CN201252109Y - 高效太阳能全方向聚光电池组件 - Google Patents

高效太阳能全方向聚光电池组件 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种高效太阳能全方向聚光电池组件，属于太阳能发电领域，是将具有若干只球形空腔透镜的集光板和具有若干只聚光漏斗的聚光板上下连接后形成聚光组件，聚光组件底部设有太阳能电池板，聚光组件和太阳能电池板分别由外框上的上固定槽和下固定槽固定，安装稳固密封；球形空腔透镜和聚光漏斗以及太阳能电池板中间隔布置的太阳能电池片一一对应，经集光、散光、聚光的光折射反射原理，使得全方向入射的太阳光始终聚集于不位移的太阳能电池片上，提高单位面积电池片的太阳光照射光强，达到较高光电转换效率，减少电池片用量，无需安装太阳光跟踪器，结构简单，安装维护方便，最大限度降低每瓦发电成本，性价比高。

Description

高效太阳能全方向聚光电池组件
所属技术领域
本实用新型涉及太阳能发电领域，具体是涉及一种高效太阳能全方向聚光电池组件。
背景技术
在太阳能发电系统应用中，核心部件是太阳能电池组件，其成本占到太阳能发电系统的80％以上，太阳能电池片成本居高不下，影响了太阳能发电的广泛使用。为了降低太阳能电池板成本，提高光电转换效率，减少电池片的用量，目前，采用菲涅耳透镜、槽形、抛物反射等聚焦方式可以达到提高光电转换效率，减少电池片用量的目的。但这些聚焦方式只能在太阳光直射情况下达到较好的聚焦效果，随着太阳光的斜射光线逐步不聚焦，直至太阳光完全照射不到光电转换设备上。为了使太阳光始终聚焦于一点上，上述聚焦方式均将光电转换设备安装于太阳光跟踪器上全天跟踪太阳光，达到较好的聚光效果。但采用太阳光跟踪器，体积庞大，成本高，可靠性差，安装维护不便，不便于大规模批量生产，由于机械设备长期露天使用易出故障，一旦太阳光跟踪器失灵，整个太阳能发电系统基本处于瘫痪状态；另外太阳能电池片随着光强的提高，温度也越来越高，电池池片的光衰跟着加大，光电转换效率随温度升高而下降。取消太阳光跟踪器、降低太阳能电池组件成本是目前太阳能发电领域迫切解决的技术问题。
发明内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术中光线聚焦于一点，且聚光点随光线的转动而位移，需加太阳光跟踪器使结构复杂、成本高的缺点，提供了一种高效太阳能全方向聚光电池组件，采用若干组全方向球形集光，环形棱角镜折射散光，聚光漏斗反射聚光的聚光方式，使全方向太阳光始终聚集于一固定面上，在每一固定面上对应设置太阳能电池片，既省去太阳光跟踪器，又减少了电池片用量，最大限度降低了成本。
为了达到上述目的，本实用新型所述的高效太阳能全方向聚光电池组件，包括聚光组件、太阳能电池板、外框，技术特点是所述的聚光组件由集光板和聚光板上下连接而成，集光板上设有若干只向上凸起的球形空腔透镜，聚光板上设有若干只向下凹进的聚光漏斗，整块集光板和聚光板连接成的整体结构，克服现有技术中聚光组件为单一组件间隔安装在太阳能电池板上的缺点，整体结构加工、安装、维护非常方便，便于大规模生产，密封效果好，聚光组件中不会进水积灰，提高聚光效果和使用寿命；所述太阳能电池板设置于聚光板的聚光漏斗底部，太阳能电池板夹层中间隔设有太阳能电池片，每只球形空腔透镜的底口与每只聚光漏斗的上口对应，每只太阳能电池片的安装位置与聚光漏斗的下口对应，由球形空腔透镜、聚光漏斗、太阳能电池片组成的单个聚光组件，将全方向的太阳光经经球形空腔透镜、聚光漏斗后始终聚集于太阳能电池片上，在省去了太阳光跟踪器的同时，又保证太阳光始终聚集一固定面上，使得单位面积上的太阳能电池片使用量大幅度减少，改变了传统太阳能电池片为整板铺设、耗材多的缺陷，将成本占到太阳能发电系统的80％以上的电池片的大幅度降低，经济实用，便于太阳能发电系统大规模普及推广；所述集光板和聚光板上下连接后的四边连接边由外框上的上固定槽固定，太阳能电池板的四边由外框上的下固定槽固定，安装稳固密封，整体结构形式便于安装维护；聚光漏斗两侧面形成的夹角为30°-55°时，矩形外框四周的上、下固定槽的中心距决定聚光漏斗的高度和上口面积，即上、下固定槽中心距的长短决定聚光电池板的聚光比，所述聚光漏斗上口面积和球形聚光器的下口直径面积相吻合，其尺寸比例是由聚光比决定，其高度和上下口面积与聚光比成正比。
