CN202930413U - 太阳能模组装置 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能模组装置。该装置包括具有表面区的基底。该装置具有叠置在基底的表面区上的一个或多个光伏区。在一优选实施方式中，每个光伏条带通过将太阳能电池切割成每个条带而形成。每个条带是功能性太阳能电池。该装置还包括抗冲击玻璃构件，该玻璃构件具有以平行配置方式空间地布置的多个细长的集光元件，并且可操作地相应耦接至多个细长的集光元件。本太阳能模组为生产工艺提供一个简单的结构，消除了一些材料(例如，丙烯酸)的使用，并且减少了用于集光器结构的玻璃材料的量。本太阳能模组可利用较少的工艺步骤而制成，因而成本低，并且由于材料的热膨胀系数很少不匹配，所以提高了产品的可靠性。
Description
相关申请的交叉参考
本申请涉及于2010年1月14日提交的题为“Solar Cell Concentrator Structure Including a Plurality of Glass Concentrator Elements With a Notch Design(包括多个具有沟槽设计的玻璃集光器元件的太阳能电池集光器结构)”的待批准共有美国专利申请第12/687,862号，其全部内容通过引证结合于此。
技术领域
本实用新型通常涉及太阳能技术，尤其涉及一种用于形成太阳能模组的方法和结构。更具体地，本实用新型提供一种用于大面积太阳能模组的高冲击集光太阳能玻璃。仅通过实例的方式，本实用新型的实施方式已应用于太阳能电池板，但应当认识到本实用新型具有更广的应用范围。
背景技术
随着世界人口的增加，工业发展导致相应的能量消耗增加。能量通常来源于包括煤和石油的化石燃料、水电站、核能等。仅作为实例，国际能源机构提出石油消耗将继续增长，而诸如中国和印度等发展中国家占这种增长的大部分。我们日常生活的几乎每个元素都部分地依赖于日益稀缺的石油。随着时间的进一步发展，石油“便宜”和储量充足的时代即将结束。因此，发展了其他替代能源。
除了石油，我们还依赖于其他非常有用的能源，例如水电、核能等，以满足我们的电力需求。例如，我们传统的家用和商业用电需求中的大部分来自于靠煤或其他形式的化石燃料运转的涡轮机、核能发电站和水电站、以及其他形式的可再生能源。一般而言，家用和商业用电稳定且分布广泛。
最重要地，如果不是所有也是大部分的地球上已发现的有用能源来自于太阳。普遍地，地球上所有普通的植物通过阳光进行光合作用获得生命。诸如石油的化石燃料也来自于与太阳有关的能源生成的生物材料。对于包括“太阳崇拜者”的人类而言，阳光非常重要。对于行星地球上的生命而言，太阳已成为现代日常太阳能的最重要的能量来源。
太阳能具有很多令人满意的特征，它可再生、干净、储量丰富、并且通常分布广泛。已开发的一些技术经常用于捕获、集中、储存太阳能，并将它转换为其他有用的能量形式。
已开发了太阳能电池板来将阳光转换为能量。例如，使用太阳能热面板将来自太阳的电磁辐射转换为热能，用于家庭供暖、运行某些工业过程、或驱动高级涡轮机来发电。作为另一个实例，使用太阳能光伏板将阳光直接转换为电，用于各种应用。太阳能电池板通常包括相互连接的太阳能电池的阵列。这些太阳能电池通常串联布置和/或以串联地平行电池组布置。因而，太阳能电池板具有巨大的潜力来有益于我们的国家、安全及人类。它们甚至能够使我们的能源需求多样化并降低世界对石油和其他潜在的有害能源的依赖性。
尽管太阳能电池板已经成功适用于一些应用上，但仍存在某些限制。太阳能电池通常昂贵。依据地理区域，通常有来自政府部门的财政补贴用于购买太阳能电池板，这通常不能与直接从公共电力公司购买电相竞争。此外，太阳能电池板通常由昂贵的支承光伏硅的晶圆材料构成，这些材料很难高效地大规模生产并且原料有限。
实用新型内容
本实用新型通常涉及太阳能技术，并且尤其涉及一种用于形成太阳能模组的方法和结构。更具体地，本实用新型提供一种用于大面积太阳能模组的高冲击集光太阳能玻璃。通过实例的方式，本实用新型的实施方式已应用于太阳能电池板，但应当认识到本实用新型可具有更广的应用范围。
