CN202423346U - 一种光采集装置 - Google Patents

Abstract

一种用于单晶硅电池组件的光采集装置。由于单晶硅电池片的形状特征，在这些电池片组成组件时，会在电池片之间及组件边缘部分留下空白部分不能利用太阳光。本实用新型的光采集装置由光反射部件组成，置于这些空白部分的位置，能够将空白部分上面的太阳光进行采集并出射至电池片的表面，从而提高太阳能电池的光电转换效率。

Description

一种光采集装置

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池技术领域。特别地，本实用新型涉及太阳能电池组件的高效利用方法。 

背景技术

太阳能电池是一种利用光伏效应将太阳光能量转化为电能的器件。1954年，美国贝尔实验室制备出了现代第一块基于PN结的硅太阳能电池，光电转换效率达到了6％。经过半个多世纪的发展，太阳能电池的技术在不断进步与成熟之中，目前商业化应用最广泛的是基于硅的太阳能电池。主要包括单晶硅电池，多晶硅电池和非晶硅电池，在1970年代早期，夏普、飞利浦和太阳能电力等公司开始制备出小面积的商用电池模块，并逐步开始应用于地面，到了1980年代中期越来越多的公司开始投入到太阳能电池的研发与制造领域。 

到了21世纪初期，太阳能电池作为一种清洁能源的高效利用方式开始正式受到各国的大力关注，国际市场对于太阳能电池的需求激增，我国在太阳能电池的制造领域中开始占据越来越重要的地位。太阳能电池已经被广泛应用于路灯，建筑表面，屋顶，电站等。目前的太阳能电池的利用形式主要是将一系列太阳能电池片组成太阳能电池组件或称太阳能电池板，然后可以对太阳能电池板根据功率的不同 进行单独使用或者组成阵列来使用。 

目前广泛使用的单晶硅太阳能电池片的原料是单晶硅片，它是首先通过在生长炉里拉晶而形成圆柱状单晶硅圆棒，然后切片得到的。一种比较常见的情况是，对单晶硅硅棒进行切片的工艺会考虑到为了在组成电池组件时能够在平面上摆放更多的单晶硅电池片，从而将圆形的单晶硅片的四边都切去一部分，形成四个角有一定弧度的准四边形，或者可以看成一个近似的八边形。当将这些单晶硅电池片组成电池组件时，各单晶硅电池片会因其八边形的形状而在每四个单晶硅电池片的中间留有一个类似小四边形的空白区域。另一种情况是，切片工艺并不会将圆形单晶硅片的四边切去，而是直接利用圆形的单晶硅电池片来组成组件，这时候各圆形单晶硅电池片之间也会留有部分空白区域。这部分空白区域根据圆形电池片的排列方式不同，可以描述为内凹弧四边形，内凹弧三角形或者是一些其他形状，这些凹弧都是由于圆形硅电池片的圆弧边缘所造成的。还有一种情况是介于上述两种情况之间，即并不是将圆形硅片切去四边，也不是一点不切，而是切去一边或几边，例如形成圆冠或半圆的形状。当将这些形状的单晶硅电池片组成电池组件时，各单晶硅电池片之间同样也会留有一部分不规则的空白区域。综上所示，这些电池片因单晶硅电池片圆形的特点，进行了不同程度的切割或者不切割，对它们进行排列后各单晶硅电池片之间都会留有一部分的空白区域，这部分空白区域占据了一定的光照面积，却浪费了照射在这些区域上的太阳光。当把太阳能电池片组装成太阳能电池组件后，事实上需要考虑的是整个电池组件所占 的面积内接收的太阳能转换为电能的多少。而目前还未见相关的技术具体地关注上述部分浪费的光照区域上的太阳光并对其进行利用。 

发明内容

本实用新型的目的是针对目前单晶硅片的特点，提供一种在相同的光照面积下通过采集各个单晶硅电池片之间所留有的空白区域上的太阳光并进行利用，从而实现提高整体太阳能电池组件的光电转换效率的方法。 

为了实现上述目的，本实用新型提供了用于单晶硅太阳能电池组件的光采集装置。其特征在于，能够将各个单晶硅电池片之间的空白区域上的太阳光进行收集并出射至单晶硅电池片表面加以利用转化为电能。 

由于不同程度切割的单晶硅电池片以不同方式排列组成太阳能电池组件后会留下不同形状的空白光照区域，上述光采集装置根据这些不同的空白区域可以有不同的形状。 

上述光采集装置可以是具有光反射功能的装置，也可以是具有光折射功能的装置，或者是具有结合了光反射和光折射功能的装置。 

上述具有光反射功能的装置，其特征在于主要由具有反射面的结构构成，能够将照射在空白区域上方的光反射至电池片的表面。光反射装置可以置于空白区域上。由反射面与电池板平面相交的底边所构成的形状，可以与空白区域构成的形状相吻合，也可以略微小于空白区域的形状而被空白区域的形状所包围。 

