CN107658352B - 双面电池组件的反射装置和双面电池组件 - Google Patents

双面电池组件的反射装置和双面电池组件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双面电池组件的反射装置和双面电池组件，相邻双面电池片之间存在间隙，该反射装置包括：设置于背板背面覆盖间隙的介质层，介质层的上表面贴设于该背板背面，介质层的下表面为一反射曲面，该反射面用于接收入射至间隙处的光并使一部分光反射至双面电池片的背面，以及使另一部分光反射至盖板以发生全反射并再次入射至双面电池片的正面。与现有技术中尽可能减小电池片之间间隙的思路不同，本发明采用材料成本较低的介质层来制作反射装置，可以充分利用间隙处的太阳光将其再次射入组件中，并且可以使得间隙尺寸加大，减小组件中电池片的数量，能够显著降低组件的制造成本。

Description

双面电池组件的反射装置和双面电池组件
技术领域
本发明涉及一种双面电池组件的反射装置和双面电池组件，特别是涉及一种具有较大电池片间间距的双面电池组件的反射装置和双面电池组件。
背景技术
双面电池组件是由多片双面电池片串联或并联而成的太阳能电池组件。在双面电池组件中，多片双面电池片通常以矩阵形式排列，相邻双面电池片之间会存在间隙。对于所有太阳能电池组件而言，受光面的大小直接决定了太阳光的利用率。为了尽可能大地增加组件功率，最为常用的方式是增加单位面积双面电池片的数量，也就是说在双面电池组件中间隙的面积要尽可能减小，这样入射至双面电池组件的光被浪费的可能性就会降低。由此，在单片电池效率相同的情况下，组件厂商大都致力于电池片的排布使得电池片之间的间隙尽可能减小，组件中的电池片数量尽可能增加。然后目前太阳能发电的成本居高不下的一个重要原因就是电池片的价格相对较贵，一旦减小间隙，增加了电池片的数量，那么组件的整体成本必然上升；而倘若保留一定间隙，那么入射至间隙处的太阳光又被浪费了。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中为了增加太阳能组件发电功率、减少入射至间隙处太阳光的浪费而减小电池片之间间隙使得制造太阳能组件组装难度加大、而增加太阳能组件中电池片数量又会导致成本上升的缺陷，提供一种双面电池组件的反射装置和双面电池组件，通过增加介质层来补偿增大间隙而导致的太阳光的浪费，并且降低双面电池组件的成本。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种双面电池组件的反射装置，该双面电池组件包括多片间隔排列的双面电池片以及覆盖于双面电池片正面的盖板和覆盖于双面电池片背面的背板以及组件框架，盖板和背板都是透明的，其中双面电池片在平行于组件框架边框的方向上延伸排列，相邻双面电池片之间存在间隙，其特点在于，该反射装置包括：设置于背板背面覆盖间隙的介质层，介质层的上表面贴设于该背板背面，介质层的下表面为一反射面，该反射面用于接收入射至间隙处的光并使一部分光反射至双面电池片的背面，以及使另一部分光反射至盖板的上表面以发生全反射并再次入射至双面电池片的正面。盖板的上表面为盖板接受太阳光的表面。
优选地，以组件框架的第一边框为x轴、以组件框架的第二边框为y轴、双面电池片所在平面的法线为z轴建立空间直角坐标系，其中第一边框垂直于第二边框，该反射面是以y轴为母线的柱面，该柱面的准线上的任意一点p满足：
θp-end≥θp-normal；
或者θp-normal≤90°-θcritical，
其中θp-normal为点p处准线的内法线与x轴的锐夹角，内法线是指由反射面指向双面电池片方向的法线，
当点p处准线的法线Nxp与点p与一端部的连线Lxp位于直线Lzp异侧时，θp-end为点p与该端部的连线与x轴的钝夹角，直线Lzp为通过p点的z轴的平行线；当法线Nxp与连线Lxp位于直线Lzp同侧时，θp-end为点p与该端部的连线与x轴的锐夹角，
θcritical为在该盖板的上表面发生全反射的临界角，端部为x轴方向上构成间隙的相邻两片双面电池片的两个端部，
和/或，该反射面是以x轴为母线的柱面，该柱面的准线上任意一点p满足：
或者
其中为点p处准线的内法线与y轴的锐夹角，
当点p处准线的法线Nyp与点p与一端部的连线Lyp位于直线Lzp异侧时，为点p与该端部的连线与y轴的钝夹角，直线Lzp为通过p点的z轴的平行线；当法线Nyp与连线Lyp位于直线Lzp同侧时，/>为点p与该端部的连线与y轴的锐夹角，
为在该盖板的上表面发生全反射的临界角，端部为y轴方向上构成间隙的相邻两片双面电池片的两个端部，
