CN115836396A - 太阳能电池系统及其制造方法 - Google Patents

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CN115836396A CN202180045673.7A CN202180045673A CN115836396A CN 115836396 A CN115836396 A CN 115836396A CN 202180045673 A CN202180045673 A CN 202180045673A CN 115836396 A CN115836396 A CN 115836396A
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克里斯托弗·德怀特·巴恩斯
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Taka Solar
Original Assignee
Taka Solar
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Abstract

本文公开了一种太阳能电池系统和柔性太阳能板。该太阳能电池系统包括玻璃外壳、一组多排太阳能电池,每个太阳能电池限定前侧和后侧,并被布置在玻璃外壳内。该太阳能电池系统还可以包括:被设置在玻璃外壳中并面向该组多排太阳能电池的后侧的反射元件;以及耦合到该组多排太阳能电池的第一端的第一端子,该第一端子穿过玻璃外壳的第一端并被密封在该第一端上。太阳能电池系统可以与其他太阳能电池系统一起被配置到可在广泛的潜在应用中部署的柔性太阳能板中。

Description

太阳能电池系统及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年6月26日提交的题为“System and Method for PackagingSolar Cells”的美国临时申请第63/044,967号的权益,该美国临时申请通过引用以其整体并入。本申请要求于2020年8月5日提交的题为“Flexible Solar Panel”的美国临时申请第63/061,728号的权益,该美国临时申请通过引用以其整体并入。
技术领域
本发明大体上涉及太阳能发电系统领域,更具体地涉及用于在太阳能发电系统领域封装和部署太阳能电池的新的和有用的系统和方法。
附图简述
图1是第一方法的流程图表示;
图2A是第一太阳能电池系统的示意性表示;
图2B是第一太阳能电池系统的横截面表示;
图3是第一太阳能板系统的示意性表示;
图4A是第一太阳能板系统的截面的截面表示;
图4B是第一太阳能板系统的示意性表示;
图4C是第一太阳能板系统的示意性表示;
图5是第一太阳能板系统的截面的截面表示;
图6是第一太阳能板系统的截面的截面表示;
图7是第一太阳能板系统的截面的截面表示;
图8A是第一太阳能板系统的示例部署的示意性表示;
图8B是第一太阳能板系统的示例部署的示意性表示;
图8C是第一太阳能板系统的示例部署的示意性表示;以及
图8D是第一太阳能板系统的示例部署的示意性表示。
实施例的描述
本发明的实施例的以下描述并非旨在将本发明限制于这些实施例,而是使本领域技术人员能够制造和使用本发明。本文描述的变型、配置、实现、示例实现和示例是可选的,并且不排除它们描述的变型、配置、实现、示例实现和示例。本文描述的本发明可以包括这些变型、配置、实现、示例实现和示例的任何组合和所有组合。
1.方法
一种用于封装太阳能电池的方法S100包括:在块S110中,在限定第一热膨胀系数的玻璃外壳内布置一组钙钛矿太阳能电池;在块S120中,从玻璃外壳和该组钙钛矿太阳能电池周围抽空环境气态大气;在块S140中,在该组钙钛矿太阳能电池的近端处,将包括氧化层和导电材料的端子电耦合到该组钙钛矿太阳能电池,该端子限定基本上等同于第一热膨胀系数的第二热膨胀系数。方法S100还可以包括在块S160中围绕端子联结(bond)玻璃外壳的一部分,以密封玻璃外壳内该组钙钛矿太阳能电池周围的气态大气。
在下面描述的示例实现的变型中,方法S100可以进一步包括在块S130中将钙钛矿兼容的气态大气注入到玻璃外壳中,并且在块S150中熔化玻璃外壳靠近该组钙钛矿太阳能电池的远端的一部分。
2.太阳能电池系统
太阳能电池系统100包括:限定横截面、第一端104和与第一端104相对的第二端106的玻璃外壳102。太阳能电池系统100还可以包括一组多排太阳能电池102,每个太阳能电池限定前侧120A和后侧120B,并被布置在玻璃外壳102内。该组多排太阳能电池120可以包括第一排太阳能电池122和第二排太阳能电池124,第二排太阳能电池124在玻璃外壳102的横截面上与第一排太阳能电池122在位置上偏离。该太阳能电池系统100还可以包括:反射元件130,其被设置在玻璃外壳102中并面向该组多排太阳能电池120的后侧120B;以及耦合到该组多排太阳能电池120的第一端的第一端子140,该第一端子140穿出玻璃外壳102的第一端104并被密封在该第一端104上。
示例性太阳能系统100的变型可包括玻璃外壳102,玻璃外壳102限定第一端104、与第一端104相对的第二端106、以及限定第一直径108和垂直于第一直径108的第二直径110的圆形横截面。太阳能系统100还可以包括:一组多排双面钙钛矿太阳能电池120,其包括:被布置在玻璃外壳102的第一容积内的第一排双面钙钛矿太阳能电池122,该第一容积被限定在第一直径108的第一侧上和第二直径110的第一侧上,该第一容积限定从玻璃外壳102的中心朝向外的第一前侧122A并限定向内朝向玻璃外壳102的中心的第一后侧122B;以及第二排双面钙钛矿太阳能电池124,其被布置在玻璃外壳102的第二容积内,该第二容积被限定在第一直径108的第一侧上和第二直径110的第二侧上,该第二容积限定从玻璃外壳102的中心朝朝向外的第二前侧124A并且限定向内朝向玻璃外壳102的中心的第二后侧124B。太阳能电池系统100还可以包括反射元件130,该反射元件130被设置在第一直径108的第二侧上的玻璃外壳102的内表面上;以及朝向第一排双面钙钛矿太阳能电池122的第一后侧122B和朝向第二排双面钙钛矿太阳能电池124的第二后侧122B反射入射光。太阳能电池系统100还可以包括耦合到该组多排双面钙钛矿太阳能电池120的第一端子140,该第一端子140穿过玻璃外壳102的第一端104并被密封在玻璃外壳102的第一端104上;以及耦合到该组多排双面钙钛矿太阳能电池120的第二端子150,该第二端子150穿过玻璃外壳102的第二端106,并被密封在玻璃外壳102的第二端106上。太阳能电池系统100还可以包括被密封在玻璃外壳102内的钙钛矿兼容的气态大气160。
在示例实现的其他变型中,该组太阳能电池120可以被布置在第一直径110的两侧上。例如,该组太阳能电池120可以被布置成使得它们形成两个基本上平面的表面,这两个表面围绕第二直径112彼此成角度地偏离。在该特定变型中,当沿着横截面观察时,该组太阳能电池120将被布置成A形框架或V形状的几何结构。替代地,可以围绕玻璃外壳102的内表面布置附加的多组太阳能电池120,使得当在横截面上观察时,多组太阳能电池120将被布置成三角形、正方形、矩形、五边形、六边形或其它多边形形状。在又一替代方案中,多组太阳能电池120可以形成为一体式管状结构,或者被插入到玻璃外壳102中,或者沉积/生长在其中,以提供沿着玻璃外壳102的横截面观察的连续360度的暴露表面。
3.柔性太阳能板系统
柔性太阳能板系统200可以包括一组太阳能电池模块100,每个模块包括:细长玻璃外壳102,其限定横截面、第一端104和与第一端104相对的第二端106;第一帽202,其被气密地连接在细长密封的玻璃外壳102的第一端104上;以及第二帽204,其被设置在密封的玻璃外壳102的第二端106处。每个太阳能电池模块100还可以包括:一组太阳能电池120,每个太阳能电池120限定前侧120A和后侧120B并被布置在细长玻璃外壳102内;反射元件130,该反射元件130:被设置在细长玻璃外壳102中、与该组太阳能电池120在位置上偏离并面向该组多排太阳能电池120的后侧120B;以及电气线束(electrical harness)或端子,以电耦合该组太阳能电池模块120中的每一个。柔性太阳能板系统200还可以包括:第一电缆212,该第一电缆被连接到该组太阳能电池模块100中的每一个的第一端104处的第一帽202;以及第一组基准222,这些基准被配置成沿着第一电缆212将太阳能电池模块100中的每一个的第一帽202和第一端104定位在预定距离处。柔性太阳能板系统200还可以包括第二电缆214以及第二组基准224,该第二电缆214被连接到该组太阳能电池模块100中的每一个的第二端106处的第二帽204,该第二基准被配置成沿着第二电缆214将该组太阳能电池模块100中的每一个的第二帽204和第二端106定位在第二预定距离处,使得太阳能电池模块100中的每一个被固定地布置成基本上垂直于第一电缆212和第二电缆214。
4.应用
通常,下面描述的方法S100、太阳能电池系统100和柔性太阳能板系统200针对太阳能发电系统的制造、分配和使用中的效率改进。
4.1太阳能电池模块
通常,可以执行方法S100来制造密封的模块化太阳能电池系统100,该系统100将一组太阳能电池容纳在气密密封的环境(例如,真空、惰性气体、与太阳能电池化学成分互补的气体环境)中,以便在太阳能电池系统100的整个操作寿命期间保护和/或保存这些太阳能电池。例如,可以执行方法S100来组装太阳能电池系统100的单元,该单元在抑制电池降解的受控、气密密封的环境中容纳不稳定电池化学成分的太阳能电池(诸如钙钛矿太阳能电池、串联钙钛矿-硅电池、硅基太阳能电池或有机太阳能电池),从而当太阳能电池系统100被部署用于在各种环境条件下(例如,漂浮在水体上;被安装在农田上方,被安装在屋顶或垂直墙上)收集太阳能时,延长这些太阳能电池系统100的操作寿命。
具体地,可以执行方法S100的块以围绕电耦合到被布置在玻璃外壳内的一组太阳能电池(例如,钙钛矿或晶体硅太阳能电池)的一对电极来密封和/或联结被抽空的刚性玻璃外壳的端部,从而在真空条件下(例如,10-3Torr)密封该组钙钛矿太阳能电池,同时使得由这些太阳能电池转换的电力能够被路由到外部迹线和/或被连接到玻璃外壳外部的电源线。此外,玻璃外壳102可以回填有:惰性气体(例如氮气)的大气,类似于太阳能电池系统100制造期间太阳能电池的电池化学成分的气态大气,以便减少和/或阻止太阳能电池随时间的降解。
如图所示,对于组装有一组钙钛矿太阳能电池并根据方法S100的块来被密封的太阳能电池系统100,这些钙钛矿太阳能电池可以在气密密封环境中维持和操作,该气密密封环境不渗透来自外部环境的湿度、水和氧气的侵入,并且将这些钙钛矿太阳能电池限制在真空或互补气体大气中,从而稳定钙钛矿材料并在延长的时间尺度(例如,几年、几十年)上维持钙钛矿太阳能电池的电力转换效率。此外,在该示例中,太阳能电池系统100可以在太阳能电池系统100的工作寿命期间将存在于玻璃外壳内的一些钙钛矿太阳能电池中的痕量铅(trace amounts of lead)和潜在有毒化合物密封,从而减少包含钙钛矿太阳能电池的太阳能部署对环境的影响,诸如对住宅或商业区、农田或水体等的影响。
