CN106921341A - 一种水上双面太阳能电池发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水上双面太阳能发电系统，包括双面太阳能电池组件阵列、支架系统、聚光元件和浮动支承物，所述浮动支承物能够使双面太阳能电池组件阵列、支架系统和聚光元件漂浮在水面上；所述支架系统设于浮动支承物上，所述双面太阳能电池组件阵列支承于所述支架系统上；所述聚光元件设于双面太阳能电池组件阵列下方。采用本发明，能够在水面上实现太阳能发电，而且双面太阳能电池组件阵列的正、背面均可以吸收太阳光；其正面通过太阳直射发电，背面通过水面对太阳光的反射，增加双面太阳能电池组件阵列背面吸收的太阳光，提升双面太阳能电池发电系统的整体发电量。

Description

一种水上双面太阳能电池发电系统
技术领域
本发明涉及太阳能电池组件系统技术领域，尤其涉及一种水上双面太阳能电池发电系统。
背景技术
在传统能源紧张、环境压力日增的今天，光伏太阳能发电以其自身无污染、可再生的特点，受到了人们的青睐，是发展前景广阔的一种可再生能源。普通的光伏发电系统由太阳能电池组件、太阳能控制器、蓄电池等组成。
太阳能电池组件是太阳能发电系统中的核心部分，其作用是将太阳能转化为电能，然后将电送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。
太阳能电池是一种有效地吸收太阳辐射能，利用光生伏打效应把光能转换成电能的器件，当太阳光照在半导体P-N结(P-N Junction)上，形成新的空穴-电子对(V-E pair)，在P-N结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成电流。
随着太阳能电池技术的发展，双面太阳能电池由于光电转换效率高越来越受到业界的重视，并有望进入到大规模的工业化生产。因此，有必要对常规的单面太阳能电池发电系统加以改造，充分发挥双面太阳能电池发电系统的优势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种水上双面太阳能发电系统，能够在水面上实现太阳能发电，而且双面太阳能电池组件阵列的正、背面均可以吸收太阳光；其正面通过太阳直射发电，背面通过水面对太阳光的反射，增加双面太阳能电池组件阵列背面吸收的太阳光，提升双面太阳能电池发电系统的整体发电量。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种水上双面太阳能发电系统，包括双面太阳能电池组件阵列、支架系统、聚光元件和浮动支承物，所述浮动支承物能够使双面太阳能电池组件阵列、支架系统和聚光元件漂浮在水面上；所述支架系统设于浮动支承物上，所述双面太阳能电池组件阵列支承于所述支架系统上；所述聚光元件设于双面太阳能电池组件阵列下方，其用于将水面反射的太阳光通过折射和/或反射汇聚到所述双面太阳能电池组件阵列的背面。
作为上述方案改进，所述聚光元件为设于双面太阳能电池组件阵列正下方不同高度上的反光镜，其用于将水面反射到所述反射镜上的阳光通过再次反射汇聚到所述双面太阳能电池组件阵列的背面。
作为上述方案改进，所述聚光元件为为设于双面太阳能电池组件阵列正下方不同高度上的全反射镜，其用于将水面反射的阳光根据入射角度通过反射或折射汇聚到所述双面太阳能电池组件阵列的背面。
作为上述方案改进，所述支架系统包括支架和角度调节机构，所述角度调节机构能够驱动双面太阳能电池组件阵列翻转，使双面太阳能电池组件阵列的正面获得最大太阳光直射。
作为上述方案改进，所述浮动支承物为船或人造浮动平台。
作为上述方案改进，所述双面太阳能电池组件阵列为P型双面太阳能电池组件阵列或N型双面太阳能电池组件阵列。
作为上述方案的改进，所述太阳能电池组件阵列为P型双面太阳能电池组件阵列，其包括阵列设置的P型双面太阳能电池，所述P型双面太阳能电池包括背银主栅、铝栅线、背面氮化硅膜、背面氧化铝膜、P型硅、N型发射极、正面氮化硅膜和正银电极；所述背面氮化硅膜、背面氧化铝膜、P型硅、N型发射极、正面氮化硅膜和正银电极从下至上依次层叠连接；