其中，该介质层的折射率为n±Δn，n为盖板和背板的折射率，Δn小于等于0.3。
上述描述借用了立体几何中柱面的概念，该反射面是母线沿着准线平移形成的面。
优选地，该准线包括轴对称的第一曲部和第二曲部，对称轴为通过间隙中心线的z轴的平行线。
在本发明的技术方案中，通过对介质层反射面形状的设置，使得绝大部分入射至间隙的光得以被反射至双面电池片的背面或者在盖板处发生全反射再次入射至双面电池片的正面。因为入射至间隙处的光都能被利用起来，因此间隙的宽度可以适当增加，也就是说，组件的面积不变，组件中双面电池片的面积减少，间隙面积增加，同时间隙以介质层来覆盖。这样一来，虽然组件中的发电功率有所下降，但是因为介质层的成本远远低于双面电池片的成本，因此本发明的技术方案的双面电池组件的成本可以大为降低。
优选地，该第一曲部为圆弧。
优选地，该第一曲部包括圆弧和与圆弧相连的直线段。
优选地，该直线段与双面电池片所在平面的锐夹角为α±Δα，其中α≥38°，0.5°≤Δα≤5°。更优选地，38°≤α≤50°。
优选地，间隙的宽度为3mm-30mm。
优选地，该反射装置的宽度为5mm-50mm。
本发明还提供一种双面电池组件，其特点在于，该双面电池组件包括如上所述的反射装置。
优选地，该反射装置沿着平行于组件框架的边框的方向贴设于背板背面的间隙处。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
与现有技术中尽可能减小电池片之间间隙的思路不同，本发明采用材料成本较低的介质层来制作反射装置，可以充分利用间隙处的太阳光将其再次射入组件中，并且可以使得间隙尺寸加大，减小组件中电池片的数量。虽然牺牲了一部分发电功率，但是能够显著降低组件的制造成本，由此使得太阳能组件的价格更优竞争优势，得以被广泛使用。
附图说明
图1为本发明实施例1的介质层设置情况的俯视图。
图2为沿图1中A-A剖面线的截面图。
图3为图2中各部分的尺寸示意图。
图4为实施例1中以0°入射的光线的光路图。
图5为实施例1中以15°入射的光线的光路图。
图6为实施例1中以30°入射的光线的光路图。
图7为实施例1中以45°入射的光线的光路图。
图8为实施例1中以60°入射的光线的光路图。
图9为实施例1中以75°入射的光线的光路图。
图10为实施例2中以15°入射的光线的光路图。
图11为实施例2中以45°入射的光线的光路图。
图12为实施例2中以60°入射的光线的光路图。
图13为实施例2中以75°入射的光线的光路图。
图14为实施例3中以30°入射的光线的光路图。
图15为实施例3中以45°入射的光线的光路图。
图16为实施例3中以60°入射的光线的光路图。
图17-图19为实施例4中三角形底角取40°时光分别以30°、45°和60°入射的光线的光路图。
图20-图22为实施例4中三角形底角取46°时光分别以30°、45°和60°入射的光线的光路图。
图23为实施例5中以0°入射的光线的光路图。
图24-图25为实施例5中光线分别自左右两侧以30°的入射角入射的光路图。
图26-图27为实施例5中光线分别自左右两侧以45°的入射角入射的光路图。
图28-图29为实施例5中光线分别自左右两侧以60°的入射角入射的光路图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，并且采用comsol multiphysics软件来模拟光路，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
参考图1-图3，本发明的双面电池组件的反射装置，该双面电池组件包括多片间隔排列的双面电池片2以及覆盖于双面电池片正面的盖板41和覆盖于双面电池片背面的背板42以及组件框架，其中双面电池片在平行于组件框架边框的方向上延伸排列，相邻双面电池片之间存在间隙，该反射装置包括：设置于背板背面覆盖间隙的介质层31和32，介质层的上表面贴设于该背板背面，介质层的下表面为一反射面300，该反射面用于接收入射至间隙处的光并使一部分光反射至双面电池片的背面，以及使另一部分光反射至盖板的上表面以发生全反射并再次入射至双面电池片的正面。这里，以上方为正面，下方为背面。
参考图1，从俯视角度来看双面电池组件，以双面电池片所在平面为xy平面，以组件框架的第一边框12为x轴、以组件框架的第二边框11为y轴、双面电池片所在平面的法线为z轴建立空间直角坐标系，其中第一边框垂直于第二边框，先来看反射装置31，该反射面是以y轴为母线的柱面，该柱面的准线上的任意一点p满足：
