CN111164882A - 用于增加双面光伏模块中能量产量的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于通过太阳能发电的系统包括：第一竖直定向的双面光伏模块；第二竖直定向的双面光伏模块，其定位成与所述第一双面光伏模块相距水平距离；以及宏观纹理结构，其位于所述第一双面光伏模块和所述第二双面光伏模块之间。所述宏观纹理结构包括具有反射表面的多个突出特征件，并且所述突出特征件用以将在0至10度竖直范围内入射的光反射向所述第一双面光伏模块和所述第二双面光伏模块。

Description

用于增加双面光伏模块中能量产量的装置

技术领域

本发明总体上涉及使用光伏电池模块的太阳能捕获，尤其涉及一种可用于使竖直安装的双面光伏模块中的能量产量最大化的纹理化装置。

背景技术

双面太阳能(PV)模块是在两个平面上都包括光伏电池的面板。在多种应用中，双面PV模块竖直排列安装，有助于减少灰尘积聚。倾斜安装，即非竖直安装，面板往往会随着时间的推移，由于灰尘的积聚，能量产量急剧下降，除非对其进行定期清洁。由于这一优势，竖直安装的双面PV模块特别有希望用于沙漠类环境中的发电，在沙漠类环境中一年中大部分时间的气溶胶浓度较高，因为它们容易受到高灰尘积聚率的影响。

以竖直配置安装双面PV模块的一个缺点是，当正午太阳辐射平行于或接近平行于模块的表面时，它们接收的阳光较少。

因此，补救、减轻或至少改善与竖直安装的双面模块相关联的正午功率损失将是有利的，从而可以实现竖直配置在减少灰尘累积方面的益处，而不会遭受过度的正午损耗。以不妨碍或不复杂化清洁操作的方式补救、减轻或改善与竖直安装的双面模块相关联的功率损失将是进一步的益处。本发明解决了本领域中的一个或多个这些和其它问题。

发明内容

本发明的实施例提供一种用于通过太阳能发电的系统，所述系统包括：第一竖直定向的双面光伏模块；第二竖直定向的双面光伏模块，其定位成与第一双面光伏模块相距水平距离；以及宏观纹理结构，其位于第一双面光伏模块和第二双面光伏模块之间，宏观纹理结构具有表面，所述宏观纹理结构包括多个具有反射表面的突出特征件。突出特征件用以将在0至10度竖直范围内入射的光反射向第一双面光伏模块和第二双面光伏模块。

在一些实施例中，多个排水孔位于宏观纹理表面上的相邻突出特征件之间，排水孔适于从宏观纹理结构去除灰尘和湿气。在一些实施方案中，宏观纹理结构的所述多个突出特征件覆盖有反射涂层。

在一些实施例中，所述多个突出特征件是金字塔形的。在其它实施例中，所述多个突出特征件是圆顶形的。可替代地，所述多个突出特征件可以具有多种形状。所述多个突出特征件在宏观纹理结构的表面上形成规则的周期性图案。

本发明的实施例还提供一种用于提高包括一系列竖直定向的双面光伏模块的太阳能设施的正午能量产量的装置。所述装置包括宏观纹理结构，其适于位于一系列双面光伏模块的相邻模块之间，宏观纹理结构具有包括多个突出特征件的表面，突出特征件具有反射表面，反射表面用以将在0至10度竖直范围内入射的光反射向第一双面光伏模块和第二双面光伏模块。所述装置还包括多个排水孔，位于宏观纹理表面上的相邻突出特征件之间，适于从宏观纹理结构去除灰尘和湿气。在一些实施例中，宏观纹理结构的所述多个突出特征件覆盖有反射涂层。

在一些实施例中，所述装置的所述多个突出特征件是金字塔形的。在其它实施例中，所述装置的所述多个突出特征件是圆顶形的。可替代地，所述装置的所述多个突出特征件可以具有多种形状。

附加地，在一些实施方案中，所述多个突出特征件在宏观纹理结构的表面上形成规则的周期性图案。在其它实施方案中，所述多个突出特征件在宏观纹理结构的表面上形成非周期性图案。

