CN203734606U - 一种聚光太阳能模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种聚光太阳能模组，其特征在于，其包括：主聚光器、太阳能电池芯片、反光筒及次聚光器；所述反光筒固定在所述太阳能电池芯片的光活性面上，其内部为反射层；所述次聚光器固定在所述反光筒上，包括上透镜和下透镜；所述主聚光器将接收的光入射至所述上透镜，所述上透镜将从主聚光器接收的光入射至所述下透镜，所述下透镜将从上透镜接收的光入射至所述反光筒内部的反射层，所述反射层将从下透镜接收的光反射至所述太阳能电池芯片的光活性面。本实用新型改善了太阳能聚光模组的可靠性、耐用性和节能性，很好地降低光伏组件成本，太阳能利用率高。

Description

一种聚光太阳能模组

技术领域

本实用新型涉及太阳能领域，尤其涉及一种聚光太阳能模组。

背景技术

目前，在所有新能源中，太阳能是最为理想的再生能源之一，其作为自然能源，洁净、无污染、取之不尽用之不竭，充分开发利用太阳能成为世界各国政府可持续发展的能源战略决策。将太阳能直接转换为电能是大规模利用太阳能的一项重要技术基础，也是一种支撑我国国民经济可持续发展的新能源技术。太阳能电池大致可分为三代。第一代为硅晶电池，可大致分为单晶硅和多晶硅两种，其商业应用的历史最长。当前，硅太阳能电池的转换效率要想再进一步提高已经非常困难，而现有的太阳能电池的转换效率远远不能满足诸多领域的应用，如何进一步提高太阳能电池的转换效率具有重要的现实意义。第二代为薄膜太阳能电池，主要构成材料为非晶硅与二六族化合物半导体，常被运用于建筑一体化光伏发电。第三代即为以砷化镓太阳能电池为代表的高效多结太阳能电池，针对太阳光谱，在不同的波段选取不同禁带宽度的半导体材料做成多个太阳能子电池，最后将这些子电池串联形成多层太阳能电池，从而可以极大程度地提高太阳能电池的转换效率。其运用于太空领域已有较长的历史，但由于砷化镓电池的价格相对高昂，因此过去很少被用于地面及家庭消费。为了降低砷化镓的高昂价格所带来的成本压力，近年来提出在砷化镓电池上搭配聚光光学单元而构成高倍聚光光伏组件，以利用较少面积的砷化镓电池吸收较大面积的太阳光(一般大于100:1)。

光伏发电目前正步入第三代聚光光伏（CPV）技术。CPV技术的核心是III-V族聚光多结太阳能电池，由多个具有不同带隙的半导体子电池通过隧穿结连接而成的，不同子电池吸收不同波段的太阳光谱，从而可以将尽可能多的太阳能转换为电能。以其独特的设计思想和较高的光电转换效率，多结太阳能电池已成为目前世界光伏领域各科研单位、企业进行太阳能电池研究的基本电池结构。此类电池可以将数百上千倍的太阳能通过聚光透镜浓缩聚焦到一个很小的电池芯片上发电，从而大规模节约了太阳能电池晶片，但是较高的聚光倍数（～1000X）可以使聚光电池获得较大的开路电压和短路电流的同时，也将使电池产生更大的串联电阻，这严重影响了电池的填充因子，促使电池转换效率的降低。其具有光电转换效率高（>44%）、温度特性好、能耗回收周期短等优点，可以最大限度的利用太阳能资源，降低建设电站对环境的破坏。多结III-V化合物半导体太阳能电池以多种带隙宽度不同的半导体材料吸收与其带隙宽度相匹配的那部分太阳光，从而实现对太阳光的宽光谱吸收，由于其体积小重量轻，在空间技术和军用充电设施中具有广泛应用。同时，高倍聚光型太阳能电池系统在大规模的产业化应用也引起了广泛的重视。随着器件设计的优化和材料质量的提高，III-V族化合物太阳能电池的效率在不断提高。