尽管定向不是本实用新型的一部分，但应理解的是当使用太阳能模组时，太阳能模组的一侧面向太阳，而相反侧背对太阳。尽管模组能够定向于任何方位，但方便的是指定一个方向，其中“上”或“顶”表示面向太阳一侧，并且“下”或“底”表示相反侧。因此，所说的叠置在另一个元件上的元件将比该元件叠置的元件更接近于“上”侧。
本实用新型涉及一种太阳能模组装置，包括：具有表面区的基底；一个或多个光伏区，叠置在所述基底的表面区上；抗冲击玻璃构件，具有以平行配置方式在空间上布置的多个细长的集光元件，并且所述抗冲击玻璃构件能够相应地耦接至所述多个细长的集光元件。
优选地，所述一个或多个光伏区是对应的光伏条带，所述多个光伏条带中的每个由光伏电池切割而成。
优选地，所述抗冲击玻璃构件包括平面区和集光区，所述集光区包括以平行配置方式在空间上布置的所述多个细长的集光元件，所述抗冲击玻璃构件由低铁含量玻璃制成，每个所述细长的集光元件的曲率半径为5mm或更小且厚度大于5mm，至少两个所述细长的集光元件包括位于两个或多个所述细长的集光元件之间的沟槽结构。
优选地，还包括设置在所述基底的表面区与所述一个或多个光伏区之间的第一密封剂材料以及设置在所述抗冲击玻璃构件与所述一个或多个光伏区之间的第二密封剂材料。
优选地，所述多个细长的集光元件分别是多个沟槽集光器。
优选地，所述集光器具有大于1000mm的长度和大于1700mm的宽度。
优选地，所述抗冲击玻璃构件的放大率为1.5倍或更大。
优选地，每个所述光伏区包括硅太阳能电池。
优选地，所述太阳能模组装置安装在追踪系统上。
优选地，一个或多个所述光伏区以偏移配置方式可操作地耦接至对应的一个或多个细长的集光元件。
优选地，所述多个光伏区中的每个具有1.5mm至12mm的宽度以及156mm至1000mm的长度。
优选地，所述多个细长的集光元件中的每个包括截平的孔区。
优选地，还包括设置成保护所述太阳能装置的框架构件。
在一具体实施方式中，太阳能模组包括基底构件、以阵列配置叠置在基底构件上的多个光伏条带、叠置在光伏条带上的集光器结构、以及优选地在集光器结构上的涂层。光伏条带通常沿纵向延伸并沿横向相互隔开。光伏条带的中心到中心的间距优选地大于条带的横向尺寸，从而存在没有光伏材料的居间(intervening)基底部分。
集光器结构形成有沿光伏条带的纵向延伸的多个细长的集光器元件(有时称为透镜元件)。至少对于集光器元件位于同一平面中的那些实施方式，它们的中心到中心的间距大致等于光伏条带的间距。每个集光器元件沿给定条带的方向纵向延伸并且横向地交叉各条带的方向。形成给定的 集光器元件，使得平行光入射在集光器元件的顶面上，当光到达下面的光伏条带平面时被限制在横向尺寸小于集光器元件的横向尺寸并且也可小于光伏条带的横向尺寸的区域中。在示出的实施方式中，集光发生在上表面，但集光可发生在集光器的下表面。事实上，在普通透镜的情况下，可使两个表面具有集光性。
通常指的集光器元件能够提供放大率，因为透过集光器元件观看光伏条带时呈现为比实际宽。换句话说，当透过集光器观看光伏条带时，光伏条带优选地填充集光器元件间隙。因此，从入射光的角度来看，太阳能模组呈现为光伏材料贯穿它的整个横向区域。在示例性实施方式中，每个细长的凸面区配置成具有的放大率在约1.5至约5的范围内。诸如自清洁涂层的涂层材料叠置在多个细长的凸面区上。
尽管使用了术语放大率，但在某种意义上指集光的多少，并且因此可等同于集光性。放大率/集光性有时也定义为节省的光伏材料的量，并且该数字通常小于光学放大率/集光性，因为光伏条带的通常稍宽于光的宽度，尤其是在捕获以不同角度入射的光时。通常使用的术语是放大率。
