CN202018982U - 一种聚光太阳电池组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及太阳能发电技术，尤其涉及一种聚光太阳电池组件。一种聚光太阳电池组件，包括框架（1）、聚光透镜（3）、接收器和散热片（2）四部分，接收器与聚光透镜（3）之间的光路中安装有光线发散结构。本实用新型通过引入光线发散结构，解决了以往该技术存在的光斑均匀性、光谱一致性和提高光子有效注入等多方面的问题，提高了整个组件的效率和寿命，而且结构简单，易于规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术，尤其涉及一种聚光太阳电池组件。
背景技术
能源危机和环境污染威胁着人类的生存，太阳能的利用成为解决这些问题的有效方法，太阳能电池的研究发展成为关注的焦点。目前，已商业化的太阳能电池主要有晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池和半导体化合物太阳能电池三大类。相比于晶体硅和薄膜太阳能电池产品，半导体化合物太阳能电池是新能源、新材料的典型代表，在太阳能电池产品中光电转换效率最高、科技含量最高、技术难度最高，产品问世初期主要应用于空间飞行器电源和其他高端用途，近年来随着聚光技术和跟踪技术的发展，产品应用范围逐步扩展，半导体化合物太阳能电池应用于地面发电系统的经济优势已开始显现。
光伏电池片价格较高，聚光技术可以减少光伏电池片的用量，提高太阳光的利用率，提高单位面积电池片的能量输出，大大节约了成本。现在太阳能聚光技术主要采用的是聚光透镜，将太阳光汇聚到电池片表面，实现光电转换。采用聚光技术的太阳电池组件结构已有相关专利和报道。
美国专利US 6399874B1提出了一种采用菲涅尔聚光透镜的聚光结构，采用该方法降低电池片用量，减少成本；公开号为CN201270256Y的专利中提出一种聚光太阳电池组件，具有菲涅尔聚光透镜结构，其特点在于散热底板和外框均采用玻璃或钢化玻璃制作，减少金属材料的使用，降低聚光太阳电池组件成本，使聚光太阳电池组件的装配更简单，是一种既便宜又可靠的聚光太阳电池组件。授权公告号为CN201374342Y的专利中介绍了一种高倍聚光太阳电池组件，该组件由太阳电池、聚光镜、底板、框架、玻璃盖板和散热片等部件组成，其特点是制造工艺简单、成本低廉、安装便捷；授权公告号为CN201426101Y的专利中介绍了一种高倍聚光太阳能光伏家用发电系统及装置，将聚光光伏发电应用于家用，其核心思想仍然是利用透镜的聚光来提高效率。
上述各项专利中都是利用聚光透镜将太阳光汇聚到电池片表面，实现光电转换，但是存在着相同的问题：聚光太阳电池多采用多结半导体电池片，当所吸收光谱与电池片不匹配时，电池片各层产生的光生电流也将不匹配，从而会降低电池的总光生电流。采用聚光透镜后，由于透镜材料对太阳光中不同波长的单色光的折射率不同，因此太阳光中不同波长的单色光经过透镜聚光作用后 焦点的位置各不相同，因而电池片表面的光谱分布就不均匀。光谱分布不均匀将导致电池片不同位置各电池层产生的光生电流不匹配，这种情况下太阳电池输出的总光生电流将受影响而减小，影响电池的光电转换效率；此外，会聚后的太阳光在太阳电池片表面的入射角较大，降低了电池片对入射光的直接利用率，随着聚光倍数的不断增加，这种影响越来越明显；另一方面，当跟踪系统出现偏差时，模组的聚光光斑位置产生偏移，聚焦后的高温容易烧毁模组设备。
授权公告号为CN101442083C的专利中介绍了一种太阳能高倍聚光光伏发电模组，该结构特点是具有防聚焦板和光漏斗，有效防止经过透镜汇聚太阳光所产生的高温而烧毁设备；公开号为US 2005/0092360A1的美国专利和国际公开号为WO 2008/103987A2的专利都采用二次光学器件将经过一次聚光器件的光引导到电池片表面，增强聚光效果的同时避免经过透镜汇聚太阳光所产生的高温烧毁设备。但仍然存在光谱不均匀和入射角大的问题，将导致光生电流的不匹配和降低入射光的吸收率，降低了太阳电池的转换效率。