此外,在前述示例中,玻璃外壳可以形成刚性、耐用、透明的外壳,并且这些钙钛矿太阳能电池可以抵靠玻璃外壳拱起、运动耦合到玻璃外壳上或以其他方式柔性地安装在玻璃外壳内,以便减少机械应力从玻璃外壳传输到钙钛矿太阳能电池中,并减少操作期间钙钛矿太阳能电池上的热应力。
因此,在该示例中并且如图2所示,太阳能电池系统100可以限定模块化、气密密封的太阳能电池系统100,该模块化、气密密封的太阳能电池系统100可以实现钙钛矿太阳能电池的低制造成本和高的电力转换效率以及更传统的太阳能电池化学物质的操作寿命。
在类似的示例中,可以执行方法S100以:直接在玻璃外壳的内表面上生长或形成一组钙钛矿太阳能电池(例如,经由溶液和/或气相沉积);以及在将玻璃外壳的端部密封在电极周围之前将这些太阳能电池连接到电极。因此,在该示例中,所得到的太阳能电池系统100可以包括玻璃外壳,该玻璃外壳既密封周围的环境,又形成在其上制造钙钛矿太阳能电池的衬底,从而减少制造太阳能电池系统100的制造步骤和复杂性。
在另一示例实现中,可以执行方法S100以创建太阳能电池系统100,该太阳能电池系统100包括:被布置在玻璃外壳的圆形横截面的第一(例如,顶部)扇区内的一组相邻的、成角度偏离的多排双面太阳能电池(例如,钙钛矿或晶体硅太阳能电池);以及内部反射器,该内部反射器被布置在玻璃外壳的圆形横截面的第二(例如,底部)扇区中并且面向多排双面太阳能电池。
在该示例中,太阳能电池系统100的单元可以以南北取向安装。因此,在该示例中,当太阳在天空中最高时(例如,在上午10时至下午2时之间)入射到太阳能电池系统100上的光可以打到双面太阳能电池的顶部,然后双面太阳能电池将该光转换成电能。然而,当太阳在东方或西方低于地平线时(例如,在上午5点和9点之间以及从下午3点到7点),入射到太阳能外壳上的一些光可能会打到内部反射器,该内部反射器将该光反射到双面太阳能电池的背面,然后该双面太阳能电池将该光转换成电能。
特别地,在该示例中,被布置在太阳能电池系统的顶部上或面向太阳的部分上的太阳能电池和内部反射器的组合可以用作静态的单轴太阳能跟踪器,其将入射到玻璃外壳上但不立即入射到这些太阳能电池上的光反射回这些太阳能电池。因此,在该示例中,可以执行方法S100以制造在大范围的太阳角度、季节和纬度上呈现高能量捕获效率的被动(或静态)太阳能电池系统100。
通常,如下所述,执行方法S100以制造太阳能电池系统100,该太阳能电池系统100包含被密封在圆柱形玻璃外壳内的一组钙钛矿太阳能电池。然而,方法S100的块可以附加地和/或替代地被实现,以将任何其他太阳能电池化学成分的太阳能电池(例如,硅太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、薄膜太阳能电池、串联太阳能电池、有机太阳能电池)密封在包含真空或密封气体大气的任何其他几何结构(例如,限定椭圆形横截面、多边形横截面、部分抛物线横截面或多边形和圆形、椭圆形或抛物线横截面的组合)的更大玻璃外壳结构内。
4.2柔性太阳能板系统
如图所示,本文所描述的系统100和方法S100适用于模块化和柔性太阳能板系统200的构造和部署。通常,柔性太阳能板系统200包括一组管状太阳能电模块100,其经由电气线束被电连接,并且机械地位于被配置为用于安装的两条电缆之间:在诸如在农田或停车场上方的四根柱子之间;沿着诸如在平屋顶、斜屋顶或垂直墙壁上的两条轨道;或者漂浮在水体上。
具体地,柔性太阳能板200包括一组刚性管状太阳能模块100,每个模块包含一组密封的太阳能电池。太阳能电池模块100:被布置在与太阳能安装的目标开放区域相对应的间距偏移处;每端被机械连接并且由一对柔性电缆支撑;并且通过在这些太阳能电池系统和这些电缆中的相邻电缆之间延伸的电气线束串联或并联地电耦合。例如,对于在农田上方的一组柱子之间悬挂并下垂的柔性太阳能板下方的接地平面处80%的总投影开放面积,一组2英寸直径的太阳能电池系统100可以以10英寸的间距偏移被附接到该组电缆上,在太阳能电池系统之间具有8英寸开放间隙。
因此,太阳能电池模块100的第一端处的机械连接和电连接可以近似共空间。对于其中多个太阳能电池模块100的端部用柔性电缆机械连接并用柔性布线线束电连接的柔性太阳能板200,柔性太阳能板200可以例如通过缠绕柔性太阳能板200用于储存或运输而被卷绕成紧密包装配置,而不会束缚或使相邻太阳能电池模块100之间的机械连接或电连接疲劳。然后,在垂直支撑构件对之间的安装期间,在垂直或倾斜取向的支架对之间的安装期间,或者在部署到水体上期间,柔性太阳能板200可以被解缠绕(unspooled),同样不会束缚或使相邻太阳能电池模块100之间的机械连接或电连接疲劳。一旦柔性太阳能板200被安装,该柔性太阳能板200可以随着风条件的变化、由于环境条件的变化和太阳暴露等引起的热膨胀而弯曲和移动,同样不会束缚或使相邻太阳能电池系统100之间的机械连接或电连接疲劳。
此外,因为柔性太阳能板200由有限数量的独特部件构成,所以通过沿着两条标准化电缆以不同的间距偏移安装太阳能电池系统100,并以相应的间距偏移组装具有连接器的布线线束,可以针对需要不同开放面积分数的不同应用而定制柔性太阳能板200。此外,因为每个太阳能电池模块100限定了被配置成用于在两根电缆之间而不是在玻璃板后面组装的单一、完整的太阳能结构,所以柔性太阳能板200的输出容量、重量、材料消耗和成本可以与相邻太阳能电池模块100之间的间距偏移直接相关并受其控制。
5.模块化太阳能电池系统
如图2A和图2B所示,示例性模块化太阳能电池系统100可以包括:电耦合到一对端子140、150的一组太阳能电池120;玻璃外壳102,该玻璃外壳102包含该组太阳能电池120,并例如经由匹配的密封件和/或压缩密封件被密封和/或联结到该对端子140、150上,以便将该组太阳能电池120气密包围在真空或互补气态大气中,从而(无限期地)稳定钙钛矿材料,防止因潮湿和氧化而降解。太阳能电池系统100还可以包括光学透明的封装剂126,该封装剂126被配置成以期望的几何结构将该组太阳能电池120粘附到玻璃外壳102的内壁,如下文更详细地描述的。
示例性太阳能电池系统100限定了模块化、气密密封的钙钛矿太阳能电池,该钙钛矿太阳能电池可以在各种环境条件下长时间维持高的电力转换效率。具体地,太阳能电池系统100可以包括:第一端子140,该第一端子140被联结在玻璃外壳102的第一端104处并被电耦合到该组太阳能电池120;以及第二端子150,该第二端子150被联结到玻璃外壳102的相对端106并且被电耦合到该组太阳能电池120。因此,该对端子可以限定该组太阳能电池120的正端子和负端子,该正端子和该负端子被配置成将由该组太阳能电池120转换的电力传输到被连接到这些端子140、150的外部迹线和/或电力线,从而使得太阳能电池系统100能够并联互连并被连接到公共(例如,高压)DC线以形成太阳能板和/或太阳能阵列。
5.1玻璃外壳
如图2A和图2B所示,太阳能电池系统100包括玻璃外壳,该玻璃外壳被配置成容纳该组太阳能电池120并在密封过程期间围绕每个端子140、150的周边联结和/或粘附到每个端子140、150。特别地,玻璃外壳140可以限定直径约为15至200毫米、长度约为1.5米至3米的细长刚性玻璃圆柱体或椭圆柱,因此可以接受和容纳相似尺寸的多组太阳能电池120。当根据方法S100的块,将玻璃外壳102密封在端子140和/或一对端子140、150周围时,该玻璃外壳102限定连续的气密壳体,该壳体可以在非常长的时间尺度上维持该组太阳能电池120周围的内部条件。此外,示例性圆柱形或椭圆柱几何结构使得玻璃外壳102能够以相对最小的玻璃厚度(例如,一至十毫米)容纳和/或保持硬真空(例如,百万分之一大气压、十亿分之一大气压)和/或内部气体大气的高压(例如,几十个大气压、几百个大气压),而没有结构损坏的风险。
如上所述,在示例实现的一个变型中,玻璃外壳102限定具有圆形横截面的圆柱形形状。如图2B所示,圆形横截面可以部分地由将横截面积等分的第一直径108和正交地将第一直径108等分的第二直径110限定。在示例实现的另一变型中,玻璃外壳102限定具有椭圆形横截面的椭圆柱形状。在该变型中,第一直径108或第二直径110中的一个可以限定椭圆横截面的长轴,而第一直径108或第二直径110中的另一个可以限定椭圆横截面的短轴。在示例性实现的其他变型中,玻璃外壳102限定空间可变形状,该形状可以限定沿着其长度的一些部分的圆形横截面和沿着其长度的其他部分的椭圆形横截面。在示例实现的另外其他变型中,玻璃外壳102限定具有多边形横截面的多面体形状。
在示例实现中,玻璃外壳102可以由具有低热膨胀系数的硼硅酸盐玻璃形成,从而减小和/或防止(例如,在玻璃外壳的抽空期间,在太阳能电池系统100的操作期间)玻璃外壳响应于温度变化的结构变形。此外,硼硅酸盐玻璃可以限定该组太阳能电池120和外部环境之间的光学界面,其具有相对低的色散和折射率和/或反射率,从而使得入射的阳光能够透过玻璃外壳102透射到该组太阳能电池120。此外,在该示例实现中,玻璃外壳102的内表面可以高度抵抗化学腐蚀和/或降解,使得玻璃外壳102能够在太阳能电池系统100的整个操作寿命期间保持该组太阳能电池120周围的气体大气(例如,甲基铵(methylammonium)气体、卤化物气体)。
在其他实现中,玻璃外壳102可以由碱铝硅酸盐玻璃、钠钙玻璃或具有所需机械、化学和/或热特性的任何其他类型的玻璃或聚合物材料形成,以在各种操作条件下很长一段时间封闭和保护一组太阳能电池120。
5.2太阳能电池
如图2A和图2B所示,太阳能电池系统100通常包括一组太阳能电池120,这些太阳能电池120限定比玻璃外壳102的长度稍短(例如,5厘米)的长度。具体地,每个太阳能电池120的远端可以被布置在距玻璃外壳102的相邻端的小纵向插入距离(例如,三厘米)处,以便在根据方法S100密封玻璃外壳102期间保护该组太阳能电池120和/或相关联的电传输布线免受熔化和/或热损坏。太阳能电池系统100还可以包括封装剂材料126,该封装剂材料126形成在该组太阳能电池120的一部分周围并且被联结到玻璃外壳102的内表面,以便机械地将该组太阳能电池120支撑在玻璃外壳102内和/或将该组太阳能电池120固定在相对于玻璃外壳102的内表面的特定位置或取向上。
如图2A和图2B所示,太阳能电池系统100可以包括一组太阳能电池120,这些太阳能电池120跨越玻璃外壳102的长度,并被配置成诸如经由光电效应将入射的太阳光转换成电能。在示例实现的一个变型中,太阳能电池系统100可以包括钙钛矿太阳能电池(例如,单结钙钛矿太阳能电池、多结钙钛矿太阳能电池),该钙钛矿太阳能电池沉积在、形成在、和/或图案化在诸如金属箔的柔性衬底上,在沉积钙钛矿材料之前和/或在将钙钛矿太阳能电池120布置在玻璃外壳102内之前,该柔性衬底可以被成形为类似于玻璃外壳102的曲率的曲线表面。附加地或替代地,太阳能电池系统100可以包括太阳能电池120,该太阳能电池120包括硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、串联太阳能电池、有机太阳能电池、或前述任一种的组合或子组合。