提供放大率的集光器元件的表面部分具有的横截面可包含一个或多个圆形、椭圆形、抛物线或直线部分，或此类形状的组合。虽然集光器元件的放大(通常为上)表面部分可以是平的，但方便的是设想并指定放大表面为凸面，即，曲面或拱形面。对于横截面是半圆形的实施方式，集光器元件的放大部分的表面为半圆柱形。然而，通常使用对向(subtending)小于180°的圆弧。尽管凸面在以上所引证的美国专利申请第61/154,357号中被称为“环形”部分，但在此处不使用术语“环形”。在一些实施方式中，集光器结构为挤出型玻璃，但也可以使用其他制造技术(例如，模制)和其他材料(例如，聚合物)。
在领域实施方式中，太阳能模组包括至少部分地由挤出型玻璃材料形成的集光器结构以及以阵列布置形式可操作地耦接至集光器结构的多个 光伏条带。多个细长的凸面区配置在集光器结构内部。在一具体实施方式中，多个细长的凸面区分别耦接至多个光伏条带。多个细长的凸面区中的每个包含长度和以曲率半径为特征的凸表面区。每个细长的凸面区配置为具有的放大率在约1.5至约5的范围内。涂层材料叠置在多个细长的凸面区上。后盖构件罩住多个光伏条带。
在一具体实施方式中，本实用新型提供一种太阳能模组装置。该装置包括带有表面区的基底。该装置具有叠置在基底的表面区上的一个或多个光伏区。在一优选实施方式中，每个光伏条带通过将太能电池切割成每个条带而形成。每个条带是功能性太阳能电池。该装置还包括抗冲击玻璃构件，该玻璃构件具有以平行配置方式空间地布置的多个细长的集光元件，并且可操作地相应耦接至多个细长的集光元件。优选地，抗冲击玻璃具有的强度至少为钠钙玻璃(例如，用于传统太阳能电池的传统钠钙玻璃，例如，低铁含量钠钙玻璃)的3X(3倍)。在一优选实施方式中，抗冲击玻璃构件包括平面区和集光区，集光区包括以平行配置方式空间地布置的多个细长的集光元件。
在一具体实施方式中，太阳能模组具有其他特征。该模组具有设置在基底的表面区与一个或多个光伏区之间的第一密封剂材料以及设置在抗冲击玻璃构件与一个或多个光伏区之间的第二密封剂材料。在一具体实施方式中，多个细长的集光元件是多个对应的沟槽集光器。在一优选实施方式中，强度至少为钠钙玻璃的5X和更大或者强度至少为钠钙玻璃的7X和更大。作为实例，钠钙玻璃是厚度约为3.2mm或者略多或略少的传统钠钙玻璃，也可为低铁含量玻璃，例如由Asahi玻璃公司生产的玻璃、Saint Gobin玻璃等。
通过本实用新型可实现很多益处。例如，本太阳能模组为生产工艺提供一个简单的结构。根据本实用新型实施方式的太阳能模组消除了一些材料(例如，丙烯酸)的使用并且减少了用于集光器结构的玻璃材料的量。 本太阳能模组可利用较少的工艺步骤而制成，因而成本低，并且由于材料的热膨胀系数很少不匹配，所以提高了产品的可靠性。
通过参考本说明书的其余部分和附图可进一步理解本实用新型的本质和优点。
附图说明
图1是使用传统集光元件的太阳能模组的分解图；
图2A和图2B是根据本实用新型实施方式的太阳能模组的一部分的截面图和斜视图；
图3是根据本实用新型的替代实施方式的太阳能模组的一部分的截面图；
图4A、图4B和图4C是光学示意图，示出了根据倾斜角等于纬度而优化的本实用新型实施方式的太阳能模组在夏至、春分或秋分、冬至时的入射光；
图5A、图5B和图5C是光学示意图，示出了根据倾斜角与纬度不同而优化的本实用新型实施方式的太阳能模组在夏至、春分或秋分、冬至时的入射光；
图6是根据本实用新型的实施方式的太阳能模组的简图；
图7是用于根据本实用新型实施方式的本太阳能模组的测试结果的简图；
图8是根据本实用新型实施方式的本太阳能模组的输出功率的简图；
图9是根据本实用新型实施方式的本太阳能模组的抗冲击测试的简图。
具体实施方式
本实用新型的实施方式提供用于太阳能模组的结构和制造方法，例如可运用于太阳能电池板的太阳能模组。更具体地，本实用新型提供一种用于大面积太阳能模组的高冲击集光太阳能玻璃。本实用新型的实施方式使用集光器元件来减少所需的光伏材料量，从而降低整体成本。值得注意的是示出的具体实施方式仅用于说明目的并表示实例。本领域技术人员将认识到其他变化、修改和替代。