所述背面氮化硅膜和背面氧化铝膜经过激光开槽后形成30-500个平行设置的激光开槽区，每个激光开槽区内设置至少1组激光开槽单元，所述铝栅线通过激光开槽区与P型硅相连；所述铝栅线与背银主栅垂直连接。
作为上述方案的改进，当每个激光开槽区内设置2组或2组以上激光开槽单元时，各组激光开槽单元平行设置，相邻两组激光开槽单元之间的间距为5-480μm。
作为上述方案的改进，每组激光开槽单元包括至少1个激光开槽单元，激光开槽单元的图案为圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、十字形或星形。
作为上述方案的改进，每组激光开槽单元包括一个图案为条状长方形的激光开槽单元；同组激光开槽单元沿铝栅线延伸方向间隔式排布，相邻两个激光开槽单元的间隔距离为0.01-50mm；所述背银主栅为连续直栅；或所述背银主栅呈间隔分段设置；或所述背银主栅呈间隔分段设置，各相邻分段间通过连通区域连接。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明包括双面太阳能电池组件阵列、支架系统、聚光元件和浮动支承物，能够在水面上实现太阳能发电，而且双面太阳能电池组件阵列的正、背面均可以吸收太阳光；其正面通过太阳直射发电，背面通过水面对太阳光的反射，增加双面太阳能电池组件阵列背面吸收的太阳光，提升双面太阳能电池发电系统的整体发电量。
附图说明
图1是本发明一种水上双面太阳能发电系统的第一实施例结构示意图；
图2是本发明一种水上双面太阳能发电系统的第二实施例结构示意图；
图3是本发明的P型双面太阳能电池的结构示意图；
图4是本发明的P型双面太阳能电池的又一结构示意图；
图5是本发明的P型双面太阳能电池的另一结构示意图；
图6是本发明的P型双面太阳能电池的另一结构示意图；
图7是本发明的P型双面太阳能电池的激光开槽区第一实施例结构示意图；
图8是本发明的P型双面太阳能电池的激光开槽区第二实施例结构示意图；
图9是本发明的P型双面太阳能电池的激光开槽区第三实施例结构示意图；
图10是本发明的P型双面太阳能电池的激光开槽区第四实施例结构示意图；
图11是本发明的P型双面太阳能电池的激光开槽区第五实施例结构示意图；
图12是本发明的P型双面太阳能电池的激光开槽区第六实施例结构示意图；
图13是本发明的P型双面太阳能电池的激光开槽区第七实施例结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
如图1所示，本发明实施例提供了一种水上双面太阳能发电系统，包括双面太阳能电池组件阵列10、支架系统12、聚光元件13和浮动支承物11，所述浮动支承物11能够使双面太阳能电池组件阵列10、支架系统12和聚光元件13漂浮在水面上；所述支架系统12设于浮动支承物11上，所述双面太阳能电池组件阵列10支承于所述支架系统12上；所述聚光元件13设于双面太阳能电池组件阵列10下方，其用于将水面反射的太阳光通过折射和/或反射汇聚到所述双面太阳能电池组件阵列10的背面。
本发明包括双面太阳能电池组件阵列10、支架系统12、聚光元件13和浮动支承物11，能够在水面上实现太阳能发电，而且双面太阳能电池组件阵列10的正、背面均可以吸收太阳光；其正面通过太阳直射发电，背面通过水面对太阳光的反射，增加组件阵列背面吸收的太阳光，提升双面太阳能电池发电系统的整体发电量。
根据本发明的第一实施例，所述聚光元件13为设于双面太阳能电池组件阵列10正下方不同高度上的反光镜，其用于将水面反射到所述反射镜上的阳光通过再次反射汇聚到所述双面太阳能电池组件阵列10的背面。
在水面，尤其是海面上，太阳光会被海面的波浪向不同方向反射，形成不断变化的光斑。上述光斑会随着波浪不断变化照射角度，其光路相互交错，区别于太阳直射时的近似平行光。另一方面，水上的双面太阳能电池组件正面的发电量与其受到太阳光照射的面积直接相关，由于成本和安全原因，水上的双面太阳能电池组件面积阵列受限于浮动支承物11的面积，因此使双面太阳能电池组件背面获得更多阳光照射，是水上双面太阳能发电系统相同规格下增大发电量切实可行的方法。