但影响多结太阳能电池整体效率的因素不断出现，比如器件结构生长、电极制作、模组设计等。其中，模组是连接多结太阳能电池材料和应用之间的重要桥梁，因此，设计出一种使得多结太阳能电池的太阳能吸收转化效率更高，以及可靠性更高的模组成为一种发展趋势。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种聚光太阳能模组，其太阳能利用率高，可靠性高，成本低。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案，一种聚光太阳能模组，其包括：主聚光器、太阳能电池芯片、反光筒及次聚光器；所述反光筒固定在所述太阳能电池芯片的光活性面上，其内部为反射层；所述次聚光器固定在所述反光筒上，包括上透镜和下透镜；所述主聚光器将接收的光入射至所述上透镜，所述上透镜将从主聚光器接收的光入射至所述下透镜，所述下透镜将从上透镜接收的光入射至所述反光筒内部的反射层，所述反射层将从下透镜接收的光反射至所述太阳能电池芯片的光活性面。

优选的，所述上透镜的表面涂覆有防反射涂层。

优选的，所述主聚光器为菲涅尔透镜。

优选的，所述反射层为金属层。

优选的，在太阳能电池芯片和底板之间还设有绝缘散热基座，所述绝缘散热基座通过粘合剂胶粘在底板上。

优选的，上述聚光太阳能模组还包括外框，所述外框包括顶板和底板，所述主聚光器固定设置在所述顶板的内侧、所述太阳能电池芯片固定在所述底板上。

进一步的，所述外框还包括左侧板和右侧板，左侧板和右侧板与水平面夹角为θ，其中θ的取值范围如下：

0≤θ≤arctg[(R-W)/2H]

其中，R是左侧板和右侧板之间的水平距离，H是主聚光器到底板之间的距离，W是绝缘散热基座的宽度。

优选的，在太阳能电池芯片两侧的绝缘散热基座上还分别设有一绝缘散热层，在绝缘散热层的顶面和底面分别涂布有第一导电膜层和第二导电膜层，其中一侧的第一导电膜层和太阳能电池芯片电连接，绝缘散热层通过法兰与下透镜相连接。

优选的，所述上透镜为半径为R、弦长为D、高度为h2的弓形球体；反光筒的直径为d，其高度为h4；次聚光器与主聚光器的上表面的距离为h1；下透镜直径为2R、高度h3的圆柱体，其前表面和后表面为相互平行的平面，其中各器件的尺寸关系如下：

h1+h2+h3=F

0.5d<h2<0.07F

0<h3<4mm;d<h4<3d

(h2+h3)<R<2.5*(h2+h3)

1.5*S*(F-h1-h2)<D<2.5*S*(F-h1-h2)

1.4<n<1.7

其中，F为主聚光器的总焦距；S为主聚光器的的光圈；n为各器件的折射率。

本实用新型采用以上设计方案，为高倍聚光型太阳能电池系统提供一种新型的、含有主聚光器和次聚光器的模组，其提高了太阳能聚光模组的可靠性、耐用性和节能性，很好地降低光伏组件成本，且其设计简单可靠，具有很高的工艺可控性，为生产提供一个长期稳定及安全运行的保证，太阳能利用率高；并且本实用新型通过实现各个部件最优化设计方案，可使得吸收的太阳辐射能最大限度地对准光电活性面，进而降低模组的光学损耗、最大限度体现多结太阳能电池材料超高转化效率的优势，并提高模组的可靠性和延长太阳能电池组件的寿命。