图1是传统太阳能模组100的分解图。如图所示，传统太阳能模组通常从后往前地包括以下元件：后盖构件102；多个光伏条带104，多个细长的集光器元件106与光伏条带对齐并通过光学透明的粘接剂108固定至光伏条带；以及盖构件110，通过光学透明的粘接材料112附接至集光器透镜。后盖构件102可由玻璃或聚合物材料制成，并且盖构件110可由玻璃或透明的聚合物材料制成。集光器透镜106可以是玻璃或聚合物，并且如图所示具有等腰梯形的横截面，但也可以是已知的其他横截面形状，包括具有一个或多个曲线部分的横截面。
这种类型的结构受到某些限制。例如，不同的材料通常以不同的热膨胀系数为特征，这会导致降低产品可靠性的机械应力。此外，当集光器透镜由诸如丙烯酸的某种聚合无材料制成时，在环境或溶剂的影响下集光器透镜会损坏。
示例性结构
图2A和图2B是根据本实用新型实施方式的太阳能模组200的一部分的截面图和斜视图。基底构件202支撑多个细长的光伏区206。集光器 透镜结构208(有时简称为集光器或集光器结构)叠置在光伏区上，并且包括与光伏区对齐的多个集光器元件210。在该实施方式中，光伏区相对于集光器元件居中，但以下描述的其他实施方式具有的光伏区相对于集光器元件偏置。
集光器可利用光学弹性体粘接至光伏条带，光学弹性体如乙烯醋酸乙烯酯共聚物，例如DuPontTM 
EVA树脂等。在一具体实施方式中，光伏条带被封装在聚氟乙烯(PVF)材料中，例如DuPontTM 
聚氟乙烯。在另一个具体实施方式中，通过层叠集光器、EVA薄膜、光伏条带和PVF背板来形成模组。背板封装光伏条带和相关的布线，并且可考虑成限定基底。典型的背板结构可包含三层，其中聚酯薄膜夹于两层PVF之间。然后可将这种层叠结构安装至框架(未示出)中。
给出的集光器元件的横截面包括向下看为凸状的上部212以及下面的矩形底部。如图所示，横截面的上部是圆弧形的，但也可以是其他形状。如上所述，横截面的上部可包括一个或多个圆形、椭圆形、抛物线或直线部分，或此类形状的组合。上表面有时被称为凸面。
如图2A以及示出已注出相关的光伏区的单个集光器元件210的图2B的斜视图所示，给出的光伏区以宽度214为特征，而给出的集光器元件以高度216、沿横向的宽度218、以及沿纵向的长度220为特征。由于多个集光器元件整合地形成集光器结构的各部分，所以宽度对应于光伏区的横向间距，以及类似地对应于集光器元件的间距。高度216也对应于集光器的厚度。如果集光器元件横截面的上部包括圆弧，则这部分以曲率半径为特征。
基底构件202可由玻璃、聚合物或任何其他合适的材料制成。光伏区206优选地配置为条带，并且可基于硅，例如，单晶硅、多晶硅或非晶硅材料。即，利用划线和/或锯切工艺从功能性的传统硅基太阳能电池中切割出每个条带。作为实例，这种传统太阳能电池可来自于SunPower公司、 中华人民共和国的Suntech Power公司等。替代地，光伏条带可由薄膜光伏材料制成。该薄膜光伏材料可包含CIS、CIGS、CdTe等。根据实施方式的不同，每个光伏条带可具有的宽度范围为约2mm到约10mm。在典型的实施方式中，光伏条带是从晶圆上切割的，而在其他实施方式中，光伏条带可设置在基底上(尽管可能非常困难)。
集光器结构可由具有适当的光学特性的玻璃材料制成，例如，具有低铁含量的太阳能玻璃。在一具体实施方式中，还将玻璃回火以将它配置为应变状态。除此之外，也可使用其他玻璃材料，例如石英、石英玻璃。在一些实施方式中，利用挤出工艺来制造集光器结构，使得集光器元件沿着玻璃板的移动方向延伸。在其他实施方式中，集光器结构由透明聚合物材料制成，例如丙烯酸、聚碳酸酯等，它们也能被挤出成型。在一些实施方式中，也可能希望模制集光器结构。
集光器元件的上部的凸形配置提供聚光效应，由此入射到集光器元件的顶面上的平行光聚合。因此，当光到达下面的光伏条带的平面时，光被限制在横向尺寸小于集光器元件的横向尺寸并且也可能小于光伏条带的横向尺寸的区域中。集光器元件的聚光特性可以以放大率为特征。在具体实施方式中，放大率的范围为约1.5至约5。换句话说，当透过集光器元件观看光伏条带时，光伏条带呈现为实际宽度的约1.5至5倍。
