CN107408590A - 用于采集来自光源的直射光和漫射光的设备 - Google Patents

用于采集来自光源的直射光和漫射光的设备 Download PDF

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Abstract

用于采集来自光源的光的设备，所述设备包括：第一光伏电池，所述第一光伏电池具有上表面、下表面以及位于所述第一光伏电池中的光学通道阵列。聚光元件阵列，所述聚光元件阵列在所述上表面上方，限定了受光区域，每个聚光元件与所述光学通道中的一个光学通道相关联，并且被构造/安排成用于将直射光聚集朝向所述光学通道。所聚集的直射光经由光学通道穿过所述第一光伏电池并且作为非平行光束离开。光学重定向元件阵列，所述光学重定向元件阵列在所述下表面下方，每个光学重定向元件与所述光学通道中的一个光学通道相关联；每个光学重定向元件接收来自与所述光学重定向元件相关联的光学通道的光束并且将所述光束光学重定向朝向第二光伏电池。漫射光穿过所述聚光元件阵列至第一光伏电池的上表面。第二光伏电池具有小于所述受光区域的有效区域。

Description

用于采集来自光源的直射光和漫射光的设备
交叉引用
本申请要求于2014年7月8日提交的题为“Device for Harvesting Direct Lightand Diffuse Light from a Light Source(用于采集来自光源的直射光和漫射光的设备)”的美国临时专利申请序列号62/022,078的权益和优先权，该美国临时专利申请的内容出于所有目的通过引用以其全文结合在此。
技术领域
本技术涉及用于采集来自光源的直射光和漫射光的设备。
背景技术
出于许多原因，用于利用可再生能源作为对通过燃烧碳氢化合物生成能量的替代方案的技术的发展一直在增长。已经受到一些关注的一种这样的可再生能源是太阳能。
用于采集太阳能的设备在本领域中已经已知有一段时间了。这类设备中最普遍的是相对较大的平板太阳能电池板组件。这种太阳能电池板通常包括一系列平坦“单结”晶体硅光伏电池，这些电池机械地且电性地连接在一起以形成较大的电池板组件。这个电池板组件然后被安装在支撑结构上。照射在电池板组件上的光进入光伏电池以由其进行采集。这种类型的太阳能电池板组件已被使用了一段时间并且今天仍在使用。
这种太阳能电池板组件由于其光伏电池在将太阳光转换成电能时的效率相对较低的事实并不适合用于许多情形中。因此，在一些情形中，将仅生成少量的可用电能，这将不足以满足特定预期应用的电力需求。在其他情形中，将需要较大数量的这种太阳能电池板组件来生成特定期望的电量，使得生成这种电力相比经由另一种发电方法更加昂贵。
为了尝试克服这种困难，研发了高效率光伏电池(“HE-PV电池”)(例如，三结电池)。如它们的名称所暗示的，这种HE-PV电池在将太阳光转换成电能时相比以上所提及的常规单结光伏电池实质上更高效。然而，相比常规单结光伏电池，HE-PV电池还制造起来明显更昂贵。如此以致为了使在需要考虑成本的太阳能发电应用(其是大多数应用)中使用这种HE-PV电池经济可行，仅可以使用非常小尺寸(相对以上所提及的较大平板太能电池板组件中发现的常规单结晶体硅光伏电池而言)的HE-PV电池。
这种情况已经使得人们对聚光光伏(CPV)系统产生了兴趣。CPV系统背后的理论是使用光学元件来将在相对较大面积上接收到的太阳光聚集到HE-PV电池的相对较小面积中。理论上，因为这种光学元件相对廉价，所以它们与相对较小尺寸的HE-PV电池的结合将使得通过这种系统生成的太阳能经济上可行。(例如，可能在具有给定面积的标准常规平板太阳能电池板组件与具有相同给定面积的受光区域的CPV系统的成本之间进行成本比较。)
CPV系统存在重要缺点。用于对照射到系统上的光进行聚集的光学元件针对任何入射光具有非常小的接受角。(通常，仅在该接受角内的光被系统接受以被聚集并最终采集，所有其他光通常不可被系统采集。)这意味着在大多数CPV系统中，通常仅直射法向光(在本领域中通常被称为直射法向辐照(DNI))被系统的光学元件接受并且被系统采集。由于太阳在一天当中在空中移动，所以将CPV系统固定地安装在支撑结构上不是经济可行的。通常，这种系统安装有双轴“跟踪器”，该双轴“跟踪器”是在一整天中对系统进行重定向以维持光入射到太阳法向方向上的光学元件以便使系统接收的DNI量最大化的机构。
然而，由跟踪器上的电池板在地球上的特定位置处从太阳接收到的总光量(本领域中已知为全局法向辐照(GNI))中并非所有都是DNI。地球大气中的颗粒和悬浮物将散射从太阳入射到农作物上的部分光束，该部分光束在本领域中被称为“漫射光”(即，在该特定情形中的非直射光)。DNI与GNI之比(即，太阳光在特定位置处是尚未被散射的直射法向太阳光的程度)根据地球上的位置并随时间变化。例如，该比值然后将受地球上接收太阳光的位置处的当前气象状况的影响。例如，在多伦多的阴天，该比值为零，因为所有光都是漫射太阳光。在多伦多晴朗阳光的冬天，所接收的太阳光中约85％是DNI(由于空气中相对缺乏水分和烟雾)；而在多伦多晴朗阳光的夏天，所接收的太阳光中约70％是DNI(由于空气中存在较多的水分和烟雾)。
如以上所讨论的，由于其光学元件的较小接受角，常规CPV系统通常不能够采集漫射光。漫射光仅对常规CPV系统而言被丢失了，这部分地偏移了关于在这种系统中采集直射太阳光的效率增益。这还意味着，即使具有跟踪器，仍有一部分GNI是系统不可达的。针对地球上任何特定位置，可以计算平均年DNI和DNI与GNI之比以便评估安装常规CPV系统的经济意义。
为了可能地改善常规CPV系统的经济意义，已经提出了部分漫射光也可以被系统接受并采集的系统。在这个方面，已经提出了作为非聚光光伏系统与聚光光伏系统的结合的各种“混合”系统。
在2010年5月27日所公开的题为“Photovoltaic Concentrator with AuxiliaryCells Collecting Diffuse Radiation(具有聚集漫辐射的辅助电池的光伏聚光器)”的美国专利申请公开号US 2010/0126556 A1中描述了一种这样的混合系统；该美国专利申请的摘要提供了：“高度聚集光伏聚光器可以利用更加昂贵的高效率电池，因为它们需要少得多的电池，但是大量的太阳能资源未被其收集。主电池位于所述聚光器的焦斑处。现在将低成本二次太阳能电池添加到所述聚光器中，包围所述主电池。漫射天光和误定向的法向光线照射所述二次电池，添加到输出。并且，发电站在多云天可能具有输出，不像常规聚光器。由于电池成本相对于其他成本下降，此系统变得经济上优于平板和聚光器系统两者。”
在2012年10月11日公开的题为“Solar Power Generator Module(太阳能发电机模块)”的美国专利申请公开号US 2012/0255594 A1中描述了另一种这样的混合系统；该美国专利申请的摘要提供了：“一种太阳能发电机模块包括第一类型的光伏电池和第二类型的光伏电池。所述第二类型的光伏电池不同于所述第一类型的光伏电池。所述模块进一步包括被适配成用于将光聚集到所述第一类型的光伏电池上并用于将漫射光传输到所述第二类型的光伏电池的光学设备。”
虽然混合系统(如在该‘556公开和该‘594公开中所描述的那些混合系统)可能是有用的，但是这类系统的改进仍然是可能的。
发明内容
本技术的目标在于提供一种相比现有技术的至少一部分改进了的用于采集直射光和漫射光两者的设备。
本技术的另一个目标在于提供一种用于采集太阳光的混合设备，该混合设备结合了用于采集直射太阳光的聚光光伏系统和用于采集漫射太阳光的非聚光光伏系统。
在其最简单的形式之一中，本技术提供了一种具有聚光方面和非聚光方面的太阳能电池板设备。(应理解的是，随后对这个极其简单的实施例的说明并不旨在定义本技术，而仅帮助理解本技术。复杂得多的实施例在本技术的范围内，并且在本段之后的段落中进行描述。)在这个简单的实施例中，非聚光方面使用类似于常规非聚光太阳能电池板但是在该电池板的非透明部件的一部分中具有一系列孔的太阳能电池板。该聚光方面使用此太阳能电池板作为支撑，使得一系列透镜定位在该电池板的顶部上并且一系列反光镜定位在该电池板的底部上。直射太阳光被这些透镜聚焦穿过这些孔到达这些反光镜，反光镜然后将光反射到高效太阳能电池以进行采集。因此，直射太阳光被该设备采集，如同该设备是单独的聚光光伏太阳能设备。漫射太阳光行进穿过聚光元件到达太阳能电池板以进行采集。因此，漫射光被该设备采集，如同该设备是单独的常规太阳能电池板。
现在转而考虑其他实施例，在更一般的方面，本技术的实施例提供了一种用于采集来自光源的直射光和漫射光的设备，所述设备包括：(I)第一光伏电池。所述第一光伏电池具有上表面、下表面以及位于所述第一光伏电池中与所述上表面和所述下表面光学连通的光学通道阵列。(II)聚光元件阵列，所述聚光元件阵列在所述第一光伏电池的所述上表面上方，限定了受光区域。所述聚光元件中的每个聚光元件与所述光学通道中的一个光学通道相关联。所述聚光元件中的每个聚光元件被构造并安排成用于将来自所述光源照射在那个聚光元件上的直射光聚集朝向所述光学通道中与那个聚光元件相关联的所述一个光学通道。所述聚集的直射光经由所述光学通道穿过所述第一光伏电池并且经由所述下表面作为非平行光束离开所述第一光伏电池。来自所述光源的漫射光穿过所述聚光元件阵列至所述第一光伏电池的所述上表面并进入所述第一光伏电池以由其进行采集。(III)光学重定向元件阵列，所述光学重定向元件阵列在所述第一光伏电池的所述下表面下方。所述重定向元件中的每个重定向元件与所述光学通道中的一个光学通道相关联。所述重定向元件中的每个重定向元件接收来自与那个重定向元件相关联的所述光学通道的光束并且将所述光束光学重定向朝向第二光伏电池以由其进行采集。所述第二光伏电池具有接收所述光束的有效区域。所述第二光伏电池的所述有效区域比由所述聚光元件阵列限定的所述受光区域小聚光因子倍。
所述第一光伏电池具有上表面、下表面以及位于所述第一光伏电池中与所述上表面和所述下表面光学连通的光学通道阵列。在本披露的上下文中，表述“光学通道”应被理解为包括允许光穿过该光学通道所遍历之处(例如，第一光伏电池)的任何结构或结构组合。不要求特定的结构(除了完成前述功能所必需的结构之外)。光学通道的非限制性示例是开口、孔、光管、或关于所讨论的光被适当地构造和安排的透明材料。因此，在本披露中，表述“位于所述第一光伏电池中与所述上表面和所述下表面光学连通的光学通道阵列”应被理解为允许光从第一光伏电池的上表面穿过第一光伏电池并从第一光伏电池的下表面离开的任何一系列结构。在本上下文中，词语“阵列”的使用不应被理解为要求光学通道或光学通道的某部分的特定排序或分组。进一步地，阵列中的每个光学通道可以与其他光学通道完全相同，尽管它们不一定如此。
光学通道的类型、结构、制造方法和/或操作原理可以是第一光伏电池的类型、结构、制造方法和/或操作原理的函数(尽管其可能不是)。在非限制性示例中，在第一光伏电池是单结晶体硅平板结构的情况中，位于所述第一光伏电池中的光学通道可以是已经在其中被激光钻孔的孔。
聚光元件阵列在第一光伏电池的上表面上方，限定了受光区域。在本披露的上下文中，表述“聚光元件”应被理解为包括将穿过其的光进行聚集的任何结构。因此，聚光元件的非限制性示例包括透镜、菲涅耳透镜、Winston锥等。不必使聚光元件将穿过其的所有光进行聚集。为了使结构被认为是聚光元件，对穿过该结构的大部分光进行聚集就足够了。
在一些实施例中，聚光元件提供对照射在其上的光进行聚集的唯一功能。在其他实施例中，聚光元件提供关于光的附加功能。作为非限制性示例，聚光元件还可以改变照射在其上的光的方向(例如，使光聚焦)。在一些实施例中，一部分聚光元件具有使照射在其上的光聚集的唯一功能，而其他聚光元件具有关于光的(多个)附加功能。在一些实施例中，该(多个)附加功能在聚光元件(具有(多个)附加功能的聚光元件)之间相同，而在其他实施例中，该(多个)附加功能在聚光元件之间(具有(多个)附加功能的聚光元件)相异。
在本上下文中，词语“阵列”的使用不应被理解为要求聚光元件或聚光元件的某部分的特定排序或分组。在一些实施例中，聚光元件阵列的聚光元件全部具有相同的设计。在其他实施例中，该光学元件阵列的各聚光元件具有不同的设计。“在第一光伏电池的上表面上方”的聚光元件包括以下两种结构：聚光元件与第一光伏电池的上表面直接物理接触的结构以及聚光元件与第一光伏电池的上表面并未直接物理接触的那些结构(例如，在其中聚光元件与第一光伏电池的上表面间隔开的结构)。
聚光元件阵列限定设备的“受光区域”。在这个方面，每个聚光元件具有一定的横截面区域(在垂直于入射直射光的平面中)，入射光可以穿过该横截面区域进入那个聚光元件。每个聚光元件的这些区域的总体为该阵列的受光区域。
所述聚光元件中的每个聚光元件与所述光学通道中的一个光学通道相关联。因此，聚光元件可以与这些光学通道中的单个光学通道相关联。在这种情况下，来自那个聚光元件进入光学通道中的所有光进入单个光学通道(尽管有可能是来自聚光元件中的那一个聚光元件的部分光未进入任何光学通道)。替代性地，聚光元件可以与多于一个的光学通道相关联。在这种情况下，来自那个聚光元件进入光学通道中的光进入多于一个的光学通道(再次，尽管有可能是来自聚光元件中的那一个聚光元件的部分光未进入任何光学通道)。因此，在一些实施例中，这些聚光元件中的每个聚光元件与单个光学通道相关联。在其他实施例中，这些聚光元件中的每个聚光元件与多个光学通道相关联。在又其他实施例中，这些聚光元件中的一部分聚光元件与单个光学通道相关联，而这些聚光元件中的其他聚光元件与多个光学通道相关联。
这些聚光元件中的每个聚光元件被构造并安排成用于将来自光源照射在那个聚光元件上的直射光聚集朝向与这些光学通道中与那个聚光元件相关联的该(多个)光学通道。然而，并不要求来自光源照射在那个聚光元件上的所有直射光进入光学通道；一部分这种直射光可以不进入任何光学通道。也不要求仅来自光源的直射光进入光学通道；漫射光也可以进入光学通道。在本技术背景中，不必要求聚光元件的特定结构或安排(除了完成前述功能所必需的结构或安排之外)。在一些实施例中，所有聚光元件以相同的方式被构造和/或安排。在其他实施例中，设备的各个聚光元件的结构和/或安排相异。