θp-end≥θp-normal；
或者θp-normal≤90°-θcritical，
其中θp-normal为点p处准线的内法线与x轴的锐夹角，内法线是指由反射面指向双面电池片方向的法线，
当点p处准线的法线Nxp与点p与一端部的连线Lxp位于直线Lzp异侧时，θp-end为点p与该端部的连线与x轴的钝夹角，直线Lzp为通过p点的z轴的平行线；当法线Nxp与连线Lxp位于直线Lzp同侧时，θp-end为点p与该端部的连线与x轴的锐夹角，
θcritical为在该盖板发生全反射的临界角，端部为x轴方向上构成间隙的相邻两片双面电池片的两个端部，
再来看反射装置32，该反射面是以x轴为母线的柱面，该柱面的准线上任意一点p满足：
或者
其中为点p处准线的内法线与y轴的锐夹角，
当点p处准线的法线Nyp与点p与一端部的连线Lyp位于直线Lzp异侧时，为点p与该端部的连线与y轴的钝夹角，直线Lzp为通过p点的z轴的平行线；当法线Nyp与连线Lyp位于直线Lzp同侧时，/>为点p与该端部的连线与y轴的锐夹角，
为在该盖板发生全反射的临界角，端部为y轴方向上构成间隙的相邻两片双面电池片的两个端部。
参考图2，以反射装置31为例，介绍反射面的形状。从截面图来看，该反射装置31包括两个覆盖了双面电池片之间间隙的弧面。反射面300用于反射入射至间隙的太阳光。参考图3-图9，以一具体尺寸为例，介绍反射装置的设置以及利用该反射装置后入射至反射面的光线的走向。盖板41和背板42的厚度h均为2.5mm，x方向上双面电池片之间的间隙w为3mm，每个弧面的半径为3.5mm，圆弧的圆心角为90°，弧面至背板的高度为1mm。其中盖板41、背板42和介质层的折射率均为1.46。
参考图4-图9，用软件模拟了以不同入射角入射至间隙处的光被介质层反射的光路图。
先来看图4，光以0°入射角(入射角是指光线与盖板法线的夹角)入射间隙时的情况。100表示空气，51表示入射光，52表示被反射面300反射的反射光。在图4所示情况下，反射光射向了双面电池片的背面。
接下来参考图5-图9，因为图中表示光线的线条较多，为此省略空气和盖板的界面、背板和介质层的界面的附图标记，具体可参考图4。参考图5-图9，光分别以15°、30°、45°、60°和75°的入射角入射至间隙处，反射光射向了双面电池片的背面。
通过光路模拟可知，实施例1中的介质层可以将间隙处的太阳光利用起来，反射至双面电池片的背面来发电。
实施例2
实施例2的基本原理与实施例1相同，不同之处在于双面电池片之间的间隙增大到16.6mm，介质层材料与实施例1相同，但是介质层反射面的形状也改变了，但是准线依然采用对称结构，对称轴为通过间隙中点的z轴的平行线，并且采用斜面和弧面结合的形式，这种形状的反射面依然满足上述的公式，具体参考图10，当间隙比较大时，从截面图来看，包括圆弧3002和与圆弧3002相连的直线段3001以及直线段3003，两条直线段3001和虚线构成等腰三角形，底角α取43°，盖板和背板厚度与实施例1相同，介质层的最大厚度为5mm，圆弧3002的半径为7.5mm，圆弧的圆心角为50°，圆弧与直线段相切，介质层的总长度L为40mm。
采用图10所示的介质层时，依然采用相同的软件来模拟光路，从而印证介质层对间隙处光线利用的有效性，在图10所示的15°入射的情况下，入射至间隙处的光被反射到双面电池片的背面。
图11-图13分别示出了光以45°、60°和75°入射至间隙处的光路模拟图，因为线条众多，故而未示出背板的线条。在图11-图13中，一部分光被反射至双面电池片的背面，另一部分光(右部的光线)被反射回盖板和空气界面处并发生全反射(因为线条众多全反射的光线并未示出，但是可以看出右部被介质层反射面反射的光线入射至盖板的入射角大于43°的临界角)。由于被反射至盖板和空气界面处的光入射至界面上时的入射角大于等于发生全反射的临界角，因此这部分光又可被二次利用。
其余未提及的部分参照实施例1。
实施例3
实施例3的基本原理与实施例2相同，不同之处在于介质层的长度稍短一些，具体参考图14(因为线条众多，为了清楚显示光路部分，在图14中介质层仅显示了反射面的部分，省略了介质层的边界线条)，其中圆弧的圆心角为80°，圆弧与直线段相切，其余参数参照实施例2，图14中光线以30°的入射角入射至间隙的情况。大部分光被反射至双面电池片的背面，另一部分光被反射至盖板并发生全反射再次入射至双面电池片的正面。
参考图15和图16，示出了以45°和60°入射的情况，一部分光被反射至双面电池片的背面，另一部分光在盖板上表面发生全反射。