如图2A和图2B所示，集光器元件的上表面与横向平面相交以限定出对向角度小于180°的圆弧，但这不是必需的。圆弧的交点通常是圆滑的，以提供圆底沟槽。放大率至少部分地由高度、宽度和曲率定义。增加放大率将需要增加集光器结构的厚度。这将需要更少的光伏材料，但可能导致集光器材料的更大损耗并导致模组更重。本领域技术人员将认识到可能会进行权衡。其他的细节可参见以上引证的美国专利申请第12/687,862号。
如图2A中的放大气球所示，集光器结构设有涂层225。可选择涂层材料，以防止在表面上形成灰尘和其他污染物。Saint-Gobain Glass公司销 售他们所称的注册商标为SGG BIOCLEAN的“自清洁”玻璃。Saint-Gobain Glass网站上的说明描述了以下操作：
玻璃外侧上的透明涂层利用太阳和雨水两者的能量有效地去除灰尘和污垢。暴露于阳光中存在的紫外线引起有机污物的分解并防止矿物灰尘粘结于玻璃表面。它还变为“亲水的”，意思是当下雨时，雨水滑过玻璃，而不形成水滴，冲走破碎的残余污垢。仅需要少量的阳光就可激活涂层，从而即使在阴天自清洗洁能也起作用。干旱期间简单的水冲洗将有助于保持窗户清洁。
Boire等人的题为“Substrate with a Photocatalytic COating(具有光电催化涂层的基底)”的美国专利第6,846,556号描述了一种此类玻璃。K2Conservatories有限公司的K2玻璃部门也生产并销售他们所称的易清洁系统，即“一种将普通玻璃转换为‘无粘性’易清洁玻璃的系统”。
维基百科提供了多种自清洁玻璃的供应商，如下(引文省略)：
·Pilkington声称该公司的Pilkington Activ品牌是首次出现的自清洁玻璃。它使用厚度为15nm的微晶二氧化钛透明涂层。通过化学气相沉积涂覆该涂层。
·PPG实业公司的SunClean品牌也使用利用专利工艺涂覆的二氧化钛涂层。
·Cardinal Glass实业公司的Neat Glass具有通过磁控管溅射涂覆的厚度小于10nm的二氧化钛层。
·Saint-Gobain的SGG Aquaclean(第一代，仅有亲水性，2002)和Bioclean(第二代，既有感光性又有亲水性，2003)。通过化学气相沉积涂覆Bioclean涂层。
如以上所描述的涂层可与其他涂层结合来提高太阳能模组的性能。例如，可使用防反射涂层来增加太阳能模组捕获的光量。加利福利亚州雷德 伍德城城的XeroCoat股份有限公司及其子公司澳大利亚布里斯班的XeroCoat私有有限公司声称他们正致力于澳大利亚气候准备计划的资助，以针对由聚集的灰尘和泥土以及反射导致的太阳能效率的损失。
图3是根据本实用新型的替代实施方式的太阳能模组300的一部分的截面图。在该实施方式中，集光器透镜的凸面被更改，从而能够更容易地制造，尤其是对于玻璃材料而言。如图3的简图中所示，每个集光器元件的凸面具有平的中央部分325，该中央部分的每侧上为曲面部分。虚线示出可能的连续曲面。该“截平”轮廓通常在挤出期间确定，而不是通过去除初始曲表的部分而形成。这种“截平”配置会是有利的。例如，有效地减小了集光器透镜结构的厚度，减少了所用材料的量，并且因而还减轻了太阳能电池板的最终重量。此外，“截平”配置能够捕获更多的散射光，进一步提高了太阳能电池板的性能。
角度等于纬度时的固定或可调整倾斜
图4A、图4B和图4C是光学示意图，示出了用于具有光伏条带406和集光器元件410的太阳能模组400的固定或可调整倾斜安装配置。图4A示出了夏至时的入射光；图4B示出了春分或秋分时的入射光；图4C示出了冬至时的入射光；
该太阳能模组可与图2A和图2B所示的模组200相似。模组的每个光伏条带406设置在它们对应的集光器元件410的中心。为了方便，示出的水平面(标识为430)相对于附图倾斜一角度(标识为440)，该角度等于纬度，从而在图中示出的模组是水平的。现实中，模组将以等于纬度的倾斜角与水平面倾斜。示意性地示出了安装结构450，但未示出具体的安装支架或其他细节，并且可遵循任何可接受的标准设计。对于安装至具有的倾斜角与纬度不同的斜屋顶，可能需要使用具有的倾斜角在模组的角度与屋顶的角度之间的安装结构。对于屋顶的倾斜角等于纬度的情况，安装结构可以为屋顶本身。
