CN104934493B - 一种可利用环境光的光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可利用环境光的光伏组件。该光伏组件包括边框和封装固定在所述边框内的平板发电结构，所述平板发电结构从上至下依次为上盖板、胶膜、电池片串组、胶膜和透明背板，所述光伏组件还包括设在透明背板下方的聚光透镜，在上盖板的内表面设漫反射结构。该光伏组件以较低的生产成本制作出可利用环境光的光伏组件，得到了较高光电转换效率的太阳能电池组件结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种可利用环境光的光伏组件，属于太阳能发电领域。
背景技术
随着太阳能利用兴起，太阳能光伏发电也越来越普及，世界能源构成中太阳能发电的比例也越来越重。人们在提高太阳能光伏发电效率，同时也越来越注重降低光伏发电生产成本。
一般的光伏组件作为太阳能光伏发电的主要部件，只能利用照射到在光伏组件正面的阳光。有人意识到将光伏组件环境光利用起来，可有效提高组件的阳光利用率从而提高组件发电效率。专利文件201320565588.6和201220420387.2提出了使用双面太阳电池或双层太阳电池的双面发电光伏组件解决方法，可以提升光伏组件最多约20%的发电量。
但目前的双面太阳电池或双层太阳电池的双面发电光伏组件，尽管可以提高组件的发电量，但需要使用价格高昂的双面电池或使用比常规光伏组件多一倍的太阳电池，故成本较常规组件会高很多。
发明内容
本发明解决的技术问题是，提高光伏组件发电效率的同时不必增加过多的生产成本。
本发明的技术方案是，提供一种可利用环境光的光伏组件，包括边框和封装固定在所述边框内的平板发电结构，所述平板发电结构从上至下依次为上盖板、胶膜、电池片串组、胶膜和透明背板，所述光伏组件还包括设在透明背板下方的聚光透镜，在上盖板的内表面设漫反射结构。
进一步地，所述光伏组件还包括设在透明背板下方透明的集光面板，聚光透镜设在集光面板的内表面。
进一步地，所述聚光透镜为线性菲涅尔透镜。
进一步地，所述漫反射结构设在所述线性菲涅尔透镜的焦距处。
进一步地，所述漫反射结构的数量为N1，宽度为W1；电池片串组中的电池片串的数量为N2，电池片串之间的间隙宽度为W2；线性菲涅尔透镜聚焦环境光形成的聚光束数量为N3，聚光束照射在漫反射结构上的宽度为W3；其中，N1=N3=N2+1；W1=W3；0.8W1≤W2≤1.2W1。
进一步地，所述漫反射结构为微发泡漫反射薄膜，所述微发泡漫反射薄膜中的气泡直径为5～25μm。
进一步地，所述漫反射结构设在电池片串组的电池片串之间的间隙处。
进一步地，所述边框设固定平板发电结构的第一C形槽和固定集光面板的第二C形槽，第一C形槽和第二C形槽之间设间距控制槽。
本发明针对现有的高成本的双面发电光伏组件方案，发明一种低成本的环境光利高效组件。本发明利用光学原理，提高光伏组件的环境光利用率从而提高光伏组件的发电效率，同时因为没有使用高成本的双面电池或使用双倍的太阳电池，组件的生产成本将得到有效的控制，是一种低成本的环境光利用高效光伏组件。
本发明将光伏组件背面的环境光收集并传导到光伏组件的正面，使得太阳电池可以同时吸收组件背面的环境光和直接照射在电池正面的阳光并转换成电能，提高了组件的发电效率。太阳电池通过互联条串联和汇流条的汇流，形成了一个电池片间有一定尺寸间隔的电池片串组，将上盖板、胶膜、电池片串组、胶膜、透明背板按依次层叠送入设备经升温层压组成一个平板发电结构。将平板发电结构安放在边框一端的第一C形槽中并用硅胶固定，再将一层的集光面板（集光面板上的设聚光透镜朝内）固定于边框的另一端的第二C形槽内，同样使用硅胶固定。
