CN201655814U - 一种双斜面反射聚光太阳能光伏电池组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双斜面反射聚光太阳能光伏电池组件，由框架、透明防护盖板、反射支架体、光伏电池、导电连线、散热器基板组成。反射支架体上设置一组以上的反射面，每个反射面底部对应一个光伏电池。反射面由两个对称设置的梯形组成，两个梯形的短底边构成的矩形为光伏电池所在位置，长底边构成的矩形为太阳光入射窗口。在跟踪情形下，全年内由反射面反射的光线可覆盖到光伏电池上每一点。每个光伏电池表面既接收到太阳的直接辐射，又接收到由反射面反射形成的叠加辐射，从而形成了在光伏电池上的聚光效果，提高了单位面积普通光伏电池的光电转换效率，达到在给定功率条件下，使用较少光伏电池的目的，因而可降低光伏发电系统的总成本。

Description

一种双斜面反射聚光太阳能光伏电池组件

技术领域

本实用新型涉及一种聚光光伏系统光电转换模块的结构，属于太阳能利用技术领域，特别是一种双斜面反射聚光太阳能光伏电池组件。

背景技术

开发新能源和可再生清洁能源是全世界面临的共同课题，在新能源开发与利用方式中，光伏发电倍受瞩目。目前，光伏发电主要采用普通平板光伏发电系统。普通平板光伏发电系统直接将平板太阳电池组件朝向低纬度地区放置(与地面成一定角度)，以串并联的方式组成太阳能光伏阵列从而达到使用太阳能发电的目的。在普通平板光伏发电系统中，太阳电池的成本在系统总成本中占很大比例，由于太阳电池的价格比较高昂，从而直接导致了系统的成本过高。目前，使用的光伏电池的转换效率低、成本高，是光伏发电没有在市场上广泛推广应用的主要原因之一。

光伏电池可以在相当高的光强条件下工作，在聚光条件下使用光伏电池进行光电转换，是降低太阳能发电成本的有效途径之一。采用聚光光伏系统，可以减少给定功率所需的电池面积，用比较便宜的聚光器来部分代替昂贵的太阳电池。在这种系统中，太阳电池的总成本会显著降低，发电系统的总成本也随之下降。

如果聚光电池在三百倍或更高倍数的太阳光强条件下工作，并可以达到相当高的光电转换效率(25％-36％)。但是，这种高倍聚光的光伏电池需要昂贵的半导体材料(铟化镓或提纯高纯度硅等)，加工工艺也非常复杂，在聚光条件下使用时，光伏电池的温度会变得很高，需要更苛刻且效率很高的冷却技术。尤其是硅材料光伏电池，在日照强度恒定和光伏电池温度升高的情况下，会导致开路电压降低，降低率为-0.4％/K～-0.5％/K，从而使硅材料光伏电池的输出功率也降低。冷却装置会大幅增加光伏发电系统的成本，难以在市场上推广使用。如果聚光电池在10倍以下的太阳光强条件下工作，也可以有效节省大量太阳电池。在太阳电池产生的温度，可以通过使用常规散热片的方式进行有效散热。因此，这种聚光电池在降低发电成本方面具有一定优势。

透射聚光也是实现较高倍数的一个途径，由于菲涅尔透镜的大量生产而降低下来的成本也是十分引人注目的。然而从技术的角度来看，菲涅尔透镜在特定面上的聚光光强的均匀性相对要差一些。从工业化的角度看来说，相比于反射法，特制透镜的成本仍然高于具有高反射率反射镜面的成本。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种双斜面反射聚光太阳能光伏电池组件，在光伏电池表面各点具有比较均匀的辐射强度，有利于提高光伏电池的整体光电转换效率，适用于一维斜轴跟踪应用。

本实用新型的目的是这样实现的：一种双斜面反射聚光太阳能光伏电池组件，由框架、透明防护盖板、反射支架体、光伏电池、导电连线、散热器基板组成，并封装固定成为一个发电组件。光伏电池为一般使用的在一个太阳光强下的平板式光伏电池，包括硅电池、砷化镓电池以及其他平板式光伏电池。

光伏电池由相应的导电连线进行导电连接，通过胶膜固装在散热器基板上，光伏电池、导电连线与散热器基板之间通过胶膜绝缘。胶膜种类包括PVB或EVA，固装方式包括层压等方法。一个散热器基板上固装一组以上的光伏电池，并与导电连线一同构成电能输出器。反射支架体上设置一组以上的反射面，每一个反射面底部对应一个光伏电池，反射支架体上方开口处通过透明防护盖板进行固装覆盖。由于聚光而使光伏电池而产生的热量，通过散热器基板进行散热，保证光伏电池在适当的温度条件下正常工作。通过框架将透明防护盖板、反射支架体、光伏电池、散热器基板封装固定在一起，构成一个发电组件。