众所周知，太阳与水平面的最大年变化角度为47°(是地球的倾斜角23.5°的两倍)，春分或秋分时的角度为90°减去纬度。因而，例如在50°N处，在夏至时太阳与水平面的最大角度为63.5°，在春分或秋分时为40°，并且在冬至时为16.5°。相似地，在赤道处，夏至时，在地平线的北端之上与水平面的最大角度为66.5°；在春分或秋分时为90°(即，正头顶上)；以及在冬至时，在地平线的南端之上的最大角度为66.5°(即，在头顶的极值±23.5°之间变化)。
如图所示，将模组倾斜与纬度匹配的角度使得整体效率最大化，因为通过该太阳能模组捕获全年的直射阳光。太阳在春分或秋分时以正入射击中模组，并且在夏至和冬至以相对正入射±23.5°击中模组。因而，使光伏条带相对于集光器元件居中是最优的。然而，不总是能够将模组倾斜成与纬度匹配，并且以下的描述是倾斜角不同于纬度的模组配置。
处于不同于纬度的角度的固定倾斜
图5A、图5B和图5C是光学示意图，示出了用于具有光伏条带506和集光器元件510的太阳能模组500的固定倾斜安装配置。图5A示出了夏至时的入射光；图5B示出了春分或秋分时的入射光；图5C示出了冬至时的入射光。如同图4A-图4C的情况，示出的水平面(标注为530)相对于附图倾斜一角度(标注为540)，从而在图中示出的模组是水平的。
在该实施方式中，倾斜角不同于纬度。除了光伏条带506与集光器元件510的中心偏移以使全年收集的太阳能最大化之外，该太阳能模组可与图2A和图2B示出的模组200相似。使用与纬度不同的倾斜角通常由将太阳能电池板直接安装至倾斜角已确定的现有屋顶的需求所控制。屋顶以参考标号550示意性地示出。未示出具体的安装支架或其他结构，并且可遵循将太阳能电池板安装在倾斜屋顶上的任何可接受的标准设计。
尽管可以设计一种建筑使得其屋顶对于建筑的纬度而言可以最佳的角度倾斜，但应当理解的是其他限制条件会控制屋顶的倾斜。也可以将太阳能模组相对于屋顶以期望的倾斜角安装，这会是以上所描述的倾斜角等于纬度的实施方式的情况。直接安装可具有相对简洁和坚固的优点，在多风的环境下尤其有利。
考虑一个具体的实例，屋顶倾斜20°并且纬度为45°N。对于该纬度，在冬至和夏至之间，太阳与地平线的最大角度在21.5°至68.5°之间变化，并且在春分或秋分时为45°。这意味着，从正入射到水平面所测得的入射角从六月21.5°变化到十二月68.5°。假设屋顶的本征方向(proper direction)具有20°的倾斜，则从正入射到屋顶的最大入射角在六月的1.5°到十二月的48.5°之间变化。
在该实例中，使太阳能模组朝向太阳倾斜20°将改善相关的方位，在六月太阳几乎正入射(与模组平面成88.5°或从正入射到模组为1.5°)。在十二月，太阳相对于模组的角度优于没有倾斜的情况，但在一年中，太阳将总是偏至正入射的一侧。光伏条带相对于集光器元件的偏移更有效地捕获入射辐射。对于纬度大于倾斜角的该实例，光伏条带在向上方向上偏移；如果倾斜角超过纬度，将以向下方向进行偏移。
制造方法
在一具体实施方式中，制造230瓦特太阳能模组的方法包括：提供包含表面区域的基底构件、在基底的表面区域上设置多个光伏条带、提供集光器透镜结构。基底构件可为玻璃材料、聚合物材料等。可利用取放工艺设置光伏条带并且光伏条带可以阵列配置进行布置。在一具体实施方式中，使用合适的粘接材料。
在一具体实施方式中，集光器透镜结构可由玻璃材料或光学透明的聚合物材料制成。优选地，玻璃材料是具有低铁含量的太阳能玻璃。在一具 体实施方式中，多个细长的凸面区配置在集光器结构内部。多个细长的凸面区中的每个配置为提供约1.5至约5的放大率。根据该实施方式，多个光伏条带可利用诸如单个化工艺或切割工艺的技术形成。根据应用场合，多个光伏条带中的每个可具有范围为1.5mm到约10mm的宽度。
在一具体实施方式中，本方法包括利用诸如EVA或UV固化材料的光学透明的粘接剂将多个细长的凸面区耦接至每个对应的光伏条带。可将该太阳能模组插入一框架构件内，以进一步保护太阳能模组的边缘并为太阳能电池板提供刚度。当然，也可以有其他的修改、变化和替换。