在示例实现的一个变型中,太阳能电池系统100可以包括一组(例如,多个)钙钛矿太阳能电池120,其沉积和/或形成在诸如玻璃或金属的平面条的(分离的)衬底上,并且沿着玻璃外壳的内表面相对于其径向(例如,中心)轴与相邻的钙钛矿太阳能电池径向偏离,从而增加和/或最大化该组钙钛矿太阳能电池相对于玻璃外壳的内表面区域的光敏表面积,并且实现在太阳高度范围内(例如,在一天的过程中)更一致和/或有效的能量收集。
在示例实现的另一变型中,太阳能电池系统100可以包括一组串联太阳能电池,每个串联太阳能电池限定被布置在硅太阳能电池或薄膜太阳能电池上并与其共面的钙钛矿太阳能电池(例如,砷化镓太阳能电池、碲化镉太阳能电池或呈现不同带隙的另一钙钛矿太阳能电池)。在该实现中,未被钙钛矿太阳能电池吸收的入射光透过(透明或部分透明)钙钛矿材料并被下面的硅太阳能电池或薄膜太阳能电池捕获,从而进一步提高太阳能电池系统100的电力转换效率。
在示例实现的另一变型中,太阳能电池系统100包括一组双面太阳能电池120(例如,钙钛矿太阳能电池、晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池或其组合),这些双面太阳能电池在邻近并面向玻璃外壳的内表面的外表面和面向玻璃外壳102的中心的内表面两者上光敏。例如,每个双面太阳能电池120可以包括形成和/或被布置在高透光率的透明衬底(诸如硼硅酸盐玻璃条)上的太阳能电池。在另一个示例中,每个双面太阳能电池120可以包括:第一太阳能电池,其形成、沉积和/或被布置在衬底(诸如柔性衬底或刚性平面衬底)的外表面上;以及第二太阳能电池,其被布置在衬底的与外表面相对的内表面上。如图2A和图2B所示,该组双面太阳能电池120可以径向偏离玻璃外壳102(并平行于玻璃外壳102的纵轴),使得每个双面太阳能电池120的平面表面基本上正交于从玻璃外壳102的中心轴发出的假想线。
在示例实现的另一变型中,太阳能电池系统100可以包括被布置在柔性衬底上的一个或多个双面太阳能电池120,该柔性衬底当插入玻璃外壳102中时被弯曲或弯折以形成弧形。类似地,太阳能电池系统100可以包括一个或多个双面太阳能电池120,其被布置在半径(略)小于玻璃外壳102的内半径的弯曲衬底上。
在示例实现的另一变型中,太阳能电池系统100包括一组钙钛矿太阳能电池120,其(例如,经由溶液沉积和/或气相沉积)直接沉积、生长和/或形成在玻璃外壳102的内表面上。具体地,在密封玻璃外壳102的端部之前,可以执行方法S100的块以周向蚀刻玻璃外壳102的内表面或对玻璃外壳102的内表面划线,并用包括互补浓度的钙钛矿前体化合物(例如,甲基卤化铵、卤化铅)的钙钛矿溶液洗涤和/或旋涂玻璃外壳102的内表面。一旦旋涂到玻璃外壳102的内壁上,所得的钙钛矿溶液层可以在特定蒸汽大气的存在下烘烤、用附加溶剂洗涤和/或退火,以产生结晶(例如固体)钙钛矿材料的膜。然后可以重复上述方法和技术,以缩放钙钛矿晶体膜和/或使钙钛矿晶体膜生长,从而将钙钛矿太阳能电池120的吸收层缩放和/或生长到合适的厚度。可以执行方法S100的块以在密封过程之前直接在玻璃外壳102内使一组钙钛矿太阳能电池120生长,利用玻璃外壳102的内表面作为衬底,以便进一步降低太阳能电池系统100的制造和组装成本和/或制造复杂性。
5.3反射元件
如图2A和图2B所示,太阳能电池系统100还可以包括反射元件130,该反射元件130被设置在玻璃外壳102中或玻璃外壳102上,并被配置成将透过玻璃外壳102侧面的入射光往回朝向该组双面太阳能电池120的内表面反射。如图所示,反射元件130可以被布置在第一直径108的与一组太阳能电池120相对的一侧。通常,反射元件130可以是漫反射器或镜面反射器,或其组合。在示例实现的一个变型中,反射元件130可以包括沉积在玻璃外壳102的内表面或外表面上的诸如白色或镜面涂料的涂层。替代地,反射元件130可以包括具有限定的几何结构的固体结构,该结构被配置成在特定方向上反射入射光。例如,如图2B所示,反射元件130可以限定一个或更多个抛物面反射器,每个抛物面反射器被配置成接收入射光并将入射光反射到该组太阳能电池120中的一个或更多个。替代地,反射元件130可以被配置成复合抛物面几何结构或扇形反射镜几何结构,以优化在各种取向、纬度或气候条件下光子的捕获和反射。在示例实现的另一变型中,反射元件130还可以用作重物或稳定物(ballast)(例如,比这组太阳能电池120重),以在太阳能电池系统100可以围绕其纵向轴线旋转的部署中维持太阳能电池系统100的有利取向。
在该示例实现中,反射元件130可用作无源太阳能跟踪器以提高该组太阳能电池120的效率。如上所述,在一些情况下,一定量的光可以透过太阳能电池材料。因此,反射元件130可以将该透射光往回朝向该组太阳能电池120的后向表面120B反射,从而潜在地增加入射光子被该组太阳能电池120吸收的概率。同样,反射元件130可以重定向通过较低的入射角进入玻璃外壳102的入射光。特别地,当太阳能电池系统100沿着大致地理上的南北轴布置时,反射元件130可以将原本会绕过该组太阳能电池120的面向外的光敏表面120A的太阳光(诸如在清晨和傍晚期间的较低太阳高度处)朝向该组太阳能电池120的内部光敏表面120B反射,从而提高太阳能电池系统100的整体电力转换效率,并且使得太阳能能够在一天中不同的时间和纬度中随着一系列太阳角度更均匀地产生。
5.4电极和电气连接
如图2A和图2B所示,太阳能电池系统100包括一对端子140、150,每个端子包括导电体,诸如在组装期间联结到和/或密封到玻璃外壳102的端部的金属板、盘和/或导线。在一个示例实现中,端子140、端子150在玻璃外壳102的内部和玻璃外壳102的外部之间是连续的,使得玻璃外壳140、150在端子140、150中的每一个周围被密封、围绕其被密封或者与其协同被密封。通常,端子140、端子150被配置成将由该组太阳能电池120生成的电流传导到连接到端子140、端子150的迹线和/或导线,从而使得由太阳能电池系统100转换的电流能够被路由到外部(例如,到包括太阳能电池系统100的共享电力线或面板,到逆变器)。如图2B所示,每个端子140、150可以经由耦合在端子140、150和该组太阳能电池120之间的导电接片条带(tabbing ribbon)128或导线连接到该组太阳能电池120,该导电接片条带128或导线传送由一组太阳能电池120和相应的端子140、150生成的电流。
在示例实现的一个变型中,太阳能电池系统100可以包括位于玻璃外壳102的第一端104或第二端106中的一个上的单个端子140、150,其用作接地端子和电位端子。在该变型中,代替用于沿单个方向(例如,朝向端子150)路由电流的一对端子140、150,单个端子140可以用作接地或用作以圆形方式(例如,围绕一对多组太阳能电池120顺时针)路由的电流的高电位连接器。在单端子配置中,玻璃外壳102可以使其一端104、106在组装期间完全被密封,而另一端104、106被密封在单个端子140、150上、围绕单个端子140、150被密封或与单个端子140、150一起被密封,从而潜在地降低制造成本和复杂性。
通常,端子140、150的材料特性和组成可以被选择为匹配太阳能电池系统100的制造和操作性质。例如,可以选择形成端子140、150的主体的导电材料以匹配玻璃外壳102的热膨胀系数和/或其他热特性,以便在密封过程期间增加端子表面和(熔化的)玻璃之间的粘附性。例如,在其中玻璃外壳102包括钠钙玻璃的一个示例实现中,太阳能电池系统100可以包括端子140、150,这些端子具有铁镍(例如,Dumet)和/或铂主体,其限定了类似于钠钙玻璃的热膨胀系数的热膨胀系数。在其中玻璃外壳102包括硼硅酸盐玻璃的另一示例实现中,太阳能电池系统100可以包括具有铁-镍-钴(例如,Kovar)主体的端子140、150,其限定了类似于硼硅酸盐玻璃的热膨胀系数的热膨胀系数。
在示例实现的变型中,端子140、150可以包括镀覆在端子140、150上的惰性金属(例如金)的薄层,以稳定端子140、150免受被密封在玻璃外壳102内的气体大气的腐蚀。此外,端子主体本身可以由钨、钼或另一惰性导体形成,以便减少或消除位于玻璃外壳102内的端子140、150的一部分与这些气体大气160的某些成分(例如,甲基铵气体、卤化物气体)之间的化学反应,从而减少和/或防止端子140、150在太阳能电池系统100的操作寿命期间的腐蚀或降解。
在示例实现的另一变型中,每个端子140、150还可以包括形成在端子主体表面上的氧化物层,该氧化物层限定与端子140、150的尺寸成比例的厚度和/或与玻璃外壳102的玻璃类型和厚度匹配的厚度。例如,在密封过程期间,氧化物层内的氧化物可以夹杂(熔化的)玻璃中的类似氧化物(例如,扩散到类似氧化物中),从而在冷却时显著增加玻璃外壳102和端子140、端子150的邻接表面之间的粘合和/或联结。
6.制造方法
可以通过执行方法S100的块来制造和组装上述类型的太阳能电池系统100。如图1所示,方法S100的块110描述了在限定第一热膨胀系数的玻璃外壳内布置一组钙钛矿太阳能电池。通常,在抽空和/或密封玻璃外壳102之前,一组钙钛矿太阳能电池120沿着玻璃外壳102的长度被布置,使得这些钙钛矿太阳能电池120跨越和/或覆盖玻璃外壳102上半部分的大部分内表面区域。在一个示例实现中,该组钙钛矿太阳能电池120形成在与玻璃外壳102的曲率匹配的柔性和/或曲线衬底上,该衬底然后被插入玻璃外壳102的开口端。在另一示例实现中,每个钙钛矿太阳能电池120可以形成在单独的(平面)衬底上,被插入到玻璃外壳102的开口端中和/或被布置在玻璃外壳102内,使得每个钙钛矿太阳能电池120沿着玻璃外壳102的内圆周与相邻的钙钛矿太阳能电池120在位置上偏离。在上述示例实现中,该组钙钛矿太阳能电池120然后可以经由封装剂材料126耦合到和/或被附接到玻璃外壳102的特定位置和取向处,封装剂材料126形成在该组钙钛矿太阳能电池120周围并且被联结或被粘附到玻璃外壳102的内表面。在又一示例实现中,根据本文描述的方法和技术,在密封玻璃外壳102之前,可以在玻璃外壳102的内表面上直接溶液沉积、生长和/或形成一组钙钛矿太阳能电池120。
如图1所示,方法S100的块S120描述了从玻璃外壳和该组钙钛矿太阳能电池周围抽空环境气态大气。通常地,玻璃外壳102的开口端可以连接到真空泵或其他压力差,以便从玻璃外壳102的内部去除空气和/或其他环境大气,从而从围绕一组钙钛矿太阳能电池120的玻璃外壳102的内部环境中去除基本上所有的氧气和潮气。通常,玻璃外壳102可以呈现足够厚的壁,以在密封过程期间以及在太阳能电池系统100的部署和操作期间维持太阳能电池系统100的结构稳定性,同时在玻璃外壳102内保持低的内部压力(例如,百万分之一的大气)。在执行方法S100的块S120中,可在密封过程期间从玻璃外壳102中抽空微量污染物(例如氧气和水分子)——否则这些污染物可能损坏或降低钙钛矿太阳能电池120的效率——以便将太阳能电池系统100的预测寿命延长到几十年。
在示例实现的变型中,方法S100还可以包括在块S130中将钙钛矿兼容的气态大气注入到玻璃外壳中。例如,玻璃外壳102可以回填惰性气体或稀有气体的大气(诸如氮气或氦气),从而从玻璃外壳102的内部排除氧气和水,同时在太阳能电池系统100的整个操作寿命期间减少玻璃外壳102表面上的应力(例如,由于内部真空和外部大气压之间的压力差的应力)。