本实施例中，海面反射的阳光光通过设于双面太阳能电池组件阵列10正下方不同高度上的反光镜反射到所述双面太阳能电池组件阵列10的背面，经过多个反光镜的重叠，巧妙地利用了海水对阳光随机反射的特性，起到类似于远大于双面太阳能电池组件阵列10的面积的凹面镜的聚光效果，使双面太阳能电池组件背面获得更多阳光照射，从而提高整体发电量。
如图2所示，根据本发明的第二实施例，所述聚光元件13为为设于双面太阳能电池组件阵列10正下方不同高度上的全反射镜，其用于将水面反射的阳光根据入射角度通过反射或折射汇聚到所述双面太阳能电池组件阵列10的背面。
本实施例中全反射镜的入射面131与海面夹角在60°-120度之间，出射面132正对双面太阳能电池组件阵列10，与海面夹角小于45度的太阳光线从入射面131进入全反射镜，经过斜面133的反射从出射面132照射到双面太阳能电池组件阵列10的背面；与海面夹角大于45度的太阳光线从全反射镜的斜面133直接进入，经过斜面133的折射从出射面132射出，照射到双面太阳能电池组件阵列10的背面。起到类似于远大于双面太阳能电池组件阵列10的面积的凹面镜的聚光效果，使双面太阳能电池组件背面获得更多阳光照射，从而提高整体发电量。
另一方面，上述两种实施例的聚光元件13均能够通过将不同方位的阳光汇聚到双面太阳能电池组件阵列10的背面，使本来亮度不断变化的海水反射光线变得稳定，从而获得稳定的电流输出。
优选地，所述支架系统12包括支架121和角度调节机构122，所述角度调节机构122能够驱动双面太阳能电池组件阵列10翻转，使双面太阳能电池组件阵列10的正面获得最大太阳光直射。所述角度调节机构122可以通过实时检测太阳照射角度，从而调节双面太阳能电池组件阵列10的角度；也可以根据太阳运行规律，主动调节双面太阳能电池组件阵列10的角度。所述浮动支承物11为船或人造浮动平台。当然，聚光元件13也可以应用支架系统12，将阳光针对性地反射和/或折射到双面太阳能电池组件阵列10的背面。
本发明公开的双面太阳能电池组件阵列10，所述双面太阳能电池组件阵列10为P型双面太阳能电池组件阵列10或N型双面太阳能电池组件阵列10。更优地，所述太阳能电池组件阵列为P型双面太阳能电池组件阵列10，其包括阵列设置的P型双面太阳能电池。
相应地，如图3所示，本发明公开了一种P型双面太阳能电池，包括背银主栅1、铝栅线2、背面氮化硅膜3、背面氧化铝膜4、P型硅5、N型发射极6、正面氮化硅膜7和正银电极8；所述背面氮化硅膜3、背面氧化铝膜4、P型硅5、N型发射极6、正面氮化硅膜7和正银电极8从下至上依次层叠连接；
所述背面氮化硅膜3和背面氧化铝膜4经过激光开槽后形成30-500组平行设置的激光开槽区，每个激光开槽区内设置至少1组激光开槽单元9，所述铝栅线2通过激光开槽区与P型硅5相连；所述铝栅线2与背银主栅1垂直连接。
本发明对现有的单面太阳能电池进行改进，不再设有全铝背电场，而是将其变成许多的铝栅线2，采用激光开槽技术在背面氮化硅膜3和背面氧化铝膜4上开设激光开槽区，而铝栅线2印刷在这些平行设置的激光开槽区上，从而能与P型硅5形成局部接触，密集平行排布的铝栅线2不仅能起到提高开路电压Voc和短路电流Jsc，降低少数载流子复合率，提高电池光电转换效率的作用，可替代现有单面电池结构的全铝背电场，而且铝栅线2并未全面遮盖硅片的背面，太阳光可从铝栅线2之间投射至硅片内，从而实现硅片背面吸收光能，大幅提高电池的光电转换效率。
优选地，所述铝栅线2的根数与激光开槽区的个数对应，皆为30-500条，更佳地，所述铝栅线2的根数为80-220条。所述铝栅线2可以是直线，也可以是曲线形、弧形、波浪形、折线形等，激光开槽区形状与铝栅线2对应，其实施方式并不局限于本发明所举实施例。
