CN108075008A - 太阳能电池模块 - Google Patents

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Abstract

太阳能电池模块。本发明涉及一种太阳能电池模块，该太阳能电池模块包括：多个太阳能电池；聚光单元，所述聚光单元具有平面，太阳光入射到该平面，所述聚光单元布置在与所述太阳能电池间隔开的位置处，并且被配置为将入射的太阳光聚集以用于输出；以及反射单元，所述反射单元被配置为在所述太阳能电池之间反射光，其中，所述聚光单元设置有反射区域，使得由所述聚光单元聚集并且从所述聚光单元输出的太阳光在所述聚光单元与所述反射单元之间被捕获，并且在所述聚光单元与所述反射单元之间形成气隙。

Description

太阳能电池模块
技术领域
本说明书涉及能够通过接收太阳光来产生电力的太阳能电池模块。
背景技术
近来，由于预计诸如石油和煤炭的现有能源的耗尽，因此对取代现有能源的替代能源的兴趣与日俱增。在替代能源当中，使用半导体器件将太阳光能直接转换为电能的太阳能电池作为下一代电池受到关注。然而，太阳能电池在制造成本、转换效率和寿命方面存在问题。
此外，最近对太阳能电池的研究集中在与太阳能电池效率的改进有关的技术上。通常，太阳能电池包括基板以及与基板形成p-n结的发射极，并且使用入射在基板的一个侧表面上的光产生电流。在这种情况下，为了在太阳能电池中产生平稳的电流，入射光的量应该充足。因此，正在开发具有聚集太阳光的装置的聚光太阳能电池模块。
聚光太阳能电池模块设置有用于聚集光的光学设计，这增加了模块的厚度。而且，额外需要用于跟踪太阳轨道和高度的跟踪设备。此外，聚光太阳能电池模块在发生未对准时引起聚光效率的急剧下降，并且由于制造困难而导致成本增加。因此，本发明提供了一种用于聚集太阳光的新型机构，以解决这些问题。
发明内容
因此，详细描述的一方面提供了一种具有新结构的设备，其可提高发电效率并有助于聚集太阳光的太阳能电池模块中的对准。
详细描述的另一方面提供了一种聚光机制，其即使在太阳能电池模块中具有紧凑的结构也能提高聚光效率。
详细描述的另一方面提供了一种聚光机制，其能够大量生产太阳能电池模块并且能够降低制造成本。
为了实现本发明要解决的问题，根据本发明的太阳能电池模块利用聚光并利用内部反射来捕获所聚集的光的结构来解决电池和透镜的未对准问题。
具体地，太阳能电池模块可包括：多个太阳能电池；聚光单元，所述聚光单元具有平面，太阳光入射到该平面，所述聚光单元布置在与所述太阳能电池间隔开的位置处，并且被配置为将入射的太阳光聚集以用于输出；以及反射单元，所述反射单元被配置为在所述太阳能电池之间反射光，其中，所述聚光单元设置有反射区域，使得由所述聚光单元聚集并且从所述聚光单元输出的太阳光在所述聚光单元与所述反射单元之间被捕获，并且在所述聚光单元与所述反射单元之间形成气隙。
在本文所公开的实施方式中，所述聚光单元可设置有多个透镜，所述多个透镜布置在与所述平面相反的一侧并且均形成为朝向所述太阳能电池的凸形。所述反射区域可被设置为覆盖透镜的聚集太阳光的至少部分，并且重新反射由所述反射单元反射的光。所述反射区域可设置有多个狭缝，入射的太阳光穿过所述多个狭缝经由透镜被输出。
在本文所公开的实施方式中，根据本发明的太阳能电池模块可具有能够在没有跟踪设备的情况下使用单个光片(聚光功能)来聚集太阳的轨道和高度的所有光的结构。具体地，透镜可在一个方向上延伸很长，并且在与所述一个方向垂直的另一方向上依次布置。作为一个示例，透镜可被配置为具有狭缝的圆柱透镜并且按顺序布置。
在本文所公开的实施方式中，所述聚光单元可由具有不同折射率的多种材料制成。所述聚光单元的平面的相反表面可以是平的，所述聚光单元可被配置为通过不同折射率来聚集光的平面透镜，并且所述反射区域可设置在所述相反表面上。
在本文所公开的实施方式中，所述反射单元可包括基体基板以及布置为覆盖所述基体基板的至少一个反射板。
在本文所公开的实施方式中，气隙可被形成为没有填充剂的空的空间。所述反射单元可涂覆有波长改变材料以用于将红外光的波长改变为可见光的波长。
根据本发明的太阳能电池模块可在没有太阳能跟踪设备的情况下使用具有狭缝的透镜来聚集光。在这种情况下，可相对于中天高度(meridian transit altitude)以±25°的角度来进行聚光。这可引起发电量的增加。
另外，可使用狭缝或孔进行聚光，因此太阳能电池模块可被制造成更紧凑和纤薄的形状。通过使用气隙，在没有很大结构变化的情况下，可在聚光单元与反射单元之间实现到太阳能电池的光的全反射。
通过使用气隙，也可减少没有被吸收的电池的外表面处的光的反射。更具体地，电池可暴露在气隙内，该气隙的折射率比形成在电池的外表面上的涂层的折射率更低。这可减小涂层的表面损失。
