CN201029095Y

CN201029095Y - 集光型光伏电池组件

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Publication number: CN201029095Y
Application number: CNU2007200671463U
Authority: CN
Inventors: 张如琨; 刘心田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-02-08
Filing date: 2007-02-08
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2017-02-08

Abstract

一种集光型光伏电池组件，它包括折光盖板和至少一个折光棱镜集光型光伏电池组件元。折光棱镜集光型光伏电池组件元包含至少一个折光棱镜，至少一个置于折光棱镜聚光面上的光伏电池列阵或者一个置于折光棱镜折光面背光面的反射镜。折光棱镜的受光面和折光面，以及折光盖板的二个通光表面均置有V形槽列阵，反射光在V形槽内多次折射进入折光棱镜和折光盖板，以减小反射光的损失。折光盖板，折光棱镜和反射镜形成高倍率集光器，使面积很小的光伏电池将大面积范围接收的光能转变为电能，提高了转换效率，降低了成本。

Description

集光型光伏电池组件

技术领域

本实用新型涉及一种光伏电池组件，更具体地说，是涉及一种集光型光伏电池组件，用于将光能转变为电能。

背景技术

集光型光伏电池组件由集光器和很多个光伏电池组合而成的光电转换器。集光型光伏电池组件已广泛应用于太阳能发电。集光器是集光型光伏电池组件的关键部件。集光器将大面积范围接收的入射光聚集到面积较小的光伏电池上，提高光伏电池上的光能密度，用于减小所用的光伏电池的尺寸。传统的集光型光伏电池组件的集光器由光学透镜或反射镜构成，接收视场角很小，通常只有几度，因而需要配置一个光学跟踪系统，自动调节视场，使之随太阳光入射方位变化而不断变化，才能使集光型光伏电池组件用于太阳能发电系统。

在先技术中，已有好几种利用棱镜全内反射原理设计的反射棱镜集光型光伏电池组件的方案被提出(见美国专利U.S.P.6294723)。这种反射棱镜集光型光伏电池组件使用反射棱镜作为集光器，可以克服上述缺点。如图1所示.入射光透过盖扳101后投射到反射棱镜光伏电池组件元100，并在反射棱镜集光型光伏电池组件元100中转变为电能。图2是图1中A处的放大图，反射棱镜集光型光伏电池组件元100包含反射棱镜和光伏电池列阵，入射光a透过受光面201的折射光b投射到反光面203上，反射光c折回到受光面201生成全内反射，反射光在受光面201和反光面203间多次折返，最后集中到聚光面202上，为聚光面202上的光伏电池列阵204所吸收，转变为电功率输出。图2中，205为透明胶层，206为防湿背板；入射光束a的截面积与光伏电池列阵面积之比代表集光倍率，入射平面内入射光束a与受光面201之间的夹角小时，入射光大部分被聚集到光伏电池列阵，该夹角增大到某临介角以上时，由反射镜返回的光束在受光面201不再全内反射，因而不能为光伏电池列阵吸收而损失掉。这一临介角大小代表反射棱镜集光型光伏电池组件的视场角大小。反射棱镜的顶角α愈小，集光倍率愈大，但视场角愈小，这意味着提高集光倍率和扩大视场角对于反射棱镜的顶角α的要求是相反的。为保证足够的视场，反射棱镜的顶角α不能太小，因而，反射棱镜集光型光伏电池组件的集光倍率不宜太高。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能够克服上述在先技术中缺点的折光棱镜集光型光伏电池组件，它同时实现较大的视场和较高的集光倍率，无须配置任何光学跟踪系统便可应用于太阳能发电，可节省更多的半导体材料。

为了实现上述的目的，本实用新型提供的技术方案是：它包括折光盖板和至少一个折光棱镜集光型光伏电池组件元。

本实用新型的折光棱镜集光型光伏电池组件元包含至少一个折光棱镜，至少一个置于折光棱镜聚光面上的光伏电池列阵，或者还包括一个反射镜。

所述的折光棱镜集光型光伏电池组件元的集光倍率等于光束截面面积A₁和聚光面面积A₂之比M₀：

M₀＝A₁/A₂＝CosΦ/Sinα(1)

其中Φ为折光棱镜受光面法线和入射光之间的夹角，当视场角大于90度时，Φ最小为0°，当视场角小于90度时，Φ最小值大于0°。α为折光棱镜的顶角。

当折光棱镜集光型光伏电池组件元包括一个反射镜时，其反射镜的反射面与折光棱镜折光面之间有一间隙。换句话说，就是反射镜的反射面不是与折光棱镜折光面紧贴在一起的。此时，折光棱镜集光型光伏电池组件元视场角不仅与折光棱镜的顶角α有关，还与反射镜的反光面与折光棱镜受光面之间的夹角β有关。这一结构特点可以使用顶角α较小的棱镜。因为，可以通过调节β角，使折返光在受光面上满足全内反射条件，能够维持较大的视场角和较小的Φ值，从而实现比较高的集光倍率。

