CN201364903Y - 有良好散热功能的黑洞型高效聚光太阳能电池组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种有良好散热功能的黑洞型高效聚光太阳能电池组件。由条型透镜阵列19、光伏电池单体10、柔性电极18、导电散热金属构件13等组成。光伏电池单体10为细长条状，在其上表面的两侧接触封装有较大接触面积的柔性接触电极18和具有导电和散热两种功能的导电散热金属构件13，条形透镜阵列19对太阳光进行线状聚光后，通过空腔16上方的细长狭缝，落在两条导电散热金属构件13之间的光伏电池单体10上。这种结构可解决光伏电池组件在聚光光伏发电时的散热问题、栅线对光线的遮挡问题以及常规栅线通过电流有限的问题。聚光光线可以最大程度地被光伏电池吸收，光伏电池表面不再制作传统工艺的栅线，而使用既可以散热又可以通过更大电流的导电散热金属构件。

Description

有良好散热功能的黑洞型高效聚光太阳能电池组件

技术领域

本实用新型涉及一种聚光光伏系统的光电转换模块，属于太阳能利用技术领域。

背景技术

现有聚光太阳能光伏电池发电基本上都是通过凸透镜或菲涅尔透镜以及反折射镜，将太阳光对太阳能光伏电池进行照射发电的聚光方法。这样做的主要原因是因为光伏电池的生产成本较高。如何利用较少的光伏电池，发出更多的电能，是很多科研人员孜孜以求的目标。根据目前常规太阳能光伏电池性能特性，在10倍以下低倍率透镜的太阳光照射下，光伏电池的输出功率基本上与光强成正比。但是，由于聚光所生产的温度对太阳能光伏电池性能影响很大，聚光所产生的温度越高，对光伏电池发电越不利。

在已公开的专利200510200596.0“使用光漏斗反射法在地球上实现数倍聚光的太阳能光伏电池发电装置”。这种装置已经可以实现3~7倍的聚光比，但这种装置的缺点是聚光比不能继续提高，有较多的太阳光线被反射出来，有较多部分的光线是斜射入太阳能电池表面的，只有一部分的光线可以转化为电能。同时，这种装置的散热主要是通过背部的散热片完成的，散热效率不高，影响发电效果。

在已公开的专利200620125056.0“多倍聚光光伏发电系统”、200720035016.1“大型自动跟踪太阳装置”、200620165250.1“主动风冷聚光太阳能电池组件”中，也是使用常规的太阳能电池组件，而为了得到较大面积的太阳光反射面，采用了一定数量的面积很大的平面反射镜。为了固定这些平面反射镜，又设计安装了相关的庞大支架与跟踪系统。由于支架较为高大，必然存在抗风性较差的问题。由于可能达到较高的聚光倍数，太阳能电池组件的温度必然很高，于是在这些专利设计中，又增加了各种各样的风冷、水冷降温措施，这些措施必须会造成成本上升，不便使用等缺点。

目前，通常用于聚光形式发电的太阳能电池组件都存在一个缺点：在光伏电池表面的栅线对太阳光伏转换是没有贡献的。而一般的太阳能电池组件的正面栅线只能通过常规光照强度下的电流，当数倍于以至于20倍左右的太阳光照射在光伏电池上时，正面的栅线不能发电，相反，它还吸收光线并转换为热量，使栅线电阻增加。同时，普通的栅线只能通过常规光照下的电流，当聚光光线照射在光伏电池上时，产生的电流也成倍通过，这样的电流流经正面栅线时，会使栅线发热，从而使栅线的使用寿命降低。如果通过增加栅线的宽度与厚度来提高电流密度，则使光伏电池表面有效发电面积的降低，制作工艺上也有难度。

发明内容

为了解决现有聚光光伏电池组件在聚光光伏发电情况下的散热问题、栅线对光线的遮挡问题以及常规栅线通过电流有限的问题，本实用新型通过条形透镜阵列进行线状聚光、使用具有散热作用的栅线并改变安装位置，提供一种有较好散热功能的高效聚光太阳能电池组件，使其具有以下优点：

1、利用较小的空间结构，实现较高的聚光倍数。

2、聚光光线可以最大程度地被光伏电池吸收，只有极少部分的光线被光伏电池反射出来，在一定程度上可以代替光伏电池表面的绒面结构和减反射层，从而降低光伏电池的制造成本。

3、光伏电池表面不再专门制作栅线，既使更大的电流通过时，也不存在栅线发热或栅线电流过载的现象。

4、散热效率高。

本实用新型的目的是这样实现的：本实用新型主要由条形透镜阵列板、支撑架、内部支撑物、光伏电池单体、柔性电极、导电散热金属构件、黏结剂、外框组成。光伏电池单体为狭长条状，在其上表面的两侧封装有较大接触面积的柔性电极和具有导电和散热两种功能的金属件，金属件可以传导光伏电池单体产生的电流。金属件上有专门的突出构造，两个金属件成对使用，并利用金属件上有专门的突出构造与光伏电池单体上表面一起构成了一个具有狭长缝隙的空腔，且内壁镀有反射层。