此外，通过在聚光单元与反射单元之间捕获光的结构，不会产生电池与透镜之间的未对准。因此，电池可具有自由的尺寸和形状，并且还可使用具有不同形状或尺寸的电池。根据该结构，可提高聚集光的太阳能电池模块的成品率，从而确保大量生产。
根据本发明，太阳能电池模块可通过能够使用波长改变材料增加可见光的量的结构来实现。
本申请的适用性的进一步范围将根据以下给出的详细描述而变得更加明显。然而，应当理解的是，由于对于本领域技术人员而言，在本发明的精神和范围内的各种改变和修改将从详细描述变得显而易见，所以指示本发明的优选实施方式的详细描述和具体示例仅以示例性的方式给出。
附图说明
附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解，并且被并入本说明书中且构成本说明书的一部分，附图例示了示例性实施方式，并与本描述一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1是根据本发明的一个实施方式的太阳能电池模块的概念图；
图2是图1的聚光单元的平面图；
图3A是图2的A部分的截面图；
图3B是图2的B部分的截面图；
图3C是当在太阳能电池模块内存在气隙时的光路与当在太阳能电池模块中填充介质时的光路的比较图；
图4是根据本发明的另一个实施方式的具有聚光单元的太阳能电池模块的截面图；
图5A和图5B是根据本发明的另一实施方式的具有实现为平面透镜的聚光单元的太阳能电池模块的截面图；
图6是根据本发明的另一实施方式的具有聚光单元的太阳能电池模块的截面图；
图7A和图7B是根据本发明的另一实施方式的具有聚光单元的太阳能电池模块的平面图和截面图；
图8A和图8B是根据本发明的另一实施方式的具有反射单元的太阳能电池模块的截面图；以及
图9是根据本发明的变型例的太阳能电池模块的截面图。
具体实施方式
现在将参照附图，根据本文中所公开的示例性实施方式进行详细描述。为了参照附图简要描述，可向相同或等同的组件提供相同或相似的附图标记，并且将不重复其描述。通常，诸如“模块”和“单元”的后缀可用于指示元件或组件。本文使用这种后缀仅是为了方便说明书的描述，后缀本身并非旨在给出任何特殊含义或功能。在本公开中，为了简洁起见，省略了相关领域的普通技术人员熟知的内容。使用附图来帮助容易地理解各种技术特征，并且应该理解的是，本文呈现的实施方式不受附图的限制。因此，本公开应该被解释为扩展至附图中具体示出的内容以外的任何修改、等价物和替换物。
将理解的是，当一个元件被称为位于另一元件“上”时，该元件可位于该另一元件上或者也可存在中间元件。
在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的实施方式的太阳能电池模块。然而，本领域技术人员将容易理解的是，根据本文中所公开的实施方式的构造也可应用于使用太阳光发电的设备，即使这些设备是今后开发的新型产品。
图1是根据本发明的一个实施方式的太阳能电池模块的概念图。
如图1所示，根据本发明的一个实施方式的太阳能电池模块100可包括太阳能电池110、聚光单元120和反射单元130。
首先，太阳能电池110中的每一个包括将太阳能转换成电能的光电转换单元和电连接至光电转换单元的电极。该实施方式可采用具有半导体基板(例如，硅晶圆)或半导体层(例如，硅层)的光电转换单元。
太阳能电池110可包括带状物(ribbon)，该带状物允许电串联、并联或串联-并联连接。更具体地，彼此相邻的第一太阳能电池111和第二太阳能电池112的电极可通过带状物彼此电连接。
如图所示，聚光单元120可以是位于太阳能电池110的前表面上方且太阳光入射至其的前基板。在这种情况下，聚光单元120可被实现为光片，该光片被布置为在与太阳能电池110间隔开的位置处覆盖太阳能电池110并且具有防止太阳光反射且增加透射率的结构。另外，聚光单元120执行聚集太阳光并将所聚集的太阳光引导到太阳能电池模块中的光学功能。光片的厚度可被设置为10mm或更小。在这种情况下，聚光单元120可以是执行这种光学功能并且还保护太阳能电池110免受外部冲击等的前基板。
反射单元130可被实现为支承太阳能电池110的后表面并具有膜或片的形式的后片。后片是保护太阳能电池110的另一个表面上的太阳能电池110的层，即，执行防水功能、绝缘功能和紫外线阻挡功能。后片可具有膜或片的形式。在这种情况下，反射单元130可由具有优异反射率的材料或结构制成，使得从聚光单元120入射的太阳光可被反射以供再利用。
聚光单元120可执行在太阳能电池模块内的由反射单元130反射，然后重新反射以入射到太阳能电池模块的光的捕获功能(或全反射功能)。这样，在本发明中，聚光单元120和反射单元130可彼此组合以提高太阳能电池110的发电效率。在下文中，除了图1以外，还将参照图2和图3更详细地描述执行这种功能的聚光单元120和反射单元130的详细结构。