进一步地，为了达到既省去太阳光跟踪器，太阳光又能始终聚集于一固定面上的目的，所述的球形空腔透镜为半球形或小于半球形，空腔透镜球内面设有由若干只同一中心光线轴不同直径依次联接的环形棱角镜，所述环形棱角镜的一棱角边垂直于入光面，另一棱角边与入光面呈小于45°的夹角，且该棱角边的延长线与球形空腔透镜内腔底边相交。所述的球形空腔透镜是采用一级球形集光、二级折射散光、三级反射聚光的三级光折射原理，将不同方向入射的太阳光经球形空腔透镜的入光面以聚集方式折射进入空腔透镜内，通过若干只环形棱角镜组成的若干出光面将聚集光线向球形空腔透镜内腔下方环周扩散，扩散光线通过聚光漏斗聚光，完成光线的集光、散光、聚光的多级折射过程，使全方向入射的太阳光经多级折射后始终聚集在同一固定面上，即始终聚集在固定的小块太阳能电池片上，聚光面位置固定，不随太阳光的移动而移动，无需使用太阳光跟踪器，使得聚光器结构简单，加工方便，发电成本大幅度降低，光电转化效率大幅度提高，便于大批量生产。
再进一步地，所述聚光漏斗的上口为圆形，下口为圆形或多边形，球形空腔透镜的底口直径与聚光漏斗的上口直径相等，聚光漏斗的下口形状和尺寸与太阳能电池片的形状和尺寸相同，保证光的多级折射效果和最终落在同一面上的目的；所述太阳能电池板底面连接一散热板，散热板底面连接接线盒，在固定位置不变的情况下，能全方向聚集太阳光到电池片上且将热量通过铝散热器散发出去。
综上所述，本实用新型将集光板和聚光板上下连接形成了全方向聚光组件，通过聚光组件上的球形空腔透镜和聚光漏斗与间隔分布于太阳能电池板中的电池片一一对应，经集光、散光、聚光的三级光折射原理，使得全方向入射的太阳光始终聚集于固定不位移的太阳能电池片上，提高在单位面积内电池片上太阳光照射的光强，达到较高的光电转换效率，减少了电池片用量，无需安装太阳光跟踪器，结构简单，安装维护方便，最大限度降低每瓦发电成本，性价比高，具有广泛的应用推广价值。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为图1的俯视图。
图1、2中，集光板1，聚光板2，球形空腔透镜3，环形棱角镜4，聚光漏斗5，外框6，上固定槽7，下固定槽8，太阳能电池板9，太阳能电池片10，散热板11，接线盒12。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型详细描述。
图1、2所示的一种高效太阳能全方向聚光电池组件，包括聚光组件、太阳能电池板9、外框6，聚光组件包括集光板1和聚光板2，将若干个球形空心透镜3用模具一次浇铸或挤压成型，形成一个具有若干只球形空腔透镜的集光板1，将若干只聚光漏斗5用镜面铝等金属材料拉伸一次成型，或用铝薄板拉伸后内真空镀膜，形成一个具有若干只聚光漏斗的聚光板2，每只聚光漏斗5两侧面形成的夹角为30°-55°，若干只球形空心透镜和若干只聚光漏斗均匀分布，球形空心透镜3向上凸起在集光板1上，聚光漏斗5向下凹进在聚光板2上，集光板1和聚光板2上下连接于一体，使每只球形空心透镜3的底口和每只聚光漏斗5的上口一一对应，而且球形空腔透镜底口的直径和聚光漏斗圆形上口的直径相等，集光板1和聚光板2的四边连接处由外框6上的上固定槽7固定。所述太阳能电池板9设置于聚光板的聚光漏斗5底部，其四边由外框6上的下固定槽8固定，太阳能电池板9夹层中间隔布置太阳能电池片10，每只太阳能电池片10的位置与每只聚光漏斗5下口的位置一一对应，且太阳能电池片的形状、尺寸与聚光漏斗的圆形或椭圆形或多边形下口形状、尺寸一致；太阳能电池板9底面连接一铝散热板11，散热板底面连接接线盒12，散热板11的四边连同太阳能电池板9的四边一并固定于外框6的下固定槽8中，散热板11的厚度与太阳能电池组件的聚光比成正比。
每只半球形或小于半球形空腔透镜3的球内面设有若干只同一中心光线轴不同直径依次联接的环形棱角镜4，所述环形棱角镜4的一棱角边垂直于入光面，另一棱角边的一边延长后与入光面形成的夹角α≤45°，另一边延长后与球形空腔透镜内腔底边相交。球形空腔透镜的入光面以及若干只环形棱角镜采用折射率在1-5范围内的高透光材料浇铸、挤压一次成型，或者采用两层折射率不同的高透光材料分别成型后再加压粘合，外层入光面的高透光材料的折射率1-1.5，内层若干只环形棱角镜的高透光材料的折射率大于4，环形棱角镜厚度是入光面厚度的至少1.5倍以上。高透光材料选用有机硅橡胶、聚碳酸脂、聚甲基丙烯酸甲脂等。
本实用新型采用了三级光折射原理，将早中晚全方向的入射太阳光经集光、散光、聚光多级折射于聚光漏斗下口的太阳能电池片上。即任意方向入射的光线经球形空腔透镜入光球面折射聚集后，通过由若干只环形棱角镜将光线有规律扩散到球形空腔透镜内腔下方，最后经聚光漏斗的反光内壁反射至聚光漏斗下口太阳能电池片上，实现高效全方向聚光太阳能发电。