在一些实施例中，聚光元件是透镜(被恰当地设定大小、成形、构造以及安排成用于执行其所需功能的透镜)。在一些这种实施例中，透镜形成于第一单层材料中(与作为离散的单独物理对象相反)。
在一些实施例中，每个聚光元件是圆形透镜(当从上方观看时)。在一些这种实施例中，这些圆形透镜被安排为包括具有第一公共圆心的第一系列同心圆的第一图案(当从上方观看时)(即，这些圆形透镜自身被安排在一系列同心圆中)。在一些这种实施例中，针对该系列同心圆中的给定同心圆，该系列同心圆中的那个特定的同心圆的每个透镜具有相同的表面区域(即，当从上方观看时，在那个特定一圈透镜中的每个透镜具有与在那个特定一圈透镜中的其他透镜相同的表面面积)。在一些这种实施例中，针对每一圈透镜，在特定一圈透镜中的每个透镜的共同表面面积随着行进离开所有圈透镜的公共圆心而增大。
在一些实施例中，这些透镜(它们是圆形透镜或其他形状，并且无论它们的表面面积或构造可能如何)被安排为六边形阵列(图案)。在其他实施例中，这些透镜(它们是圆形或其他形状，并且无论它们的表面或构造面积可能如何)被安排为笛卡尔阵列(图案)。在又其他实施例中，这些透镜(它们可以是圆形透镜或其他形状，并且无论它们的表面面积或构造可能如何)被安排为不规则间隔的由算法确定的阵列(即，这些透镜不是随机放置的)。
在一些实施例中，光学通道是径直通过第一光伏电池的开口。在一些实施例中，在至少部分聚光元件是(或包括)透镜的情况下，每个透镜的焦点关于其对应光学通道被定位为使得由那个透镜所聚集的直射光穿过其在第一光伏电池中的对应开口。在不同实施例之间，焦点相对开口的实际位置将例如根据在那个特定实施例中的透镜的聚焦角度和焦距、第一光伏电池的厚度、以及开口的大小而变化。焦点可以定位在相对开口的任意位置处，其中，穿过开口的光通道不受实质性阻碍。因此，在一些实施例中，焦点居中在开口的入口和出口之间。在其他实施例中，焦点在开口内要么更靠近其入口要么更靠近其出口。在又其他实施例中，焦点不在开口内但是靠近其入口或出口。
所聚集的直射光经由光学通道穿过第一光伏电池并且经由下表面离开第一光伏电池。然而，不必使进入光学通道的所有光全部经由下表面离开第一光伏电池，或者实际地完全退出光伏电池。在一些实施例中，进入光学通道的部分光可能被第一光伏电池吸收。在一些实施例中，进入光学通道的部分光可能经由除下表面之外的地方离开第一光伏电池。(在非限制性示例中，进入光学通道的光可以被反射回去并经由上表面离开第一光伏电池。)仅需要使进入光学通道的至少部分光经由下表面离开第一光伏电池；然而在许多实施例中，设备被构造成尽量使经由下表面离开第一光伏电池的光量最大。不必由每个光学通道对光进行完全相同的处理；进入不同光学通道的光的处理和/或所产生的结果可以不同。
光作为非平行光束经由第一光伏电池的下表面离开。这并不要求以光束形式离开的所有光都是非平行的，仅要求在任一时刻离开的光线中的大部分是非行的。因此，在一些实施例中，在离开光束中的光线将是部分或完全发散的。在一些实施例中，在离开光束中的光线将是部分或完全会聚的。在又其他实施例中，在离开光束中的光线将是(至少)会聚和发散的混合体。在一些实施例中，在离开第一光伏电池的下表面的光束中的光线采用与其他离开光束类似的图案。在其他实施例中，在离开第一光伏电池的下表面的光束中的光线在(至少部分)不同离开光束之间将采用不同的图案。
在第一光伏电池的下表面下方存在光学重定向元件阵列。在本披露的上下文中，表述“光学重定向元件”应被理解为包括改变照射在其上的光的方向的任何结构。因此，光学重定向元件的非限制性示例包括镜像表面、经由全内反射对光进行反射的表面等。不必使光学重定向元件改变照射在其上的所有光线的方向。为了使结构被认为是光学重定向元件，照射在结构上的大部分光线改变其行进方向就足够了。
在一些实施例中，光学重定向元件提供对照射在其上的光进行重定向的唯一功能。在其他实施例中，光学重定向元件提供关于光的附加功能。作为非限制性示例，光学重定向元件还可以对照射在其上的光进行聚集。在一些实施例中，一部分光学重定向元件具有改变照射在其上的光的方向的唯一功能，而其他光学重定向元件具有关于光的(多个)附加功能。在一些实施例中，该(多个)附加功能在光学重定向元件(具有(多个)附加功能的光学重定向元件)之间相同，而在其他实施例中，该(多个)附加功能在光学重定向元件之间(具有(多个)附加功能的光学重定向元件)相异。
再次，在本上下文中，词语“阵列”的使用不应被理解为要求光学重定向元件或光学重定向元件的某部分的特定排序或分组。在一些实施例中，光学重定向元件阵列的光学重定向元件全部具有相同的设计。在其他实施例中，该光学元件阵列的各光学重定向元件具有不同的设计。“在第一光伏电池的下表面下方”的光学重定向元件包括以下两种结构：光学重定向元件与第一光伏电池的下表面直接物理接触的结构以及光学重定向元件与第一光伏电池的下表面并未直接物理接触的那些结构。
这些光学重定向元件中的每个光学重定向元件与这些光学通道中的一个光学通道相关联。因此，光学重定向元件可以与这些光学通道中的单个光学通道相关联。在这种情况下，那个光学重定向元件经由光学通道接收的所有光是从单个光学通道接收的(尽管有可能是那个光学重定向元件接收的一部分光是以除了经由光学通道之外的方式接收的)。替代性地，光学重定向元件可以与多于一个的光学通道相关联。在这种情况下，那个光学重定向元件经由光学通道接收的光是从多于一个的光学通道接收的(再次，尽管有可能是那个光学重定向元件接收的一部分光是以除了经由光学通道之外的方式接收的)。在一些实施例中，这些光学重定向元件中的每个光学重定向元件与单个光学通道相关联。在其他实施例中，这些光学重定向元件中的每个光学重定向元件与多个光学通道相关联。在又其他实施例中，这些光学重定向元件中的一部分光学重定向元件与单个光学通道相关联，而这些光学重定向元件中的其他光学重定向元件与多个光学通道相关联。
所述重定向元件中的每个重定向元件接收来自与那个重定向元件相关联的所述光学通道的光束并且将所述光束光学重定向朝向第二光伏电池以由其进行采集。每个光学重定向元件被构造并安排成用于完成此功能，然而，在本技术背景中，不必要求光学重定向元件的特定结构或安排(除了完成前述功能的结构或安排之外)。在一些实施例中，所有光学重定向元件以相同的方式被构造和/或安排。在其他实施例中，设备的各个重定向元件(的至少一部分)的结构和/或安排相异。
不要求经由第一光伏电池的下表面离开该第一光伏电池的所有光都被重定向元件重定向；这种光中的一部分可以不被重定向。也不要求仅经由下表面离开第一光伏电池的光是被重定向元件重定向的唯一光；重定向元件同样还可以重定向(或以其他方式影响)其他光。
在一些实施例中，光学重定向元件是反光镜并且重定向光束经由全内反射而发生。在一些这种实施例中，反光镜各自具有包括二次曲面(例如，抛物面、双曲面、椭面等)的一部分的形状。在一些这种实施例中，反光镜既改变光束的方向又使光束聚集。在这种实施例中，不要求每个反光镜具有相同的形状(尽管它们可能具有)。在一些实施例中，反光镜形成于第二单层材料中(与作为离散的单独物理对象相反)。
在一些实施例中，重定向元件直接将光束重定向朝向第二光伏电池。(即，不存在使得在光照射在第二光伏电池上之前实质地改变已经被光学重定向元件朝第二光伏电池重定向的光行进方向的另外旋光元件。)在一些这种实施例中，光学重定向元件(关于彼此或者关于设备的其他旋光元件)被成形并安排为使得每个光束的至少75％具有从与其相关联的光学重定向元件到第二光伏电池的无障碍路径。在一些这种实施例中，光学重定向元件被成形并安排为使得每个光束具有从与其相关联的光学重定向元件到第二光伏电池的无障碍路径。
在一些实施例中，光学重定向元件被安排为包括具有第二公共圆心的第二系列同心圆的第二图案(当从下方观看时)(即，这些光学重定向元件自身被安排在一系列同心圆中)。
在一些实施例中，光学重定向元件被安排为与透镜的阵列类似的阵列(图案)。
第二光伏电池不同于第一光伏电池。第二光伏电池具有接收光束(即，已经被聚光元件所聚集、经由光学通道横穿第一光伏电池并且被光学重定向元件重定向的那些光束)的有效区域。(在一些实施例中，第二光伏电池还可以采集除了前述光束之外的光。)所述第二光伏电池的所述有效区域比由所述聚光元件阵列限定的所述受光区域小聚光因子倍。聚光因子是大于1的任何有理数；聚光因子不一定是整数。聚光因子可以通过将由聚光元件阵列限定的受光区域除以与那个聚光元件阵列相关联的第二光伏电池的有效区域而确定。在本技术背景中，不要求特定的聚光因子。
来自所述光源的漫射光穿过所述聚光元件阵列至所述第一光伏电池的所述上表面并进入所述第一光伏电池以由其进行采集。然而，不要求照射在设备上的所有漫射光都进入第一光伏电池。如上讨论的，在一些实施例中，一部分漫射光进入第一光伏电池中的光学通道。在一些实施例中，一部分漫射光被反射离开第一光伏电池中的上表面。在一些实施例中，一部分漫射光被设备的某个其他结构阻止到达第一光伏电池中的上表面。
在一些实施例中，环境反射光(例如，来自光源已经被反照离开设备后方的表面(通常是地面)的漫射光)进入第一光伏电池的下表面以由第一光伏电池采集。
不要求漫射光在其进入第一光伏电池之前保持为未经任何光学元件处理(尽管在一些实施例中情况确实如此)。在一些实施例中，例如，一部分(或全部)漫射光可以在其进入第一光伏电池之前被光学元件或元件系统处理(元件可以包括例如上述聚光元件或者其他)。
不要求进入第一光伏电池的漫射光全部都实际地被第一光伏电池采集。例如，光伏电池在采集进入其中的光时通常达不到100％的效率。
因此可见，通过使用本技术，照射在设备上的直射光和漫射光通常由不同的光伏电池采集，分别为第二光伏电池和第一光伏电池。在一些实施例中，第二光伏电池是多结光伏电池，例如，高效电池。在一些实施例中，第一光伏电池是单结光伏电池。在一些实施例中，第二光伏电池是单个光伏电池。在其他实施例中，第二光伏电池是多个光伏电池(这些光伏电池可以直接彼此接触、彼此间隔开或其某种其他组合)。
在一些实施例中，第二光伏电池具有上表面和下表面(它们与第一光伏电池的上表面和下表面相一致地限定)。(直接地或间接地)来自光学重定向元件阵列的光束穿过第二光伏电池的下表面进入第二光伏电池(即，通常与漫射光通常进入第一光伏电池的方向相反)。在一些实施例中，光束仅穿过第二光伏电池的下表面进入第二光伏电池。在一些这种实施例中，第二光伏电池的上表面与第一光伏电池的下表面相邻(即，这两个光伏电池是“背靠背”)。
在其他实施例中，第二光伏电池与第一光伏电池竖向间隔开，使得其间存在间隙。在一些这种实施例中，(直接地或间接地)来自光学重定向元件阵列的光束穿过第二光伏电池的上表面进入第二光伏电池。在一些这种实施例中，光束仅穿过第二光伏电池的上表面进入第二光伏电池。在一些这种实施例中，光束穿过第二光伏电池的上表面和下表面两者进入第二光伏电池。
在一些实施例中，设备进一步包括集光元件。在本披露的上下文中，表述“集光元件”应被理解为接收来自多于一个光源(无论什么类型的)的光并且将所接收到的光中的至少一部分重定向至公共光目的地元件(无论什么类型的)的任何结构。因此，光聚集向元件的非限制性示例包括恰当成形、构造并安排的镜像表面、经由全内反射对光进行反射的表面等。集光元件被构造并安排成用于完成前述功能，然而，在本技术背景中，不必要求特定的结构或安排(除了完成前述功能的结构或安排之外)。在本技术背景中，不要求集光元件为单个物理结构。在一些实施例中，完成前述功能的多重或复合结构可以被认为是单个集光元件
不必使集光元件将由其接收的光全部重定向至公共光目的地元件。为了使结构被认为是集光元件，将来自至少多于一个的不同光源元件的至少部分光学重定向至公共光目的地元件就足够了。不必使集光元件将由其接收的光学重定向至单个公共光目的地元件。在一些实施例中(在非限制性示例中，如第二光伏电池是多个光伏电池的那些示例)，光学重定向元件将其从多个光源元件接收到的光学重定向至多个公共光目的地元件。
在一些实施例中，集光元件提供接收并重定向光的唯一功能，如本文以上所述。在其他实施例中，集光元件提供关于光的附加功能(无论该功能可能是什么)。
在一些实施例中，本技术的设备具有多于一个的集光元件。在这种情况下，在一些实施例中，所有光学重定向元件以相同的方式被构造和/或安排。在其他实施例中，设备的各个集光元件的结构和/或安排相异。
集光元件接收来自光学重定向元件阵列的光束并且将该光束光学重定向朝向第二光伏电池(例如，改变其方向)。在本披露的上下文中，“光学地朝向第二光伏电池”应被理解为集光元件将在光的光学路径中邻近的旋光元件下游的光学重定向朝向第二光伏电池，而不管那个光学路径与第二光伏电池的实际物理位置如何。不要求集光元件重定向其所接收的光的全部。集光元件重定向其所接收的光的大部分就足够了。
因此，在一些实施例中，集光元件直接朝第二光伏电池重定向光束(即，不存在使得在光照射在第二光伏电池上之前实质地改变已经由集光元件朝第二光伏电池重定向的光行进方向的进一步旋光元件)。
在一些实施例中，光学重定向元件(关于彼此或者关于设备的其他旋光元件)被成形并被安排，使得(已经被光学重定向元件重定向的)每个光束的至少75％具有从与那个光束相关联的光学重定向元件到集光元件的无障碍路径。在一些这种实施例中，光学重定向元件被成形并被安排，使得每个光束具有从与其相关联的光学重定向元件到集光元件的无障碍路径。
在一些实施例中，集光元件具有在横截面中包括二次曲面(例如，抛物面、双曲面、椭面等)的一部分的回转反射表面。在一些这种实施例中，聚光元件既改变照射在其上的光的方向又使光聚集。在一些实施例中，回转反射表面形成于第三单层材料中(与由离散的单独物理对象形成相反)。在一些实施例中，回转反射表面的回转轴线穿过(当被安排为第一系列通同心圆时所述透镜的)第一公共圆心和(当被安排为第二系列同心圆时所述光学重定向元件的)第二公共圆心。在一些实施例中，回转反射表面的回转轴线穿过第二光伏电池。
然而，应理解的是，本技术并不需要存在集光元件。