在示例实现的另一变型中,玻璃外壳102的内部可以回填类似于该组钙钛矿太阳能电池120的电池化学成分的气体大气,以便稳定、平衡(balance)和/或均衡(equilibrate)钙钛矿材料的降解途径(例如降解反应)。特别地,在其中该组钙钛矿太阳能电池120包括甲基铵卤化铅化学成分的实现中,玻璃外壳102可以在互补分压(例如,小于一个大气)回填包括甲胺气体和卤化氢气体的气体大气,从而(无限期地)稳定和/或阻止钙钛矿晶体结构自然降解成这些气态副产物。因此,可以执行方法S100的块,以便:从玻璃外壳102的内部抽空氧气、水和/或湿气,否则这些成分将在操作期间降解该组钙钛矿太阳能电池内的钙钛矿材料;并且在密封之前将特定的气体大气限制在玻璃外壳102的内部,以便稳定特定的钙钛矿太阳能电池化学成分。
如图1所示,方法S100的块S140描述了在一组钙钛矿太阳能电池120的近端处将包括氧化物层和导电材料的端子140、150电耦合到该组钙钛矿太阳能电池120,该端子140、端子150限定基本上等同于第一热膨胀系数的第二热膨胀系数。通常,该组钙钛矿太阳能电池120可以经由连接(例如,焊接或焊接)在端子140、150和该组钙钛矿太阳能电池120的一组太阳能电池电极之间的导电接片条带128电耦合到被布置在玻璃外壳102的开口端处和/或玻璃外壳102内的端子140、150。在示例实现的一个变型中,导电接片条带128及其与端子140、150的连接可以表现高于玻璃外壳102的熔点的熔点,以便在密封过程期间暴露于升高的温度时维持端子140、150和该组钙钛矿太阳能电池120之间的电连接。此外,导电接片条带128可以镀覆有化学惰性保护材料的薄层,诸如金层或保护聚合物层,以防止导电接片条带128在太阳能电池系统100的操作寿命期间降解和/或腐蚀。
可以执行方法S100的块以实现端子140、150和玻璃外壳102之间的气密匹配的密封,这密封了玻璃外壳102的内部条件而不受外部环境条件的影响。例如,方法S100还可以包括在块S150中熔化玻璃外壳102的靠近该组钙钛矿太阳能电池120的远端的部分;以及在块S160中,围绕端子140、150联结玻璃外壳102的一部分,以密封玻璃外壳内的该组钙钛矿太阳能电池120周围的气态大气。通常,在抽空和/或回填玻璃外壳102之后,玻璃外壳102围绕其周边的局部部分被加热(例如,经由局部气体火焰加热),该局部部分围绕端子140、150中的一个。在达到足够低的粘度时,熔融玻璃然后朝着玻璃外壳102的纵向轴线变形和/或塌陷,以与端子140、150接触,围绕其表面的连续部分包围端子140、150,使得端子140、150上的氧化物层能够扩散到熔融玻璃内的氧化物中,并且在玻璃和端子140、150的氧化物表面之间产生强粘合联结。如上所述,端子主体的材料(例如,铁-镍-钴、钨、钼)通常可以表现等于或基本上等于玻璃(例如,硼硅酸盐玻璃)的热膨胀系数的热膨胀系数,以便在玻璃冷却和固化时维持玻璃和电极表面之间的粘合,从而在玻璃外壳102和端子140、150之间产生气密和匹配的密封。
在示例实现的另一变型中,太阳能电池系统100可以附加地和/或替代地包括金属环,该金属环在密封过程期间被布置在玻璃外壳102的一端或两端104、106处,并且被配置成围绕端子140、150的表面压缩玻璃外壳102。金属环可以包括诸如钢、铝或铝合金的结构金属带,其具有类似于端子140、150的几何结构并且与端子140、150的表面尺寸匹配,并且限定了大于玻璃外壳102的热膨胀系数的热膨胀系数。
在密封过程期间,随着熔融玻璃冷却和固化,金属环以比下面的玻璃更快的速率收缩,从而施加显著的压缩力,该压缩力进一步增加玻璃外壳102和端子140、150之间的粘合和密封强度。在使用中,金属环可以在端子140、150周围提供玻璃外壳102的坚固的、尺寸稳定的端帽,这可以在太阳能电池系统100的整个操作寿命期间进一步提高和/或维持密封的强度。此外,在示例实现的该变型中,通过金属环施加在密封件周围的压缩力可以增强和/或取代通过匹配玻璃外壳102和端子140、150之间的热膨胀系数而产生的粘合,从而使得太阳能电池系统100能够在端子主体中包括更广范围的金属和/或金属合金,以及用于玻璃外壳102的更广泛的潜在匹配玻璃材料的选择。
7.柔性太阳能板
如图3、图4、图5A、图5B、图5C和图5D所示,每个太阳能电池系统100可以用作更大的柔性太阳能板200的模块化段或部分。在图3所示的示例实现中,一组太阳能电池系统100沿着第一钢缆212和第二钢缆214(以下称为“电缆”)布置,使得玻璃外壳102被布置成基本上相互平行的取向。如图3所示,太阳能电池系统100中的每一个可以通过一组基准222、224固定到电缆212、214,该组基准222、224与端帽202、204协作以维持太阳能电池系统100之间的期望且固定的平行间距。如下面更详细描述的,相应的帽202、204还可以用于在多组太阳能电池120中的每一个和由外部传输线230限定的电气传输线之间路由电气连接。附加地,在示例实现的一些变型中,帽202、204还可以用作端子140、150,并向太阳能电池系统100提供电连接性和密封特性。
7.1.太阳能电池系统接口
如图3、图4A、图4B和图4C所示,每个太阳能电池系统100还包括被布置在玻璃外壳102的端部上的一组机械连接器(下文称为“帽”)202、204,该机械连接器被配置成耦合到一对电缆212、214,这些电缆被配置成将太阳能电池系统100的重量承载到这些电缆212、214中,并且被配置成将该组太阳能电池系统100连接到外部传输线230,该外部传输线230将生成的电力传输到电池、电负载或电网。
在一个示例实现中,第一帽202和第二帽204中的每一个可以包括电缆孔234,第一电缆212或第二电缆214可以穿过该电缆孔234。如图4A、图4B和图4C所示,电缆孔234可以垂直于玻璃外壳102定向,使得当一起悬挂成柔性太阳能板200时,玻璃外壳102相互垂直于电缆212、214并且相互彼此平行。第一帽202和第二帽204还可以包括机械结构和/或粘合剂化合物,以抵消柔性太阳能板200上的外部应力,该外部应力会倾向于将第一帽202和第二帽204与玻璃外壳102分离。如图4A、图4B和图4C所示,第一帽202和第二帽204中的每一个可以包括限定外周边的内凸缘242和限定内周边的外凸缘240。在此示例实现中,内凸缘242的外周边和外凸缘240的内周边可以在几何结构上构造成协同地和气密地接合玻璃外壳102的内表面和外表面,从而施加周向的和一致的保持力抵靠玻璃外壳102,并防止玻璃外壳102和帽202、帽204之间的意外分离。附加地,环氧树脂或其它粘合剂可以沉积或注入到内凸缘242和外凸缘240之间的空间中,以进一步粘附和连接玻璃外壳102和帽202、帽204。
如图4A所示,在示例实现的一个变型中,电缆孔234位于与将玻璃外壳102等分成顶部部分和底部部分的假想平面(例如,在圆形横截面的情况下,图2B中表示的第一直径108)基本共面的位置处。因此,电缆212、214沿着其质心和沿着太阳能电池系统100的中心轴线与帽202、204对接。替代地,电缆孔234可以从帽202、204的中心轴线偏离,以适应由玻璃外壳102内的太阳能电池120或反射元件130的附加或可选配置引起的附加扭转力。如图所示,外侧凹口(indentation)236被设置在与电缆孔234相同的平面中。然而,外侧凹口236和电缆孔234的相对取向可以被修改或调整以适应太阳能电池系统100的任何期望的几何结构或重量分布。
在示例实现的另一方面,第一帽202可以被配置成将太阳能电池系统100直接连接到外部传输线230。如图4A所示,第一帽202可以包括外侧凹口236,传输线230可以沿着该外侧凹口236机械地固定到太阳能电池系统100上,并且电耦合到每个玻璃外壳102内的多组太阳能电池120。环氧树脂或其他粘合剂可以将传输线230固定到第一帽202。替代地,非导电夹具(例如,选择性地可移除)可以将传输线230固定到第一帽202。
第一帽202还可以包括电极238,该电极238将该组太阳能电池120电耦合或连接到传输线230。如图4A所示,电极238可以集成或嵌入第一帽202内,并被配置成提供电接触以接合外侧凹口236内的传输线230。因此,当组装柔性太阳能板230时,对于每个太阳能电池系统100:第一帽202被固定到玻璃外壳102并且经由电极238电连接到一组太阳能电池120。然后,例如通过将电缆212、214穿过第一帽202和第二帽204中的相应电缆孔234,太阳能电池系统100被对齐并被固定到电缆212、214。然后,柔性太阳能板200可以被部署到期望的位置(下面将详细描述),并通过将传输线230固定到每个太阳能电池系统100的第一帽202来被接合,从而将电流从各个成组的太阳能电池120传递到传输线230并传递到其期望的端点。在该示例实现的一些变型中,接地线或导线(未示出)可以被固定到第二帽204,以在各个成组的太阳能电池120的每一个处提供接地电位。
在图4B所示的示例实现的另一变型中,太阳能电池系统100可以包括电流保护电路244,该电流保护电路244可电连接到传输线230并且被配置成防止反向电流流入每个太阳能电池系统100内的多组太阳能电池120。电流保护电路244可以是沿着传输线230被布置在相邻太阳能电池系统100之间的外部电路或电耦合。
替代地,如图4C所示,电流保护电路244可以被集成到第一帽202中或与第一帽202集成。在该替代实现中,当柔性太阳能板系统200开始操作并通电时,电流保护电路244自动连接到传输线230以及第一帽202。电流保护电路244可以被布置或被设置在电极238附近,例如作为二极管(例如,保护二极管)或其他类似的电子器件(例如,集成电路),其沿着相邻太阳能电池系统100或相邻多组太阳能电池系统100之间的传输线230偏置电流。替代地,电流保护电路244可以被配置成单独的模块或电路,该单独的模块或电路被配置成与电极238协作以偏置电流,使其离开该组太阳能电池120。
在示例实现的另一变型中,玻璃外壳102的一端或两端可以在与帽202、204对接之前被密封。例如,如图1所示,玻璃外壳102的第二端106可以被封闭在其自身上或如图所示的端子150上或其周围。可以使用环氧树脂或其他粘合剂将第二帽204固定到密封的第二端106上、在密封的第二端106周围被固定或围绕密封的第二端106被固定。类似地,玻璃外壳102的第一端104可以通过以上述方式与第一帽202配合而被密封。在另一替代实现中,玻璃外壳102的两端104、106可以在端子140、150周围或围绕端子140、150被密封,并且被配置成固定到电缆212、214的分离的帽202、204可以被固定到太阳能电池系统100的端子140、150周围或围绕端子140、150被固定。在又一替代方案中,端子140、150可以通过包括电缆孔234、外侧凹口236和/或电流保护电路244来用作帽202、204,以电气和机械地耦合到电缆212、214和传输线230。