图2是图1的聚光单元的平面图，图3A和图3B是图2的A部分和B部分的截面图，并且图3C是当在太阳能电池模块内存在气隙时的光路与当在太阳能电池模块中填充介质时的光路的比较图。
如图1、图2、图3A和图3B所示，聚光单元120设置有布置在与太阳能电池110间隔开的位置处的太阳光入射至其的平面121，并且聚集所入射的太阳光以用于输出。
在这些附图中，由于聚光单元120形成太阳能电池模块的外表面，所以平面121形成太阳能电池模块的外表面。由于外表面是平面121，所以可减少由灰尘等引起的光的入射表面的污染。
另外，聚光单元120设置有反射区域122以对由反射单元130反射的光进行重新反射。利用该结构，由聚光单元120聚集且从聚光单元120输出的太阳光被捕获在聚光单元120与反射单元130之间。
更具体地，聚光单元120的反射区域122与反射单元130彼此相对，因此可在太阳能电池模块内实现全反射结构。在这种情况下，聚光单元120设置有多个透镜123。反射区域122覆盖透镜123的至少部分，以聚集太阳光并且对由反射单元130反射的光进行重新反射。例如，多个透镜123可布置在平面121的相反侧，并且各自可具有朝向太阳能电池的凸形。例如，聚光单元120可设置有基体构件(base member)124，并且透镜123可从基体构件124伸出。
作为由透光材料制成的板状片的基体构件124可由诸如玻璃、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、硅等的聚合物制成。另外，基体构件124可由含铁量较少的低铁钢化玻璃制成，以防止太阳光的反射并提高太阳光的透射率。然而，本发明可不限于此。基体构件124可另选地由不同的材料制成。
透镜123可以具有设置在基体构件124的下侧上的透镜形状。因此，透镜可由与基体构件相同的材料制成以与基体构件一体化。然而，本发明可不必限于此。透镜可另选地是具有附接在基体构件124的下表面上的单独透镜形状的构件。
参照附图，透镜以多对一的比率与太阳能电池匹配。然而，本发明可不必限于此。透镜可另选地相对于太阳能电池以一比一的比率来设置。
透镜123可以是凸透镜。反射区域122可通过在凸透镜的后表面(与太阳能电池相邻的部分)上涂覆反射镜来形成。作为另一示例，可通过将反射片或反射膜附接在透镜123上来形成反射区域122。
反射区域122沿着凸透镜的凸形形成，并由此形成在太阳光入射的方向上宽度逐渐减小的凹形。在这种情况下，凸透镜的厚度和面积可基于焦距来设置。利用该结构，入射光被反射区域122反射以朝向凸透镜的下端部聚集。另外，在每个凸透镜的侧表面上涂覆反射镜，因此可在凸透镜的下端部上形成没有涂覆反射镜的部分。该结构可通过在每个透镜123的除了端部的一部分以外的外表面上涂覆反射镜来实现。因此，反射区域122设置有多个孔，使得入射的太阳光穿过透镜123输出。
参照附图，每个孔在涂覆反射镜的部分上形成光穿过其输出的间隙，因此可以是狭缝。也就是说，反射区域122设置有狭缝125，入射的太阳光穿过该狭缝125输出。
狭缝125可通过在涂覆反射区域时对对应部分进行掩模而形成。作为另一示例，当反射区域由反射片或反射膜形成时，狭缝125可通过将反射片或反射膜冲压所需宽度而形成。可通过刀或激光加工来执行冲压。在这种情况下，凸透镜可被配置为将平行光聚集以在狭缝125处收集。作为一个示例，透镜123的止挡件(stop)可位于狭缝125处，并且光可聚焦在狭缝125上。另外，透镜123可分别被布置为面向狭缝125。也就是说，凸透镜和狭缝125可以具有一一对应的关系。这样，在本实施方式中，由于狭缝形成在透镜上，所以可增加角度的自由度。因此，太阳能电池不必单独对准。
作为更详细的示例，狭缝125在反射区域122上形成间隙，并且光穿过狭缝125传输。在这种情况下，狭缝125在一个方向上延伸很长，并且在与所述一个方向垂直的另一方向上依次布置。因此，透镜123可在一个方向上延伸很长，并且在另一方向上依次布置。因此，透镜123中的每一个可被实现为圆柱形透镜。在这种情况下，所述一个方向可以是东西方向(east to west direction)，而所述另一方向可以是南北方向(south to northdirection)。因此，狭缝125可总是面向太阳，而不考虑太阳基于时间的位置。更具体地，根据该结构，可执行聚光而不考虑太阳的中天高度的变化。这是因为当太阳能电池模块按照光在春天和秋天垂直入射的方式安装时，光在夏天和冬天在倾斜方向上入射，但是光从反射区域被反射并且朝向下端部聚集。
在这种情况下，基体构件124和透镜123中的至少一个也可由渐变折射率(gradient-index,GRIN)光学材料制成。作为具有渐变折射率的材料的GRIN光学材料可按照折射率沿着太阳光的入射方向具有抛物线的渐变的方式形成。通过该结构，太阳光能够在沿聚光单元的厚度方向移动的同时被更容易地聚集在狭缝上。