在一些实施例中，第二光伏电池与第一光伏电池热连通，并且第一光伏电池是第二光伏电池的主要散热器；即，来自第二光伏电池通过传导被传送离开第二光伏电池的大部分热量被传送至第一光伏电池。
在一些实施例中，第二光伏电池与夹在设备内的电路热连通并且电连通。该电路是第二光伏电池的主要散热器；即，来自第二光伏电池通过传导被传送离开第二光伏电池的大部分热量被传送至夹在设备内的电路。
在本说明书的上下文中，词语“第一”、“第二”“第三”等已经被用作形容词，仅用于允许在其修饰的名词之间区分彼此的目的，而不用于描述这些名词之间的任何特定关系的目的。因此，例如，应理解的是，术语“第一”设备和“第三”设备的使用不旨在暗示(例如)设备的/之间的任何特定的顺序、类型、时间表、层级或排序，其使用(通过自身)也不旨在暗示任何“第二”设备必须一定存在于任何给定的情形中。进一步地，如本文在其他背景中所讨论的，对“第一”元件和“第二”元件的引用不排除来自同一实际现实世界元件的两个元件。因此，例如，在一些情形中，“第一”设备和“第二”设备可以是相同的设备，在其他情况中，它们可以是不同的设备。
本技术的实施例各自具有上述目的和/或方面中的至少一个，但不一定具有它们的全部。应该理解的是由于试图达到上述目的而已经得到的本发明的一些方面可能不满足这个目的和/或可能满足未在此具体地详述的其他目的。
本技术的实施例的附加和/或替代性特征、方面、以及优点将从以下说明、附图、以及所附权利要求书中变得清楚。
附图说明
为了更好地理解本发明以及它的其他方面和进一步的特征，参考以下用于结合附图一起使用的特定实施例的详细说明，在附图中：
图1是作为本技术的第一实施例的太阳能电池板组件的透视图。
图2是图1中的太阳能电池板组件去除了聚光单元的透视图。
图3是图1的太阳能电池板组件的单结光伏组件之一连同聚光单元和光学重定向/集光单元的特写透视图。
图4是图1的太阳能电池板组件的单结光伏组件之一连同聚光单元和光学重定向/集光单元的分解透视图。
图5是图1的太阳能电池板组件沿图3中的线5-5所取的横截面。
图5A是示意图，示出了穿过图1的太阳能电池板组件的一部分所取的光路。
图5B与图5相同，但是为了简洁起见没有大部分的参考标号。
图6是图1的太阳能电池板组件的导电体以及电绝缘体的部分的底部平面视图。
图7是聚焦在如图6中所示的多结光伏电池上的特写视图。
图8是如图3中所展示的图1的太阳能电池板组件的顶部平面视图。
图9是作为本技术的第二实施例的太阳能电池板组件的一部分的三维透视横截面视图。
图10是图9的太阳能电池板组件的该部分的特写三维透视横截面视图。
图11是图9的太阳能电池板组件的一部分的示意图。
图11A示出了穿过图11的组件所取的路径光线。
图12是图9的太阳能电池板组件的一部分的示意图。
图12A示出了穿过图12的组件所取的路径光线。
图13是图9的太阳能电池板组件的一部分的示意图。
图13A示出了穿过图13的组件所取的路径光线。
图14是图9的太阳能电池板组件的一部分的示意图。
图14A示出了穿过图14的组件所取的路径光线。
图15是图9的太阳能电池板组件的一部分的示意图。
图16是作为本技术的第三实施例的太阳能电池板组件的一部分的横截面示意图。
图17是作为本技术的第四实施例的太阳能电池板组件的一部分的横截面示意图。
图18是作为本技术的第五实施例的太阳能电池板组件的一部分的横截面示意图。
图19是作为本技术的第六实施例的太阳能电池板组件的一部分的横截面示意图。
图20是作为本技术的第七实施例的太阳能电池板组件的一部分的横截面示意图。
图21是透镜阵列的示意图。
图22是透镜阵列的示意图。
图23是透镜阵列的示意图。
图24是太阳能电池板组件的示意透视图，展示了透镜阵列。
图25是导电体的实施例的平面视图。
图25A是图25的导电体的特写平面视图。
图26是导电体的实施例的平面视图。
图26A是图26的导电体的特写平面视图。
在这些附图中，示出了包括本技术的各实施例的各种太阳能电池板组件。应清楚理解的是，在这些附图中示出的各太阳能电池板组件仅是本技术的一些示例性实施例。然而，这些实施例不是本技术仅有的实施例。因此，以下说明旨在仅仅是本技术的说明性示例的说明。本说明并不旨在限定本技术的范围或阐述界限。
在一些情况中，还可以在下面的说明中阐述被认为是对作为本技术的实施例的某些太阳能电池板组件的修改有帮助的示例。这被完成仅用于帮助理解，并且再次并不限定本技术的范围或阐述界限。在阐述时，这些修改并不旨在是详尽列表，并且，如本领域技术人员将理解的，其他修改也是可能的。进一步地，在这尚未完成的情况下(即，在尚未阐述修改示例的情况下)，不应解释为，没有修改是可能的和/或所描述的内容是体现本技术的该元素的唯一方式。如本领域的技术人员将理解的，情况可能并非如此。
此外，应理解的是，以下描述的太阳能电池板组件可以在某些情形中提供本技术的简单的或简化的实施例，并且在情况如此时它们已经以此方式被呈现以帮助理解。本领域技术人员将理解，本技术的各实施例将具有更大的复杂性。
具体实施方式
第一实施例(概述)
参照图1，示出了作为本技术的实施例的用于采集直射和非直射太阳光两者的透视图太阳能电池板组件100。太阳能电池板组件100是“混合”太阳能电池板组件，因为其具有聚光光伏方面和非聚光光伏方面。太阳能电池板组件100具有上表面101，在该上表面上，有待由太阳能电池板组件100采集的太阳光照射并进入太阳能电池板组件100。上表面101具有多个聚光单元104。每个聚光单元104具有透镜106(图1中未标记)的阵列，该透镜阵列被构造并安排成用于使照射到该透镜106上的直射太阳光聚集。在下文中进一步详细描述这些聚光单元104。框108包围太阳能电池板组件100，从而为该太阳能电池板组件100提供结构完整性和边缘保护。太阳能电池板组件100的尺寸为1650mm(长)×500mm(宽)×12mm(高)。在这个实施例中，由于单元104之间的较小空间以及框的存在，太阳能电池板组件100的尺寸稍微大于所有聚光单元104的总尺寸。在其他实施例中，太阳能电池板组件104的尺寸相异，没有本技术的背景下要求的特定尺寸。
图2示出了图1中去除了聚光单元104的太阳能电池板组件100(出于说明目的)。以下聚光单元104是由多个平板单结晶体硅光伏电池组件112a、112b、112c等组成的层110。照射到聚光单元104上的漫射太阳光通常穿过该聚光单元104到达下方的单结光伏电池组件112以进行采集。
图3示出了太阳能电池板组件100的单结光伏电池组件112之一连同四个聚光单元104a、104b、104c、104d和两个光学重定向/集光单元组件114a、114d的特写透视图。在这个实施例中，每个单结光伏电池组件112具有以下尺寸：150mm(长)×150mm(宽)×0.2mm(高)。在这个实施例中，每个聚光单元104具有以下尺寸：37.5mm(长)×37.5mm(宽)×3mm(高)。因此，图3示出了在这个实施例中聚光单元104与单结光伏电池组件112之间的相对大小关系。在这个实施例中，每个单结光伏电池组件112与十六个聚光单元104相关联。在其他实施例中，单结光伏电池组件112和/或这些聚光单元104(在它们存在于那个实施例的情况下)的大小和形状将如后者与前者之比一样变化。在本技术背景中，不要求特定的这种大小、形状或比值。
还如图3所示，在单结光伏电池组件112的下表面(未标记)下方、在太阳能电池板组件100的底面160上是多个光学重定向/集光单元组件114。一个光学重定向/集光单元114d被示出为太阳能电池板组件100的一部分，并且另一个114a以从太阳能电池板组件100脱离的分解视图示出。如在分解视图中可见，在这个实施例中，光学重定向/集光单元组件114(例如，114a)具有光学重定向单元116(例如，116a)和集光单元118(例如，118a)(其在使用中是配合在一起的)。光学重定向单元116和集光单元118两者都在下面被进一步详细描述。
图3还示出了光学重定向/集光单元组件114、聚光单元104和单结光伏组件112之间的相对大小关系。如在图3中可见，在这个实施例中，光学重定向/集光单元组件114与聚光单元的大小相同。因此，在这个实施例中，每个光学重定向/集光单元114也具有以下尺寸：37.5mm(长)×37.5mm(宽)×3mm(高)。在这个实施例中，每个光学重定向/集光单元组件114与一个聚光单元104相关联。因此，每个单结光伏电池组件112与十六个光学重定向/集光单元114相关联。在其他实施例中，光学重定向/集光单元114、单结光伏电池组件112和/或这些聚光单元114(在它们存在于那个实施例的情况中)的大小和形状将如任一项与其他项之比一样变化。在本技术背景中，不要求特定的这种大小、形状或比值。
图4示出了单结光伏电池组件112之一的分解透视图；连同太阳能电池板组件100的一个聚光单元104和一个光学重定向/集光单元114；而图5(和图5B)示出了其部分横截面。(图5B完全等同于图5，除了其为了简洁起见示出了更少的参考号。图5B将因此不会在下文单独地提及。在此针对图5的所有参考固有地包括对图5B的参考。)如在图4和图5中可见，从太阳能电池板组件100的上表面101开始并且行进至太阳能电池板组件100的下表面160，在这个实施例中，太阳能电池板组件100具有以下结构：
(a)聚光单元104；
(b)粘合层120；
(c)上结构层124；
(d)平板晶体硅单结光伏电池128；
(e)电绝缘体130；
(f)导电体132；
(g)多结光伏电池134(仅在图5中示出)；
(h)包封体136(仅在图5中示出)；
(i)下结构层126；
(j)粘合层122；
(k)光学重定向单元116；
(1)集光单元118。
(太阳能电池板组件100的单结光伏电池组件112包括：(c)上结构层124；(d)平板晶体硅单结光伏电池128；(e)电绝缘体130；(f)导电体132；(g)多结光伏电池134；(h)包封体136(仅在图5中示出)；以及(i)下结构层126。太阳能电池板组件的光学重定向/集光单元114包括：(k)光学重定向单元116以及(i)集光单元118。)这些部件中的每一个在下文进而被进一步描述。
第一实施例(部件说明)
如以上所阐述的，在这个实施例中，在太阳能电池板组件100的中间，存在由多个平板晶体硅单结光伏电池128组成的层110。出于经济效率的目的，在这个实施例中，光伏电池128是常规晶体硅光伏电池128，如，从美国的爱迪生太阳能TM(SunEdisonTM)公司、或台湾的茂迪股份有限公司(Motech Industries Inc)、或中国的英利太阳能(Yingli Solar)公司可获得那些光伏电池。
在其他实施例中，使用不同的光伏电池128，一些采用与上述相同的技术，其他的采用与上述不同的技术。例如，上述来自爱迪生太阳能TM公司等的常规光伏电池128常规地用于采集直射和非直射太阳光两者。然而，在本技术的一些实施例中，经由光伏电池128采集较少的直射太阳光(因为其主要是由设备的聚光光伏方面采集的)，因此采用出于通常采集漫射太阳光的目的已经被优化的单结晶体硅光伏电池。在这个方面，例如，光伏电池128可以被优化从而以更低的光能级别和相关的电流密度更好地生成电力。这种优化可以涉及例如掺杂变化和/或金属化栅格图案(例如，较薄的母线248和栅格指状物250——图3所示——因为将需要处理较小的电流)。
在其他实施例中，采用不同类型的光伏电池128，例如包括以下各项之一：三结晶体硅光伏电池、异质结光伏电池、铜铟镓硒(CIGS)光伏电池、单层薄膜光伏电池、多层薄膜光伏电池。由于这些光伏电池128的目的是采集大部分漫射光(以及部分直射光)，所以可以使用适于此目的采用任何适当技术的任何光伏电池。
在这个实施例中，光伏电池128具有位于其中的多个开口172。(应理解的是，在本说明中，考虑到减小复杂性，在保证上下文的情况下，参考号(例如，172)可以用于一般地涵盖各种特殊性(例如，172a、172b、172c等)。)开口172在横截面中(在垂直于直射太阳光144的平面中)为圆形并且延伸光伏电池128的整个深度，并且因此具有直径为0.3mm的3D直圆柱体形状。开口172是由在光伏电池128制造后穿过光伏电池的激光钻孔形成的。在其他实施例中，其他适当的技术(如化学蚀刻或机械机加工)可以用于形成开口172。开口172被设定大小并且安排成用于允许聚焦的直射光148穿过光伏电池128，如以下进一步详细所述。
在光伏电池128的下侧(未标记)上的是电绝缘体130。在本实施例中，电绝缘体130是氧化铝(Al2O3)层，具有以下尺寸：150mm(长)×150mm(宽)×0.1mm(高)。在其他实施例中，电绝缘体130可以是下列层：二氧化硅(SiO2)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯基四氟乙烯(ETFE)、双轴定向的聚对苯二甲酸乙二醇酯(BoPET-“Mylar”TM)、气隙等。在又其他实施例中，电绝缘体130可以是能够充当电绝缘体(无论采用层形式还是其他形式的)的任何适当的材料，该电绝缘体并非不能够以其他方式用在太阳能电池板组件100中。在一些实施例中，电绝缘体130可以是具有与太阳能电池板组件100相同长和宽的材料片，而在其他实施例中，电绝缘体130可以用于使每个单独的光伏电池128绝缘的多个片。在又其他实施例中，电绝缘体130可以是被施加并被允许用于直接固化在太阳能电池板组件100中的材料。
电绝缘体130的主要目的是将(以下进一步详细描述的)导电体132与光伏电池128电绝缘开。在其他实施例中，电绝缘体130可以具有足以执行其预期绝缘目的任何其他形状和/或尺寸。
在这个实施例中，电绝缘体130具有位于其中的一系列开口174。开口174在横截面中(在垂直于直射太阳光144的平面中)为圆形并且延伸电绝缘体130的整个深度，并且因此具有直径为0.3mm的3D直圆柱体形状。在这个实施例中，开口174与光伏电池128的开口172对准一起形成一系列的单个3D直圆柱体。在这个实施例中，开口174通过化学蚀刻形成在电绝缘体130中。在其他实施例中，电绝缘体是透明的并且在绝缘体130中不存在开口，因为所聚焦的直射光148仅穿过其中。