工作时，组件背面的环境光因地面、屋顶或积雪反射等原因照射到组件的集光面板上，被集光面板的光学结构汇集形成多条带状的光线，光线通过透明背板、胶膜和电池片间隙照射到设在上盖板内表面的漫反射反光结构上，再散射到电池组串正面。电池片串组同时将直接照射到电池片正面的阳光和间接照射到电池片正面的环境光转换成电能。
聚光透镜特别是线性菲涅尔透镜将光线可以汇聚成一条焦线，本发明中的漫反射结构可以设在聚光透镜的焦线上，更好的是设在焦距内外靠近焦线处，也就是说汇聚的光线照射在漫反射结构上不是一条很细的光线，而是有一点宽度的光面，此光面的宽度W3最好与漫反射结构的宽度W1相等，此时反射效果最好，可以最大限度地利用光。
聚光透镜特别是线性菲涅尔透镜汇集的环境光形成的一定宽度的光面照射到漫反射结构之前需要通过电池片串组的间隙。电池片串间隙宽度W2过窄，被电池片遮挡的汇集后的环境光过多，环境光利用程度下降；电池片串间隙宽度W2过大时，电池片离漫反射结构距离过大，汇集的环境光漫反射到电池片正面的总量下降，利用程度下降。当电池片串之间的间隙宽度W2与漫反射结构宽度W1满足0.8W1≤W2≤1.2W1，可最大限度利用汇集的环境光。
电池片串数量为N2时，形成可通过光线电池片串间隙数量为N2+1，可以设置数量为N2+1的漫反射结构安装在上盖板上，每个聚光透镜形成一条汇集的环境光面。因此当漫反射结构的数量为N1、电池片串的数量为N2、线性菲涅尔透镜聚焦环境光形成的聚光束数量为N3满足N1=N3=N2+1关系时，可最大限度利用组件背面照射到的环境光。
平板发电结构和集光面板是相互影响且独立的两个功能结构。平板发电结构为多层的平板”三明治结构”，可以采用现有的光伏组件技术、工艺和设备进行生产且不会增加成本。集光面板采用高分子注塑或玻璃压延技术，可独立完成结构制作。为避免组装时集光面板对平板发电结构造成二次破坏，需要保持集光面板和平板发电结构一定的距离。且当电池片串间距W2和漫反射结构宽度W1改变时，通过调节边框上间距控制槽高度，即可在一定范围内调节平板发电结构和集光面板间间距，可以保证漫反射结构宽度W1和聚光透镜汇集的光面的宽度W3仍保持相等，保证光最大限度地利用。
本发明使用最佳倾角固定方式安装时，因不同地理环境，本发明较普通光伏组件获得提高的光电转换效率也不同。阳光在粗糙的陆地表面平均反射率在为10%～35%，在积雪表面反射率70%～95%，在波浪起伏的水面平均反射率为7%～10%。在不同环境下，本发明集光面板的光学结构可收集到的环境光总量随环境反射率而变化，通过电池片串组转换后，本发明总发电量可以提高2%～16%。
本发明的有益效果是，以较低的生产成本制作出可利用环境光的光伏组件，得到了较高光电转换效率的太阳能电池组件结构。
附图说明
图1表示本发明的原理示意图。
图2表示本发明的上盖板和漫反射结构示意图。
图3表示本发明的漫反射结构原理示意图。
图4是本发明的集光面板和聚光透镜。
图5是本发明的聚光透镜的俯视图。
图6是本发明的聚光透镜的聚光原理图。
图7是本发明提供的光伏组件的剖视图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明提供可利用环境光的光伏组件的工作原理图，如图1所示，直射到本发明正面的阳光经过上盖板1、胶膜2，直接照射到电池片串组3正面并被转换成电能；而由周围环境反射到本发明背面的环境光，经过集光面板5的光线聚光透镜8汇集成一定数量的聚光束，聚光束通过透明的背板4和胶膜2，从电池片串组3中电池片串之间的间隙照射到上盖板1的漫反射结构7上并由漫反射结构7反射到电池片串组3的正面，从而被电池利用转换成电能。