此外，每个狭缝125的尺寸可设置在透镜123的直径的60％内。作为相关示例，狭缝125的尺寸可在透镜123的直径的0.1％至60％的范围内。更具体地，当狭缝的宽度小于透镜直径的0.1％时，很难制造狭缝，并且当狭缝的宽度超过透镜直径的5％时，聚光效率显著降低。因此，每个狭缝125的宽度可在透镜123直径的0.1％至5％的范围内。因此，狭缝125的面积可被设置为小于平面的面积的5％。利用该结构，即使狭缝125没有大面积或大尺寸，也能充分地确保聚光效率。
另外，可在透镜123的与狭缝125对应的部分处形成朝向平面凹进的凹部126。每个凹部126可通过使用对准标记将透镜的光轴与狭缝的中心对准来形成。
每一个凹部126可形成在每个狭缝的至少部分上，并且具有形成为弯曲形状的底表面。与狭缝类似，凹部126可沿一个方向形成得很长。凹部126可允许聚集在狭缝125上的光更朝向太阳能电池传播。
此外，如图所示，反射单元130可设置有基体基板131和反射板132。
基体基板131是支承太阳能电池的基板，并且可由诸如玻璃、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等材料制成。作为另一示例，作为保护太阳能电池110的层的基体基板131可以是聚氟乙烯复合膜(tedler/PET/tedler，TPT)类型，或者可具有将聚偏氟乙烯(poly vinylidene fluoride,PVDF)树脂等设置在聚对苯二甲酸乙二醇酯(poly ethyleneterephthalate,PET)的至少一个表面上的结构。因此，基体基板131可执行防水、绝缘和紫外线阻挡功能。
反射板132可以是附接在基体基板131的上表面上的板状反射片或上表面上的涂层。在这种情况下，太阳能电池可完全安装在基体基板131的一个表面上，并且反射板132可设置在该一个表面上。如图所示，反射板132可完全形成在基体基板131的上表面上，并且太阳能电池可布置在反射板132的上表面上。利用该结构，反射板132反射在太阳能电池之间行进的光。然而，本发明可不必限于此。例如，太阳能电池布置在基体基板131的上表面上，而反射板132设置在太阳能电池之间。与此相关，稍后将参照图7B更详细地描述根据另一实施方式的具有太阳能电池和反射板的结构。
在这种情况下，反射板132可设置有多个伸出物。可通过多个伸出物133在反射板132上实现波纹管(bellows)或凹凸结构。这可允许光朝向更宽的范围反射。
由反射单元130反射的光可在聚光单元120的除了狭缝125以外的区域处被重新反射。因此，穿过聚光单元120透射的光在聚光单元120与反射单元130之间被捕获。也就是说，穿过聚光单元120透射的光可在太阳能电池模块内再循环的同时被吸收到电池中。
在这种情况下，在聚光单元120与反射单元130之间形成气隙140。气隙140可被形成为空的空间而没有填充剂。在这种情况下，可仅用空气填充空的空间，用诸如Ar的惰性气体填充空的空间，或者用空气和惰性气体的混合物填充空的空间。太阳能电池模块通常具有用诸如树脂等的材料填充空的空间的结构。然而，本实施方式例示了在前述结构的聚光单元与反射单元之间形成填充有空气或惰性气体的空的空间，以减少或防止由于折射率的差异而引起的光泄漏。空气的折射率可以大约是1，并且聚光单元的折射率可被设置为大于空气的折射率的值(例如，1.3至1.5)。因此，可减少或防止从狭缝泄露光。
另外，由于由聚光单元所聚集的光可被引入到空气中，所以从聚光单元朝向太阳能电池折射的光的角度可以比在空的空间中填充折射率比空气的折射率更高的介质的情况下增加更多。这可导致获得朝向太阳能电池的更多聚集的光的效果。
此外，由于在空的空间中存在空气，所以可减少入射到太阳能电池的光的损失。然而，本发明可不必限于此。例如，通过填充惰性气体，空的空间内可存在惰性气体。参照图3C，当在太阳能电池模块内存在气隙时，光从具有低折射率的空气入射到具有高折射率的防反射层。这会更有助于光的吸收。
根据本实施方式的太阳能电池可以是砷化镓太阳能电池或硅太阳能电池，并且具有在其外表面上的防反射层的结构。该实施方式主要例示了太阳能电池是砷化镓太阳能电池。
例如，砷化镓太阳能电池110可具有折射率低于GaAs的折射率但是高于空气的折射率的防反射层形成在GaAs层110a的外表面上的结构。作为另一示例，硅太阳能电池还可具有防反射层形成在Si层的外表面上的结构。例如，防反射层可由太阳能电池中通常使用的诸如SiOx、SiNx、AlxOy、MgF2、ZnS等的材料制成。在这种情况下，防反射层可用作单层，或者形成多个层以更多地增加电池内的光吸收。这里，防反射层可设置有ZnS的第一层110b和MgF2的第二层110c。
图3C简要地例示了典型的太阳能电池(未示出电极)。