在电绝缘体130的下侧(未标记)上的是导电体132。在本实施例中，导电体132是由具有与光伏电池128相同尺寸的铜(Cu)条形成的。在其他实施例中，导电体132可以由铝(A1)条、银条(Ag)或金(Au)条、或任何前述金属的以其他方式适当的合金形成。在又其他实施例中，导电体132是能够充当(无论采用条形式还是其他形式的)导电体的任何适当的材料，该导电体并非以其他方式不能够用在太阳能电池板组件100中。
图6示出了导电体132和电绝缘体130的一部分的平面视图。如在图6中可见，导电体132被成形为形成电路(未标记)的两个不同的电流路径162、164，该电路包括与光伏电池128相关联的多结光伏电池134。该电路具有连接到多结光伏电池134的每个电池的正极端子(未标记)的“正向”电流路径162以及连接到多结光伏电池134的每个电池的负极端子166的“负向”电流路径(亦参见图7，示出了这些连接的特写视图)。
电绝缘体132具有位于其中的一系列开口176。开口176在横截面中(在垂直于直射太阳光144的平面中)为圆形并且延伸导电体132的整个深度，并且因此具有直径为0.3mm的3D直圆柱体形状。开口176与电绝缘体的开口174对准；在这个实施例中，与开口172一起两者形成一系列的单个3D直圆柱体。在这个实施例中，开口176通过化学蚀刻形成在导电体132中。
虽然在本实施例中与单个光伏电池128相关联的多结光伏电池134中的每个电池经由单个电路连接在一起，但是并不要求情况一定如此。在其他实施例中，并非所有的多结光伏电池134或多结光伏电池134的任何特定分组(例如，与单个光伏电池128相关联的那些)经由单个电路连接在一起。在其他实施例中，(具有分开的电路径)的多个电路连接不同的多结光伏电池134。虽然在本实施例中导电体132采用连接在一起的条形式以形成电流路径162、164，但是并不要求情况一定如此。在其他实施例中，导电体132可以具有足以执行其预期导电目的其他形状和尺寸。
一系列通路138(138a、138b、138c、138d、138e、138f——图5中所示)穿过光伏电池128(以及电绝缘体130和导电体132——视情况而定)由位于其中的各个对准的开口172、174、176形成(视情况而定)。在这个实施例中，通道138具有3D直圆柱体形状。(在其他实施例中，通道138将具有不同的形状、大小和/或长度。)通道138填充有形成包封体136的材料，该包封体以下被进一步详细描述。参照图5，在这个实施例中，通道138d、138e、138f(分别)由光伏电池128中的开口172d、172e、172f单独地形成(在开口172d、172e、172f附近在光伏电池128下面既没有电绝缘体130的一部分也没有导电体132的任何部分)。通道138a由光伏电池128中的开口172a以及由电绝缘体130中的开口174a形成(开口172a与开口174a彼此对准)(在开口174a附近在电绝缘体130下面没有导电体132的一部分)。通道138b、138c由(分别)在光伏电池128中的开口172b、172c，以及由(分别)在电绝缘体130中的开口174b、174c，以及由(分别)在导电体132中的开口176b、176c形成，开口174b、174c(分别)与开口172b、172c对准，开口176b、176c(分别)与开口174b、174c对准。
在这个实施例中，多结光伏电池134是多结GaInP/GaInAs/Ge(III-V)光伏电池，具有以下整体尺寸：1mm(长)×1mm(宽)。在其他实施例中，使用其他多结光伏电池。例如，在一些实施例中，可以采用2mm(长)×2mm(宽)的多结光伏电池，而在其他实施例中，可以采用3mm(长)×3mm(宽)的多结光伏电池。
在这个实施例中，电绝缘体130、导电体132和多结光伏电池134被包封在包封体136中，以用于保护目的、结构目的和绝缘目的。进一步地，如上所述，通道138完全填充有包封体136的材料。
在这个实施例中，包封体136是聚合硅氧烷材料(例如，硅树脂)。在其他实施例中，包封体136是碳基聚合物(例如，PMMA、PTFE、ETFE、BoPET等)、绝缘体(例如，Al2O3)、或共聚物(例如，EVA)。在又其他实施例中，不存在包封体并且电绝缘体130、导电体132和多结光伏电池134位于在太阳能电池板组件内的空气层中。在又其他实施例中，包封体可以由相同的材料制成并且与光学粘合层120一起作为单个部件(以下进一步详细描述)。
在这个实施例中，光伏电池128、电绝缘体130、导电体132、多结光伏电池134和包封体136被夹在两个结构层(上结构层124与下结构层)之间。结构层124、126用于为太阳能电池板组件100提供结构和硬度。在这个实施例中，结构层124、126两者都是钠钙硅玻璃片。上结构层124具有以下尺寸：1.65m(长)×0.5m(宽)×4mm(高)。下结构层126具有以下尺寸：1.64m(长)×0.49m(宽)×1.6mm(高)。在这个实施例中，下结构层126具有较浅的深度以便于组装。在其他实施例中，使用其他类型的玻璃(例如，玻化石英玻璃、硼硅酸钠玻璃、氧化铅玻璃、铝硅酸盐玻璃、氧化物玻璃等)片，这些其他类型的玻璃片并非以其他方式与其在太阳能电池板组件中的使用不相容。在又其他实施例中，结构层124、126可以由(采用片形式或其他适当形式的)任何其他合适的透明聚合物制成。尽管在这个实施例中结构层124、126是由相同的材料制成的，并不要求一定如此。在其他实施例中，结构层124、126可以由不同材料制成。在其他实施例中，结构层124、126具有不同的尺寸。结构层124、126仅需要被恰当地设定大小和尺寸以执行其预期功能。
在这个实施例中，如以上所讨论的，有十六个聚光单元104在上结构层124(上部玻璃片)上方并粘合于上结构层124。因为在这个实施例中每个集光单元104是完全相同的，所以将仅讨论一个集光单元。(并不要求集光单元——在存在的情况下——完全相同并且在其他实施例中这些存在的集光单元将不同。)在这个实施例中，每个聚光单元104由透明注射模制的PMMA制成。在其他实施例中，聚光单元104(在存在的情况下)可以由任何其他合适的透光材料制成。非限制性示例包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯、环状烯烃聚合物(COP)、环状烯烃共聚物(COC)、PTFE、玻璃等。该制造方法可以(根据材料)变化；例如，在一些实施例中使用铸造或浮雕。
参照图3、图5和图8，在这个实施例中，在集光元件104(其在这个实施例中形成太阳能电池板组件100的上表面101)的上表面102(沿着中心轴线168)的中心是平坦部分170，该平坦部分旨在当太阳能电池板100组件在使用时垂直于直射太阳光144。此平坦部分170的竖向下方是多结光伏电池134。当从上方观看时，平坦部分170呈圆形形状。包围平坦部分102的是透镜106。透镜106被安排为具有公共圆心(沿中心轴线168)的一系列圆形172a、172b、172c等(从最接近平坦部分开始并且向前移动)，该公共圆心是聚光单元104的中心。在这个实施例中，最接近平坦部分170的圆形172a的透镜106全都具有共同直径Da(当从上方观看时)。紧挨着圆形172a向外的圆形172b的透镜106全都具有大于Da的共同直径Db。紧挨着圆形172b向外的圆形172c的透镜106全都具有大于Db的共同直径Dc。此直径Dx增加趋势随着行进离开平坦部分170而继续。遇到聚光单元104的边缘表面246的透镜106被边缘表面246“切断”并且仅是部分结构。集光单元104的下表面(未标记)是平坦的。
参照图5，聚光单元104的每个透镜106被成形以具有穿过光伏电池128(以及电绝缘体130和导电体132——视情况而定)在包封体136中的通道138的出口处的焦点150。进一步地，每个透镜106及其相关联的通道138被配合地成形并设定大小，从而使得照射在透镜106的表面146上的全部直射太阳光144被有效地聚焦至焦点150，并且全部聚焦光148进入并横穿通道138并到达焦点150。因此，当太阳能电池板组件100直接面向太阳时，直射太阳光线144a照射在透镜106a的表面146a上并且(穿过光伏电池128和电绝缘层130)被透镜106a聚焦在焦点150a处，焦点150a是在包封体136材料中的通道138a的出口处。聚焦的光线148a横穿透镜106a的本体的剩余部分、(以下进一步详细描述的)光学粘合层120、上结构层124，进入填充有包封体136材料的通道138a，并且穿过通道138a横穿光伏电池128和电绝缘层130，并且到达透镜106a的焦点150a。类似地，直射太阳光线144c照射在透镜106c的表面146c上并且(穿过光伏电池128、电绝缘层130和导电层132)被透镜106c聚焦在焦点150c处，焦点150c是在包封体136材料中的通道138c的出口处。聚焦的光线148c横穿透镜106c的本体的剩余部分、光学粘合层120、上结构层124，进入通道138c，并且穿过通道138c横穿光伏电池128、电绝缘层130和导电层，并且到达透镜106c的焦点150c。
在这个实施例中，存在将聚光单元104粘合在上结构层124的上表面(未标记)的透明粘合层120。粘合层120可充分弹性变形以适应由太阳能电池板组件100的温度变化以及聚光单元104的制成材料的热膨胀系数与上结构层124的制成材料的热膨胀系数之间的差异(若有的话)引起的剪切应力。在这个实施例中，透明粘合层120是由乙烯乙酸乙烯酯(EVA)制成的。在其他实施例中，透明粘合层(若存在的话)可以由聚合硅氧烷(例如，硅树脂)、聚醋酸乙烯酯(PVA)、任何其他合适的离聚物等制成。(关于热膨胀的注释：通道138被设定大小并被成形为使得它们可以适应其相关联的透镜106由于以上所提及的热膨胀系数的差异而引起的焦点偏移。此外，多结光伏电池134具有足够的大小以适应由于以上所提及的热膨胀系数的差异而引起的光线路径较小变化。在这个实施例中，聚光单元104和光学重定向/集光单元114由相同的材料制成。它们因此具有相同的热膨胀系数并且因此在大多数情况下它们之间的对准将最低限度地受到影响，如果有的话)。
在这个实施例中，如以上讨论的，有十六个光学重定向/集光单元114在下结构层(下部玻璃片)126下方并粘合于下结构层126。因为在这个实施例中每个光学重定向/集光单元114是完全相同的，所以将仅讨论一个。(不要求光学重定向/集光单元114(在存在的情况下)完全相同并且在其他实施例中这些存在的集光单元将不同。)在这个实施例中，每个光学重定向/集光单元114具有两个部件、(上部)光学重定向单元116和(下部)集光单元118，其中每个部件为37.5cm平方单位(当从上方观看时)、具有3mm的深度、由透明注塑模制PMMA制成。在其他实施例中，光学重定向单元116和集光单元118(在存在的情况下)可以由任何其他合适的透光材料制成。非限制性示例包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯、环状烯烃聚合物(COP)、环状烯烃共聚物(COC)、PTFE、玻璃等。该重定向/集光单元114具有6mm的深度。在这个实施例中，重定向单元116与集光单元118利用光学粘合剂(如，硅树脂)粘合在一起。(图中未示出。)在其他实施例中，重定向单元116与集光单元118可以被注射模制成单一件以形成重定向/集光单元114。该制造方法可以(根据材料)变化；例如，在一些实施例中使用铸造或浮雕。
参照图3、图4和图5，在这个实施例中，光学重定向单元116的上表面(未标记)是平坦的。光学重定向单元116的下表面178的中心部分180是平坦的(当从侧方观看时)并且通常具有与聚光单元104的上表面102的中心部分170相同的大小和形状(例如，圆形)(当从下方观看时)。从中心部分180延伸，下表面178具有旋转对称的(如果没被方形边缘表面截断的话)下倾平面部分182(即，形成3D正圆柱圆锥形截锥体的表面)。从下表面178的平面部分182向上延伸进入本体184的是一系列新月形(当从下方观看时)凹部140。最靠近平坦中心部分180的凹部140c/140d的面积和深度两者都是最小的，并且凹部140越远离中心部分180则其面积和深度两者都越大。每个凹部140的面积连同其深度随着其行进离开下表面178而减小。每个凹部140面向中心部分180的边缘表面142是圆抛物面(其具体形状在以下被进一步详细描述)的一部分。每个凹部140与抛物面部分表面142相对的边缘表面186是直圆柱体的外表面的一部分。在这个实施例中，空气填充每个凹部140。
在这个实施例中，集光单元118的上表面188通常与光学重定向单元116的下表面178互补(凹部140例外)并且对准。因此，集光单元118的上表面188具有大小和形状上与光学重定向单元116的下表面178的中心平坦部分180互补的中心平坦部分190。从中心部分190延伸，上表面188具有旋转对称的(如果没被方形边缘表面截断)下倾平面部分192(即，形成3D正圆柱圆锥形截锥体的表面)。集光单元118的上表面188的下倾平面部分192通常在大小和形状上与光学重定向单元116的下表面178的下倾平面部分182互补(凹部140例外)。当集光单元118与光学重定向单元116配合(并且粘合到该光学重定向单元上)以形成光学重定向/集光单元114时，集光单元118的上表面188的下倾平面部分192闭合光学重定向单元116的下表面178的下倾平面部分182中的凹部140，从而将空气维持在凹部140中。
在这个实施例中，集光单元118的下表面194(其形成太阳能电池板组件100的下表面160的一部分)具有平坦(当从侧方观看时)中心部分196，该平坦中心部分196的尺寸小于集光单元118的上表面188的中心部分190。从中心部分196延伸，下表面194具有旋转对称的(如果没被方形边缘表面截断)面朝上的弯曲部分198。该弯曲部分198具有通过将一段抛物线绕轴线回转而形成的回转曲面形状，其具体形状在下面被进一步详细描述。