在本发明中，通过在聚光光路中引入光线发散结构，可以很好的解决以上各个问题，从而提高整个组件的效率和寿命。
发明内容
为解决上述专利中太阳电池表面光谱不均匀和入射角大的问题，本发明提出了一种聚光太阳电池组件。
一种聚光太阳电池组件，包括框架(1)、聚光透镜(3)、接收器和散热片(2)四部分；其中聚光透镜(3)固定于框架(1)正上方；接收器位于聚光透镜(3)中心下方，固定在散热片(2)上，接收器自上而下结构为电池片(5)和基板(4)，电池片(5)固定于基板(4)上；框架(1)底部开口，散热片(2)位于开口处并暴露在外，散热片(2)上的接收器密封于框架(1)内部；此外，接收器与聚光透镜(3)之间的光路中安装有光线发散结构(6)。
聚光透镜(3)可采用菲涅尔透镜。光线发散结构(6)由至少一个发散透镜构成，通过支架(8)固定在框架(1)或散热片(2)上，发散透镜的材质为有机玻璃或无机玻璃。发散透镜可以改善电池片表面的光谱均匀度，由于光线通过透镜时会产生损耗，因此采用的发散透镜个数越少能量损耗就越小，所以该光线发散结构发散透镜数量优选为一个；此外，光线发散结构(6)可以是浇注在电池片表面的一层透明保护层，该保护层为环氧树脂或硅胶。
接收器与聚光透镜(3)之间的光路中可以安装有光漏斗(7)，通过支架(8) 固定在框架(1)或散热片(2)上。一方面，光漏斗(7)可以将射不到太阳电池上的光线反射至电池表面，提高电池的光入射量，另一方面当太阳跟踪系统出现偏差时，光漏斗(7)可以反射偏离电池片(5)位置的会聚光斑，防止烧毁组件，对整个组件起保护作用，提高整个组件寿命。
所述聚光太阳电池组件，其光线发散结构可以调节各个波长光的聚焦焦点，从而减少不同波长的光在电池片表面分布不均匀的问题，改善整个电池片表面的光谱均匀性，提高光电转换效率；同时，还可以改善聚光光束的入射方向，提高光子到电池材料的有效注入，提高光电转换效率。
本发明通过引入光线发散结构，解决了以往该技术存在的光斑均匀性、光谱一致性和提高光子有效注入等多方面的问题，提高了整个组件的效率和寿命，而且结构简单，易于规模化生产。
附图说明
图1具有发散透镜的聚光太阳电池组件示意图
图2具有发散透镜组的聚光太阳电池组件示意图
图3具有电池片保护层的聚光太阳电池组件示意图
图4具有发散透镜和光漏斗的聚光太阳电池组件示意图
图5具有电池片保护层和光漏斗的聚光太阳电池组件示意图
附图标记
1.框架 2.散热片；
3.聚光透镜； 4.基板；
5.电池片； 6.光线发散结构；
7.光漏斗； 8.支架；
具体实施方式
实施例一
一种聚光太阳电池组件，如图1所示，包括框架(1)、聚光透镜(3)、接收器和散热片(2)四部分；其中聚光透镜(3)为菲涅尔透镜，固定于框架(1)正上方；接收器位于聚光透镜(3)中心下方，固定在散热片(2)上，接收器自上而下结构为电池片(5)和基板(4)，电池片(5)固定于基板(4)上；框架(1)底部开口，散热片(2)位于开口处并暴露在外，散热片(2)上的接收器密封于框架(1)内部；在接收器与聚光透镜(3)之间的光路中安装有光线 发散结构(6)，由支架(8)固定在散热片(2)上，该光线发散结构(6)为一块发散透镜，透镜材料为有机玻璃。
整个组件的聚光透镜(3)和发散透镜(6)的中心轴在一条直线上，并且垂直指向电池片(5)的中心。
具有此结构的聚光太阳电池组件，由于安装了光线发散结构(6)，改善了电池片表面的光谱均匀度，同时减小了电池片表面光线的入射角度，提高了对入射光线的吸收。
实施例二
一种聚光太阳电池组件，如图1所示，其结构同实施例一，其中光线发散结构(6)为一块发散透镜，透镜材料为玻璃。
具有此结构的聚光太阳电池组件，由于安装了光线发散结构(6)，改善了电池片表面的光谱均匀度，同时减小了电池片表面光线的入射角度，提高了对入射光线的吸收。
实施例三