如图3C的(a)所示，GaAs具有约为3.4的折射率，ZnS具有约为2.38的折射率，MgF2具有约为1.38的折射率，并且覆盖MgF2的空气的折射率为1。因此，当光按照顺序从气隙140入射到第二层110c、第一层110b和GaAs层110a时，折射率沿着光的路径逐渐增加。因此，损失非常少量的光。
另一方面，如图3C的(b)所示，当填充介质而不是空气时，MgF2和介质的折射率彼此几乎没有差异，或者它们之间存在微小差异。在这种情况下，太阳能电池的防反射层的表面损失会增加。作为相关示例，当介质是聚合物P时，折射率为约1.3至1.5。因此，当光从聚合物P入射到第二层110c时，聚合物和MgF2的折射率彼此几乎没有差异，或者它们之间存在微小差异。因此，更多地增加太阳能电池表面上的光反射。
类似地，形成在硅太阳能电池上的防反射层可设置有由具有比太阳能电池的折射率更低的折射率的材料(例如，SiNx)制成的单层或多层，以便将更多的光吸收到太阳能电池中。
此外，气隙的厚度可大于太阳能电池的宽度W的1/2。更具体地，太阳能电池或反射板与狭缝之间的距离H可大于太阳能电池的宽度W的1/2，由此可充分地确保用于全反射光的空间。作为相关示例，聚光单元120与反射单元130之间的距离可小于50mm。
另外，用于对气隙140进行密封的密封构件150可设置在聚光单元120和反射单元130的边缘处。在这种情况下，密封构件150可具有应用了高防潮材料的双重密封结构。作为相关示例，密封构件150可包括设置在外侧的第一构件151和设置在内侧的第二构件152。
第一构件151由诸如热塑性淀粉(TPS)、硅、热塑性弹性体(TPE)等材料形成，并附接在基体基板131上以支承聚光单元120。因此，第一构件151可限定太阳能电池模块的外壁。
第二构件152可以具有除湿(吸湿、润湿)剂与诸如聚异丁烯(PIB)的橡胶材料混合的结构。与第一构件151类似，第二构件152安装在基体基板131上以支承聚光单元120，并且紧密地粘附在第一构件151的内壁上的第一构件151上。在这种情况下，反射单元130的反射板132可设置有从基体基板131朝向聚光单元120延伸以覆盖第二构件152的内壁的延伸部132a。
密封构件150可按照将电池附接在基体基板131上或反射板132上然后接合包括聚光单元120的前基板的方式来实现。也就是说，单独制造聚光单元120，并且密封构件150附接在基体基板131上。之后，聚光单元120接合到密封构件150，从而形成气隙。
利用该结构，可实现具有气隙且具有沿着边缘设置的反射、密封和除湿结构的太阳能电池模块。
因此，根据本发明的太阳能电池模块能够在没有太阳能跟踪设备的情况下，通过使用具有狭缝的透镜来实现聚光。此外，根据本发明的太阳能电池模块可通过使用聚光单元和反射单元捕获光的结构而具有自由尺寸和形状的太阳能电池，并且还使用具有不同形状或尺寸的电池。
此外，进一步改进根据本发明的太阳能电池模块中的聚光效率的结构也可以变化。作为相关示例，可采用没有凹部126的结构。在下文中，将参照图4来描述该结构。
图4是根据本发明的另一实施方式的具有聚光单元的太阳能电池模块的截面图。
与参照图1至图3描述的实施方式类似，根据本实施方式的太阳能电池模块可包括太阳能电池110、聚光单元120和反射单元130，并且太阳能电池110和反射单元130可具有与前述实施方式中所示的结构相同的结构。因此，将省略其描述。另外，聚光单元120设置有接收入射的太阳光的平面121的结构、多个透镜123、反射区域122和狭缝125可与前述实施方式中所示的结构相同。因此，也将省略其描述。
如图4所示，透镜123的与狭缝125对应的部分可分别设置有朝向太阳能电池110伸出的伸出物127。每个伸出物127可形成在每个狭缝125的至少部分上。伸出物127可按照其宽度在朝向太阳能电池110的方向上逐渐变小的方式，从与透镜123对应的端部伸出。另外，与狭缝类似，伸出物127可在一个方向上形成得较长。因此，利用这种结构，通过伸出物127聚集在狭缝125上的光可更容易地朝向太阳能电池110传播，并且可防止穿过气隙内的狭缝125的外部光泄漏。
此外，在假设太阳能电池模块具有圆柱状的各凸透镜的情况下，给出了上述说明，但是太阳能电池模块的形状也可改变为其它形状。在下文中，将描述根据不同实施方式的具有不同聚光单元的太阳能电池模块的结构。图5A至图7B是根据本发明的不同实施方式的各自具有聚光单元的太阳能电池模块的截面图。
如图5A和图5B所示，聚光单元220可按照平面透镜的形式来配置，所述平面透镜具有都是平面形状的入射表面和出射表面。在这种情况下，与前述实施方式类似，太阳能电池模块可包括太阳能电池110、聚光单元220和反射单元130，太阳能电池110和反射单元130可具有与前述实施方式中所例示的结构相同的结构，因此省略它们的描述。
