⑽将上盖安装到壳体上端开口处，使每个球形透镜都处于经对应透镜所形成的光学途径中，并可以把光完全聚焦在Ⅲ—Ⅴ族太阳电池表面；用密封胶将其固定，聚光光伏组件装配完成。