可以通过结合附图讨论的本发明的某些实施例的附带描述理解这些和其它特征。

附图说明

图1是根据本发明实施例的包括宏观纹理结构的竖直安装的双面PV模块系统的剖视图。

图2A是根据本发明实施例的宏观纹理结构的一部分的俯视图。

图2B是沿图2A的线A-A'截取的剖视图。

图3是根据本发明的包括宏观纹理结构的竖直安装的双面PV模块系统的另一实施例的剖视图。

图4A是图3中所示实施例的宏观纹理结构的一部分的俯视图。

图4B是沿图4A的线B-B'截取的剖视图。

图5是根据本发明的包括宏观纹理结构的竖直安装的双面PV模块系统的另一实施例的剖视图。

具体实施方式

作为概述，为了增加竖直安装的双面PV模块接收的太阳辐射量，将宏观纹理结构定位在相邻的双面模块之间，以将入射辐射重新导向PV模块。宏观纹理结构以各种角度反射和/或散射以0°至10°范围内的竖直角度入射的太阳辐射(本文称为“竖直辐射”)，使得入射辐射的大部分被重新导向到双面PV模块的光伏元件并且由其接收。

图1是根据本发明实施例的太阳能发电系统100的剖视图。系统100包括竖直安装的双面PV板模块110、120，它们定位成彼此水平间隔一定距离。应当理解，尽管示出了两个模块110、120，但是系统100可以在发电装置中包括更多的此类模块。第一双面PV模块110包括可由可见光谱中的光透过的平面覆盖物111。覆盖物111可以由玻璃丙烯酸、聚碳酸酯或本领域已知的任何其它合适的坚固透明材料制成。覆盖物111包围多个光伏元件，例如，沿模块布置的光伏元件112、114、116，这些光伏元件在暴露于太阳辐射时生成电流。在所描绘的实施例中，第一双面PV模块110被定位和定向成使得覆盖物111的表面的法线是水平的并且垂直于模块的竖直定向(即，在图中朝向北和南)。据发现，根据模块的平面定向被称为“东西定向”的这种定向通常产生最大的能量产量。光伏元件112、114、116在两个面上都包括光敏电池，从而允许模块通过穿过透明覆盖物111的任一侧接收的太阳辐射发电。

考虑到模块的高度，第二双面PV模块120定位成与第一双面PV模块在水平上相距足够的距离，以避免相互遮挡效应，从而使太阳辐射到达每个模块的底部。第二双面PV模块120还包括平面透明覆盖物121和沿模块布置的多个光伏元件122、124、126。光伏元件122、124、126包括在朝南和朝北的侧面上的光伏电池，并且还可以基于穿过覆盖物121的朝南或朝北的侧面接收的辐射生成电流。

宏观纹理结构130位于双面PV模块110、120之间。宏观纹理结构130可以配置为纹理垫，其延伸跨过模块110、120之间的所有或大部分水平距离，并且还在对应于模块深度的垂直方向(进入页面)上延伸。在一些实施例中，宏观纹理结构130可以以铺设垫或防水布的方式方便地作为单个单元安装在系统中的双面PV模块(图中未示出)之间的支撑结构上。优选的是，宏观纹理结构130位于比双面模块的所有或大部分光伏元件更低的水平。

宏观纹理结构130是“纹理化的”，具有多个突出特征件，例如132、134、136、138。突出特征件，例如132、134、136、138，可以如图所示以规则的周期性顺序形成，或者可以包括不规则性或变化的周期性。附加地，虽然图1总共示出了八个突出特征件，但是根据本发明的宏观纹理结构可以包括更少或更多数量的突出特征件。特征件的长度(L)可以在约2.0mm至约0.4000m的优选范围内变化。宏观纹理结构130还包括沉积并覆盖在突出特征件132、134、136、138上的反射和/或扩散涂层，例如133、135、137、139。在图1中所示的特定实施例中，突出特征件132、134、136、138具有金字塔形状。在其它实施例中，突出特征件132、134、136、138和反射层133、135、137、139可以具有不同的形状或多种形状。突出特征件132、134、136、138和反射层133、135、137、139的目的是提供一组表面，该组表面以各种角度有效地反射、扩散和散射入射的竖直辐射，使得入射的竖直辐射的大部分被重新导向到双面PV模块110、120和其中包含的光伏元件(反射辐射在图1中以虚线箭头示出)。为了确保双面PV模块接收尽可能多的反射和/或漫射光，在一些实施方案中，突出特征件可以具有变化的高度轮廓，与模块之间的靠近中心附近的突出特征件相比，更靠近模块的突出特征件具有更低的高度。以这种方式改变模块的高度确保了突出特征件本身不会阻挡从相邻结构反射的光到达模块。