在这个实施例中，存在将重定向单元116粘合到下结构层126的下表面(未标记)的透明粘合层122。粘合层122可充分弹性变形以适应由太阳能电池板组件100的温度变化以及光学重定向单元116的制成材料的热膨胀系数与下结构层126的制成材料的热膨胀系数之间的差异(若有的话)引起的剪切应力。在这个实施例中，透明粘合层122是由乙烯乙酸乙烯酯(EVA)制成的。在其他实施例中，透明粘合层(若存在的话)由聚合硅氧烷(例如，硅树脂)、聚醋酸乙烯酯(PVA)、任何其他合适的离聚物等制成。在这个实施方式中，粘合层122是由与粘合层120相同的材料制成的。然而，在其他实施方式中，粘合层122是由与粘合层120不同的材料制成的。粘合层122具有以下尺寸：1.65m(长)×0.50m(宽)×400μm(高)。
第一实施例(光路)
参照图5，当所聚焦的光线148到达并横穿透镜106的焦点150时，光线152随着其进行离开焦点150开始发散。发散光线152横穿包封体136的剩余部分、下结构层126、粘合层122和光学重定向单元116的本体184。发散光线152照射在凹部140的弯曲边缘表面142上。弯曲边缘表面142充当基于由于光学重定向元件116的本体184的PMMA的折射率与凹部140中的空气的折射率之间的差异引起的全内反射而工作的反光镜。发散光线152反射离开弯曲边缘表面142返回进入光学重定向单元116的本体184中并且(由于弯曲边缘表面142的形状)朝集光单元118的下表面194的弯曲部分198重定向。经重定向的光线154横穿光学重定向单元116的本体和集光单元118的本体(未标记)。经重定向的光线154照射在集光单元118的下表面194的弯曲部分198上。弯曲部分198充当基于由于集光单元118的本体的PMMA的折射率与在集光单元118的下表面194下方的环境空气的折射率之间的差异引起的全内反射而工作的反光镜。经重定向的光线154反射离开弯曲部分198朝多结光伏电池134返回进入集光单元118的本体中(作为聚集光线156——归因于弯曲部分198的形状)。聚集光线156横穿集光单元118的本体、光学重定向单元116的本体184、粘合层122、下结构层126、包封体136并且照射在多结光伏电池134上以进行采集。
如上讨论的，在这个实施例中，每个凹部140在光学重定向元件116的下表面178中的弯曲边缘表面142(其充当反光镜)具有抛物面轴外部分的形状。集光元件118的下表面194的弯曲部分198(其也充当反光镜)具有一段抛物线绕垂直于用于创建旋转曲面的抛物线轴线的旋转轴线(与中心轴线168共线)旋转而得的形状。这些表面142、198中的每个表面具有其自己特定的位置(在作为其中一部分的单元116、118内)、形状和定向为使得发散聚焦直射光152遵循光学路径从焦点150到达多结光伏电池134，如上文所述。
因此，继续以上示例，在这个实施例中，当太阳能电池板组件100直接面向太阳时，直射太阳光线144a照射在透镜106a的表面146a上并且(穿过光伏电池128和电绝缘层130)被透镜106a聚焦朝向焦点150a，焦点150a是在通道138a的出口处。聚焦的光线148a横穿透镜106a的本体的剩余部分、光学粘合层120、上结构层124，进入通道138a内的包封体136材料，并且穿过通道138a横穿光伏电池128和电绝缘层130，并且到达包封体136中的透镜106a的焦点150a。发散聚焦光线152a从焦点150a横穿包封体136的剩余物、下结构层126、光学粘合层122、光学重定向单元116的本体184，并且照射在光学重定向单元116的下表面178中的凹部140a的弯曲边缘表面142a上。弯曲边缘表面142a被定位、设定大小、成形并且定向为使得光线152a在平行于限定了弯曲边缘表面142a的形状的抛物线的轴线的方向上反射离开弯曲边缘表面142a。(该抛物线轴线未在图5中示出，但是其通常平行于被示出反射离开弯曲边缘表面142a的光线154a。在这个实施例中，抛物线的焦点被设计成与透镜150a的焦点相符。然而，如在图5中可见，当太阳能组件100在使用中时，由于若干因素(包括太阳能组件100的各部件的热膨胀)，抛物线的焦点会极稍微地偏离透镜106a的焦点。这使得图5中的光线154a看起来稍微会聚。在太阳能电池板组件100的使用过程中的其他时间点处，光线154a可能看起来稍微发散。)
(现在)经重定向的光线154a横穿光学重定向元件116的本体184和集光元件118的本体，并且照射在集光元件118的下表面194的弯曲部分198上。弯曲边缘部分198被定位、成形并且定向为使得光线154a朝限定了弯曲部分198的形状的抛物线的焦点反射离开弯曲部分198。在这个实施例中，焦点未在图5中示出，但是其在多结光伏电池134的上方(以及相对于光路在后方)。在其他实施例中，限定了弯曲部分198的形状的抛物线的焦点定位在多结光伏电池134的底面中心处或在底面上。(现在)聚集光线156a横穿集光元件118的本体、光学重定向元件116、粘合层122、下结构层126、包封体136，并且照射在光线156a进入其中的多结光伏电池134上以进行采集。
类似地，在这个实施例中，直射太阳光线144c照射在透镜106c的表面146c上并且(穿过光伏电池128、电绝缘层130和导电层132)被透镜106c聚焦朝向焦点150c，焦点150c在通道138c的出口处。聚焦的光线148c横穿透镜106c的本体的剩余部分、光学粘合层120、上结构层124，进入通道138c内的包封体材料，并且穿过通道138c横穿光伏电池128、电绝缘层130和导电层，并且到达包封体中的透镜106c的焦点150c。发散聚焦光线152c从焦点150c横穿包封体136的剩余物、下结构层126、光学粘合层122、光学重定向单元116的本体184，并且照射在光学重定向单元116的下表面178中的凹部140c的弯曲边缘表面142c上。弯曲边缘表面142c被定位、设定大小、成形并且定向为使得光线152c平行于限定了弯曲边缘表面142c的形状的抛物线的轴线反射离开弯曲边缘表面142c。(该抛物线轴线未在图5中示出，但是其通常平行于被示出反射离开弯曲边缘表面142c的光线154c。在这个实施例中，抛物线的焦点被设计成与透镜150c的焦点相符。然而，如在图5中可见，当太阳能组件100在使用中时，由于若干因素(包括太阳能组件100的各部件的热膨胀)，抛物线的焦点会极稍微地偏离透镜106c的焦点。这使得图5中的光线154c看起来稍微发散。在太阳能电池板组件100的使用过程中的其他时间点处，光线154c可能看起来稍微会聚。)
(现在)经重定向的光线154c横穿光学重定向元件116的本体184和集光元件118的本体，并且照射在集光元件118的下表面194的弯曲部分198上。弯曲边缘部分198被定位、设定大小、成形并且定向为使得光线154c朝限定了弯曲部分198的形状的抛物线的焦点反射离开弯曲部分198。在这个实施例中，焦点未在图5中示出，但是其在多结光伏电池134的上方(以及相对于光路在后方)。在其他实施例中，限定了弯曲部分198的形状的抛物线的焦点定位在多结光伏电池134的底面中心处或在底面上。(现在)聚集光线156c横穿集光元件118的本体、光学重定向元件116、粘合层122、下结构层126、包封体136，并且照射在光线156c进入其中的多结光伏电池134上以进行采集。(在这个实施例中，集光单元118被称为“聚集”单元，因为已经被由任何凹部140的弯曲边缘表面142形成的任何反光镜重定向的光线154全部被集光单元118的下表面194的弯曲部分198重定向朝向多结光伏电池134，从而“聚集”光线154。)
仍然参照图5，在这个实施例中，照射在太阳能电池板组件100的上表面102上、未照射在透镜106上的直射光线200照射在聚光单元104的上表面102的透镜106之间的中心平坦部分170或部分214上。因为其关于上表面102的入射角为90°，所以不发生折射(不管上表面102上方的环境空气的折射率与聚光单元104的PMMA的折射率之间的差异)。因此，在这个实施例中，这种直射光线200继续笔直穿过上表面102并且横穿聚光单元104、粘合层120、上结构层124，并且照射在光伏电池128上以进行采集。因此，在本实施例中，并非照射在太阳能电池板阵列100上的全部直射光线都经由多结光伏电池134被采集；部分直射光线200是经由单结光伏电池128采集的。
仍参照图5，在这个实施例中，照射在聚光单元104的上表面102上的漫射光线202、206要么照射在透镜106之间的中心平坦部分170a、部分214上，要么照射在透镜106的透镜表面146之一上。照射在中心平坦部分170a或部分214上的漫射光线202在进入到聚光元件104的本体中时被折射(由于上表面102上方的环境空气的折射率与聚光单元104的PMMA的折射率之间的差异)。所产生的折射光线204横穿聚光元件104、粘合层120、上层结构124，并且照射在光伏电池128上以进行采集。照射在透镜106(例如，106f)的表面146(例如，146f)上的漫射光线206在进入到聚光元件104的本体中时也被折射(由于上表面102上方的环境空气的折射率与聚光单元104的PMMA的折射率之间的差异)。所产生的折射光线208横穿聚光元件104、粘合层120、上层结构124，并且照射在光伏电池128上以进行采集。
仍参照图5，在这个实施例中，太阳能电池板组件100能够采集一些漫射反照光线。在这个方面，由已经经太阳能电池板组件100后方(下面)的背景表面反射的光线产生漫射反照光线210。漫射反照光线210照射在集光单元118的下表面194的弯曲部分198上。漫射反照光线210在进入到集光单元元件118的本体时被折射(由于下表面194下方的环境空气的折射率与集光单元118的PMMA的折射率之间的差异)。所产生的折射光线212横穿集光单元118的本体、以及或者仅光学重定向元件116的本体184或者光学重定向元件116的本体184和由凹部140创建的气穴(视情况而定)、以及粘合层122、下结构层126、包封体136，并且然后照射在光伏电池128上以便进行采集。
如本领域的技术人员将理解的，图5的粒度不足以示出光路径随着光线从一种材料行进到另一种材料在进入太阳能电池板组件100内部时的折射率变化。在图5中，这些光学路径看起来是直线，好像各种部件具有相同的折射率，而事实上这些路径不是直线，因为各部件具有不同的折射率(虽然在相同的范围内)。在这个方面，PMMA的折射率为1.49469626；硅树脂的折射率为1.40654457；玻璃的折射率为1.51947188；并且EVA的折射率为1.49370420。空气的折射率为1.00027。
图5A是照射在透镜160a上的直射太阳光线144a的光学路径的一部分的示意图，如上所述。图5A展示了各部件的折射率差异的影响。将使用具有直射光线144a的前述示例。直射光线144a在透镜表面146a处由于空气的折射率(1.00027)与PMMA的折射率(1.49469626)之间的差异而被折射，并被聚焦朝向透镜106a的焦点150a。入射角215为14.6945°。图5中的聚焦折射光线148a(其被认为是该图中的单线光线)在图5A中被展示为单独的光线216、220、224和228，依次对其中的每一个进行描述。
聚焦光线216横穿聚光单元104的本体到达聚光单元104与粘合层120之间的边界218。光线216在边界218处由于PMMA的折射率(1.49469626)与EVA的折射率(1.49370420)之间的差异而被折射为光线220。有效入射角219为14.7074°。(有效入射角219是光线220与平行于直射光线144a的线221之间的角度。)
光线220横穿粘合层120到达粘合层120与上结构层124之间的边界222。光线220在边界222处由于EVA的折射率(1.49370420)与玻璃的折射率(1.51947188)之间的差异而被折射为光线224。有效入射角223为14.4477°。(有效入射角223是光线224与平行于直射光线144a的线225之间的角度。)
光线224横穿上结构层124到达上结构层124与通道138a内的包封层136材料之间的边界226。光线224在边界226处由于玻璃的折射率(1.51947188)与硅树脂的折射率(1.40654457)之间的差异而被折射为光线228。有效入射角227为15.6097°。(有效入射角227是光线228与平行于直射光线144a的线229之间的角度。)光线228横穿通道138并且横穿透镜160a的焦点150a。在图5中，在这个点处，图5中的聚焦折射光线148a(其被认为是该图中的单线光线)横穿焦点150a并作为图5中的光线152a(其也被认为是该图5中的单线光线)离开。然而，图5A的粒度大得多，并且光线228横穿焦点150a并作为光线230。
光线230横穿包封体136到达包封体136与下结构层126之间的边界232。光线220在边界232处由于硅树脂的折射率(1.40654457)与玻璃的折射率(1.51947188)之间的差异而被折射为光线234。有效入射角231为15.6045°。(有效入射角231是光线234与平行于直射光线144a的线235之间的角度。)
光线234横穿下结构层126到达下结构层126与粘合层122之间的边界236。光线234在边界236处由于玻璃的折射率(1.51947188)与EVA的折射率(1.49370420)之间的差异而被折射为光线238。有效入射角237为14.1470°。(有效入射角237是光线238与平行于直射光线144a的线239之间的角度。)
光线238横穿粘合层122到达粘合层122与光学重定向单元116之间的边界240。光线238在边界240处由于EVA的折射率(1.49370420)与PMMA的折射率(1.49469626)之间的差异而被折射为光线242。有效入射角237为14.6583°。(有效入射角239是光线242与平行于直射光线144a的线241之间的角度。)