一组反射面由两个面组成，形状为梯形，大小相同并对称设置。两个梯形的短底边构成的矩形为光伏电池所在位置，两个梯形的长底边构成的矩形为太阳光入射窗口。太阳光入射窗口的面积大于光伏电池所在的面积。反射面中的两个梯形面相对应的斜边构成的两个平面之间的夹角为≥46.90°。在跟踪情形下，当入射光线与赤道平面的夹角小于23.45°时，由反射面反射的光线，都可以全部覆盖到光伏电池上每一点。每个光伏电池表面既可以接收到太阳的直接辐射，又可以接收到由反射面反射形成的叠加辐射，从而形成了在光伏电池上的聚光效果。在光伏电池的表面的每一点，由太阳直接辐射和两次反射辐射形成的叠加辐射是均匀的。太阳入射窗口面积大于光伏电池的面积，从而提高了单位面积的普通光伏电池的光电转换效率，达到在给定功率条件下，使用较少光伏电池的目的，因而可以降低光伏发电系统的总成本。由于这种聚光结构所形成的聚光倍数较低，在跟踪发电过程中，光伏电池上不会积累较高的温度，因此，光伏电池背面可采用普通的散热器基板作为背部衬底。由于本实用新型在跟踪发过电过程中，始终以平行于地球自转轴方式转动，即所谓的斜轴跟踪，也就是一维跟踪，相对于二维跟踪的成本更低。

附图说明

图1是本实用新型的经线剖面结构示意图；

图2是本实用新型的反射面立体几何关系示意图；

图3是本实用新型的反射面几何关系示意图；

图4是本实用新型的外观结构示意图。

图中标号说明如下：

1-透明防护盖板、2-反射支架体、3-胶膜、4-光伏电池、5-导电连线、6-散热器基板、7-框架、11-反射面。

具体实施方式

如图1所示，光伏电池4由相应的导电连线5进行导电连接，通过胶膜3固装在散热器基板6上，光伏电池4、导电连线5与散热器基板6之间通过胶膜3绝缘。一个散热器基板6上可以固装一组以上的光伏电池4，并与导电连线5一同构成电能输出器。反射支架体2上设置一组以上的反射面11，每一个反射面11底部对应一个光伏电池4，反射支架体2上方开口处通过透明防护盖板1进行固装覆盖，透明防护盖板1用透光率很高的硬化或钢化玻璃制造，或者用光学塑料制造，要求具有防水、防尘以及相当的抗撞击功能，以适应各种室外恶劣气候。由于聚光而使光伏电池4而产生的热量，通过散热器基板6进行散热，从而保证光伏电池在适当的温度条件下正常工作。通过框架7将透明防护盖板1、反射支架体2、光伏电池4、散热器基板6封装固定在一起，构成一个发电组件。

如图2所示，本实用新型在地平面上放置时，使z轴与地球自转轴平行，并且以跟踪方法使太阳光线始终位于yz平面内，则xy平面与地球赤道平面平行。根据天文知识可知，当太阳在赤道平面内时，太阳光线与y轴平行，而其余时间的太阳光线与xy平面之间的夹角在±23.45°之间。反射面11由两个梯形ABCD和A′B′C′D′面组成，两个梯形相对于坐标中yz面对称设置，每个梯形各自相对于xy面对称，因此两个梯形大小相同。两个梯形的短底边构成的矩形ABB′A′为光伏电池4所在位置，两个梯形的长底边构成的矩形DCC′D′为太阳光入射窗口。太阳光入射窗口DCC′D′的面积大于光伏电池4所在的ABB′A′面积。

如图2和图3所示，在跟踪情形下，太阳位于赤道平面时，太阳光线与xy平面平行，并与x轴垂直，也就是与光伏电池4的表面垂直。在这种情形下，进入太阳光线入射窗口的光线，一部分直接照射在光伏电池4上位于GG′之间的宽度为w的范围内，一部分照射在反射面11上经反射后再照射在光伏电池4上，从而在光伏电池4上形成了聚光效果。其中，当光线传播至位于反射面11最外沿一点H或H′时，经反射分别照射在光伏电池4的最外沿的G′或G点上。当光线LM经过位于反射面11上任一点M时，经反射后照射在光伏电池4上对应的N点上。根据光的反射规律，入射光线LM与反射光线MN分别与反射面HG之间的夹角α相等。p是反射面11所在梯形的高，β是反射面11与x轴之间的夹角，也就是与xz水平面之间的夹角，也是与光伏电池4表面之间的夹角，根据几何知识，应该有以下关系：