如图4所示为硅片背面，铝栅线2与背银主栅1呈垂直连接，其中背银主栅1为连续直栅，由于背面氮化硅膜3和背面氧化铝膜4设有激光开槽区，印刷铝浆形成铝栅线2时，铝浆填充至激光开槽区，使得铝栅线2与P型硅5形成局部接触，可将电子传输至铝栅线2，与铝栅线2相交的背银主栅1则汇集铝栅线2上的电子，由此可知，本发明所述铝栅线2起到提高开路电压Voc和短路电流Jsc，降低少数载流子复合率，以及传输电子的作用，可替代现有单面太阳能电池中全铝背电场，不仅减少银浆和铝浆的用量，降低生产成本，而且实现双面吸收光能，显著扩大太阳能电池的应用范围和提高光电转换效率。
本发明所述背银主栅1除了如图4所示为连续直栅的设置外，还可以呈间隔分段设置，如图5所示。也可以呈间隔分段设置，且各相邻分段间通过连通区域连接，如图6所示。连通区域可以是三角形、四边形、五边形、圆形、弧形或以上几种图形的组合，连通区域至少1个，连通区域的宽度为0.01-4.5mm。
需要说明的是，当每个激光开槽区内设置2组或2组以上激光开槽单元9时，各组激光开槽单元9平行设置，相邻两组激光开槽单元9之间的间距为5-480μm。
每组激光开槽单元9包括至少1个激光开槽单元9，激光开槽单元9的图案为圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、十字形或星形。
下面通过具体实例进一步说明：
1.每个激光开槽区的激光开槽单元9的图案相同的情况：
1.1同组激光开槽单元9图案相同
1.1.1如图7，每个激光开槽区设有1组激光开槽单元9，激光开槽单元9为连续的条状长方形，激光开槽单元9的长度与铝栅线长度相同；或激光开槽单元9的长度比铝栅线长度短0.01-5mm；或激光开槽单元9的长度比铝栅线长度长0.01-5mm。
1.1.2如图8，每个激光开槽区设有2组或2组以上激光开槽单元9（图中示例为3组），各组激光开槽单元平行设置，相邻两组激光开槽单元之间的间距为5-480μm。激光开槽单元9为连续的条状长方形，激光开槽单元9的长度与铝栅线长度相同；或激光开槽单元9的长度比铝栅线长度短0.01-5mm；或激光开槽单元9的长度比铝栅线长度长0.01-5mm。
1.1.3如图9，每个激光开槽区设有1组激光开槽单元9，激光开槽单元9沿铝栅线延伸方向间隔式排列，同组激光开槽单元9图案可为圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、十字形或星形，图中示例为长方形。
1.1.4如图10，每个激光开槽区设有2组或2组以上激光开槽单元9（图中示例为3组），各组激光开槽单元平行设置，相邻两组激光开槽单元之间的间距为5-480μm。激光开槽单元9按间隔式排列，激光开槽单元9图案可为圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、十字形或星形，图中示例为长方形。
1.2同组激光开槽单元9图案不相同
1.2.1如图11，每个激光开槽区设有1组激光开槽单元9，激光开槽单元9按间隔式排列，激光开槽单元9图案可为圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、十字形或星形，激光开槽单元9图案不完全相同。
1.2.2如图12，每个激光开槽区设有2组或2组以上激光开槽单元9，激光开槽单元9沿铝栅线延伸方向间隔式排列，激光开槽单元9图案可为连续长线段、圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、十字形或星形，不同组激光开槽单元9中的激光开槽单元9排列部分不同或全部不同，图中示例为不同组激光开槽单元9全部不同的情况。
2.不同激光开槽区的激光开槽单元9的图案不完全相同的情况：
上述图7-图12中取单个激光开槽区进行组合，如图13，或者除激光开槽单元9为连续的长线段情况外，1.1.1-1.1.4以及1.2.1-1.2.2情况中以其中一种情况对不同激光开槽区进行不同的排列。
需要说明的是，上面不同情况下激光开槽区之间的间隔距离可以相同，也可不同。同组激光开槽单元9的相邻两个激光开槽单元9的间隔距离为0.01-50mm，同组激光开槽单元9之间的间隔距离可以相同，也可不同。