如图3所示,柔性太阳能板200可以被配置成沿着电缆212、214设置的一组相互并联的太阳能电池系统100。因此,柔性太阳能板200可以包括一组基准222、224,这些基准222、224可选择性地附接到第一电缆212和第二电缆214,以沿着第一电缆212和第二电缆214固定和定位太阳能电池系统100中的每一个。该组基准222、224可以被配置成(在第一帽202和第二帽204中的每一个内)与第一和第二电缆孔234协作,以相对于穿过其中的电缆212、214保持、约束或固定相应的帽202、204。例如,该组基准222、224可以包括紧固件,诸如定位螺钉、套圈、索环、夹具或可下沉螺母,其可以被布置或被设置在第一和第二电缆孔234附近、内部或部分内部,并且机械地协作以防止电缆212、214相对于第一帽202和第二帽204移动。在一个示例实现中,该组基准222、224可以由软的、可变形的材料(诸如塑料、橡胶、软金属或其组合)组成,该软的、可变形的材料可以不可逆地被布置到沿着电缆212的选定位置中,并且第一帽202和第二帽204相对于该软的、可变形的材料基本上是不可移动的。
例如,在组装期间,电缆212、214可以用在柔性太阳能板系统200中包括的各个太阳能电池系统100的适当间距的标记来标记。帽202、204中的每一个可以与一对基准222、224(例如,前基准和后基准)相关联,并且电缆212、214中的每一个可以穿过相应的帽202、204和相关联的基准222、224。一旦根据沿着电缆212、214的标记确定并确认了太阳能电池系统100的适当的位置,基准222、224可以被固定或不可逆地被布置到它们相对于帽202、204或与帽202、204协作的永久位置,以永久地定位太阳能电池系统100。对于所有太阳能电池系统100,可以串行或并行地重复该过程。
一旦一组太阳能电池系统100因此被安装在一组电缆212、214上,所得到的柔性太阳能板200可以被卷成圆柱形轧辊(roll)用于储存和/或运输。例如,柔性太阳能板200可以被卷成近似圆柱体的线圈,并被存储在柔性套筒或刚性滚筒中。此外,柔性太阳能板200可以被卷绕在卷轴上,然后诸如用保护性软材料缠绕在外部卷绕的卷轴上和/或缠绕在卷轴上的太阳能电池系统100的每一层之间,用于延长的存储和/或运输到其目的地。
7.2接口变化
在图5、图6和图7所示的示例实现的变型中,太阳能电池系统100包括布置在太阳能电池系统100的第一端上的第一帽202和被布置在玻璃外壳102的第二端上的第二帽204。如图所示,玻璃外壳102的端部被密封。然而,如上所述,玻璃外壳102的一端或两端也可以通过永久固定帽202、204来被密封。
7.2.1电缆孔接口
在图5所示的示例实现中,第一帽202可以限定尺寸适合与玻璃外壳102的第一端转动配合(running fit)的内管孔。第一帽202还可以包括一组引脚孔(pin bores)或其他电连接器,其可以尺寸过大用于接收来自该组太阳能电池120的电引脚。为了将第一帽202组装到玻璃外壳102的第一端上,将UV稳定的环氧树脂装载到第一帽202中的管孔中;然后,来自该组太阳能电池120的电引脚与第一帽202中的引脚孔对齐,并且将玻璃外壳102的第一端插入管孔中,其中电引脚延伸到引脚孔中并从该引脚孔偏离。因此,环氧树脂将玻璃外壳102的第一端联结到第一帽202上,其中电引脚与第一帽物理隔离并可由插头连接器接入。
在该示例实现中,第一帽202可以由诸如压铸铝的导电材料制成。因此,对于电引脚,第一帽202中的引脚孔可以尺寸过大,并且每个电引脚与其对应的引脚孔之间的间隙可以用灌封材料填充,诸如在将第一帽组装到玻璃外壳102的第一端上的同时用上述环氧树脂填充,或者在将第一帽组装到玻璃外壳102的第一端上之后用硅橡胶凝胶填充。替代地,第一帽202可以以非导电材料制造,诸如模制的玻璃纤维或注射模制的UV稳定的聚合物(例如PVDF、PTFE);并且第一帽中的引脚孔的大小可以被设定成与电引脚紧密配合(例如,转动配合),使得第一帽机械地支撑从玻璃外壳102的第一端悬臂伸出的这些引脚。
在该示例实现中,玻璃外壳102的第一端还可以包括保持特征,该保持特征被配置成机械地抵抗玻璃外壳102与帽的分离。例如:当玻璃外壳102的第一端在制造过程期间闭合时,凸凹坑(convex dimple)可以模制到玻璃外壳的第一端附近;并且第一帽202可以在管孔中并且垂直于管孔的纵向轴限定互补接收器。因此,一旦将玻璃外壳102的第一端插入第一帽202中,玻璃外壳102上的凹坑(dimple)就可以位于接收器中。替代地,管孔可以限定L形凹槽;玻璃外壳102的第一端可以通过将凹坑对齐凹槽的纵向截面、然后旋转玻璃外壳102以将凹坑安置在凹槽的径向截面中而插入到第一帽202中,从而将第一帽202纵向锁定到玻璃外壳102的第一端。
如图5所示,第一帽202限定了穿过其主体的电缆孔234,该电缆孔垂直于玻璃外壳102的轴线并与该玻璃外壳102的轴线成一直线,使得电缆孔在两个引脚之间穿过,从玻璃外壳102的第一端延伸,在玻璃外壳102的轴线上方和下方偏离。第二帽204可以类似地限定穿过其主体的电缆孔234,该电缆孔234垂直于玻璃外壳102的轴线并与该玻璃外壳102的轴线成一直线。
在该实现中,通过将第一电缆212插入穿过第一帽202的电缆孔234并将第二电缆214插入穿过第二帽204的电缆孔234,可以将玻璃外壳102组装到第一电缆212和第二电缆214上。然后,套圈或其他基准可以被夹持到第一帽202和第二帽204的每一侧上的第一电缆212和第二电缆214上,如上文所述。
替代地,第一定位螺钉(未示出)可以被安装在第一帽202中诸如垂直于电缆孔234的螺纹孔中,并且被紧固在第一电缆212上,以便将第一帽202绑定并锁定在第一电缆202上的适当位置;并且第二定位螺钉可以类似地被安装在第二帽204中的螺纹孔中并被紧固在第二电缆214上,以便将第二帽204绑定并锁定在第二电缆214上的适当位置。
在图5所示的示例实现中,电气线束包括:一组导电线段(例如,绝缘高压编织铜导线);一系列母插头(female plug)连接器(并联或串联电连接),这些插头连接器沿着导电线段以一定的间距距离被布置,该间距距离等于(或略大于)沿着第一电缆112和第二电缆114布置的太阳能电池系统100之间的间距距离;以及位于导电线段的一端或两端处的面板间连接器,该面板间连接器被配置成电耦合到负载或到相邻的柔性太阳能板200。
因此,示例电气线束可以形成跨越柔性太阳能板200的长度的连续的“布线线束”。因此,通过将每个母插头连接器插入柔性太阳能板200中的每个太阳能电池系统100的第一帽202中的相应引脚插孔(pin socket)(或引脚插孔对),该电气线束可以被安装在柔性太阳能板200上。
如图5所示,在该实现中,每个母插头连接器可以包括一对引脚插座,该对引脚插座被配置成接收从柔性太阳能板200中的太阳能电池系统100的第一端延伸的电引脚并电耦合到该电引脚。在该示例中,母插头连接器可以包括:U形底座;以及一对凸台,该对凸台从U形底座延伸,偏离两个引脚之间的距离,并且每个凸台容纳母引脚插座。
为了将太阳能电池系统100组装到柔性太阳能板200中,母插头连接器的凸台可以被插入由第一帽202中的孔形成的引脚插孔中,其中母插头连接器的底座位于第一电缆212之上或附近。因此,当母插头连接器被安装在太阳能电池系统100上时,母插头连接器的凸台可以:使引脚与第一帽202绝缘;将引脚机械地支撑在第一帽202中它们对应的引脚孔内;以及将每个母插头连接器中的母引脚插座电耦合到太阳能电池系统100中的其对应的引脚。此外,在该示例中,第一帽202可围绕该组引脚形成刚性结构,从而当母插头连接器从第一帽202移除时,诸如在太阳能电池系统100的制造期间、在柔性太阳能板200的初始组装期间或在柔性太阳能板200的现场维护期间,保护该组引脚免受损坏。
替代地,太阳能电池系统100的电引脚可以延伸穿过并超过太阳能电池系统100的第一帽202,并且母插头连接器可以被安装在这些引脚上,其中第一电缆位于太阳能电池系统100和母插头连接器之间。在另一替代方案中,电气线束包括一组独立的“跳线(jumper)”,每个跳线:被配置成将第一太阳能电池系统100的第一电引脚连接到相邻太阳能电池系统100的第二电引脚;并且包括被配置成缠绕、夹住或系紧到第一电缆212的相邻部分的导线部分。
在另一替代实现中,第一帽202限定两个盲引脚孔:这两个盲引脚孔平行于孔和太阳能电池系统100的纵向轴线延伸到太阳能电池系统100孔的底部;这两个盲引脚孔在第一帽202的远端(即外端)之前终止;并且从太阳能电池系统100的轴线垂直偏离一定的间距距离,该间距距离为从太阳能电池系统100的第一侧延伸的两个引脚之间的间距距离。在该实现中,第一帽202还包括从第一帽的外表面延伸到两个引脚孔的电插孔。例如,第一帽202可以包括:第一电插孔,该第一电插孔从第一帽的前面延伸,垂直于太阳能电池系统100的轴线,并在太阳能电池系统100的上引脚附近与第一帽中的上引脚孔接触(meet);以及第二电插孔,该第二电插孔从第一帽202的后面延伸,垂直于太阳能电池系统100的轴线,并且在太阳能电池系统100的下引脚附近与第一帽202中的下引脚孔接触。
在该实现中,第一帽202还可以包括被布置在第一帽202的远端和引脚孔的底部之间的电缆孔234。(替代地,钩、连续环状物或其它电缆接口可以被布置在第一帽的远端上或其附近,如本文所述)因此,诸如上文所述,第一帽202可以被安装并位于第一电缆212上,其中第一电缆212在第一帽202的远端和电引脚之间耦合到第一帽202。
此外,在该实现中,电气线束可以包括:第一插头,其被配置成插入到太阳能电池系统100前面的第一电插孔中,并与太阳能电池系统100的上引脚电接触;第二插头,其被配置成插入到太阳能电池系统100的后面的第二电插孔中,并与柔性太阳能板200中的下一个太阳能电池系统100的下引脚电接触;以及连接第一插头和第二插头的绝缘导线(例如,编织铜带)。因此,对于柔性太阳能板200中的每对相邻太阳能电池系统100,该系统可以包括一个电气线束,该电气线束被布置在该对相邻串联太阳能电池系统100的上引脚和下引脚之间并连接它们。
如上所述,电气线束还可以包括一组电流保护电路(例如二极管),该组电流保护电路被集成在太阳能电池系统100连接器组之间,并且被配置成使得电流能够在柔性太阳能板200中的被遮蔽的太阳能电池系统组100周围流动。
7.2.2掀盖式接口(Clamshell Interface)
在图6所示的另一实现中,第一帽202包括掀盖式结构:该掀盖式结构被配置成封闭太阳能电池系统100的第一端;以及在掀盖式结构的两半之间限定分离平面,当帽被安装在玻璃外壳102的第一端上时,该分离平面与玻璃外壳102的电引脚相交。因此,掀盖式结构的每一半可以包括用于在分离平面处的电引脚的凹部。因此,掀盖式结构可以被组装在玻璃外壳102的第一端上,其中电引脚位于掀盖式半体中的凹部中和/或由该凹部支撑,然后被紧固在一起以将掀盖式结构夹在玻璃外壳102的第一端上,其中电引脚进入(或穿过)掀盖式结构中的凹部。如图所示,第二帽204可以限定类似或相同的几何结构,并且可以类似地耦合到玻璃外壳102的第二端。
例如,第一帽202可以包括叉状物(fork),该叉状物:限定内部半径类似于第一电缆212的外部半径的半圆形底部;并且在通过玻璃外壳102的纵轴线的水平面上对称。具有类似于第一电缆212的半径的内部半径的类似半圆底部的U形夹具被配置成用一组螺纹紧固件紧固在叉状物上,并因此将第一电缆212夹在U形夹具的半圆底部和叉状物之间。因此,通过将第一电缆212安装并夹在太阳能电池系统100的第一帽202上的U形夹具和叉状物之间,太阳能电池系统100的第一端可以耦合到第一电缆212并保持在第一电缆212上的特定位置处。通过类似地将第二电缆214夹在太阳能电池系统100的第二帽204上的U形夹具和叉状物之间,太阳能电池系统100的第二端可以类似地耦合到第二电缆214并保持在第二电缆214上的特定位置处。