光线242横穿光学重定向单元116的本体184到达凹部140a的弯曲边缘表面142a。如上文所描述的，光线242经弯曲边缘表面142反射。
应当理解的是，尽管由于缺乏粒度而无法在图5中展示，但是太阳能电池板组件100及其各部件(与本技术的其他实施例一样)被设计为将与光线穿过太阳能电池板组件的实际路径的直线的微小偏差考虑在内，图5A中展示了该路径的一部分的示例。
第一实施例(制造方法)
制造太阳能电池板组件100的方法包括，但不限于以下各项：从适当设定大小的单结光伏电池128的制造商(如，在本说明书的背景技术部分中所提及的制造商之一)处获得适当设定大小的单结光伏电池。经由直接沉积技术或生长技术(如，在电池128上形成氧化硅层)的任何适当组合，或者通过经由粘合剂、高温和/或压力中的任一者将聚合材料的绝缘薄片或薄膜附接到光伏电池128上来将适合用于形成电绝缘层130的材料施加到光伏电池128上。
在一些方法中，导电体132预装配有电绝缘体130，以便形成稍后被附接至如以上所描述的光伏电池128上的一个单独部件。在一些这种方法中，导电体132是具有导电体迹线的聚合物膜，其中，该膜充当绝缘层130，并且迹线充当导体132。
在一些方法中，通过如溅射、丝网印刷、印刷或电化学成形等金属沉积技术或膜应用技术来在绝缘体130上直接形成导电体132。
在一些方法中，将适合用于形成导电体132的材料放置在电绝缘层130上。
在一些方法中，将绝缘体130形成为光伏电池128的整体部分。
在一些方法中，光伏电池128、绝缘层130和导电体132一旦装配将形成一个固体部件。
导电体132与多结光伏电池134电互连。在一些方法中，在对绝缘体130与导电体132和光伏电池128进行装配之前，将多结光伏电池134装配到导电体132上。在其他方法中，在之前提及的依次装配之后，将多结光伏电池134装配到导电体132上。在任一种情况下，可以对多结光伏电池134进行预封装(利用到普通半导体封装体上的引线接合或引线框)，以便允许将多结光伏聚光器电池表面安装焊接至底层导体上。
光伏电池128与多结光伏电池134然后电互连在一起。这是适合于使用焊接带来创建多串光伏电池128的硅PV电池的常规方式，其中，带状导体将最终被组合成接线盒内部的连接器或端接器。
焊接带还可以用于通过在导电体132之间创建电互连、创建更大的串以及最终通过接线盒来提供模块之外的电路径从而创建多串多结光伏电池134。连接光伏电池128的电路可以完全独立于连接多结光伏电池134的电路，两者都具有在相同或不同接线盒内部中的端子。在后一种情况下，模块将具有两个正极端子和两个负极端子，并且将在电气上充当在各种照明条件下具有不同电流和电压特性以及不同效率的两个独立模块。因此，这将是四端子组件100，并且将在电气系统中在某点处对来自整个模块内的两个电独立模块的电力进行组合，或者将该电力用于对单独负载进行供电。
还有可能通过使用嵌入式电子器件来对多结光伏电池134和光伏电池128中的任何一者、一些或全部执行DC-DC转换从而将每一个模块制成二端子设备，以便使得高效地将不同电池并联或串联。可以在模块级、在串级、或者在光伏电池128级嵌入电子器件。
一旦已经针对光伏电池128和多结光伏电池134创建了具有端子的电路，整个组件(由单结光伏电池128、绝缘体130、导体132、和多结光伏电池134组成)就被层压在上结构层124(例如，玻璃)与下结构层126(例如，玻璃)之间。可以通过使用就位的其他元件来固化两个结构层124和126薄片之间的透明硅树脂材料或者通过使如EVA等聚合物回流来完成这种层压。层压过程留下包封材料136，该包封材料将部件(单结光伏电池128、绝缘体130、导体132、和多结光伏电池134)包封在两个结构层124和126之间的夹层内。
例如，可以将包封体136(在这个实施例中的硅树脂)放置在导电体132上方，并且将下结构层126放置在其下，将单结光伏电池128、电绝缘体130、导电体132、多结光伏电池134和包封体136夹置在上结构层124与下结构层126之间。
粘合层120(例如，硅树脂或EVA)被施加到上结构层124的自由表面上，并且聚光单元104被放置在其上，从而将它们粘附到上结构层124上。
粘合层122(例如，硅树脂或EVA)被施加到下结构层126的自由表面上，并且光学重定向/集光单元114被放置在其上，从而将它们粘附到下结构层126上。可以由一块成形的聚合物来整体地制作集光单元118和光学重定向单元116，以便创建114，或者它们可以是粘合在一起的单独成形的块组件。
第二实施例
为了便于理解，参照太阳能电池板组件100的二维横截面(例如，图5)来描述了第一实施例——太阳能电池板组件100，示出了在该横截面的平面内行进的光线。虽然一些实际光线的确遵循这些路径，但是太阳能电池板组件100是三维设备。由此，光线在除了图5中所展示的方向以外的方向上行进。由此，参照图9至图15，三维地展示了第二实施例——太阳能电池板组件1100的一部分，以便提供对本技术的附加理解。
参照图9和图10，太阳能电池板组件1100类似于太阳能电池板组件100，具有一些差异。具体地，太阳能电池板组件1100的聚光单元1104的上表面1102上的透镜1106被安排为五个(以及第六个的一部分)同心圆(与太阳能面板100的情况下的三个同心圆相对照)。类似地，太阳能电池板组件1100的光学重定向/集光单元1114的光学定向单元1116具有用于与聚光单元1104的附加透镜1106配合的附加凹部1140。类似地，存在附加通道1138，通过这些附加通道，直射太阳光线1144被聚焦在聚光单元1104的附加透镜1106的视野中。
具体参照图10，太阳能电池板组件1100具有由PMMA制成的聚光单元1104。每个聚光单元1104的上表面1102具有被安排为同心圆的一系列透镜1106。位于每个透镜1106之间的是平坦部分1214。在每个聚光单元1104的上表面1101的中心是中心圆形平坦部分1170。每个透镜1106具有凸透镜表面1146(其在图9和图10三维地展示)。通过EVA粘合层1120将聚光单元1104粘合到由玻璃片制成的上结构层1124上。夹置在上结构层1124与下结构层1126(其也是玻璃片)之间的是单结光伏电池1128、电绝缘体1130、导电体1132、多结光伏电池1134和包封体1136。(这些部件中的每一个部件类似于其在太阳能电池板组件100中的对应物并且在本文中将不再对其进行进一步详细描述。)单结光伏电池1128、电绝缘体1130、和导电体1132各自具有位于其中的一系列孔(分别为1172、1174、1176)，这些孔一起形成光学通道1138。
通过EVA粘合层1122将PMMA光学重定向/集光单元1114粘合到下结构表面1126上。光学重定向/集光单元1114中各自包括光学重定向单元1116和集光单元1118。从每个光学重定向单元1116的下表面1178向上延伸进入其本体1184中是一系列凹部1140，这些凹部充满空气。每个凹部1140具有弯曲边缘表面1142(具有抛物面的一部分的形状)以及与具有直圆柱体的一部分的形状的边缘表面1142相对的边缘表面1186。光学重定向单元1116下方是具有对相应光学重定向单元1116的下表面1178进行密封的上表面1188以及具有弯曲部分1198(具有抛物线回转段的形状)的下表面1194的集光单元1118(也是由PMMA制成)。本文所描述的每个结构具有与关于其在太阳能电池板组件100中的对应物类似的结构、功能、以及装配和使用方法，并且本文将不再对其进行进一步详细描述。
参照图9，可以看到直射太阳光线1144穿过太阳能电池板组件1100的路径。具体地，图9三维地展示了这种路径。直射太阳光线1144照射在透镜1106之一的表面1146，并且被聚焦(作为光线1148)朝向透镜1106的焦点1150，该焦点位于包封体1136中的通道1138的出口处。横穿焦点1150(作为光线1152)，光线1152继续行进穿过太阳能电池板组件1100并照射在凹部1140的抛物面边缘表面1142上。光线1152由于全内反射而经抛物面边缘表面1142反射，并且被反射为与限定了抛物面边缘表面1142的抛物面的轴线(未示出)平行的光线1154。光线1154继续行进穿过太阳能电池板组件1100并照射在集光单元1118的下表面1194的回转抛物线弯曲部分1198上。光线1154由于全内反射而经回转抛物线弯曲部分1198反射，并被反射为光线1156朝向限定了回转抛物线弯曲部分1198的抛物线的焦点(未示出——但是位于多结光伏电池1134上方和附近)。光线1156继续行进穿过太阳能电池板组件1100并照射在多结光伏电池1134上以便由该多结光伏电池进行采集。
图9中还示出了第二直射光线1145和其穿过太阳能电池板组件1100到达多结光伏电池1134的路径。
图11、图11A、图12、图12A、图13、图13A、图14、图14A和图15帮助提供对本实施例的附加理解。图15提供了示意图，展示了照射在类似于图9和图10的太阳能电池板组件1100的聚光单元1104的一部分上的众多直射光线1144所采取的路径。为了促进理解本示意图，太阳能电池板组件1100的大部分部件未示出(尽管它们显然存在)。由此，可以看出的是，直射太阳光线1144照射在透镜1106之一的表面1146上，并被聚焦为光线1148朝向透镜1106中的那个透镜的焦点1150。横穿焦点1150(作为光线1152)，光线1152照射在抛物面边缘表面1142之一上，并由于全内反射而被反射为与限定了该抛物面边缘表面1142的抛物面的轴线平行的光线1154。然后，光线1154照射在抛物面弯曲部分1198上，并由于全内反射而经抛物面弯曲部分1198反射作为光线1156朝向限定了抛物面弯曲部分1198的抛物面的焦点。然后，光线1156照射在多结光伏电池1134上，以便由该多结光伏电池进行采集。
图11至图14A提供了若干示意图(从不同视角获得的)，展示了照射在太阳能电池板组件1100的聚光单元上的众多直射光线1144采取的路径。再次，为了促进理解这些示意图，太阳能电池板组件1100的大部分部件未被示出(尽管它们显然存在)。由此，可以看出的是，直射太阳光线1144照射在透镜1106之一的表面1146上，并被聚焦为光线1148朝向透镜1106中的那一个透镜的焦点1150。横穿焦点1150(作为光线1152)，光线1152照射在抛物面边缘表面1142之一上，并由于全内反射而被反射为与限定了该抛物面边缘表面1142的抛物面的轴线平行的光线1154。光线1154然后照射在回转抛物线弯曲部分1198上，并由于全内反射而经回转抛物线弯曲部分1198反射作为光线1156朝向限定了回转抛物线弯曲部分1198的抛物线的焦点。光线1156然后照射在多结光伏电池1134上，以便由该多结光伏电池进行采集。
在这个实施例中，照射在太阳能电池板组件1100的集光单元1104的上表面1102的中心平坦部分1170上的直射光线(未示出)照射在多结光伏电池1128(仅在图9和图10中示出)，以便进行采集。
在图9至图15中尚未示出照射在太阳能电池板组件1100上的漫射光线，以便促进理解。在这个实施例中，如以上关于第一实施例所描述的，这种光漫射光线通常将最终照射在单结光伏电池1128周围，以便进行采集。
第三实施例
参照图16，展示了以横截面示出的第三实施例——太阳能电池板组件2100。太阳能电池板组件2100类似于太阳能电池板组件100，具有一些差异。具体地，如在下文中进一步描述的，此实施例的集光元件是复合结构。
太阳能电池板组件2100具有PMMA聚光单元2104。每个聚光单元2104的上表面2102具有被安排为同心圆的一系列透镜2106。在每个聚光单元2104的上表面2102的中心是中心圆形平坦部分2170。每个透镜2106具有凸透镜表面2146。通过EVA粘合层2120将聚光单元2104粘合到(由玻璃片制成的)上结构层2124。夹置在上结构层2124与下结构层2126(其也是玻璃片)之间的是单结光伏电池2128、电绝缘体2130、导电体2132(为了简洁在图16中被展示为单层)、多结光伏电池2134和包封体2136。在这个实施例中，上表面2258具有位于其中围绕多结光伏电池2134的环形凹部2252(从上方观察时。环形凹部2252具有横截面为抛物线的弯曲底面2254。(这些部件中的每一个部件在其他方面类似于其在太阳能电池板组件100中的对应物并且在本文中将不再对其进行进一步详细描述。)单结光伏电池2128、电绝缘体2130、和导电体2132各自具有形成光学通道2138的一系列孔。
通过EVA粘合层2122将PMMA光学重定向/集光单元2114粘合到下结构表面2126上。光学重定向/集光单元2118中各自包括光学重定向单元2116和集光单元2114。从每个光学重定向单元2116的下表面2178向上延伸到其本体2184中的是一系列凹部2140，这些凹部充满空气。每个凹部2140具有弯曲边缘表面2142(具有抛物面的一部分的形状)以及与具有直圆柱体的一部分的形状的边缘表面2142相对的边缘表面2186。光学重定向单元2116下方是具有对相应光学重定向单元2116的下表面2178进行密封的上表面2188以及具有弯曲部分2198(具有一段抛物面的形状)的下表面2194的集光单元2118(也是由PMMA制成)。本文所描述的每个结构具有与关于其在太阳能电池板组件100中的对应物类似的结构、功能、以及装配和使用方法，并且本文将不再对其进行进一步详细描述。