为证明本实用新型的原理和操作，在具体模组样品上进行了试验。作为实例，我们生产了根据本实用新型的具有集光特性的模组。作为实例，该模组包括基底构件、以阵列配置设于基底构件上的多个光伏条带(例如，从功能性的太阳能电池切割出的光伏条带)、设于光伏条带上的集光器结构、以及优选地位于在集光器结构上的涂层。光伏条带大致沿纵向延伸并且沿横向相互隔开。光伏条带的中心到中心的间距优选地大于条带的横向尺寸，从而存在没有光伏材料的居间基底部分。
集光器结构形成有沿光伏条带的纵向延伸的多个细长的集光器元件(有时称为透镜元件)。作为实例，集光器元件可由适当的材料制成，诸如低铁含量玻璃或其他类似的材料。至少对于集光器元件位于同一平面中的那些实施方式，它们的中心到中心的间距大致等于光伏条带的间距。每个集光器元件沿给定条带的方向纵向延伸并且横向地交叉各条带的方向。形成给定的集光器元件，使得平行光入射在集光器元件的顶面上，当光到达下面的光伏条带平面时被限制在横向尺寸小于集光器元件的横向尺寸并且也可小于光伏条带的横向尺寸的区域中。在示出的实施方式中，集光发生在上表面，但集光可发生在集光器的下表面。事实上，在普通透镜的情况下，可使两个表面具有集光性。这种集光器模组的实例已在本说明书中描述，且下面更详细地描述。
在一具体实施方式中，集光器元件彼此邻近并且具有大致相同的形状。集光器元件的曲面区以曲率半径约为3.18mm为特征。每个集光器元件包括平顶区。例如，该平顶区约为0.5mm。集光器元件的平顶区和底部之间的厚度约为6mm。尤其是，集光器元件的曲率半径和平顶区的尺寸特别设计成将光有效地集中在光伏条带上。在一具体实施方式中，集光器元件的高度可为5mm或更大或者10mm或更大。当然，可以有其他变化、修改和替换。
如上所述，集光器模组大致由玻璃材料制成，例如，低铁含量玻璃、钠钙玻璃。例如，集光器模组可具有约为1610mm×1610mm×6mm或更大的尺寸。
在各种实施方式中，以与传统玻璃生产设备匹配的工艺生产集光器构件。在一优选实施方式中，透明度至少为90％的低铁含量玻璃被用作集光器材料。集光器模组被制造成玻璃带形状，其中集光器元件通过模制工艺形成。通常，使用旋转类型的模制设备来形成大致相同的形状和/或图案。为了形成圆柱形透镜作为集光器元件和平边，使用专门形成的模具。更具体地，特别设计制造集光器构件时所使用的专用模具，以形成集光器图案、平边和它们的过渡部分。例如，使用两种类型的模具；一种类型的模具用于形成集光器元件的圆柱形透镜图案，并且另一种类型的形状稍微不同的模具用于形成具有弯曲区和平直区的集光器边缘。
在一些实施方式中，两块或多块集光器元件由单块玻璃带制成。在分离之前，两个相邻的集光器元件由一平直区隔开。当这两个相邻的集光器元件彼此分开时，之前隔开两个集光器构件的平直区形成集光器构件的平边。
如图所示，集光器玻璃具有大致平坦的第一表面。集光器构件在第一表面和带有花纹的第二表面之间具有至少为6mm的厚度。第二表面包括集光器区以及可选的两个边缘区。集光器区布置在两个边缘区之间。每个 集光器条带的特征是在具体实施方式中大致为半圆柱形且半径小于5mm。本实用新型的其他细节可见于下面的附图。
图6是根据本实用新型的实施方式的太阳能模组的简图。如图所示，该太阳能模组包含适当的材料，包括集光器玻璃、光伏条带、EVA、带连接器和背板。一旦制造出模型，将进行以下描述的测试。
图7是根据本实用新型实施方式的本太阳能模组的测试结果的简图。
图8是根据本实用新型实施方式的本太阳能模组的输出功率的简图。如图所示，输出功率是令人满意的并且达到传统太阳能电池的性能要求。下面更详细地描述玻璃的出乎意料的抗冲击特性的其他细节。如图所示，包括多个细长构件的集光器玻璃被证实比传统的平坦的太阳能玻璃更坚固。虽然认为集光器元件容易沿沟槽区破裂和/或破损，但抗冲击特性基本上比想象的更高，并且确实是一个不显然的也是意料之外的结果。表1中示出的是具有230瓦特额定功率的某种太阳能模组。表2还示出了对于本太阳能模组的分别在注解中的机械载荷、大雪和机械载荷下的循环1、2和3。