可以类似地以相邻太阳能电池系统100之间的目标间距将附加的太阳能电池系统100安装在第一电缆212第二电缆214上。此外,在该实现中,通过从太阳能电池系统100的每一端松开U形夹具,可以从柔性太阳能板200上移除单独的太阳能电池系统100,诸如用于更换或维护。附加的太阳能电池系统100可以类似地被安装在第一电缆212和第二电缆214之间,诸如以减小柔性太阳能板200的开放面积和/或增加柔性太阳能板200的功率输出。
7.2.3环形接口
在图7所示的又一实现中,第一帽202限定钩(例如,“分开”或部分环状物),该钩从第一帽202向外与玻璃外壳102的第一端相对地延伸,并向下反转跨越通过太阳能电池系统100的纵轴的水平面。在该实现中,第一帽202还可以包括:从帽202的外面延伸以闩锁钩的自由端(或“鼻部”)的铰接的弹簧加载的门;和/或锁定套筒(例如,弹簧加载的线性套筒或螺纹套筒),该套筒被布置在该门上并被构造成将该门锁定在钩的自由端上。
在该实现中,第一电缆212和第二电缆214可以被制造成具有压接在电缆212、214上或以目标间距距离缠绕到电缆212、214中的基准或套圈。一组太阳能电池系统100然后可以通过以下方式被安装在第一电缆和第二电缆上:将从这些太阳能电池系统100的第一端上的第一帽202延伸的钩夹在第一电缆212上的基准上、邻近基准或基准之间;然后将从这些太阳能电池系统100的第二端上的第二帽204延伸的钩夹在第二电缆214上的基准上、邻近基准或基准之间。
在该示例实现中,通过将太阳能电池系统100的每一端的钩从它们对应的电缆212、214上脱钩,可以将单独的太阳能电池系统100从柔性太阳能板200上移除,诸如用于更换或维护。类似地,在该实现中,通过将这些附加的太阳能电池系统100的端部上的这些钩夹在柔性太阳能板200中的现有太阳能电池系统100之间的第一电缆212和第二电缆214上,附加太阳能电池系统100可以被安装在柔性太阳能板200中。
替代地,图7所示的部分环状物中的一个或两个可以用完整的连续环状物代替。例如,第一帽202和第二帽204中的一个或两个可以各自包括:连续环状物,其与玻璃外壳102的第一端相对向外延伸,并且在穿过外壳的纵轴线的水平和垂直平面上对称,并且被配置成接收电缆212、214;以及弹性索环,该弹性索环被布置在环状物内并被构造成使环状物与电缆212、214绝缘。在该示例实现中,可以通过以下方式组装柔性太阳能板100:将第一电缆212穿过该组太阳能电池系统100的第一端上的第一帽202中的这些环状物;使第二电缆214穿过该组太阳能电池系统100的第二端上的第二帽204中的环状物;以及沿着第一电缆212和第二电缆214在相应的太阳能电池系统100之间安装基准。
例如,U形螺栓电缆夹可以被安装在每个帽202、204的每一侧上的第一电缆212和第二电缆214上,以沿着柔性太阳能板200的长度以目标间距定位这些太阳能电池系统100。替代地,一组太阳能电池系统100可以:被安装在第一电缆212上,其中在太阳能电池系统100上的每个相邻的第一帽202之间有两个松散的套圈;以及类似地被安装在第二电缆214上,其中在太阳能电池系统100上的每个相邻的第二帽204之间具有两个松散的套圈。然后,每个第一帽202的每侧上的两个套圈可以被压接到第一电缆212上,以沿着第一电缆212将这些太阳能电池系统100的第一端定位在目标间距距离处;并且第二电缆214上的套圈对可以类似地被压接以将这些太阳能电池系统100的第二端沿着第二电缆214定位在目标间距距离处。
7.2.4可调接口
在前述实现中,第一帽202还可以被分成:限定太阳能电池系统100孔和引脚孔并被安装到太阳能电池系统100的第一端的内段;以及限定电缆接口并可枢转地耦合到内段的外段。第二帽204可以类似地包括内段和外段。在此示例实现中,被布置在第一帽202和第二帽204的内段和外段之间的紧固件或夹具可以被松开,并且这些帽的内段以及与其耦合的太阳能电池系统100可以相对于外帽段和电缆212、电缆214被旋转(例如,“滚动”),从而即使在柔性太阳能板100被部署和安装之后,也能够滚动调节太阳能电池系统100在电缆上的角度位置,诸如一旦柔性太阳能板100被部署,就根据太阳的高度跟踪电缆212、电缆214的取向。
7.2.5集成式机械连接器
在一个变型中,诸如通过将玻璃外壳102加热到玻璃转变温度,然后压接和刺穿玻璃外壳102,以在该第一电缆孔234周围形成密封的玻璃结构,来将第一电缆孔234直接制造到玻璃外壳102靠近玻璃外壳102的第一端的结构中。在该变型中,玻璃外壳102的上引脚和下引脚可以延伸到并通过玻璃外壳102的第一端,并且可以分别穿过第一电缆孔的上方和下方。第二电缆孔可以类似地被制造在玻璃外壳102的第二端附近。因此,第一电缆212和第二电缆214可以直接被安装在这些集成电缆孔或这些太阳能电池系统100中。
在该变型中,附加的外部支撑结构也可以在第一电缆孔和第二电缆孔的周围被安装在太阳能电池系统100上或围绕其来被安装。例如,复合材料(例如,玻璃纤维、凯拉维尔纤维(Kevlar))可以被缠绕并被联结在玻璃外壳102的第一端和第二端周围,以便将太阳能电池系统100的重量分布在太阳能电池系统100的靠近电缆孔的区域上,从而减少玻璃外壳102上的局部应力。在该示例实现中,电气线束可以直接被安装在从太阳能电池系统100的第一端延伸的电引脚上方,诸如上文所述。
8.部署
如图8A、图8B、图8C和8D所示,柔性太阳能板200可以在各种设置中被部署和安装,并结合各种附加结构和功能,包括例如电池存储容量、电动交通工具充电和本地电网发电。
8.1农业
如图8A所示,柔性太阳能板200可以被放置在农田上方,以便:遮蔽这些作物并增加作物产量;以及经由电池和/或充电站310将电力直接输出到本地电网或输出到电动农用交通工具。
通常,每个柔性太阳能板200的开放面积,以及因此柔性太阳能板200的遮阳和能量吸收是太阳能电池系统100在柔性太阳能板200中的间距间隔的函数。因此,为了在农田上部署,柔性太阳能板200可以根据间距间隔被配置,该间距间隔:与农田上生长的作物的光需求成比例;与该作物的热和光敏感性成反比;和/或与农田的地理区域中的历史或预测温度和太阳光强度成反比。
为了在农田上方安装一组柔性太阳能板200,首先将支撑构件阵列300安装在农田上的作物行之间,其中当从两端悬挂时,这些柱之间的横向间距等于柔性太阳能板200的宽度,并且这些柱之间的纵向间距等于柔性太阳能板200的长度(例如,当在支撑构件300之间形成悬链线曲线时,柔性太阳能板200的“下垂长度”)。例如,对于具有4英尺作物行间距的200英尺长的农田,大约8英尺宽(即,跨越两个作物行)和50英尺长的一组柔性太阳能板200可以被部署到该农田。在规定的张力下,每个柔性太阳能板200可以被设计成跨越40英尺的长度。因此,一列五个柔性太阳能板200可以被组装成跨越农田的全长。因此,柱板可以以8英尺的横向间距偏离量和40英尺的纵向间距偏离量被安装在农田上。
附加地或替代地,一组柔性太阳能板200可以在一组支撑构件300上被部署或在其之间被部署,该支撑构件300包括桁架支撑构件,其给支撑部件300提供支撑,并承受来自柔性支撑板200的一些负荷。在该替代实现中,桁架构件可以作用于增加结构的刚性和弹性,同时减少支撑该组柔性太阳能板200所需的支撑构件300的数量。
随后,盘绕的柔性太阳能板200位于卡车、平板车或手推车后面的卷轴上。柔性太阳能板200线圈被驱动到农田的第一端,第一拉线绕在柱板中的第一支撑构件300上,第二拉线绕在柱板中的第二支撑构件300上。然后,第一电缆212的第一端被钩接到第一拉线,第二电缆214的第二端被钩接到第二拉线,并且第一拉线和第二拉线被张紧以将第一电缆212和第二电缆214的第一端拉到第一支撑构件300和第二支撑构件300的顶部。因此,第一电缆和第二电缆的第一端部被紧固到第一支撑构件300和第二支撑构件300上。
当柔性太阳能板200展开到地面上时,柔性太阳能板200然后被驱动到安装在农田处的下一对支撑构件300。在柔性太阳能板200靠近第三支撑构件300和第四支撑构件300并完全展开的情况下,第一拉线绕在柱板中的第三支撑构件300的顶部上并被连接到第一电缆212的第二端;第二拉线绕在柱板中的第四支撑构件的顶部上并被连接到第二电缆214的第二端。然后,第一拉线和第二拉线被张紧以将第一电缆212和第二电缆214的第二端拉至第三支撑构件300和第四支撑构件300的顶部,并且第一电缆和第二电缆的第二端然后被紧固到第三支撑构件300和第四支撑构件300。
然后可以重复该过程以在农田中的剩余的支撑构件300上安装附加的柔性太阳能板200。
然后将这些已安装的柔性太阳能板200接地,并且柔性太阳能板200的电气线束互连并被连接到电力吸收器(power sink)310以完成柔性太阳能板200的安装。
在类似的实现中,支撑构件300的墩可以以上述横向和纵向间距距离被定位在整个农田中的柱位置处,其中每个支撑构件300的底部被固定到其墩上并水平放置在农田中。
然后,第一柔性太阳能板200的第一电缆212和第二电缆214的第一端被连接到第一支撑构件300和第二支撑构件300的顶部;然后将第一柔性太阳能板200展开到农田上,其第二端被拉至下一对支撑构件300附近;并且第一柔性太阳能板200的第一电缆212和第二电缆214的第二端被连接到这些第三和第四支撑构件300的顶部。
重复该过程以将附加的柔性太阳能板200连接到它们对应的柱上,其中这些柱和柔性太阳能板200搁置在农田上。
一旦这些柔性太阳能板200被组装到它们对应的支撑构件300上,第一列支撑构件300中的最后一对支撑构件300被张紧并被提升到一垂直取向,从而将该列中的最后一个柔性太阳能板200提升到农田上方,将下一组支撑构件300提升到垂直取向,并将该列中的下一个柔性太阳能板200提升到农田上方。
然后支撑物(Bracing)(例如,抗压的张力电缆或梁)可以被安装在支撑构件300之间和/或从这些支撑构件300安装到地面,以便给支撑构件300和柔性太阳能板200的安装提供支撑。
然后,柔性太阳能板200可以接地,并且电气线束可以被安装在这些柔性太阳能板200之间,并且连接电力吸收器310以完成柔性太阳能板200的安装。
安装的柔性太阳能板200可以输出电力,诸如为其他农业操作或农业设备(例如,电动农用交通工具)供电,或者增加电网功率。这些安装的柔性太阳能板200例如在低纬度地区还可以部分遮蔽下面的作物,以便:减缓灌溉后的蒸发速率,从而减少总灌溉量;并降低地表温度,从而减少经由灌溉冷却作物的需要,并减少整个农田的总耗水量。
通过根据下面作物的光需求和根据当地太阳辐射条件等设置这些柔性太阳能板200中的太阳能电池系统100之间的间距间隔,这些安装的柔性太阳能板200可以不降低农田的作物产量或者对作物产量产生最小限度的降低(而是可以增加作物产量),同时减少水消耗并增加农田中的能量获取。
8.2.垂直安装