在图16中，可以看到直射太阳光线2144穿过太阳能电池板组件2100的路径。在这个方面，某些直射太阳光线2144c、d具有与图5中所示出的直射太阳光线144的路径类似的路径。由此，直射太阳光线2144c、d照射在透镜2106c、d(对应地)之一的表面2146c、d上(对应地)，并且被聚焦(作为光线2148c、d(对应地))朝向透镜2106c、d(对应地)的焦点2150c、d(对应地)，这些焦点在包封体2136中的通道2138c、d(对应地)的出口处。横穿焦点2150c、d(对应地)(作为光线2152c、d(对应地))，光线2152c、d继续行进穿过太阳能电池板组件2100并照射在凹部2140c、d(对应地)的抛物面边缘表面2142c、d(对应地)上。光线2152c、d由于全内反射而经抛物面边缘表面1142c、d(对应地)反射，并且被反射为与限定了抛物面边缘表面2142c、d的抛物面的轴线(未示出)平行的光线2154c、d(对应地)。(在这个实施例中，限定了抛物面边缘表面2142c、d的抛物面的焦点对应地与透镜2106c、d的焦点2150c、d重合)。光线2154c、d继续行进穿过太阳能电池板组件2100并照射在集光单元2118的下表面2194的回转抛物线弯曲部分2198上。光线2154c、d由于全内反射而经回转抛物线弯曲部分2198反射，并被反射为光线2156c、d(对应地)朝向限定了回转抛物线弯曲部分2198的抛物线的焦点(未示出——但是位于多结光伏电池2134上方和附近)。光线2156c、d(对应地)继续行进穿过太阳能电池板组件2100并照射在多结光伏电池2134上，以便由该多结光伏电池进行采集。
然而，某些直射太阳光线2144a、b的路径稍微不同于之前关于直射太阳光线2144c、d所描述的路径。直射太阳光线2144a、b照射在透镜2106a之一的表面2146a上，并且被聚焦(作为光线2148a、b(对应地))朝向透镜2106a的焦点2150a，该焦点位于包封体2136中的通道2138a的出口处。横穿焦点2150a(作为光线2152a、b(对应地))，光线2152a、b继续行进穿过太阳能电池板组件2100并照射在凹部2140a的抛物面边缘表面2142a上。光线2152a、b由于全内反射而经抛物面边缘表面2142a反射，并且被反射为与限定了抛物面边缘表面2142a的抛物面的轴线(未示出)平行的光线2154a、b。(在这个实施例中，限定了抛物面边缘表面2142a的抛物面的焦点与透镜2106a的焦点2150a重合)。光线2154a、b继续行进穿过太阳能电池板组件2100并照射在集光单元2118的下表面2194的回转抛物线弯曲部分2198上。光线2154a、b由于全内反射而经回转抛物线弯曲部分2198反射，并被反射为光线2156a、b(对应地)朝向限定了回转抛物线弯曲部分2198的抛物线的焦点(未示出——但是位于多结光伏电池2134上方)。光线2156a、b(对应地)继续行进穿过太阳能电池板组件2100并照射在下结构层2126中凹部2252的弯曲底面2254上。光线2156a、b由于凹部的表面上的反射镜涂层而经弯曲底面2254反射并被反射为光线2256a、b(对应地)朝向多结光伏电池2134。光线2156a、b(对应地)继续行进穿过太阳能电池板组件2100并照射在多结光伏电池2134上，以便由该多结光伏电池进行采集。
在这个实施例中，照射在太阳能电池板组件2100的集光单元2104的上表面2102的中心平坦部分2170上的直射光线(未示出)照射在多结光伏电池1128上。
在图16中尚未示出照射在太阳能电池板组件2100上的漫射光线，以便促进理解。在这个实施例中，如以上关于第一实施例所描述的，这种光漫射光线通常将最终照射在单结光伏电池2128周围，以便进行采集。
第四实施例
参照图17，展示了以横截面示出的第四实施例——太阳能电池板组件3100。太阳能电池板组件3100类似于太阳能电池板组件100，具有一些差异。具体地，这个实施例不具有集光元件。
太阳能电池板组件3100具有PMMA聚光单元3104。每个聚光单元3104的上表面3102具有被安排为同心圆的一系列透镜3106。在每个聚光单元3104的上表面3102的中心是中心圆形平坦部分3170。每个透镜3106具有凸透镜表面3146。通过EVA粘合层3120将聚光单元3104粘合到(由玻璃片制成的)上结构层3124上。夹置在上结构层3124与光学重定向单元3116(其在此实施例中由玻璃制成)之间的是单结光伏电池3128、电绝缘体3130、导电体3132(为了简洁在图17中全部被展示为单层)、多结光伏电池3134以及包封体3136。(这些部件中的每一个部件在其他方面类似于其在太阳能电池板组件100中的对应物并且在本文中将不再对其进行进一步详细描述。)单结光伏电池3128、电绝缘体3130、和导电体3132各自具有形成光学通道3138的一系列孔。
光学重定向单元3116各自具有由PMMA制成的一系列向下的环状直壁突出物3141。在每个突出物3141的下端的是弯曲表面3143，该弯曲表面涂覆有诸如铝或银的反射材料以便形成反射镜。
在图17中，可以看到直射太阳光线3144穿过太阳能电池板组件3100的路径。直射太阳光线3144照射在透镜3106之一的表面3146上并且被聚焦(作为光线3148)朝向透镜3106的焦点3150，这些焦点在包封体3136中的通道3138的出口处。横穿焦点3150(作为光线3152)，光线3152继续行进穿过光学重定向单元3116及其环形突出物3141，并且照射在抛物线镜像表面3143上。光线3152从弯曲镜像表面3143反射并且被反射为光线3154朝向弯曲镜像表面3143的焦点(未示出——但相对于多结光伏电池3134被适当地定位，从而使得照射在其上的光线被聚焦，使得其与多结光伏电池3134相交)。光线3154继续行进并且照射在多结光伏电池3134上以进行采集。
在这个实施例中，照射在太阳能电池板组件3100的集光单元3104的上表面3102的中心平坦部分3170的直射光线(未示出)照射在单结光伏电池3128上。
在图17中尚未示出照射在太阳能电池板组件3100上的漫射光线，以便促进理解。在这个实施例中，如以上关于第一实施例所描述的，这种光漫射光线通常将最终照射在单结光伏电池3128周围，以便进行采集。
第五实施例
参照图18，展示了以横截面示出的第五实施例——太阳能电池板组件4100。太阳能电池板组件4100类似于太阳能电池板组件100，具有一些差异。具体地，如在下文中进一步描述的，聚焦的聚集直射光线进入多结光伏电池4134的上表面4270。
太阳能电池板组件4100具有PMMA聚光单元4104。每个聚光单元4104的上表面4102具有被安排为同心圆的一系列透镜4106(4106a、4106b、4106c、4106d、4106e、4106f)。在每个聚光单元4104的上表面4102的中心是中心圆形平坦部分4170。每个透镜4106都具有凸透镜表面4146(4146a、4146b、4146c、4146d、4146e、4146f)。通过EVA粘合层4120将聚光单元4104粘合到(由玻璃片制成的)上结构层4124上。夹置在上结构层4124与下结构层4126(其也是玻璃片)之间的是单结光伏电池4128、电绝缘体4130、导电体4132(为了简洁在图18中被展示为单层)、多结光伏电池4134和包封体4136。(这些部件中的每个部件在其他方面类似于其在太阳能电池板组件100中的对应物，并且除以下情形之外本文将不再对其进行进一步详细描述。)在这个实施例中，上结构层4124的下表面4272具有位于其中的半球形凹部4262。凹部的暴露“圆顶”涂覆有形成高反射镜像表面的铝金属层4264。在铝金属层4264与玻璃上结构层4124以及导电体4132之间的是充当绝缘体的氧化铝层4266。如下所述，绝缘体4130和导电体4132具有位于其中的开口4274，该开口略大于半球形凹部4262以允许光进入凹部。
通过EVA粘合层4122将PMMA光学重定向/集光单元4114粘合到下结构表面4126上。光学重定向/集光单元4114各自包括光学重定向单元4116和集光单元4118。从每个光学重定向单元4116的下表面4178向上延伸进入本体4184的是一系列凹部4140，这些凹部充满空气。每个凹部4140具有弯曲边缘表面4142(具有抛物面的一部分的形状)以及与具有直圆柱体的一部分的形状的边缘表面4142相对的边缘表面4186。光学重定向单元4116下方是具有对相应光学重定向单元4116的下表面4178进行密封的上表面4188以及具有弯曲部分4198(具有抛物线回转段的形状)的下表面4194的集光单元4118(也是由PMMA制成)。本文所描述的每个结构具有与关于其在太阳能电池板组件100中的对应物类似的结构、功能、以及装配和使用方法，并且本文将不再对其进行进一步详细描述。
在图18中，可以看到直射太阳光线4144穿过太阳能电池板组件4100的路径。在这个方面，直射太阳光线4144a、b照射在透镜4106a的表面4146a上并且被聚焦(作为光线4148a、b(对应地))朝向透镜4106a的焦点4150a，该焦点在包封体4136中的通道4138a的出口处。横穿焦点4150a(作为光线4152a、b(对应地))，光线4152a、b继续行进穿过太阳能电池板组件4100并且照射在凹部4140a的抛物面边缘表面4142a上。由于全内反射，光线4152a、b经抛物面边缘表面4142a反射并且被反射为与限定抛物面边缘表面4142a的抛物线的轴线(未示出)平行的光线4154a、b。(在这个实施例中，限定抛物面边缘表面4142a的抛物线的焦点与透镜4106a的焦点4150a重合。)光线4154a、b继续行进穿过太阳能电池板组件4100并且照射在集光单元4118的下表面4194的回转抛物线弯曲部分4198上。由于全内反射，光线4154a、b经回转抛物线弯曲部分4198反射并且被反射为光线4156a、b(对应地)朝向限定了回转抛物线弯曲部分4198的抛物线的焦点4268a。光线4156a、b继续行进穿过焦点4268a(并发散)并且照射在铝金属层4264上。铝金属层4264充当反射器，并且光线4256a、b经其反射朝向多结光伏电池4134的上表面4270以由其进行采集。
类似地，直射太阳光线4144d、e照射在透镜4106d、e(对应地)的表面4146d、e上，并且被聚焦(作为光线4148d、e(对应地))朝向透镜4106d、e(对应地)的焦点4150d、e，这些焦点在包封体4136中的通道4138d、e(对应地)的出口处。横穿焦点4150d、e(作为光线4152d、e(对应地))，光线4152d、e继续行进穿过太阳能电池板组件4100并且照射在凹部4140d、e(对应地)的抛物面边缘表面4142d、e上。光线4152d、e(对应地)由于全内反射经抛物面边缘表面4142d、e(对应地)反射并且被反射为与限定了抛物面边缘表面4142d、e(对应地)的抛物线的轴线(未示出)平行的光线4154d、e(对应地)。(在这个实施例中，限定了抛物面边缘表面4142d、e的抛物线的这些焦点与透镜4106d、e(对应地)的焦点4150d、e重合。)光线4154d、e继续行进穿过太阳能电池板组件4100并且照射在集光单元4118的下表面4194的回转抛物线弯曲部分4198上。由于全内反射，光线4154d、e经回转抛物线弯曲部分4198反射并且被反射为光线4156d、e(对应地)朝向限定了回转抛物线弯曲部分4198的抛物线的焦点4268b。光线4156d、e继续行进穿过焦点4268b(并发散)并且照射在铝金属层4264上。铝金属层4264充当反射器，并且光线4256d、e经其反射朝向多结光伏电池4134的上表面4270以由其进行采集。
在这个实施例中，照射在太阳能电池板组件4100的聚光单元4104的上表面4102的中心平坦部分4170上的直射光线(未示出)照射在单结光伏电池4128上。
在图18中尚未示出照射在太阳能电池板组件4100上的漫射光线，以便促进理解。在这个实施例中，如以上关于第一实施例所描述的，这种光漫射光线通常将最终照射在单结光伏电池4128周围，以便进行采集。
附加的披露内容
图19是在本技术的一些实施例中展示散热的太阳能电池板组件5100的特写横截面示意图。具体地，粘合层5120、5122；结构层5124、5126；单结光伏电池5128；电绝缘体5130；导电体5132；多结光伏电池5134；以及包封体5136(其可以类似于在上文中所描述的那些)在图19中示出。在如这个示意图中所展示的起作用的本技术实施例中，由多结光伏电池5134的操作所产生的热能量5260的大部分通过单结光伏电池5128耗散。这可能发生在单结光伏电池5128的导热率比电绝缘体5130和导电体5132大的实施例中。这可能是以上描述的实施例之一中的情况，其中，各个部件(例如，结构层5124、5126；单结光伏电池5128；电绝缘体5130；导电体5132；以及包封体5136)的导热性、几何结构、以及尺寸为使得其发生。这还可能(或者附加地)是由于各个部件的材料的变化引起的情况。在非限制性示例中，其中，电绝缘体5130由氮化铝(AlN)制成——该电绝缘体是良好的电绝缘体和良好的导热体，并且导电体5132由钛制成——该导电体是良好的导电体但却是较差的导热体——这可能发生。
图20是在本技术的一些实施例中展示散热的太阳能电池板组件6100的特写横截面示意图。具体地，粘合层6120、6122；结构层6124、6126；单结光伏电池6128；电绝缘体6130；导电体6132；多结光伏电池6134；以及包封体6136(其可以类似于在上文中所描述的那些)在图20中示出。在如这个示意图中所展示的起作用的本技术的实施例中，由多结光伏电池6134的操作所产生的热能量6260的大部分通过导电体6132耗散。这可能发生在导电体6132的导热率比电绝缘体6130和单结光伏电池6128大的实施例中。这可能是以上描述的实施例之一中的情况，其中，各个部件(例如，结构层6124、6126；单结光伏电池6128；电绝缘体6130；导电体6132；以及包封体6136)的导热性、几何结构、以及尺寸为使得其发生。这还可能(或者附加地)是由于各个部件的材料的变化引起的情况。在非限制性示例中，其中，导电体6132由铜金属制成(Cu)——该导电体是良好的导电体和良好的导热体，并且电绝缘体6130由双轴定向的聚对苯二甲酸乙二醇酯(BoPET-“Mylar”TM)制成——该电绝缘体既是良好的电绝缘体又是良好的热绝缘体。
图21是本技术的太阳能电池板组件7100的透镜7106的特写平面示意图，展示了在笛卡尔阵列中的透镜7106。
图22是本技术的太阳能电池板组件8100的透镜8106的特写平面示意图，展示了在不规则间隔的由算法确定的阵列中的透镜8106。