条形聚光透镜将垂直照射于上表面的平行光线聚焦，聚集后的光线焦点正好位于光伏电池单体表面上方的狭长缝隙，聚集后的光线通过狭长缝隙，正好发散照射于光伏电池单体表面上两个柔性电极之间的区域。一部分光线被转化为电能，另一部分光线被光伏电池单体表面反射后，再通过具有反射层的上部空腔内壁的不断反射，最终使绝大部分光线被光伏电池单体吸收。由于具有反射层的上部空腔只有一条狭长缝隙，所以光线在不断的反射过程中，只有一小部分光线被反射出来，所以这种结构具有很高的聚光光电转化效果，类似于黑体吸收效果，可以代替光伏电池单体表面的蒸镀减反射层和制作绒面等工艺。由于光伏电池单体为狭长条状，在其两侧接触有较大面积的柔性电极和导电散热金属构件，因此，当聚光发电时，可以通过较大的电流，同时也可以迅速将光伏电池单体的热量传导至导电散热金属构件，起到良好的散热效果。由于光伏电池单体为狭长条状，其宽度较小，因此可以用较小尺寸的结构组件实现较高的聚光倍数。

本实用新型将通过优选的实施例结合附图加以说明。

附图说明

图1是本实用新型中聚焦光线发电部分的详细结构示意图；

图2是本实用新型中单个条形透镜的光路与结构示意图；

图3是本实用新型中使用组合条形透镜与对应发电结构的封装结构示意图。

具体实施方式

由图1、图2、图3所示，本实用新型提供一种有良好散热功能的黑洞型高效聚光太阳能电池组件，主要由光伏电池单体10、背部散热片11、黏结剂12、导电散热金属构件13、内部支撑物14、柔性接触电极18、条形透镜阵列板19、封装外框21组成。其中导电散热金属构件13上具有管路15。

由图1、图2所示，光伏电池单体10被切割成细长条状，在光伏电池单体10正面的两侧封装有良好导电性能的柔性接触电极18，并与光伏电池10上表面充分接触，导电散热金属构件13与柔性接触电极18之间充分接触，在光伏电池单体10的背面封装有背部散热片11，背部散热片11具有散热功能。

如图1、图2所示，在每个条状光伏电池单体上封装两个柔性接触电极18，且两者之间的距离很近，距离可在0.01mm至10mm之间，并满足在聚光光线照射下，充分收集光伏电池单体10的产生电荷的条件。使用柔性接触电极18代替通常电池组件中的栅线。柔性接触电极18具有良好的热传导性能，既可以使导电散热金属构件13与光伏电池单体10之间有良好的导电接触，又可以使光伏电池单体10上产生的热量迅速传导至导电散热金属构件13上。

如图1、图2所示：每个光伏电池单体10上有两个导电散热金属构件13，成对使用。两个导电散热金属构件13上有突出部分22与光伏电池单体10之间形成一个具有狭长缝隙17的空腔16，在这个构成空腔16内部的导电散热金属构件13的内壁上镀有反射层。与柔性接触电极18之间有较大的接触面积，导电散热金属构件13具有导线功能，可以传送光伏电池单体10产生的电荷，并可以传送较大的电流。两个导电散热金属构件13上突出部分22之间形成的狭长缝隙17的宽度要尽可能小，使相对应的聚焦后光线可以最大限度地通过。

由图2所示，条形透镜阵列板19安装于两个导电散热金属构件13上有突出部分22与光伏电池单体10之间形成的空腔16之上，并使垂直于条形透镜阵列板19入射面的平行光线的聚焦线，正好位于空腔上方的狭长缝隙17处，聚集后的光线通过狭长缝隙17后再发散，最后正好可以投射在两个柔性接触电极18之间、光伏电池单体10上表面的区域。