所述的折光盖板的入射光面和出射光面，即两个通光表面上置有V形槽列阵。所述的V形槽列阵可以是微棱镜阵列，或是光栅，或棱镜线列阵。以微棱镜数组为例，当光束透过该棱镜阵列时被折转一角度x，折转角x取决于棱镜阵列中的棱镜顶角φ，选用适当的角φ，可将折光棱镜集光型光伏电池组件元视场以外的入射光折转角度x，使之落在折光棱镜集光型光伏电池组件元视场内，折光盖板和折光棱镜组合的集光倍率为：

M＝Cos(Φ-x)/Sinα＝M₀Cos(Φ-x)/SinΦ(2)

显然，只要选择适当的x值，使x＝Φ，M可达极大值M₀。

所以，折光盖板的两个通光面置有微棱镜列阵时，光折转角度x可通过选择微棱镜顶角φ(V形槽的顶角)，以满足上述使集光倍率M达极大值M₀的条件x＝Φ。

本实用新型的折光棱镜的受光面和折光面，以及折光盖板的二个通光表面均置有V形槽列阵，V形槽列阵的槽和所述折光棱镜的棱互相垂直。反射光在V形槽内多次折射进入折光棱镜和折光盖板，以减小反射光的损失。

如上述，由于本实用新型的集光倍率高，光伏电池列阵尺寸较小，光伏电池成本在折光棱镜集光型光伏电池组件元中的成本所占比例很小，因而本实用新型允许选用光电转换效率高的光伏电池，不仅可以提高组件光电转换效率，而且还可以降低组件其它成本。

附图说明

图1是在先技术反射棱镜集光型光伏电池组件一实施例的(截面)结构示意图；

图2是图1中A处的放大图；

图3本实用新型折光棱镜集光型光伏电池组件的(截面)结构示意图；

图4是图3中B处的放大图；

图5图3中折光盖板的一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步地说明。

如图3所示，本实用新型的光伏电池组件它包括折光盖板301和至少一个折光棱镜集光型光伏电池组件元300。在本实施例中，如图3所示，它包括至少一个折光棱镜集光型光伏电池组件元300。入射光a₃透过折光盖板301被折转一个角度x₃，x₃通常在5°-40°范围内。折转光b₃以更大的入射角投射到折光棱镜集光型光伏电池组件元300。该折光棱镜集光型光伏电池组件元300包含平面型光伏电池列阵，反射镜302和折光棱镜(见图4)。

图4是图3中B处的放大图，即一个折光棱镜集光型光伏电池组件元300的一个实施例的结构示意图。如图4所示，折光棱镜集光型光伏电池组件元300包含至少一个折光棱镜400，一个置于折光棱镜400聚光面402上的光伏电池列阵404和一个反射镜407。

如图4所示，本实用新型的折光棱镜400没有反射面(与反射棱镜不同)，折光棱镜的三个表面，一个是受光面401，受光面401面向入射光a，角Φ为入射光a与受光面401之间的夹角；第二个面是聚光面402，聚光面402上置有光伏电池列阵404，在本实施例中，光伏电池列阵404采用透明胶405贴于聚光面202上，光伏电池列阵404背面置有防湿背扳406，防湿背扳406起保护光伏电池列阵404的作用。在本实施例中，防湿背扳406采用铝箔，或PET膜，或PVF膜；第三个面是折光面403，除大入射角的入射光在折光面403上全内反射直接投射到聚光面402以外，其余部分都透过折光面403，投射到反射镜407上；

所述的反射镜为平面反射镜，或者为多平面反射镜，或者为曲面反射镜。

所述的反射镜的反光面与折光棱镜折光面之间有一折射率小于折光棱镜的折射率，顶角在0°～90°范围内的光学棱镜。在本实施例中，所述的反射镜的反光面与折光棱镜折光面之间充有空气或低密度介质，形成一个低密度光学棱镜410，其折射率小于折光棱镜的折射率，该低密度光学棱镜的顶角在0°-90°范围内。

如图4所示，本实施例中，所述的反射镜407有2个反光面，每个反光面与折光棱镜折光面之间都有一个大于0°的夹角。其中，反射镜407的反光面与折光棱镜400的受光面401之间的夹角β大于折光面403与受光面401之间的夹角，即大于折光棱镜的顶角α。入射光a射入折光棱镜400，经过受光面401后的折射光b射到折光面403上，大角折射光d经折光面403的反射光f直接投射到聚光面402上，透射光c经反射镜407的反射光e以增大的入射角返回折光面403，以折射光g投射到聚光面402上；或以反射光e投射到受光面401，在受光面401全内反射，以内反射光投射到聚光面402上，或在受光面401和折光面403之间多次全内反射，最终投射到聚光面402上。由此可知，反射镜407扩大了本实用新型折光棱镜作为集光镜的视场角。由于靠近聚光面402的折返光c、e无需通过受光面401全内反射就可直接投射到聚光面402，反射镜407的反光面409与折光面403之间的夹角就可小些。而远离聚光面402的折返光c、e需要通过受光面401全内反射才可投射到聚光面402，反射镜407的反光面409与折光面403之间的夹角就要大些。因而反射镜407以曲面反射镜最可取。但平面镜，或多块平面镜并接组合也是可取的，反射镜镜面由二个区域组合而成。反光面409与受光面401之间的夹角通常在0°-20°范围内；折光面403和受光面401之间的夹角(折光棱镜400的顶角)α在1°-40°；聚光面402与折光面403的夹角γ在50°-130°范围。反光面409不但减小了光伏电池列阵的尺寸，而且减薄了整个光伏电池组件的厚度。