Claims (6)

1、一种高效太阳能全方向聚光电池组件，包括聚光组件、太阳能电池板(9)、外框(6)，其特征是：所述聚光组件包括由若干只向上凸起的球形空腔透镜(3)连接成一集光板(1)和由若干只向下凹进的聚光漏斗(5)连接成一聚光板(2)，集光板和聚光板上下连接后的四边连接边由外框(6)上的上固定槽(7)固定，太阳能电池板(9)安装于聚光板的聚光漏斗底部且四边由外框上的下固定槽(8)固定，每只球形空腔透镜的底口与每只聚光漏斗的上口对应，太阳能电池板夹层中间隔设有太阳能电池片(10)，太阳能电池片的安装位置与聚光漏斗的下口对应。
2、根据权利要求1所述的高效太阳能全方向聚光电池组件，其特征是：所述太阳能电池板底面连接一散热板(11)，散热片的四边也固定于外框上的下固定槽中。
3、根据权利要求1所述的高效太阳能全方向聚光电池组件，其特征是：聚光漏斗的上口为圆形，下口为圆形或多边形，球形空腔透镜的底口直径与聚光漏斗的上口直径相等，聚光漏斗的下口形状和尺寸与太阳能电池片的形状和尺寸相同。
4、根据权利要求1所述的高效太阳能全方向聚光电池组件，其特征是：球形空腔透镜的球内面设有由若干只同一中心光线轴不同直径依次联接的环形棱角镜(4)，所述环形棱角镜的一棱角边垂直于入光面，另一棱角边与入光面呈小于45°的夹角，且该棱角边的延长线与球形空腔透镜内腔底边相交。
5、根据权利要求1所述的高效太阳能全方向聚光电池组件，其特征是：所述球形空腔透镜为等于或小于半球形的空腔透镜。
6、根据权利要求1所述的高效太阳能全方向聚光电池组件，其特征是：聚光漏斗两侧面形成的夹角为30°-55°。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101702410B (zh) * 2009-10-25 2011-12-07 新疆天和聚能光伏科技有限公司 一种双斜面反射聚光太阳能光伏电池组件
CN102272634A (zh) * 2008-11-26 2011-12-07 纳幕尔杜邦公司 具有包含离聚物材料的聚光制品的聚光太阳能电池模块
CN105227109A (zh) * 2015-09-27 2016-01-06 成都聚合科技有限公司 一种聚光光伏组件框架

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Assignor: Liu Zhiyong

Contract record no.: 2011440020224

Denomination of utility model: High-efficiency solar omnirange condensation battery component

Granted publication date: 20090603

License type: Exclusive License

Record date: 20110613

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090603

Termination date: 20140822

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