根据本实施方式的聚光单元220被布置为在与太阳能电池110隔开的位置处覆盖太阳能电池110，并且由具有不同折射率的多种材料制成。
聚光单元220包括平面221，太阳光入射到该平面221。聚光单元220布置在与太阳能电池110隔开的位置处，并且将入射的太阳光聚集以用于输出。
如图所示，由于聚光单元220限定太阳能电池模块的外表面，所以平面221限定太阳能电池模块的外表面。由于外表面是平面221，所以可减少由于灰尘等引起的光入射到的入射表面的污染。在这种情况下，平面221可被称作外平面。
另外，聚光单元220的平面221的相反表面是平面227(以下称作内平面)，并且聚光单元220被配置为按不同折射率聚集光的平面透镜。
作为示例，参照图5A，由具有不同折射率的材料形成的第一部分228a和第二部分228b可在聚光单元220的长度方向(与厚度方向垂直的方向)上依次布置。在这种情况下，第一部分228a和第二部分228b以预定间隔依次布置。
第一部分228a是具有高折射率的部分，而第二部分228b是具有低折射率的部分。折射率可在1.2至3.4的范围内确定。也就是说，低折射率可等于或高于1.2，高折射率可等于或低于3.4。
如图所示，反射区域222可形成在聚光单元220的内平面227上。也就是说，板状的基体构件224被配置为聚集光的透镜。反射区域222被形成为覆盖基体构件224的内平面227的至少部分，以便聚集太阳光并重新反射已被反射单元130反射的光。
反射区域222可以是附接在基体构件224的下表面上的反射片或者是镜面涂覆在内平面227上的涂层。对于反射片，反射区域222可使用MCPET(即，聚对苯二甲酸乙二醇酯反射片)来制造。
在这种情况下，反射区域222可被划分为多个区域，并且可在相邻区域之间形成间隙。由于间隙，可在反射区域222上形成多个狭缝225。在这种情况下，狭缝225在一个方向上延伸很长并且在与所述一个方向垂直的另一方向上依次布置。第一部分228a和第二部分228b可沿着所述另一方向依次布置，从而可朝向狭缝225聚集太阳光。这里，所述一个方向可以是东西方向，所述另一方向可以是南北方向。因此，无论太阳基于时间的位置如何，狭缝225总是面向太阳。
作为另一示例，如图5B所示，由具有不同折射率的材料形成的第一部分328a和第二部分328b可沿聚光单元320的厚度方向依次布置。
作为具有高折射率的部分的第一部分328a可布置在上侧，并且作为具有低折射率的部分的第二部分328b可布置在下侧。与图4的实施方式类似，第一部分328a和第二部分328b的折射率可在1.2至3.4的范围内确定。
在这种情况下，第一部分328a可设置有多个凸透镜并且由渐变折射率(GRIN)光学材料制成以聚集太阳光。例如，如参照图3A和图3B所示，第一部分328a可被配置为使得其上侧是平面的并且其下侧是凸面的。
第二部分328b覆盖凸透镜以填充相邻凸透镜之间的间隙。利用该结构，第二部分328b可限定内平面327。反射区域322形成在内平面327上，并且狭缝325可在与多个凸透镜对应的位置处形成在反射区域322上。
根据该结构，聚光单元可被实现为平面透镜，但是本发明可不限于此。在下文中，将参照附图描述根据本发明的聚光单元的不同实施方式。
作为另一示例，如图6所示，聚光单元420可以设置有鱼眼透镜423。鱼眼透镜可在一个方向上延伸很长，沿着与所述一个方向垂直的另一方向依次布置。因此，鱼眼透镜可具有圆柱形状。
具有狭缝的反射片422可布置在鱼眼透镜423的下侧，在这种情况下，反射片422可被设置为前述反射区域。在这种情况下，鱼眼透镜423将光聚集在狭缝上，因此鱼眼透镜423和反射片422用作聚光单元。
作为另一示例，如图7A和图7B所示，聚光单元520被布置为在与太阳能电池110隔开的位置处覆盖太阳能电池110，并且设置有通孔525、反射区域522和透镜523。
透镜523可包括从基体构件524的下表面伸出的多个单位透镜523a。每个单位透镜523a可与相邻的单位透镜523b交叠。单位透镜523a被配置为凸透镜，并且反射区域522形成在将光朝向单位透镜523a的中心聚集的凸面上。
反射区域522在与单位透镜523a的中心对应的位置处分别设置有通孔525。在这种情况下，光穿过通孔525传输。另外，经由聚光单元入射到太阳能电池模块中的光可仅穿过通孔525被反射到外部。这可实现在太阳能电池模块内几乎能够全反射的结构。
这样，根据本发明，可通过使用狭缝或通孔(孔)来实现聚光，因此可制造更紧凑或更纤薄的太阳能电池模块。
此外，反射单元530可具有将反射板532布置在相邻的太阳能电池110之间的结构。然而，本发明可不必限于此。也可实现将太阳能电池布置在反射板的上表面上的结构。如图所示，反射板532可与太阳能电池一起布置在基体基板531的上表面上。在这种情况下，反射板532可被形成为基本上填充相邻太阳能电池110之间的空间。反射板532可以是板状反射片或涂覆在基体基板上的涂层。