本发明所述激光开槽区的宽度为10-500μm；位于激光开槽区下方的铝栅线2的宽度大于激光开槽区的宽度，铝栅线2的宽度为30-550μm。在上述铝栅线2宽度选择较大数值如500μm，而激光开槽区宽度选择较小数值如40μm，可将多组激光开槽区并排设在同一铝栅线2之上，保证铝栅线2与P型硅5有足够的接触面积。
综上，本发明所述P型双面太阳能电池改变设有多条平行设置的铝栅线2，不仅替代现有单面太阳能电池中全铝背电场实现背面吸光，还用于背银电极中的副栅结构用作传导电子。制作本发明所述P型双面太阳能电池，可节省银浆和铝浆的用量，降低生产成本，而且实现双面吸收光能，显著扩大太阳能电池的应用范围和提高光电转换效率。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种水上双面太阳能发电系统， 其特征在于，包括双面太阳能电池组件阵列、支架系统、聚光元件和浮动支承物，所述浮动支承物能够使双面太阳能电池组件阵列、支架系统和聚光元件漂浮在水面上；所述支架系统设于浮动支承物上，所述双面太阳能电池组件阵列支承于所述支架系统上；所述聚光元件设于双面太阳能电池组件阵列下方，其用于将水面反射的太阳光通过折射和/或反射汇聚到所述双面太阳能电池组件阵列的背面。
2.如权利要求1所述的水上双面太阳能发电系统，其特征在于，所述聚光元件为设于双面太阳能电池组件阵列正下方不同高度上的反光镜，其用于将水面反射到所述反射镜上的阳光通过再次反射汇聚到所述双面太阳能电池组件阵列的背面。
3.如权利要求1所述的水上双面太阳能发电系统，其特征在于，所述聚光元件为为设于双面太阳能电池组件阵列正下方不同高度上的全反射镜，其用于将水面反射的阳光根据入射角度通过反射或折射汇聚到所述双面太阳能电池组件阵列的背面。
4.如权利要求1所述的水上双面太阳能发电系统，其特征在于，所述支架系统包括支架和角度调节机构，所述角度调节机构能够驱动双面太阳能电池组件阵列翻转，使双面太阳能电池组件阵列的正面获得最大太阳光直射。
5.如权利要求1所述的水上双面太阳能发电系统，其特征在于，所述浮动支承物为船或人造浮动平台。
6.如权利要求1所述的水上双面太阳能发电系统，其特征在于，所述双面太阳能电池组件阵列为P型双面太阳能电池组件阵列或N型双面太阳能电池组件阵列。
7.如权利要求1所述的水上双面太阳能发电系统，其特征在于，所述太阳能电池组件阵列为P型双面太阳能电池组件阵列，其包括阵列设置的P型双面太阳能电池，所述P型双面太阳能电池包括背银主栅、铝栅线、背面氮化硅膜、背面氧化铝膜、P型硅、N型发射极、正面氮化硅膜和正银电极；所述背面氮化硅膜、背面氧化铝膜、P型硅、N型发射极、正面氮化硅膜和正银电极从下至上依次层叠连接；
所述背面氮化硅膜和背面氧化铝膜经过激光开槽后形成30-500个平行设置的激光开槽区，每个激光开槽区内设置至少1组激光开槽单元，所述铝栅线通过激光开槽区与P型硅相连；所述铝栅线与背银主栅垂直连接。
8.如权利要求7所述的水上双面太阳能发电系统，其特征在于，当每个激光开槽区内设置2组或2组以上激光开槽单元时，各组激光开槽单元平行设置，相邻两组激光开槽单元之间的间距为5-480μm。
9.如权利要求8所述的水上双面太阳能发电系统，其特征在于，每组激光开槽单元包括至少1个激光开槽单元，激光开槽单元的图案为圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、十字形或星形。
10.如权利要求9所述的水上双面太阳能发电系统，其特征在于，每组激光开槽单元包括一个图案为条状长方形的激光开槽单元；同组激光开槽单元沿铝栅线延伸方向间隔式排布，相邻两个激光开槽单元的间隔距离为0.01-50mm；所述背银主栅为连续直栅；或所述背银主栅呈间隔分段设置；或所述背银主栅呈间隔分段设置，各相邻分段间通过连通区域连接。
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