在图8B所示的另一变型中,柔性太阳能板200被配置成使用一对水平定向的支撑构件300或刚性支柱来安装到倾斜或垂直表面上。在一个实现中,柔性太阳能板200与一组支柱300配对,每个支柱300限定一系列太阳能电池系统100杯状物(cup),这些杯状物沿其长度以间距距离偏离,该间距距离等于柔性太阳能板200中的太阳能电池系统100之间的间距间隔。在该实现中,每个杯状物限定凹形(例如,半圆形)容器,该容器被配置成接收和保持太阳能电池系统100杯状物;并且每个支柱300还可以限定沿着其长度延伸的通道,该通道与这些杯状物相交,并且被配置成接收在柔性太阳能板200中的太阳能电池系统100之间延伸的电缆。此外,每个支柱300可以限定近似于柔性太阳能板200的长度的长度,或者多个支柱300可以被组装成柔性太阳能板200的长度。
支柱300可以被安装在水平或倾斜表面上,诸如倾斜屋顶或平屋顶平台,以刚性地约束柔性太阳能板200中的太阳能电池系统100;并且通过展开柔性太阳能板200并将每个太阳能电池系统100放入由支柱限定的相应的一对杯状物中,可以在该安装中快速部署柔性太阳能板200。替代地,如图8B所示,支柱300可以被安装在诸如外墙等垂直表面上,以将柔性太阳能板200中的太阳能电池系统100抵靠垂直表面(并与该垂直表面偏离)刚性地约束。
相反,对于平坦、倾斜或垂直表面(诸如建筑物的屋顶或墙壁)上的低剖面柔性安装:短的三角形支撑结构300的面板可以以上述横向和纵向间距偏移安装到目标表面;柔性太阳能板200可以串在三角形支撑结构300之间。通常,一组三角形支撑结构300可以被布置在柔性支撑板200的端部。在示例实现的变型中,第二组三角形支撑结构300可以沿着柔性太阳能板200的长度被设置在一个或更多个位置处,以向柔性太阳能板200提供附加的支撑和弹性。
8.3.停车场
如图8C所示,一组柔性太阳能板200也可以被部署并被安装在停车场上方,以便:遮蔽占据停车场的交通工具和行人;并将电力输出到本地电网、电池或电动交通工具充电站310。
在一个实现中,一组支撑构件300沿着两个邻接的停车位的排之间的分割线以及沿着停车场的相对端被安装,以形成支撑构件的面板,该支撑构件的面板:横向偏离等于柔性太阳能板200的宽度的间距距离;并且纵向偏离柔性太阳能板200的悬挂长度,如上所述。然后可以实现上述过程以将柔性太阳能板200串在四个支撑构件的每个集群之间并在停车场上方。
附加地或替代地,一组柔性太阳能板200可以部署在一组支撑构件300上或在其之间,该支撑构件300包括桁架支撑构件,该桁架支撑构件支撑支撑部件300,并承受来自柔性支撑板200的一些负荷。在该替代实现中,桁架构件可以作用于增加结构的刚性和弹性,同时减少支撑该组柔性太阳能板200所需的支撑构件300的数量。
在该实现中,诸如白色尼龙或帆布遮阳篷(或“遮光布”)的半透明覆盖物320也可以被安装在这些柱之间和柔性太阳能板200之下。半透明覆盖物可以作用于:遮蔽下面的交通工具和行人免受雨水和大部分阳光的影响,并将入射的太阳辐射反射回双面太阳能电池120的后侧,用于增加能量捕获;而不需要在柔性太阳能板200安装下面的附加接地连接或框架。
8.4.部署:在水上
在图8D所示的另一变型中,柔性太阳能板200被配置成部署到水体上。在该变型中,电气线束可以包括防水母插头连接器,该防水母插头连接器被配置成在柔性太阳能板200中的太阳能电池系统100的电引脚周围进行密封。一旦被组装好,柔性太阳能板200就可以直接从滚筒或卷轴上展开,在该滚筒或卷轴上,柔性太阳能板200被运送到水体(诸如湖泊或海洋)的表面上。柔性太阳能板100中的第一电缆212和第二电缆214的端部也可以被锚固到支撑构件300,诸如被锚固到一组浮标、墩、下沉锚固件、系泊件(moors)、系泊缆绳(mooring ropes)、或被锚固到码头。
如上所述,在太阳能电池系统100的一个变型中,玻璃外壳102可枢转地耦合到它们对应的帽202、204。在该变型中,次级电缆或一排刚性支柱可以耦合到:位于第一电缆212下方(或上方)的太阳能电池系统100的第一帽;以及附近的致动器330,如图8D所示。在该变型中,柔性太阳能板200还可以包括耦合到太阳能电池系统100的第二帽204和/或致动器330的次级电缆或一排刚性支柱。在使用中,致动器330可以选择性地张紧和释放次级电缆或刚性支柱,以便在水面上枢转(即,“滚动”)太阳能电池系统100,诸如以根据太阳跟踪太阳能电池系统100的顶部。
在类似的实现中,上部电缆或一排刚性支柱可以在第一电缆上方耦合到太阳能电池系统100的第一帽;下部电缆或一排刚性支柱可以在第一电缆下方耦合到太阳能电池系统100的第一帽;并且致动器可以选择性地张紧和释放上部和下部电缆或刚性支柱,以便枢转太阳能电池系统100,并因此根据太阳跟踪太阳能电池系统100的顶部。
此外,在该变型中,每个太阳能电池系统100可以包括沿着其下部(例如,在第一直径的第二侧)延伸的一组太阳能电池。在该变型中,每个太阳能电池系统还可以包括沿着其内孔的顶部延伸的太阳能聚光器,该聚光器被配置成将入射光集中在下面的太阳能电池上。因此,在该实现中,这些太阳能电池系统100中的太阳能电池可以被柔性太阳能板200漂浮在其上的周围水冷却;并且致动器330可以在滚动位置范围内驱动太阳能电池系统100,以便随时间根据太阳的高度跟踪太阳能聚光器。
如上所述被配置为基于陆地部署的柔性太阳能板100可以类似地包括次级上部和/或下部电缆,次级上部和/或下部电缆被配置成相对于电缆滚动投射系统,以便根据太阳跟踪太阳能电池系统100。
如本领域技术人员将从先前的详细描述以及从附图和权利要求书中认识到的,可以在不脱离如所附权利要求书中限定的本发明的范围的情况下,对本发明的实施例进行修改和改变。

Claims (40)

1.一种太阳能电池系统,包括:
玻璃外壳,所述玻璃外壳限定第一端、与所述第一端相对的第二端、圆形横截面,所述圆形横截面限定第一直径和垂直于所述第一直径的第二直径;
一组多排双面钙钛矿太阳能电池,所述一组多排双面钙钛矿太阳能电池包括:
第一排双面钙钛矿太阳能电池,所述第一排双面钙钛矿太阳能电池:
被布置在所述玻璃外壳的第一容积内,所述第一容积被限定在所述第一直径的第一侧和所述第二直径的第一侧上,
限定从所述玻璃外壳的中心朝向外的第一前侧;以及
限定向内朝向所述玻璃外壳的中心的第一后侧;以及
第二排双面钙钛矿太阳能电池,所述第二排双面钙钛矿太阳能电池:
被布置在所述玻璃外壳的第二容积内,所述第二容积被限定在所述第一直径的第一侧和所述第二直径的第二侧上;
限定从所述玻璃外壳的中心朝向外的第二前侧;以及
限定向内朝向所述玻璃外壳的中心的第二后侧;以及
反射元件,所述反射元件:
被设置在所述第一直径的第二侧上的所述玻璃外壳的内表面上;以及
将入射光朝向所述第一排双面钙钛矿太阳能电池的所述第一后侧和朝向所述第二排双面钙钛矿太阳能电池的所述第二后侧反射;
第一端子,所述第一端子耦合到所述一组多排双面钙钛矿太阳能电池,穿过所述玻璃外壳的所述第一端,并被密封在所述玻璃外壳的所述第一端上;
第二端子,所述第二端子耦合到所述一组多排双面钙钛矿太阳能电池,穿过所述玻璃外壳的所述第二端,并被密封在所述玻璃外壳的所述第二端上;以及
钙钛矿兼容的气态大气,所述钙钛矿兼容的气态大气被密封在所述玻璃外壳内。
2.一种太阳能电池系统,包括:
玻璃外壳,所述玻璃外壳限定横截面、第一端和与所述第一端相对的第二端;
一组多排太阳能电池,每个太阳能电池限定前侧和后侧,并被布置在所述玻璃外壳内,其中,所述一组多排太阳能电池包括第一排太阳能电池和第二排太阳能电池,所述第二排太阳能电池在所述玻璃外壳的横截面上与所述第一排太阳能电池在位置上偏离;以及
第一端子,所述第一端子耦合到所述一组多排太阳能电池的第一端,穿过所述玻璃外壳的所述第一端并被密封在所述第一端上。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池系统,还包括第二端子,所述第二端子耦合到所述一组多排太阳能电池的第二端,穿过所述玻璃外壳的所述第二端并被密封在所述第二端上。
4.根据权利要求2所述的太阳能电池系统,其中,所述玻璃外壳包括:
管状容积,所述一组多排太阳能电池沿着所述管状容积被布置;
反射元件,所述反射元件被设置在所述玻璃外壳中并面向所述一组多排太阳能电池的后侧;以及
圆形横截面,所述圆形横截面限定第一直径和垂直于所述第一直径的第二直径,使得所述一组多排太阳能电池被布置在所述第一直径的第一侧上,并且所述反射元件被设置在所述第一直径的第二侧上。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池系统,其中,所述第一排太阳能电池包括被布置在所述第一直径的所述第一侧上并且被布置在所述第二直径的第一侧上的一排钙钛矿太阳能电池。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池系统,其中,所述第二排太阳能电池包括被布置在所述第一直径的所述第一侧上并且被布置在所述第二直径的第二侧上的一排钙钛矿太阳能电池。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池系统,其中,所述反射元件包括涂层,所述涂层被设置在所述第一直径的第二侧上的所述玻璃外壳的内表面上,所述第一直径的所述第二侧与所述第一直径的第一侧相对并且面向所述一组多排太阳能电池的所述后侧,使得入射到所述反射元件上的一部分光朝向所述一组多排太阳能电池的所述后侧反射。
8.根据权利要求6所述的太阳能电池系统,进一步地其中,所述反射元件包括镜面反射器,所述镜面反射器限定第一抛物线横截面和第二抛物线横截面,所述第一抛物线横截面和所述第二抛物线横截面中的每一个与所述圆形横截面共面,并且所述第一抛物线横截面和所述第二抛物线横截面中的每一个被布置成将入射到所述反射元件上的一部分光朝向所述一组多排太阳能电池的所述后侧反射。
9.根据权利要求6所述的太阳能电池系统,其中,所述反射元件包括漫反射器,以将入射到所述反射元件上的一部分光朝向所述一组多排太阳能电池的所述后侧反射。
10.根据权利要求2所述的太阳能电池系统,其中,所述第一排太阳能电池包括:
钙钛矿层;以及
晶体硅层,所述晶体硅层与所述钙钛矿层相邻设置,使得透过所述钙钛矿层的一部分光入射到所述晶体硅层上。
11.根据权利要求2所述的太阳能电池系统,其中,所述横截面限定:
基本上椭圆形的横截面,所述基本上椭圆形的横截面限定长轴和短轴;以及
其中,所述一组钙钛矿太阳能电池被布置在所述长轴的第一侧上。
12.根据权利要求2所述的太阳能电池系统,还包括稳定物,所述稳定物被布置在所述玻璃外壳内,并且在所述横截面上与所述一组多排太阳能电池相对地在位置上偏离,以偏置所述太阳能电池系统的取向从而捕获入射的太阳能。
13.一种用于封装太阳能电池的方法,包括:
将一组钙钛矿太阳能电池布置在限定第一热膨胀系数的玻璃外壳内;
从所述玻璃外壳和所述一组钙钛矿太阳能电池周围抽空环境气态大气;
将钙钛矿兼容的气态大气注入到所述玻璃外壳中;
在所述一组钙钛矿太阳能电池的近端处将包括氧化层和导电材料的端子电耦合到所述一组钙钛矿太阳能电池,所述端子限定基本上等同于所述第一热膨胀系数的第二热膨胀系数;
熔化所述玻璃外壳的靠近所述一组钙钛矿太阳能电池的远端的部分;以及
将所述玻璃外壳的一部分围绕所述端子联结,以密封所述玻璃外壳内的所述一组钙钛矿太阳能电池周围的气态大气。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,所述玻璃外壳包括:
基本上圆形的横截面,所述基本上圆形的横截面限定第一直径;以及
其中,所述一组钙钛矿太阳能电池被布置在所述第一直径的第一侧上;以及