利用该结构，太阳能电池110和反射板532可布置在相同的平面上并且设置为覆盖基体基板531。
这样，根据本发明的反射单元可改变为各种形状。作为其它示例，图8A和图8B是根据本发明的另一实施方式的具有反射单元的太阳能电池模块的截面图。
如图8A和图8B所示，反射单元630可支承太阳能电池610的后表面并且被实现为膜或片形式的后片。后片是保护太阳能电池610的另一表面上的太阳能电池610的层，并且执行防水、绝缘和紫外线阻挡功能。后片可被配置为膜或片的形式。在这种情况下，反射单元630可由提供高反射率的材料制成或具有提供高反射率的结构，使得从聚光单元620聚集并入射的太阳光可被反射以用于再循环。
在这种情况下，与前述实施方式类似，太阳能电池模块可包括太阳能电池610、聚光单元620和反射单元630。聚光单元620可具有与图1至图7的实施方式中所示的结构相同的结构，因此将省略其描述。
根据本实施方式的太阳能电池610可被配置为能够通过从其上表面和下表面吸收太阳光而发电的双面电池。另外，太阳能电池610可与第二反射板632b并排设置，使得第二反射板632b的上表面面向聚光单元620并且第二反射板632b的下表面面向第一反射板632a。
基体基板631是用于支承太阳能电池模块的基板，并且可由诸如玻璃、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等材料制成。作为另一示例，基体基板631是保护太阳能电池模块的层，并且可以是聚氟乙烯复合膜(TPT)类型或具有设置在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的至少一个表面上的聚偏氟乙烯(PVDF)树脂等，以便执行防水、绝缘和紫外线阻挡功能。
第一反射板632a可以是附接在基体基板631的上表面上的板状反射片，或者是涂覆在上表面上的涂层。
第二反射板632b与太阳能电池一起布置在基体基板631与聚光单元之间。在这种情况下，太阳能电池110设置在相邻的第二反射板632b之间。因此，太阳能电池之间的间隙被填充，这使得能够反射在太阳能电池之间穿过的光。在这种情况下，第二反射板632b中的每一个可设置有多个伸出物633。通过形成多个伸出物633，可在第二反射板632b上实现波纹管或凹凸结构，从而实现更宽的光反射范围。
此外，可在太阳能电池模块内设置用于支承第二反射板632b和太阳能电池610的支承构件635。作为梯形的安装框架的支承构件635可安装在基体基板631上，支承构件635的至少部分可朝向聚光单元620伸出，并且太阳能电池610可安装在伸出部分上。
另外，支承构件635可由透光材料制成，使得光可穿过支承构件635传输以入射到太阳能电池610的后表面。这里，支承构件635被形成为填充有空气的空的空间。这会更有助于光入射到太阳能电池610的后表面。
利用该结构，可将光捕获在太阳能电池的上侧和下侧处，从而进一步增加太阳能电池的发电量。
此外，根据本发明的太阳能电池模块可改变为各种形状。在下文中，将基于图2的实施方式通过添加改变的特征来描述这些变型。然而，这些变型可不必限于这些特征，而是也可应用于图4至图8的那些实施方式。
图9是根据本发明的变型例的太阳能电池模块的截面图。
在这种情况下，与前述实施方式类似，太阳能电池模块可包括太阳能电池110、聚光单元120和反射单元130，它们可具有参照图1至图8描述的前述实施方式所示的结构中的一种结构，但是将基于图2的实施方式来示例性地描述本实施方式。因此，将省略它们的描述。
如图9所示，间隔体191可设置在聚光单元120与反射单元130之间，以保持气隙的空的空间。间隔体191安装在反射单元130上以支承聚光单元120。更具体地，间隔体191可安装在基体基板131或反射单元130的反射板132上，并且在太阳能电池模块的厚度方向上伸出以支承聚光单元120。
本发明具有多个透镜和狭缝将光朝向一个太阳能电池聚集的结构，因此聚光单元120可形成为宽板形状。因此，间隔体191支承该宽板以增强刚性。
另外，为了增强刚性，可在基体基板131的下表面上设置加强构件192。作为板状构件的加强构件192安装在基体基板131的一部分上并且与基体基板131的下表面接触以增强刚性。
另外，如图所示，反射单元130可涂覆有用于将红外光的波长改变为可见光的波长的波长改变材料193。波长改变材料193例如可以是使用er3+或yb3+作为镧系材料(lanthanide series material)而组合的荧光物质。
太阳光包含红外光，但是太阳能电池使用可见光来发电。因此，通过将红外光转换成可见光来增加电量。在这种情况下，光路可响应于被波长改变材料193散射的光而随机改变，但是根据本实施方式的结构将光再循环到太阳能电池模块中。因此，没有观察到发电效率的降低。