经条形透镜阵列板19聚焦的光线照射于光伏电池单体10表面，有一部分光能被转化为电能，另一部分光线会被光伏电池单体10的表面反射。由于有狭长缝隙17的空腔16中的金属内壁镀有反射层，所以由光伏电池10表面反射出的光线可能会在空腔16中多次进行反射，其中绝大部分光线会被重复反射到光伏电池10表面，只有一小部分光线会从狭长缝隙17中反射出来。由于这种结构具有近似于黑体，所以，具有非常好的聚光吸收效果，会比在光伏电池单体表面制作绒面成本低，可以代替光伏电池单体表面的减反射层。柔性接触电极18的宽度要保证聚光产生的电流通过，在制作时可以比制作普通栅线时的宽度更宽，同时也有利于光伏电池单体10产生的热量通过柔性接触电极18传导至导电散热金属构件13上。由于光伏电池单体10宽度较小，它所产生的热量会很快被导电散热金属构件13与背部散热片11传导和散发，因此，这种结构具有更好的自散热功能。同时，也可以利用导电散热金属构件13与背部散热片11内部的管路，通过循环液体制冷介质达到更好的降温效果。由于这种结构的尺寸主要取决于两个光伏电池单体10上表面的两个柔性接触电极18的相邻宽度，所以整个组件在很小的尺寸上就可以达到较高的聚光倍数，从而可以解决目前聚光装置结构庞大的问题。例如当两个柔性接触电极18的相邻宽度的距离为2mm时，采用10倍的聚光透镜，其每个条形透镜的宽度仅为20mm，既有利于工业大规模制造，同时也不会线光伏电池单体10造成很高的温度积累，散热也容易解决。

由图3所示，条形透镜阵列板19可以制作为较大的面积结构，对于每个条形透镜阵列板19的聚焦线，装配相应的光伏电池单体10的发电组合，并利用封装外框21、黏结剂12、内部支撑物14进行封装，最终封装为一个太阳能聚光光伏发电组件。

由图1、图2、图3所示，由内部支撑物14、条形透镜阵列板19、封装外框21、黏结剂12使光伏电池单体处于一个恰当精准的位置，其中内部支撑物14与条形透镜阵列板19之间形成固定的距离关系，同时形成一个空腔20，在空腔20内部，保留有充分的光线通路。

Claims (6)

1、一种有良好散热功能的黑洞型高效聚光太阳能电池组件，主要包括：光伏电池单体(10)、背部散热片(11)、黏结剂(12)、导电散热金属构件(13)、内部支撑物(14)、柔性接触电极(18)、条形透镜阵列板(19)、封装外框(21)，其特征是：光伏电池单体(10)为细长条状，在光伏电池单体(10)正面的两侧有封装有良好导电性能的柔性接触电极(18)，导电散热金属构件(13)与柔性接触电极(18)之间充分接触，在光伏电池单体(10)的背面封装有背部散热片(11)。

2、根据权利要求1所述的有良好散热功能的黑洞型高效聚光太阳能电池组件，其特征是：在每个条形光伏电池单体上封装的两个柔性接触电极(18)之间的距离很近，距离可在0.01mm至10mm之间，并可充分收集光伏电池单体(10)在聚光发电时的产生的电荷，柔性接触电极(18)的宽度要保证聚光产生的大电流通过，柔性接触电极(18)也具有良好的热传导性能，既可以使导电散热金属构件(13)与光伏电池单体(10)之间有良好的导电接触，又可以使光伏电池单体(10)上产生的热量迅速传导至导电散热金属构件(13)上。

3、根据权利要求1所述的有良好散热功能的黑洞型高效聚光太阳能电池组件，其特征是：所述导电散热金属构件(13)成对使用，两个导电散热金属构件(13)上有突出部分(22)与光伏电池单体(10)之间形成一个具有狭长缝隙(17)的空腔(16)，在这个构成空腔(16)内部的导电散热金属构件(13)的内壁上镀有反射层，与柔性接触电极(18)之间有较大的接触面积，导电散热金属构件(13)具有导线功能，可以传送较大的电流，狭长缝隙(17)的宽度要尽可能小，保证条型透镜阵列板(19)中相对应的聚焦光线可以全部通过。

4、根据权利要求1所述的有良好散热功能的黑洞型高效聚光太阳能电池组件，其特征是：所述条型透镜阵列板(19)安装于两个导电散热金属构件(13)上有突出部分(22)与光伏电池单体(10)之间形成的空腔(16)之上，并使垂直于条型透镜(19)入射面的平行光线的聚焦线，正好位于空腔上方的狭长缝隙(17)处，聚集后的光线通过狭长缝隙(17)后再发散，最后正好可以投射在两个柔性接触电极(18)之间、光伏电池单体(10)上表面的区域。

5、根据权利要求1所述的有良好散热功能的黑洞型高效聚光太阳能电池组件，其特征是：所述条形透镜阵列板(19)可以制作为较大的面积结构，对于每个条形透镜阵列板(19)的聚焦线，装配相应的光伏电池单体(10)的发电组合，并利用封装外框(21)、黏结剂(12)、内部支撑物(14)进行封装，最终封装为一个太阳能聚光光伏发电组件。

6、根据权利要求1所述的有良好散热功能的黑洞型高效聚光太阳能电池组件，其特征是：由内部支撑物(14)、条形透镜阵列板(19)、封装外框(21)、黏结剂(12)使光伏电池单体处于一个恰当精准的位置，其中内部支撑物(14)与条形透镜阵列板(19)之间形成固定的距离关系，同时形成一个空腔(20)，在空腔(20)内部，保留有充分的光线通路。

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