表1：本模组的特征
表2：抗冲击特性
注解：循环1：以2400Pa的载荷进行机械载荷测试
循环2：以5400Pa的载荷进行大雪载荷测试
循环3：以7200Pa的载荷进行机械载荷测试
图9是根据本实用新型实施方式的本太阳能模组的抗冲击测试的简图。如图所示，抗冲击特性大于7200Pa载荷，这远高于由钠钙玻璃和/或低铁含量玻璃制成的传统太阳能玻璃。还如图所示，我们意外且不显然地发现本太阳能装置能够通过以低成本方式切割多个条带并重新组装耦接至本集光器元件而作为传统的太阳能模组。此外，在其他特性中，本模组具有较高的抗冲击性。据认为，沟槽和带的存在将导致较低的抗冲击强度，因为沟槽可能是易碎区和/或划线区。当然，可以有其他变化、修改和替换。
以上是本实用新型具体实施方式的完整描述，但以上描述不应视为对由权利要求限定的本实用新型范围的限制。
Claims (13)
1.一种太阳能模组装置，其特征在于，包括：
具有表面区的基底；
一个或多个光伏区，叠置在所述基底的表面区上；
抗冲击玻璃构件，具有以平行配置方式在空间上布置的多个细长的集光元件，并且所述抗冲击玻璃构件能够相应地耦接至所述多个细长的集光元件。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述一个或多个光伏区是对应的光伏条带，所述多个光伏条带中的每个由光伏电池切割而成。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述抗冲击玻璃构件包括平面区和集光区，所述集光区包括以平行配置方式在空间上布置的所述多个细长的集光元件，所述抗冲击玻璃构件由低铁含量玻璃制成，每个所述细长的集光元件的曲率半径为5mm或更小且厚度大于5mm，至少两个所述细长的集光元件包括位于两个或多个所述细长的集光元件之间的沟槽结构。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括设置在所述基底的表面区与所述一个或多个光伏区之间的第一密封剂材料以及设置在所述抗冲击玻璃构件与所述一个或多个光伏区之间的第二密封剂材料。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个细长的集光元件分别是多个沟槽集光器。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述集光器具有大于1000mm的长度和大于1700mm的宽度。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述抗冲击玻璃构件的放大率为1.5倍或更大。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述光伏区包括硅太阳能电池。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述太阳能模组装置安装在追踪系统上。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，一个或多个所述光伏区以偏移配置方式可操作地耦接至对应的一个或多个细长的集光元件。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个光伏区中的每个具有1.5mm至12mm的宽度以及156mm至1000mm的长度。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个细长的集光元件中的每个包括截平的孔区。
13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括设置成保护所述太阳能装置的框架构件。
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