另外，填充构件194可设置在相邻的透镜123之间以填充形成在相邻透镜123之间的间隙的至少部分。填充构件194可由具有与聚光单元120的折射率不同的折射率的材料制成。填充构件194被设置为去除透镜123之间的无效区(dead space)，并且覆盖反射区域122的至少部分。此外，多个狭缝可填充有透光材料195，从而能够调节折射率。
上述太阳能电池模块可不限于前述实施方式的那些构造和方法，而是可选择性地组合每个实施方式的全部或部分，从而可从实施方式进行许多变型和改变。
因此，应当理解的是，除非另有说明，否则上述实施方式不受前述描述的任何细节的限制，而应在权利要求所限定的范围内宽泛地解释，因此落入权利要求的边界和范围内的所有变化和修改，或者这些边界和范围的等同物因此意在被权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种太阳能电池模块，该太阳能电池模块包括：
多个太阳能电池；
聚光单元，所述聚光单元布置在与所述多个太阳能电池间隔开的位置处，所述聚光单元的形成平面的第一侧被配置为接收入射的太阳光，并且所述聚光单元的第二侧面向与所述第一侧相反的方向并且朝向所述多个太阳能电池，所述聚光单元被配置为聚集所述入射的太阳光并且从所述第二侧输出所聚集的太阳光；以及
反射单元，所述反射单元布置在与所述聚光单元的所述第二侧间隔开的位置处，所述反射单元被配置为面向所述聚光单元的第二侧，并且朝向所述聚光单元的所述第二侧并且经由在所述多个太阳能电池之间限定的空间将入射在所述反射单元上的光反射，
其中，所述聚光单元的第二侧设置有反射区域，所述反射区域面向所述反射单元和所述多个太阳能电池，并且被配置为在所述聚光单元与所述反射单元之间限定的气隙中捕获从所述聚光单元的所述第二侧输出的所聚集的太阳光的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其中，所述聚光单元设置有布置在所述聚光单元的所述第二侧处的多个透镜，所述多个透镜中的每一个朝向所述多个太阳能电池形成为凸形。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其中，所述聚光单元的所述第二侧上的所述反射区域被设置为覆盖所述多个透镜的至少部分，并且被配置为：
将入射在所述聚光单元的所述第一侧上的入射太阳光聚集，并且从所述聚光单元的所述第二侧输出所聚集的太阳光；以及
将由所述反射单元反射并入射在所述聚光单元的所述第二侧上的光重新反射。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池模块，其中，所述聚光单元的所述第二侧上的所述反射区域设置有多个狭缝，所聚集的太阳光穿过所述多个狭缝经由所述多个透镜被输出。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池模块，其中，所述聚光单元中的所述多个透镜中的每一个透镜与所述聚光单元的所述第二侧上的所述反射区域上的所述多个狭缝中的相应一个狭缝对应，并且每个透镜设置有远离相应狭缝并且朝向所述聚光单元的所述第一侧上的所述平面凹进的凹部。
6.根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其中，所述聚光单元中的所述多个透镜被布置成所述多个透镜中的每一个透镜沿第一方向纵向延伸，并且所述多个透镜沿与所述第一方向垂直的第二方向依次布置。
7.根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其中，所述多个透镜彼此相邻地布置，并且填充构件布置在所述多个透镜中的相邻透镜之间，以填充形成在所述多个透镜中的所述相邻透镜之间的间隙的至少部分。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其中，所述聚光单元包括具有不同折射率的多种材料。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池模块，其中，所述聚光单元的所述第二侧包括平面，所述聚光单元是被配置为通过所述聚光单元中所述不同折射率的多种材料来聚集光的平面透镜，并且所述反射区域设置在所述聚光单元的所述第二侧的所述平面上。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其中，布置在与所述聚光单元的所述第二侧间隔开的位置处的所述反射单元包括：
基体基板；以及
至少一个反射板，所述至少一个反射板被布置为覆盖所述基体基板。
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