本实用新型的折光棱镜400的受光面401和折光面403的表面上置有V形槽列阵，V形槽列阵的槽和所述折光棱镜的棱互相垂直。所述的V形槽列阵中的V形槽顶角为30°～90°，槽的高度为0.1-20mm。入射光在V形槽内多次折射进入折光棱镜，有减反射作用。在本实施例中，平面型光伏电池列阵404由很多个光伏电池元并排而成。该平面型光伏电池列阵404用透光胶粘贴在折光棱镜400聚光面402上。会聚到达折光棱镜400聚光面402上的全部光束均为粘贴在聚光面402上的光伏电池404所吸收，并转变为电能输出。

折光棱镜集光型光伏电池组件的光电转换效率主要取决于光伏电池列阵所用光伏电池的光电转换效率。由于本实用新型的集光倍率高，光伏电池列阵尺寸很小，光伏电池成本在折光棱镜集光型光伏电池元中的成本所占比例很小。因而本实用新型允许选用光电转换效率高的光伏电池，不仅可以提高组件光电转换效率，而且还可以降低组件制造成本。所以，光伏电池列阵中的光伏电池通常可选用光电转换效率高的晶硅光伏电池，砷化镓光伏电池，或者铜铟硒镓光伏电池。

图5是折光盖板的一实施例的结构示意图。本实用新型的折光盖板的入射光面和出射光面，即两个通光表面上置有V形槽列阵。所述的V形槽列阵可以是微棱镜阵列，或是光栅，或棱镜线列阵。在本实施例中，V形槽列阵是微棱镜阵列，如图5所示，入射光由折光盖板受光面微棱镜501斜面折射进入盖板，折射光以较大的入射角投射到背面502，透射光被折转的角度x可通过改变微棱镜顶角φ(V形槽顶角)加以调整。角φ在30°～90°范围内进行调整(通常角Φ₀大于90°)。为了便于加工，微棱镜的深度(V形槽的深度)t₀不宜太高，可在0.1-20mm范围选用。折光盖板除折光外，还有保护折光棱镜集光型光伏电池组件元的作用，其总厚度t取决于所采用材料的强度，对于钢化白玻璃，可在0.2-20mm范围选用。

Claims

1.一种集光型光伏电池组件，其特征在于，它包括折光盖板和至少一个折光棱镜集光型光伏电池组件元。

2.如权利要求1所述的集光型光伏电池组件，其特征在于，所述的折光棱镜集光型光伏电池组件元包含至少一个折光棱镜，至少一个置于折光棱镜聚光面上的光伏电池列阵和一个反射镜。

3.如权利要求1所述的集光型光伏电池组件，其特征在于，所述的折光棱镜集光型光伏电池组件元包含至少一个折光棱镜和至少一个置于折光棱镜聚光面上的光伏电池列阵。

4.如权利要求2所述的集光型光伏电池组件，其特征在于，所述的反射镜的反光面与折光棱镜折光面之间有一折射率小于折光棱镜的折射率，顶角在0°～90°范围内的光学棱镜。

5.如权利要求4所述的集光型光伏电池组件，其特征在于，所述的反射镜为平面反射镜，或多平面反射镜，或曲面反射镜。

6.如权利要求2或3所述的集光型光伏电池组件，其特征在于，所述的折光棱镜的受光面上，或受光面和折光面上置有与折光棱镜的棱相互垂直的V形槽列阵。

7.如权利要求6所述的集光型光伏电池组件，其特征在于，所述的V形槽列阵中的V形槽顶角为30°～90°，槽的高度为0.1-20mm。

8.如权利要求1所述的集光型光伏电池组件，其特征在于，所述的折光盖板的入射光和出射光的两个通光表面上置有V形槽列阵。

9.如权利要求7所述的集光型光伏电池组件，其特征在于，所述的V形槽列阵是微棱镜阵列，或是光栅，或是棱镜线列阵。

10.如权利要求8所述的集光型光伏电池组件，其特征在于，所述的V形槽列阵中的V形槽顶角为30°～90°，槽的高度为0.1-20mm。

11.如权利要求2或3所述的集光型光伏电池组件，其特征在于，所述的光伏电池列阵中的光伏电池是晶硅光伏电池，或者是砷化镓光伏电池，或者是硅异质结光伏电池。