一种聚光太阳电池组件，如图2所示，其结构同实施例一，其中光线发散结构(6)为两块发散透镜的组合透镜，透镜材料为玻璃。
具有此结构的聚光太阳电池组件，改善了电池片表面的光谱均匀度，同时减小了电池片表面光线的入射角度，提高了对入射光线的吸收。
实施例四
一种聚光太阳电池组件，如图3所示，其结构同实施例一，其中光线发散结构(6)为浇注在电池片表面的一层透明保护层，该保护层为环氧树脂。
具有此结构的聚光太阳电池组件，由于安装了光线发散结构(6)，改善了电池片表面的光谱均匀度，同时减小了电池片表面光线的入射角度，提高了对入射光线的吸收。
实施例五
一种聚光太阳电池组件，如图3所示，其结构同实施例一，其中光线发散结构(6)为浇注在电池片表面的一层透明保护层，该保护层为硅胶。
具有此结构的聚光太阳电池组件，由于安装了光线发散结构(6)，改善了电池片表面的光谱均匀度，同时减小了电池片表面光线的入射角度，提高了对入射光线的吸收。
实施例六
一种聚光太阳电池组件，如图4所示，其结构同实施例一。此外，接收器与聚光透镜(3)之间的光路中安装有光漏斗(7)，通过支架(8)固定在散热片(2)、框架(1)的底部或侧壁。
整个组件的聚光透镜(3)、光漏斗(7)和发散透镜(6)的中心轴线在一条直线上，并且垂直指向电池片(5)的中心。
具有此结构的聚光太阳电池组件，由于安装了光线发散结构(6)，改善了电池片表面的光谱均匀度，同时减小了电池片表面光线的入射角度，提高了对入射光线的吸收。
由于安装有光漏斗(7)，该漏斗可以将不射向太阳电池的光线反射至电池表面，提高电池的光入射量，另一方面当太阳跟踪系统出现偏差时，光漏斗可以反射偏离电池片的会聚光斑，防止烧毁组件，对整个组件起保护作用，提高整个组件寿命。
实施例七
一种聚光太阳电池组件，如图5所示，其结构同实施例四。此外，接收器与聚光透镜(3)之间的光路中安装有光漏斗(7)，通过支架(8)固定在散热片(2)、框架(1)的底部或侧壁。
整个组件的聚光透镜(3)、光漏斗(7)和发散透镜(6)的中心轴线在一条直线上，并且垂直指向电池片(5)的中心。
具有此结构的聚光太阳电池组件，由于安装了光线发散结构(6)，改善了电池片表面的光谱均匀度，同时减小了电池片表面光线的入射角度，提高了对入射光线的吸收。
由于安装有光漏斗，该漏斗可以将不射向太阳电池的光线反射至电池表面，提高电池的光入射量，另一方面当太阳跟踪系统出现偏差时，光漏斗可以反射偏离电池片的会聚光斑，防止烧毁组件，对整个组件起保护作用，提高整个组件寿命。
Claims (7)
1.一种聚光太阳电池组件，包括框架（1）、聚光透镜（3）、接收器和散热片（2）四部分；其中聚光透镜（3）固定于框架（1）正上方；接收器位于聚光透镜（3）中心下方，固定在散热片（2）上，接收器自上而下结构为电池片（5）和基板（4），电池片（5）固定于基板（4）上；框架（1）底部开口，散热片（2）位于开口处并暴露在外，散热片（2）上的接收器密封于框架（1）内部；其特征在于接收器与聚光透镜（3）之间的光路中安装有光线发散结构（6）。
2.如权利要求1所述的聚光太阳电池组件，其特征在于聚光透镜（3）为菲涅尔透镜。
3.如权利要求1所述的聚光太阳电池组件，其特征在于光线发散结构（6）由至少一个发散透镜构成，通过支架（8）固定在框架（1）或散热片（2）上。
4.如权利要求2所述的聚光太阳电池组件，其特征在于发散透镜的材质为有机玻璃或无机玻璃。
5.如权利要求1所述的聚光太阳电池组件，其特征在于光线发散结构（6）为浇注在电池片表面的一层透明保护层。
6.如权利要求4所述的聚光太阳电池组件，其特征在于保护层的材质为环氧树脂或硅胶。
7.如权利要求1-6任意一项权利要求所述的聚光太阳电池组件，其特征在于接收器与聚光透镜（3）之间的光路中还安装有光漏斗（7），通过支架（8）固定在框架（1）或散热片（2）上。
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