本发明充分利用的光伏组件的直射光和周围环境反射的环境光，且本发明没有使用价格高昂的双面电池或使用两倍数量的太阳电池片，故本发明是一种低成本的环境光利用高效光伏组件。
实施例2
本实施例提供光伏组件中的上盖板及设在上盖板内表面的漫反射结构，具体结构如图2所示，在透明的上盖板1的内表面，贴有一定数量一定宽度的漫反射结构7的薄膜，薄膜为微发泡结构的高分子聚合物。
如图3所示，薄膜正面为反射面，由微发泡结构造成的凹凸不平的结构，具有漫反射功能，微发泡结构中的气泡10直径在5～25μm，背面是粘接材料20。
薄膜因微小的气泡10产生了凹凸不平的表面，光线照射到薄膜表面，因薄膜表面不平整，照射到薄膜表面的光线的入射角度个不一样，根据光线的反射原理，入射角等于反射角，反射光线向各个方向照射。
实施例3
本实施例提供光伏组件的集光面板的结构，如剖视图和主视图分别如图4和图5所示，集光面板为平板结构，外表面为平整的平面，内表面为由不同高度弧面组成，典型的结构即为线性菲涅尔透镜，其光线汇聚原理如图6所示，当与内表面聚光透镜8等宽度的环境光从集光面板5外表面透射到内表面时，因为不同弧面对光线的折射角度不同，环境光被汇集成聚光束，照射到漫反射结构7上。
实施例4
本实施例提供一种光伏组件的剖视图，如图7所示。该光伏组件是将上盖板1、胶膜2、电池片串组3、胶膜2、透明背板4依次层叠送入设备经升温层压形成一个平板发电结构。所述平板发电结构安放在边框6的一端的第一C形槽中11并用硅胶固定，再将一层集光面板5的聚光透镜8朝内固定于边框6的另一端的第二C形槽12内，同样使用硅胶固定。第一C形槽11和第二C形槽12之间设间距控制槽13。
Claims (8)
1.一种可利用环境光的光伏组件，包括边框（6）和封装固定在所述边框（6）内的平板发电结构，所述平板发电结构从上至下依次为上盖板（1）、胶膜（2）、电池片串组（3）、胶膜（2）和透明背板（4），其特征在于，所述光伏组件还包括设在透明背板（4）下方的聚光透镜（8），在上盖板（1）的内表面设漫反射结构（7）。
2.如权利要求1所述的光伏组件，其特征在于，所述光伏组件还包括设在透明背板（4）下方透明的集光面板（5），聚光透镜（8）设在集光面板（5）的内表面。
3.如权利要求1所述的光伏组件，其特征在于，所述聚光透镜（8）为线性菲涅尔透镜。
4.如权利要求3所述的光伏组件，其特征在于，所述漫反射结构（7）设在线性菲涅尔透镜的焦距处。
5.如权利要求3所述的光伏组件，其特征在于，所述漫反射结构（7）的数量为N1，宽度为W1；电池片串组（3）中的电池片串的数量为N2，电池片串之间的间隙宽度为W2；线性菲涅尔透镜聚焦环境光形成的聚光束数量为N3，聚光束照射在漫反射结构（7）上的宽度为W3；其中，N1=N3=N2+1；W1=W3；0.8W1≤W2≤1.2W1。
6.如权利要求1所述的光伏组件，其特征在于，所述漫反射结构（7）为微发泡漫反射薄膜，所述微发泡漫反射薄膜中的气泡（10）直径为5～25μm。
7.如权利要求1所述的光伏组件，其特征在于，所述漫反射结构（7）设在电池片串组（3）的电池片串之间的间隙处。
8.如权利要求1所述的光伏组件，其特征在于，所述边框（6）设固定平板发电结构的第一C形槽（11）和固定集光面板（5）的第二C形槽（12），第一C形槽（11）和第二C形槽（12）之间设间距控制槽（13）。
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