其余未提及之处参考实施例2。
实施例4
实施例4的基本原理与实施例3相同，不同之处在于直线段与背板的夹角并不一定要严格等于临界角(从盖板入射至空气发生全反射的临界角)，可以有±3°的误差。例如图17-图19中β为40°，而图20-图22中γ为46°，分别模拟了30°、45°和60°入射的情况，绝大部分的光线还是能被二次利用。
其余未提及之处参考实施例3。
实施例5
实施例5的基本原理与实施例2相同，不同之处在于介质层并未采用对称结构，介质层长度依然为40mm，先参考图23，虚线C的左右两边的介质层的形状并不相同，但是都符合上述的公式。虚线C的左部为实施例2所示的情况；虚线C的右部为一段半径为7.5mm、圆心角为70°的圆弧，圆心为右边双面电池片的端部，以O点表示。图23中示出了光垂直入射至间隙的情况，基本上入射至间隙的光线被全部反射至双面电池片的背面。
参考图24和图25，光线分别自左右两侧以30°的入射角入射至间隙处的情况，绝大部分光被反射至双面电池片的背面，少部分光被反射至盖板，但是可以看出这部分光入射至盖板的入射角是大于临界角的，会在盖板处发生全反射以入射至双面电池片的正面。
图26-图29分别示出了光线自左右两侧分别以45°和60°的入射角入射至间隙的情况，大部分光都反射至了双面电池片的背面，小部分光被反射至盖板处发生全反射再次被双面电池组件所利用。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种双面电池组件的反射装置，该双面电池组件包括多片间隔排列的双面电池片以及覆盖于双面电池片正面的盖板和覆盖于双面电池片背面的背板以及组件框架，其中双面电池片在平行于组件框架边框的方向上延伸排列，相邻双面电池片之间存在间隙，其特征在于，该反射装置包括：设置于背板背面覆盖间隙的介质层，介质层的上表面贴设于该背板背面，介质层的下表面为一反射面，该反射面用于接收入射至间隙处的光并使一部分光反射至双面电池片的背面，以及使另一部分光反射至盖板的上表面以发生全反射并再次入射至双面电池片的正面，以组件框架的第一边框为x轴、以组件框架的第二边框为y轴、双面电池片所在平面的法线为z轴建立空间直角坐标系，其中第一边框垂直于第二边框，该反射面是以y轴为母线的柱面，该柱面的准线上的任意一点p满足：
θp-end≥θp-normal；
或者θp-normal≤90°-θcritical，
其中θp-normal为点p处准线的内法线与x轴的锐夹角，
当点p处准线的法线Nxp与点p与一端部的连线Lxp位于直线Lzp异侧时，θp-end为点p与该端部的连线与x轴的钝夹角，直线Lzp为通过p点的z轴的平行线；当法线Nxp与连线Lxp位于直线Lzp同侧时，θp-end为点p与该端部的连线与x轴的锐夹角，
θcritical为在该盖板的上表面发生全反射的临界角，端部为x轴方向上构成间隙的相邻两片双面电池片的两个端部，
和/或，该反射面是以x轴为母线的柱面，该柱面的准线上任意一点p满足：
或者
其中为点p处准线的内法线与y轴的锐夹角，
当点p处准线的法线Nyp与点p与一端部的连线Lyp位于直线Lzp异侧时，为点p与该端部的连线与y轴的钝夹角，直线Lzp为通过p点的z轴的平行线；当法线Nyp与连线Lyp位于直线Lzp同侧时，/>为点p与该端部的连线与y轴的锐夹角，
为在该盖板的上表面发生全反射的临界角，端部为y轴方向上构成间隙的相邻两片双面电池片的两个端部，
其中该介质层的折射率为n±Δn，n为盖板和背板的折射率，Δn小于等于0.3。
2.如权利要求1所述的反射装置，其特征在于，该准线包括轴对称的第一曲部和第二曲部，对称轴为通过间隙中心线的z轴的平行线。
3.如权利要求2所述的反射装置，其特征在于，该第一曲部为圆弧。
4.如权利要求2所述的反射装置，其特征在于，该第一曲部包括圆弧和与圆弧相连的直线段。
5.如权利要求4所述的反射装置，其特征在于，该直线段与双面电池片所在平面的锐夹角为α±Δα，其中α≥38°，0.5°≤Δα≤5°。
6.如权利要求1所述的反射装置，其特征在于，间隙的宽度为3mm-30mm。
7.如权利要求1所述的反射装置，其特征在于，该反射装置的宽度为5mm-50mm。
8.一种双面电池组件，其特征在于，该双面电池组件包括如权利要求1-7中任意一项所述的反射装置。
9.如权利要求8所述的双面电池组件，其特征在于，该反射装置沿着平行于组件框架的边框的方向贴设于背板背面的间隙处。
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