宏观纹理结构130的衬底优选由相对便宜的材料，如轻质结构塑料制成。可以使用已知的技术，如压花和光刻，将衬底纹理化以包括突出特征件。反射层，例如133、135、137可以通过将一层或多层反射和/或扩散材料(如金属或聚合物膜)沉积到下面的纹理化衬底上来制造。反射材料可以由铝制成，并且可以用氧化铝层保护，以防止由于湿度引起的退化。

如图1中的剖视图所示，突出特征件132、134、136、138不是完全连续的，并且在特征件之间定位有孔，例如142、144、146、148。孔142、144、146、148为沉淀在结构130上的任何灰尘或湿气提供出口，以便将其排出并且从系统中去除。

图2A是图1中所示的宏观纹理结构的一个实施例的一部分的俯视图，其中清楚地描绘了突出特征件的三维形状以及用于排出灰尘和湿气的孔的轮廓。如图所示，宏观纹理结构130的部分包括三行和三列金字塔形突出特征件(这些特征件还包括反射表面，出于说明的目的，这些反射表面在图2A中没有明确标识)。宏观纹理结构130的中间行包括金字塔形突出特征件134、136、138。顶行包括金字塔形突出特征件154、156、158，并且底行包括金字塔形突出特征件164、166、168。突出特征件的金字塔形状被设计成允许反射和漫射光以最佳方式到达相邻的双面PV模块。例如，金字塔特征是对称的，并且可以向两个双面PV模块反射入射的竖直光。

在图2A中还示出了位于突出特征件134和136之间的第一排水孔144，以及位于同一行中的突出特征件136和138之间的第二排水孔146。排水孔144、146可以是如图所示的椭圆形，或者可以具有其它形状和尺寸。例如，代替突出特征件之间的单个大排水孔，实施例可以包括多个较小的排水孔。此外，如图2A中所示，排水孔可以位于不同行的突出特征件之间。例如，排水孔145位于突出特征件134和154之间，并且排水孔147位于突出特征件138和168之间。图2B是沿图2A的线A-A'截取的剖视图，示出了突出特征件134、136、138的顶部(三角形)部分，突出特征件134、136、138具有各自的反射涂层135、137、139以及其间的孔144、146。

图3是根据本发明的双面PV模块系统200的另一实施例的剖视图，其中宏观纹理结构包括圆顶形突出特征件。如图所示，宏观纹理结构230包括圆顶形突出特征件，例如232、234、236、238。圆顶形突出特征件232、234、236、238覆盖有各自的反射层233、235、237、239(以虚线示出)。排水孔，例如344、346位于突出特征件之间，以从宏观纹理结构去除灰尘或湿气。与金字塔形特征件相比，圆顶形突出特征件倾向于以更宽的角度范围反射光，这对于一些双面模块系统来说是有利的特性。

图4A是图3中所示的宏观纹理结构的一个实施例的一部分的俯视图，其中清楚地描绘了突出特征件的三维形状以及用于排出灰尘和湿气的孔的轮廓。如图所示，宏观纹理结构230的部分包括三行和三列圆顶形突出特征件。宏观纹理结构230的中间行包括圆顶形突出特征件234、236、238。顶行包括圆顶形突出特征件254、256、258，并且底行包括圆顶形突出特征件264、266、268。位于突出特征件234和236之间的第一排水孔244，以及位于同一行特征件内的突出特征件236和238之间的第二排水孔246。此外，排水孔245位于突出特征件234和254之间，并且排水孔247位于突出特征件238和268之间。图4B是沿图4A的线B-B'截取的剖面图，示出了突出特征件234、236、238的顶部部分以及其各自的反射涂层235、237、239(以虚线示出)和特征件之间的孔244、246。

图5是根据本发明的双面PV模块系统300的另一实施例的视图，其中宏观纹理结构330包括不同形状的突出特征件。在所描绘的示例中，宏观纹理结构330包括圆顶形特征件331、332、333、334、335和金字塔形特征件336、337。使用各种形状的突出特征件能够根据特定双面模块系统的配置和条件设置不同的反射轮廓。例如，如果PV模块不具有相同的效率，并且不容易更换，则将更多的光导向一个模块比导向另一模块更有利。