图23是本技术的太阳能电池板组件9100的透镜9106的特写平面示意图，展示了在六边形阵列中的透镜9106。
图24是本技术的太阳能电池板组件10100的透视示意图，展示了在紧密堆积的笛卡尔阵列中的透镜10106。透镜10106在平面视图中是正方形形状，并且在其之间具有很少或者没有空间10107(取决于实施例)。
图25和图25A示出了适合用于本技术的一些实施例的导电体11132和电绝缘体11130的多个部分的平面视图。如在图25中可见，导电体11132被成形以形成电路(未标记)的两个不同的电流路径11162、11164，该电路包括与单结光伏电池(未示出)相关联的多结光伏电池11134。该电路具有连接至多结光伏电池11134中的每个多结光伏电池的正极端子(未标记)的“正向”电流路径11162以及连接至多结光伏电池11134的每个多结光伏电池的负极端子11166的“负向”电流路径(亦参见图25A，示出了这些连接的特写视图)。图25中还示出了单结光伏电池(未示出)的导体的端子11163、11165。在这种构造中，针对单结光伏电池形成的电路与针对多结光伏电池11134形成的电路隔离开(除了与其电分开之外)。电绝缘体11132具有位于其中的一系列开口11176。
图26和图26A示出了适合用于本技术的一些实施例的导电体12132和电绝缘体12130的多个部分的平面视图。如在图26中可见，导电体12132被成形以形成电路(未标记)的两个不同的电流路径12162、12164，该电路包括与单结光伏电池(未示出)相关联的多结光伏电池12134。该电路具有连接至多结光伏电池12134中的每个多结光伏电池的正极端子(未标记)的“正向”电流路径12162以及连接至多结光伏电池12134的每个多结光伏电池的负极端子12166的“负向”电流路径(亦参见图26A，示出了这些连接的特写视图)。图26中还示出了单结光伏电池(未示出)的导体的端子12163、12165。在这种构造中，针对单结光伏电池形成的电路与针对多结光伏电池12134形成的电路相互交错(尽管与其电分开)。电绝缘体12132具有位于其中的一系列开口12176。
对本技术的上述实施例的修改和改进对于本领域技术人员可以变得明显。上述说明旨在为示例性而非限制性的。因此，本技术的范围旨在仅由所附权利要求书的范围来限制。

Claims (35)

1.一种用于采集来自光源的直射光和漫射光的设备，所述设备包括：
第一光伏电池，所述第一光伏电池具有上表面、下表面以及位于所述第一光伏电池中与所述上表面和所述下表面光学连通的光学通道阵列；
聚光元件阵列，所述聚光元件阵列在所述第一光伏电池的所述上表面上方，限定了受光区域，所述聚光元件中的每个聚光元件与所述光学通道中的一个光学通道相关联，所述聚光元件中的每个聚光元件被构造并安排成用于将来自所述光源照射在那个聚光元件上的直射光聚集朝向所述光学通道中与那个聚光元件相关联的所述一个光学通道，所述聚集的直射光经由所述光学通道穿过所述第一光伏电池并且经由所述下表面作为非平行光束离开所述第一光伏电池，来自所述光源的漫射光穿过所述聚光元件阵列至所述第一光伏电池的所述上表面并且进入所述第一光伏电池以由其进行采集；以及
光学重定向元件阵列，所述光学重定向元件阵列在所述第一光伏电池的所述下表面下方，所述重定向元件中的每个重定向元件与所述光学通道中的一个光学通道相关联，所述重定向元件中的每个重定向元件接收来自与那个重定向元件相关联的所述光学通道的光束并且将所述光束光学重定向朝向第二光伏电池以由其进行采集，所述第二光伏电池具有接收所述光束的有效区域，所述第二光伏电池的所述有效区域比由所述聚光元件阵列限定的所述受光区域小聚光因子倍。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述第二光伏电池具有上表面和下表面，并且来自所述光学重定向元件阵列的所述光束穿过所述第二光伏电池的所述下表面进入所述第二光伏电池。
3.如权利要求2所述的设备，其中，所述光束仅穿过所述第二光伏电池的所述下表面进入所述第二光伏电池。
4.如权利要求2和3中任一项所述的设备，其中，所述第二光伏电池的所述上表面与所述第一光伏电池的所述下表面相邻。
5.如权利要求1所述的设备，其中，所述第二光伏电池与所述第一光伏电池竖向间隔开并且具有上表面和下表面，来自所述光学重定向元件阵列的所述光束穿过所述第二光伏电池的所述上表面进入所述第二光伏电池。
6.如权利要求1至5中任一项所述的设备，其中，所述第二光伏电池是单个第二光伏电池。
7.如权利要求1至6中任一项所述的设备，进一步包括集光元件，所述集光元件接收来自所述光学重定向元件阵列的所述光束并且将所述光束光学重定向朝向所述第二光伏电池。
8.如权利要求7所述的设备，其中，所述集光元件直接将所述光束重定向朝向所述第二光伏电池。
9.如权利要求1至6中任一项所述的设备，其中，所述重定向元件直接将所述光束重定向朝向所述第二光伏电池。
10.如权利要求1至9中任一项所述的设备，其中，所述聚光元件是透镜。
11.如权利要求10所述的设备，其中，所述透镜被安排为包括具有第一公共圆心的第一系列同心圆的第一图案，并且针对所述第一系列同心圆中的一个同心圆，所述第一系列同心圆中的那一个同心圆的透镜具有相同的表面面积，所述透镜的表面随着行进离开所述第一公共圆心而增大。
12.如权利要求10所述的设备，其中，所述透镜被安排为六边形阵列。
13.如权利要求10所述的设备，其中，所述透镜被安排为笛卡尔阵列。
14.如权利要求10所述的设备，其中，所述透镜被安排为不规则间隔的由算法确定的阵列。
15.如权利要求1至14中任一项所述的设备，其中，所述光学通道是穿过所述第一光伏电池的开口。
16.如权利要求10至14以及直接或间接从属于权利要求10时的权利要求15中任一项所述的设备，其中，每个透镜的焦点关于其对应光学通道被定位为使得由那个透镜聚集的直射光穿过其在所述第一光伏电池中的对应开口。
17.如权利要求1至16中任一项所述的设备，其中，所述光学重定向元件是反光镜，并且重定向所述光束经由全内反射而发生。
18.如直接或间接从属于权利要求9时的权利要求17所述的设备，其中，所述光学重定向元件被成形并安排为使得每个光束的至少75％具有从与其相关联的所述光学重定向元件到所述第二光伏电池的无障碍路径。
19.如直接或间接从属于权利要求9时的权利要求17所述的设备，其中，所述光学重定向元件被成形并安排为使得每个光束具有从与其相关联的所述光学重定向元件到所述第二光伏电池的无障碍路径。
20.如直接或间接从属于权利要求7时的权利要求17所述的设备，其中，所述光学重定向元件被成形并安排为使得所述每个光束的至少75％具有从与其相关联的所述光学重定向元件到所述集光元件的无障碍路径。
21.如直接或间接从属于权利要求7时的权利要求17所述的设备，其中，所述光学重定向元件被成形并安排为使得每个光束具有从与其相关联的所述光学重定向元件到所述集光元件的无障碍路径。
22.如权利要求11以及直接或间接从属于权利要求10时的权利要求15至21中任一项所述的设备，其中，所述光学重定向元件被安排为包括具有第二公共圆心的第二系列同心圆的第二图案。
23.如权利要求12至14以及直接或间接从属于权利要求12至14之一时的权利要求15至21中任一项所述的设备，其中，所述光学重定向元件被安排为与所述透镜的阵列类似的阵列。
24.如权利要求17以及直接或间接从属于权利要求17时的权利要求18至23中任一项所述的设备，其中，所述反光镜各自具有包括二次曲面的一部分的形状。
25.如权利要求7和8以及直接或间接从属于权利要求7时的权利要求10至17和21至24中任一项所述的设备，其中，所述集光元件具有在横截面中包括二次曲线的一部分的回转反射表面。
26.如直接或间接从属于权利要求22时的权利要求25所述的设备，其中，所述回转反射表面的回转轴线穿过所述第一公共圆心和所述第二公共圆心。
27.如权利要求25所述的设备，其中，所述回转反射表面的所述回转轴线穿过所述第二光伏电池。
28.如权利要求1至27中任一项所述的设备，其中，所述第二光伏电池是多结光伏电池。
29.如权利要求1至28中任一项所述的设备，其中，所述第一光伏电池是单结光伏电池。
30.如权利要求10至14以及直接或间接从属于权利要求10时的权利要求15至29中任一项所述的设备，其中，所述透镜形成于第一单层材料中
31.如权利要求17以及直接或间接从属于权利要求17时的权利要求18至30中任一项所述的设备，其中，所述反光镜形成于第二单层材料中。
32.如权利要求25至27以及直接或间接从属于权利要求25时的权利要求28至30中任一项所述的设备，其中，所述回转反射表面形成于第三单层材料中。
33.如权利要求1至4和6至32中任一项所述的设备，其中，所述第二光伏电池与所述第一光伏电池热连通，并且所述第一光伏电池是所述第二光伏电池的主要散热器。
34.如权利要求1至4和6至32中任一项所述的设备，其中，所述第二光伏电池与夹置在所述设备内的电路热连通并且电连通，所述电路是所述第二光伏电池的主要散热器，所述电路通过电绝缘体与所述第一光伏电池电分离。
35.如权利要求1至34中任一项所述的设备，其中，环境反照光进入所述第一光伏电池的所述下表面以由所述第一光伏电池进行采集。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7156282B2 (ja) * 2017-07-18 2022-10-19 ソニーグループ株式会社 情報処理装置、情報処理方法、プログラム、情報処理システム

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101345270A (zh) * 2007-07-13 2009-01-14 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 太阳能电池
CN101414643A (zh) * 2007-10-16 2009-04-22 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 太阳能电池装置
US20100186798A1 (en) * 2007-05-28 2010-07-29 Consiglio Nazionale Delle Ricerche- Infm Istituto Nazionale Per La Fisica Della Materia Photovoltaic device with enhanced light harvesting
US20110030762A1 (en) * 2009-08-05 2011-02-10 U.R. Tech Corporation Energy concentration device of united reflection with multilevel solar cell array
CN104488092A (zh) * 2012-03-29 2015-04-01 国家科学研究中心 具有镜层的薄层光电池结构

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101355108B (zh) * 2007-07-26 2011-09-28 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 太阳能电池结构
ES2364665B1 (es) * 2008-11-12 2012-05-23 Abengoa Solar New Technologies, S.A. Sistema de captación y concentración de luz.
US20100126556A1 (en) 2008-11-21 2010-05-27 Light Prescriptions Innovators, Llc Photovoltaic concentrator with auxiliary cells collecting diffuse radiation
US20120255594A1 (en) 2009-12-18 2012-10-11 Siemens Aktiengesellschaft Solar Power Generator Module

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100186798A1 (en) * 2007-05-28 2010-07-29 Consiglio Nazionale Delle Ricerche- Infm Istituto Nazionale Per La Fisica Della Materia Photovoltaic device with enhanced light harvesting
CN101345270A (zh) * 2007-07-13 2009-01-14 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 太阳能电池
CN101414643A (zh) * 2007-10-16 2009-04-22 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 太阳能电池装置
US20110030762A1 (en) * 2009-08-05 2011-02-10 U.R. Tech Corporation Energy concentration device of united reflection with multilevel solar cell array
CN104488092A (zh) * 2012-03-29 2015-04-01 国家科学研究中心 具有镜层的薄层光电池结构

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