上述光反射装置的反射面同时具有如下特征： 

(1)首先定义反射面与电池板平面相交的底边所构成的形状曲线上有任意一点O。在电池板平面里，上述形状曲线在点O处有法线OA，OA方向从点O往空白区域处延伸，法线OA与形状曲线上O点的切线相互垂直。另外有法线OB过点O且垂直于电池板平面，OB方向从点O往电池板平面受光正面延伸。由法线OA与法线OB所构成的平面称为平面OAB。光反射装置的反射面与平面OAB会有相交线OM，在平面OAB里，OM上任意一点S的切线与法线OA或其反向延长线有交点P，且形成夹角SPA等于θ，θ的大小可以在0度到90度之间变化。(如图1所示) 

(2)上述反射面可以由各种具有良好光反射功能的材料构成。主要包括银、铝、不锈钢、钛、镍、镉、铬、锰、铜、锌、锗、锡、镁、镓、金、铂、钼、钯等金属中的一种或几种及其合金或化合物，或者是镀有银、铝、不锈钢、钛、镍、镉、铬、锰、铜、锌、锗、锡、镁、镓、金、铂、钼、钯等金属中的一种或几种及其合金或化合物的玻璃、塑料、陶瓷、聚合物等其他材料。 

根据上述光反射装置的反射面所具有的特征，可以根据常见的空白区域形状为三边形，四边形或多边形以及其变形(如将其中的一边或多边变为曲线)，分别例举出光反射装置的形状为四面体，金字塔结构或多边锥形以及其变形(根据底边的变化而变化为类四面体，类金字塔结构或类多边锥形等)。 

本实用新型的优点体现在如下几个方面： 

第一，本实用新型根据单晶硅电池片的特点，通过对各电池片之间空白区域上浪费的光进行采集利用，可以大幅度提高整体太阳能电池板的转换效率。第二，将本实用新型与现有商用技术相比，在相同输出功率的条件下，可以减少太阳能电池片或者太阳能有效吸光面积，从而降低单位转换功率的成本。第三，本实用新型利用的是电池片之间空白部分的太阳光，这部分光的能量一般占现有光利用量的50％以下，因此对这部分光的利用不会涉及到温度升高的散热问题，克服了现有的聚光技术需增加散热器件所带来的额外成本，而且采用金属材料制成光采集装置还具有散热的效果。第四，本实用新型完全不影响现有的电池板的制备工艺，彻底避免了其他对电池板制备工艺进行改变带来的稳定性下降等衍生问题。 

附图说明

图1.具有光反射功能的反射面与空白区域形状曲线的关系示意图 

图2.a、进行了四边切割的硅电池片排列示意图(正视图与斜视图)；b、圆形硅电池片进行四方排列示意图(正视图与斜视图)；c、圆形硅电池片进行六角密堆排列示意图(正视图与斜视图)；d、半圆形硅电池片排列示意图(正视图与斜视图)(1、硅电池片，2、空白区域) 

图3.用于进行了四边切割的硅电池片排列出现的空白区域的反射装置示意图。 

图4.进行了四边切割的硅电池片排列的电池板表面加反射装置示意图。(1、硅电池片，3、反射装置) 

图5.用于圆形硅电池片进行六角密堆排列出现的空白区域的反射装置示意图。 

图6.圆形硅电池片进行六角密堆排列的电池板表面加反射装置示意图。(1、硅电池片，3、反射装置) 

图7.圆形硅电池片进行四方排列的电池板表面加反射装置示意图。(1、硅电池片，3、反射装置) 

图8.用于半圆形硅电池片排列出现的空白区域的反射装置示意图。 

图9.半圆形硅电池片排列的电池板表面加反射装置示意图。(1、硅电池片，3、反射装置) 

具体实施方式

以下，对本实用新型优选实施例进行说明。但是，本实用新型并不仅限于以下的实施例。任何可以根据优选实施例进行的类比推演，都在本实用新型的保护范围之内。 

实施例1： 

如背景技术中所述，对于进行了四边切割的单晶硅电池片，会因其近似八边形的形状而在每四个单晶硅电池片的中间留有一个类似小四边形的空白区域。如图2a所示，针对这种情况，上述光采集装置可以采用具有光反射功能的装置。根据发明内容中光反射装置的反射面所具有的特征，该光反射功能的装置可以是一系列类似金字塔的 结构，每个金字塔结构底部与电池板平面相交的底边所构成的形状恰与空白区域的小四边形相吻合。金字塔结构除了底面以外的四个面是反射面，将照射其上的光线反射至单晶硅电池片上。该金字塔结构的反射装置由表面镀有高反射金属银的玻璃构成，金属银外面加氧化物保护层，具有很好的耐候性。金字塔结构置于硅片之间的小四边形的空白区域内。如图3所示，反射面底边上任一点O所构成的平面OAB与反射面有交线OM，OM上任意一点S在平面OAB里的切线与OA形成的夹角可以在0-90度之间变化。角度越接近90度，说明该类似金字塔结构反射装置的高度越高；角度越接近0度，说明该类似金字塔结构反射装置的高度越低。 