$\cos \mathrm{\β}=\frac{\sqrt{p^2+8w}-p}{4w}---\left(1\right)$

如图2所示，太阳光入射窗口DCC′D′的面积大于光伏电池4所在的ABB′A′面积。其中，反射面11中的两个梯形面相对应的斜边构成的两个平面ADD′A′和BCC′B′分别与xy平面之间的夹角θ≥23.45°，两个平面ADD′A′和BCC′B′之间的夹角为≥46.90°，也就是与xy所在的地球纬线圈平面的夹角θ≥23.45°。因此在跟踪情形下，当太阳不在赤道平面内时，太阳光线仍在yz平面内，位于ABB′A′区域内的光伏电池4在全年内都能接收到太阳的直接幅射。

如图2所示，在跟踪情形下，当任一束与xy平面呈一定夹角的光线L′M照射在反射面11上M点时，经反射照射在光伏电池4上N′点上；经过M点的与xy平面之间夹角为零的光线LM照射在反射面11上M点时，经反射照射在光伏电池4上N点上。由光的反射规律与几何知识可以证明，N′N线段与z轴平行，也就是说，在跟踪情形下，当入射光线与赤道平面的夹角小于23.45°时，由反射面11反射的光线，都可以全部覆盖到光伏电池4上每一点。每个光伏电池4表面既可以接收到太阳的直接辐射，又可以接收到由反射面11反射形成的叠加辐射，从而形成了在光伏电池4上的聚光效果。在光伏电池4的表面的每一点，由太阳直接辐射和两次反射辐射形成的叠加辐射是均匀的。由于太阳入射窗口面积大于光伏电池4的面积，从而提高了单位面积的普通光伏电池的光电转换效率，达到在给定功率条件下，使用较少光伏电池的目的，因而可以降低光伏发电系统的总成本。由于这种聚光结构所形成的聚光倍数较低，在跟踪发电过程中，光伏电池4上不会积累较高的温度，因此，光伏电池4背面可采用普通的散热器基板6，如铝板等作为背部衬底。通过散热器基板6的自然散热，达到散热的目的。由于本实用新型在跟踪发过电过程中，始终以平行于地球自转轴方式转动，即所谓的斜轴跟踪，也就是一维跟踪，相对于二维跟踪的成本更低。

如图1和图4所示，由框架7封装的发电装置，可以透过透明防护盖板1观察到内部的反射支架体2、光伏电池4，以及设置在反射支架体2上的反射面11。反射面11以很紧凑的方式，以一定数量排列在反射支架体2上。

Claims (6)

1.一种双斜面反射聚光太阳能光伏电池组件，由框架(7)、透明防护盖板(1)、反射支架体(2)、光伏电池(4)、导电连线(5)、散热器基板(6)、胶膜(3)组成，光伏电池(4)由相应的导电连线(5)进行导电连接，通过胶膜(3)固装在散热器基板上，其特征是：光伏电池是在正常太阳光照射强度下的平板式光伏电池，该平板式光伏电池包括硅电池或砷化镓电池。

2.根据权利要求1所述的一种双斜面反射聚光太阳能光伏电池组件，其特征是：反射支架体(2)上设置了一组以上的反射面(11)，每组反射面(11)由两个面组成，形状为梯形，大小相同，对称设置；两个梯形的短底边构成的矩形是光伏电池(4)所在位置，两个梯形的长底边构成的矩形是太阳光入射窗口。

3.根据权利要求1所述的一种双斜面反射聚光太阳能光伏电池组件，其特征是：在光伏电池(4)的宽度w、反射面(11)的梯形的高p、反射面(11)与光伏电池(4)之间的锐角β之间有如下设计关系：

4.根据权利要求1所述的一种双斜面反射聚光太阳能光伏电池组件，其特征是：反射面(11)中的两个梯形面相对应的斜边构成的两个平面之间的夹角≥46.90°。

5.根据权利要求1所述的一种双斜面反射聚光太阳能光伏电池组件，其特征是：反射支架体(2)上设置有一组以上的反射面(11)，反射面(11)以很紧凑的方式，排列在反射支架体(2)上。

6.根据权利要求1所述的一种双斜面反射聚光太阳能光伏电池组件，其特征是：反射支架体(2)上方通过透明防护盖板(1)进行固装覆盖，透明防护盖板(1)用透光率很高的硬化或钢化玻璃制造，或者用光学塑料制造。 

Images