还包括将反射元件布置在所述玻璃外壳内与所述第一直径的所述第一侧相对的所述第一直径的第二侧上,使得入射到所述反射元件上的一部分光朝向所述一组钙钛矿太阳能电池的后侧反射。
15.根据权利要求14所述的方法,还包括将稳定物布置在所述玻璃外壳内与所述第一直径的所述第一侧相对的所述第一直径的所述第二侧上,以偏置所述一组钙钛矿太阳能电池的取向。
16.根据权利要求14所述的方法,其中,将反射元件布置在所述玻璃外壳内包括将反射涂层沉积在所述玻璃外壳的内部表面的所述第一直径的所述第二侧上的一部分上,以将入射到所述反射元件上的一部分光朝向所述一组钙钛矿太阳能电池的所述后侧反射,所述第一直径的所述第二侧与所述第一直径的所述第一侧相对。
17.根据权利要求14所述的方法,其中,在所述玻璃外壳内布置反射元件包括邻近于所述玻璃外壳的内部表面的在所述第一直径的第二侧上的一部分布置镜面反射器,所述第一直径的所述第二侧与所述第一直径的所述第一侧相对;其中,所述镜面反射器限定第一抛物线横截面和第二抛物线横截面,所述第一抛物线横截面和所述第二抛物线横截面中的每一个与所述圆形横截面共面,并且所述第一抛物线横截面和所述第二抛物线横截面中的每一个被布置成将入射到所述反射元件上的一部分光朝向所述一组钙钛矿太阳能电池的所述后侧反射。
18.根据权利要求14所述的方法,其中,将反射元件布置在所述玻璃外壳内包括邻近于所述玻璃外壳的内部表面的在所述第一直径的第二侧上的一部分布置漫反射器,以将入射到所述反射元件上的一部分光朝向所述一组钙钛矿太阳能电池的所述后侧反射,所述第一直径的所述第二侧与所述第一直径的所述第一侧相对。
19.根据权利要求14所述的方法,其中,所述一组钙钛矿太阳能电池包括:
钙钛矿层;以及
晶体硅层,所述晶体硅层与所述钙钛矿层相邻设置,使得透过所述钙钛矿层的一部分光入射到所述晶体硅层上。
20.根据权利要求13所述的方法,其中,所述玻璃外壳包括:
基本上椭圆形的横截面,所述基本上椭圆形的横截面限定长轴和短轴;以及
其中,所述一组钙钛矿太阳能电池被布置在所述长轴的第一侧上。
21.一种柔性太阳能板系统,包括:
一组太阳能电池模块,每个太阳能电池模块包括:
密封的玻璃外壳,所述密封的玻璃外壳限定第一端、与所述第一端相对的第二端和限定包括第一直径的基本上圆形横截面的横截面;
第一帽以及第二帽,所述第一帽被设置在所述密封的玻璃外壳的所述第一端处,所述第二帽被设置在所述密封的玻璃外壳的所述第二端处;
一组双面钙钛矿太阳能电池,所述一组双面钙钛矿太阳能电池限定前侧和后侧,并被布置在所述第一直径的第一侧上的所述玻璃外壳内;
反射元件,所述反射元件被设置在所述玻璃外壳在所述第一直径的第二侧上的内表面上;以及
电气线束,所述电气线束用于电耦合所述一组太阳能电池模块中的每一个;
第一电缆,所述第一电缆沿所述第一电缆以预定距离被连接到所述一组太阳能电池模块中的每一个的所述第一端处的所述第一帽;以及
第二电缆,所述第二电缆沿着所述第二电缆以所述预定距离被连接到所述一组太阳能电池模块中的每一个的所述第二端处的所述第二帽,使得所述太阳能电池模块中的每一个基本上垂直于所述第一电缆和所述第二电缆布置。
22.根据权利要求21所述的系统,其中,对于所述太阳能电池模块中的每一个:
所述第一帽包括第一电缆孔,所述第一电缆孔垂直于所述密封的玻璃外壳定向并且所述第一电缆穿过所述第一电缆孔;
所述第二帽包括第二电缆孔,所述第二电缆孔垂直于所述密封的玻璃外壳定向并且所述第二电缆穿过所述第二电缆孔;以及
还包括一组基准,所述一组基准选择性地附接到所述第一电缆和所述第二电缆,邻近所述第一电缆孔和所述第二电缆孔,以沿着所述第一电缆和所述第二电缆固定和定位所述一组太阳能电池模块中的每一个。
23.根据权利要求22所述的系统,其中,所述一组基准包括:
第一紧固件,所述第一紧固件选择性地定位在所述第一电缆孔处所述第一电缆上,并且不可逆地被布置成沿着所述第一电缆的第一基准位置;以及
第二紧固件,所述第二紧固件选择性地定位在所述第二电缆孔处所述第二电缆上,并且不可逆地被布置成沿着所述第二电缆的第二基准位置。
24.根据权利要求21所述的系统,其中:
所述第一帽还包括外侧凹口,电气传输线能够沿着所述外侧凹口固定;以及
第一帽还包括将所述一组双面钙钛矿太阳能电池连接到所述电气传输线的电极。
25.根据权利要求24所述的系统,还包括电流保护电路,所述电流保护电路能够电连接到所述电气传输线并被偏置以防止反向电流流入所述一组双面钙钛矿太阳能电池中的每一个。
26.根据权利要求25所述的系统,其中,所述电流保护电路整体地被设置在所述第一帽中,使得在将所述电气传输线固定到所述第一帽时,所述电流保护电路电连接到所述电气传输线。
27.根据权利要求26所述的系统,其中,所述电流保护电路包括二极管,所述二极管能够连接到所述电气传输线并被偏置以防止反向电流流入所述一组双面钙钛矿太阳能电池中的每一个。
28.一种柔性太阳能板系统,包括:
一组太阳能电池模块,每个太阳能电池模块包括:
细长玻璃外壳,所述细长玻璃外壳限定横截面、第一端和与所述第一端相对的第二端;
第一帽,所述第一帽被气密地连接在所述细长玻璃外壳的所述第一端处;
第二帽,所述第二帽被设置在所述细长玻璃外壳的所述第二端处;
一组太阳能电池,每个太阳能电池限定前侧和后侧,并被布置在所述细长玻璃外壳内;以及
电气线束,所述电气线束用于电耦合所述一组太阳能电池模块中的每一个;
第一电缆,所述第一电缆在所述一组太阳能电池模块中的每一个的所述第一端处连接到所述第一帽;
第一组基准,所述第一组基准被配置成沿着所述第一电缆将所述太阳能电池模块中的每一个的所述第一帽和所述第一端定位在预定距离处;
第二电缆,所述第二电缆在所述一组太阳能电池模块中的每一个的所述第二端处连接到所述第二帽;以及
第二组基准,所述第二组基准被配置成沿着所述第二电缆将所述一组太阳能电池模块中的每一个的所述第二帽和所述第二端定位在第二预定距离处,使得所述太阳能电池模块中的每一个被固定地布置成基本上垂直于所述第一电缆和所述第二电缆。
29.根据权利要求28所述的系统,其中,所述第二帽气密地连接到所述细长玻璃外壳的所述第二端,从而与所述第一帽协作以将所述一组太阳能电池气密地密封在所述细长玻璃外壳内。
30.根据权利要求28所述的系统,其中:
所述细长玻璃外壳的所述第二端被密封,从而与所述第一帽协作以将所述一组太阳能电池气密地密封在所述细长玻璃外壳内;以及
所述第二帽围绕所述细长玻璃外壳的所述第二端设置。
31.根据权利要求28所述的系统,其中:
所述第一帽包括内凸缘和外凸缘,所述内凸缘包括外周边,所述外凸缘包括内周边;以及
使得所述内凸缘的所述外周边和所述外凸缘的所述内周边协同气密地接合所述细长玻璃外壳的内表面和外表面。
32.根据权利要求28所述的系统,还包括:
反射元件,所述反射元件被设置在所述玻璃外壳中,与所述一组太阳能电池在位置上偏离并面向所述一组多排太阳能电池的所述后侧;以及
其中,对于所述一组太阳能电池模块中的每一个,所述细长玻璃外壳的所述横截面限定包括长轴和短轴的基本上椭圆形横截面;并且进一步其中
所述一组太阳能电池被布置在所述长轴的第一侧上;
所述反射元件被布置在所述长轴的第二侧上;以及
所述长轴基本上平行于所述第一电缆和所述第二电缆。
33.根据权利要求28所述的系统,还包括:
反射元件,所述反射元件被设置在所述玻璃外壳中,与所述一组太阳能电池在位置上偏离并面向所述一组多排太阳能电池的所述后侧;以及
其中,对于所述一组太阳能电池模块中的每一个,所述细长玻璃外壳的所述横截面限定基本上圆形的横截面,所述基本上圆形的横截面包括第一直径和垂直于所述第一直径的第二直径;并且进一步其中
所述一组太阳能电池被布置在所述第一直径的第一侧上;
所述反射元件被布置在所述第一直径的第二侧上;以及
所述第一直径基本上平行于所述第一电缆和所述第二电缆。
34.根据权利要求28所述的系统,还包括:
反射元件,所述反射元件被设置在所述玻璃外壳中,与所述一组太阳能电池在位置上偏离并面向所述一组多排太阳能电池的所述后侧;以及
其中,对于所述一组太阳能电池模块中的每一个,所述细长玻璃外壳的所述横截面限定多边形横截面,所述多边形横截面能够被分割成第一部分和第二部分,所述第一部分和第二部分被假想分割线分割;并且其中
所述一组太阳能电池被布置在所述假想分割线的第一侧上;
所述反射元件被布置在所述假想分割线的第二侧上;以及
所述分割线基本上平行于所述第一电缆和所述第二电缆。
35.一种柔性太阳能板系统,包括:
一组太阳能电池模块,每个太阳能电池模块包括:
细长玻璃外壳,所述细长玻璃外壳限定横截面、第一端和与所述第一端相对的第二端;
第一帽以及第二帽,所述第一帽被设置在细长密封的玻璃外壳的所述第一端处,所述第二帽被设置在所述密封的玻璃外壳的所述第二端处;
一组太阳能电池,每个太阳能电池限定前侧和后侧,并被布置在所述玻璃外壳内;并且再次地,双面电池和反射器的建造并不总是我们想要建造的。不希望这是限制性的。
电气线束,所述电气线束用于电耦合所述一组太阳能电池模块中的每一个;
第一电缆,所述第一电缆在所述一组太阳能电池模块中的每一个的所述第一端处连接到所述第一帽;
第二电缆,所述第二电缆在所述一组太阳能电池模块中的每一个的所述第二端处连接到所述第二帽,使得所述太阳能电池模块中的每一个被布置成基本上垂直于所述第一电缆和所述第二电缆;以及
一组支撑构件,所述第一电缆和所述第二电缆连接到所述一组支撑构件。
36.根据权利要求35所述的系统,其中,所述一组支撑构件包括:
第一垂直支撑构件和第二垂直支撑构件,所述第一电缆在所述第一垂直支撑构件和所述第二垂直支撑构件之间延伸;以及
第三垂直支撑构件和第四垂直支撑构件,所述第二电缆在所述第三垂直支撑构件和所述第四垂直支撑构件之间延伸,使得所述一组太阳能电池模块柔性地被悬挂在所述第一垂直支撑构件、所述第二垂直支撑构件、所述第三垂直支撑构件和所述第四垂直支撑构件之间。这保护了在垂直构件之间使用桁架的想法吗?
37.根据权利要求36所述的系统,还包括电连接到所述一组太阳能电池模块的本地电力存储系统,以接收和存储由所述一组太阳能电池模块生成的电力。
38.根据权利要求37所述的系统,还包括电连接到所述一组太阳能电池模块和所述电力存储系统的电动农用交通工具充电站,以:
接收和存储由所述太阳能电池模块生成的电力;
将生成的太阳能分配给电动农用交通工具;以及
其中,所述第一垂直支撑构件、所述第二垂直支撑构件、所述第三垂直支撑构件和所述第四垂直支撑构件围绕农业用地布置。
39.根据权利要求35所述的系统,还包括:
反射元件,所述反射元件设置在所述玻璃外壳中,与所述一组太阳能电池在位置上偏离并面向所述一组多排太阳能电池的所述后侧;并且其中,所述一组支撑构件包括:
第一锚固件和第二锚固件,所述第一电缆被附接到所述第一锚固件和所述第二锚固件;以及
第三锚固件和第四锚固件,所述第二电缆被附接到所述第三锚固件和所述第四锚固件,使得所述一组太阳能电池模块能够定位在水体上。
40.根据权利要求35所述的系统,其中,所述一组支撑构件包括:
第一水平支撑构件和第二水平支撑构件,所述第一电缆在所述第一水平支撑构件和所述第二水平支撑构件之间延伸;以及
第三水平支撑构件和第四水平支撑构件,所述第二电缆在所述第三水平支撑构件和所述第四水平支撑构件之间延伸,使得所述一组太阳能电池模块在基本上竖直的平面中柔性地被悬挂。
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