需要说明的是，可以自然想见的，对于电池组件的非边缘区域，每四个单晶硅电池片的中间留有的是一个类似小四边形的空白区域。对于电池组件四条边的边缘区域，只能由两个并排相邻的单晶硅电池片形成1/2个四边形的区域，即一个近似等腰三角形的空白区域。对于电池组件四个角的边缘区域，分别只有一个单晶硅电池片的角上形成1/4个四边形的区域，即一个近似直角三角形的空白区域。因此，上述类似金字塔结构的反射装置在电池组件的四条边与四个角的边缘区域可以分别是底面与相应区域对应的1/2个金字塔或1/4个金字塔结构的反射装置。整体效果图如图4所示。 

实施例2： 

如背景技术中所述，对于直接利用圆形单晶硅电池片所组成的组 件，各圆形单晶硅电池片之间会留有部分空白区域。这部分空白区域根据圆形电池片的排列方式不同，可以描述为内凹弧四边形(如图2b所示)，内凹弧三角形(如图2c所示)或者是一些其他形状。本实施例以空白区域为内凹弧三角形为例来设计光采集装置。空白区域为内凹弧四边形或一些其他形状的，可以用相同的方法类似地设计出来。内凹弧三角形空白区域的出现是由于圆形电池片按照六角密堆方式(蜂窝状)排列所形成的。针对这种情况，该光采集装置可以采用具有光反射功能的装置。根据发明内容中光反射装置的反射面所具有的特征，该光反射功能的装置可以是一系列底部为内凹弧三角形的类似四面体的结构，该结构底部与电池板平面相交的底边所构成的形状恰与空白区域的内凹弧三角形相吻合。该结构除了底面以外的三个面是反射面，能将照射其上的光线反射至单晶硅电池片上。该结构的反射装置由表面贴有高反射金属铝膜的塑料构成，金属铝外面加氧化物保护层，具有很好的耐候性。该类似四面体的结构置于硅片之间的内凹弧三角形的空白区域内。如图5所示，反射面底边上任一点O所构成的平面OAB与反射面有交线OM，OM上任意一点S在平面OAB里的切线与OA形成的夹角可以在0-90度之间变化。 

同样需要说明的是，与实施例1类似，可以自然想见的，本实施例对于电池组件的非边缘区域与边缘区域所形成的空白区域有所不同，边缘区域的反射装置可以采用与非边缘区域同样的方法来构建。整体效果图如图6所示。 

对于空白区域为内凹弧四边形的情况，其整体效果图如图7所示。 

实施例3： 

如背景技术中所述，介于实施例1和实施例2所述的情况之间的情况，即并不是将圆形硅片切去四边，也不是一点不切，而是切去一边或几边，例如形成圆冠或半圆的形状。当将这些形状的单晶硅电池片组成电池组件时，各单晶硅电池片之间同样也会留有一部分不规则的空白区域。本实施例以半圆形电池片同方向并排排列为例。每四个半圆形的电池片之间会留有一个空白区域，该区域形状由两条90度圆弧和一条直线构成，这里称之为等腰内凹弧三角形(如图2d所示)。针对这种情况，该光采集装置可以采用具有光反射功能的装置。根据发明内容中光反射装置的反射面所具有的特征，该光反射功能的装置可以是一系列底部同为等腰内凹弧三角形的四面体结构，该结构底部与电池板平面相交的底边所构成的形状恰与空白区域的等腰内凹弧三角形相吻合。该结构除了底面以外的三个面是反射面，能将照射其上的光线反射至单晶硅电池片上。该结构的反射装置由表面刨光成高反射率的金属铝的合金构成，金属铝外面加氧化物保护层，具有很好的耐候性。该类似四面体的结构置于硅片之间的等腰内凹弧三角形的空白区域内。如图8所示，反射面底边上任一点O所构成的平面OAB与反射面有交线OM，OM上任意一点S在平面OAB里的切线与OA形成的夹角可以在0-90度之间变化。 

同样需要说明的是，与实施例1类似，可以自然想见的，本实施例对于电池组件的非边缘区域与边缘区域所形成的空白区域有所不 同，边缘区域的反射装置可以采用与非边缘区域同样的方法来构建。整体效果图如图9所示。 

Claims (2)

1.一种用于单晶硅太阳能电池组件的光采集装置，其特征在于，呈锥形结构，由单晶硅太阳能电池板、反射面组成，由反射面与电池板平面相交的底边所构成的形状，可以与空白区域构成的形状相吻合，也可以略微小于空白区域的形状而被空白区域的形状所包围，能够将单晶硅电池片之外的空白区域上的太阳光进行采集并出射至单晶硅电池片表面。

2.根据权利要求1所述的具有光采集的装置，其特征在于，反射面可以由各种具有良好光反射功能的材料构成，主要包括银、铝、不锈钢、钛、镍、镉、铬、锰、铜、锌、锗、锡、镁、镓、金、铂、钼、钯及其合金或化合物，以及镀有银、铝、不锈钢、钛、镍、镉、铬、锰、铜、锌、锗、锡、镁、镓、金、铂、钼、钯及其合金或化合物的玻璃、塑料、陶瓷、聚合物。 

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