在某些实施例中，与突出特征件相对的纹理垫的表面可以是平坦的。在某些实施例中，垫可以是刚性的，而在其它实施例中，如果需要，垫可以适应一定程度的弯曲以支撑在弯曲表面上的安装。垫可以包括用于将宏观纹理结构贴附在双面PV模块110、120之间的接触粘合剂，或者可以在现场将粘合剂施加到其下表面。在某些实施例中，排水孔142、144、146、148的一部分可以用于将垫固定到支撑双面PV模块110、120的结构。在其它实施例中，垫可以包括被配置成与其它结构接合以将垫贴附在适当位置的特征件。

应当理解，所描绘的实施例包括金字塔形和圆顶形突出特征件，但是也可以使用其它形状。例如，其它可能的形状包括但不限于抛物线形、锥形和宝塔形。优选地，突出特征件从中心点向下倾斜，以便于从突出特征件的表面去除灰尘和湿气。

应当理解，本文公开的任何结构和功能细节不应被解释为限制系统和方法，而是作为代表性实施例和/或布置来提供，用于教导本领域技术人员实施本方法的一种或多种方式。

还应当理解，在附图中相同的数字表示几个图中相同的元件，并且并非所有实施例或布置都需要参考附图描述和示出的所有部件和/或步骤。

本文使用的术语仅仅是为了描述特定的实施例，而不是为了限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包含(comprises和/或comprising)”指定所陈述的特征件、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征件、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。

本文中使用的定向术语仅用于约定和参考的目的，并且不应被解释为限制性的。然而，应该认识到，这些术语可以参考观察者来使用。因此，不暗示或推断出任何限制。

此外，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，并且不应该被认为是限制性的。本文使用的“包括(including)”、“包含(comprising)”或“具有(having)”、“含有(containing)”、“涉及(involving)”及其变体意味着包含其后列出的项目及其等同物以及附加项目。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变，并且可以用等同物替代其元件。此外，本领域技术人员将理解在不脱离本发明的基本范围的情况下可以进行多种修改，以使特定的仪器、情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明并不限于作为实施本发明的最佳模式公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (15)

1.一种用于通过太阳能发电的系统，其包括：

第一竖直定向的双面光伏模块；

第二竖直定向的双面光伏模块，其定位成与所述第一双面光伏模块相距水平距离；以及

宏观纹理结构，其位于所述第一双面光伏模块和所述第二双面光伏模块之间，所述宏观纹理结构具有表面，所述宏观纹理结构包括具有反射表面的多个突出特征件，

其中，所述突出特征件用以将在0至10度竖直范围内入射的光反射向所述第一双面光伏模块和所述第二双面光伏模块。

2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：

多个排水孔，其位于所述宏观纹理表面上的相邻突出特征件之间，所述排水孔适于从所述宏观纹理结构去除灰尘和湿气。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述宏观纹理结构的所述多个突出特征件中的每一个都覆盖有反射涂层。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个突出特征件的一部分是金字塔形的。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个突出特征件的一部分是圆顶形的。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个突出特征件具有多种形状。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个突出特征件在所述宏观纹理结构的所述表面上形成规则的周期性图案。

8.一种用于提高包括一系列竖直定向的双面光伏模块的太阳能设施的正午能量产量的装置，所述装置包括：

宏观纹理结构，其适于位于所述一系列双面光伏模块的相邻模块之间，所述宏观纹理结构具有包括多个突出特征件的表面，所述突出特征件具有反射表面，所述反射表面用以将在0至10度竖直范围内入射的光反射向第一双面光伏模块和第二双面光伏模块；以及

多个排水孔，其位于所述宏观纹理表面上的相邻突出特征件之间，所述排水孔适于从所述宏观纹理结构去除灰尘和湿气。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述宏观纹理结构的所述多个突出特征件覆盖有反射涂层。

10.据权利要求8所述的装置，其中所述多个突出特征件的一部分是金字塔形的。

11.根据权利要求8所述的装置，其中所述多个突出特征件的一部分是圆顶形的。

12.根据权利要求8所述的装置，其中所述多个突出特征件具有多种形状。

13.根据权利要求8所述的装置，其中所述多个突出特征件在所述宏观纹理结构的所述表面上形成规则的周期性图案。

14.根据权利要求8所述的装置，其中所述多个突出特征件在所述宏观纹理结构的所述表面上形成非周期性的图案。

15.根据权利要求8所述的装置，其中所述多个突出特征件具有变化的高度轮廓，其中靠近所述宏观纹理结构的中心的突出特征件具有比靠近所述宏观纹理结构的外围的突出特征件更高的高度。

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