附图说明

图1为本实用新型聚光太阳能模组实施例一的剖视结构示意图；

图2为本实用新型聚光太阳能模组反光筒横截面结构示意图；

图3为本实用新型聚光太阳能模组实施例一的光线传播示意图；

图4为本实用新型聚光太阳能模组实施例二的剖视结构示意图；

图5为本实用新型聚光太阳能模组各器件的尺寸标示示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一：

如图1、图2所示，本实用新型一种聚光太阳能模组包括：

主聚光器1：所述主聚光器1固定设置在一顶板5的内侧；

太阳能电池芯片2：所述太阳能电池芯片2固定在一底板6上；

反光筒3：所述反光筒3固定在太阳能电池芯片2的光活性面21上，其内部为反射层31；

次聚光器4：所述次聚光器4固定在反光筒3上，包括上透镜41和下透镜42；

所述主聚光器1将接收的光入射至所述上透镜41，所述上透镜41将从主聚光器1接收的光入射至所述下透镜42，所述下透镜42将从上透镜41接收的光入射至所述反光筒3内部的反射层31，所述反射层31将从下透镜42接收的光反射至所述太阳能电池芯片2的光活性面21。

如图3所示，本实用新型聚光太阳能模组在工作时，光入射到主聚光器1，再从主聚光器1出射后入射到上透镜41，接着从上透镜41出射后入射到下透镜42，然后从下透镜42出射后入射到反光筒3内部的反射层31，最后经由反光筒3内部的反射层31反射后入射到太阳能电池芯片2的光活性面21。

其中，所述反射层31可以为金属层，主聚光器1为菲涅尔透镜，底板6可以为金属底板。

实施例二:

如图4所示，与实施例一不同的是，本实施例中所述聚光太阳能模组还包括左侧板7、右侧板8、前板和后板（前板和后板未画出），其与顶板5和底板6构成一外框；在太阳能电池芯片2和底板3之间还设有一绝缘散热基座9，所述绝缘散热基座9通过粘合剂胶粘10在底板6上。在太阳能电池芯片2两侧的绝缘散热基座9上还分别设有绝缘散热层12，在绝缘散热层12的顶面和底面分别涂布有第一导电膜层11、和第二导电膜层13，其中一侧的第一导电膜层11和太阳能电池芯片2电连接，绝缘散热层12通过法兰14与下透镜42相连接；所述上透镜41的表面涂覆有防反射涂层43。在各个器件和外壳之间还有一透明罩体15。

其中，所述左侧板7和右侧板8为镀锌钢板，具体应用中也可采用铝板或铝合金板，底板6为玻璃底板。

其中，左侧板7和右侧板8与水平面夹角为θ，其中θ的取值范围如下：

0≤θ≤arctg[(R-W)/2H]

如图5所示，R是左侧板7和右侧板8之间的水平距离，H是主聚光器1到底板6之间的距离，W是绝缘散热基座9的宽度，本实用新型通过θ取值范围随着相关尺寸的变化，其可以实现太阳能的最大吸收和利用。具体应用中因为arctg[(R-W)/2H]的值域为[-π/2，π/2]，所以θ的取值范围为：0≤θ≤π/2，实施中以θ为90°进行说明。

本实用新型中所述上透镜41为半径为R、弦长为D、高度为h2的弓形球体；反光筒3的直径为d，其高度为h4；次聚光器4与主聚光器1的上表面的距离为h1；下透镜42直径为2R、高度h3的圆柱体，其前表面和后表面为相互平行的平面，其中各器件的尺寸关系如下：

h1+h2+h3=F

0.5d<h2<0.07F

0<h3<4mm;d<h4<3d

(h2+h3)<R<2.5*(h2+h3)

1.5*S*(F-h1-h2)<D<2.5*S*(F-h1-h2)

1.4<n<1.7

其中，F为主聚光器1的总焦距；S为主聚光器1的的光圈；n为各器件的折射率。

本实用新型为高倍聚光型太阳能电池模组结构中的光学器件提供一种可通过计算实现了最优化设计方案。当整体结构中的光学器件之间相互关系满足本实用新型所要求的计算范围，入射光线可以形成为全内反射，进而最大限度地被多结太阳能电池材料所吸收。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种聚光太阳能模组，其特征在于，其包括：主聚光器、太阳能电池芯片、反光筒及次聚光器；所述反光筒固定在所述太阳能电池芯片的光活性面上，其内部为反射层；所述次聚光器固定在所述反光筒上，包括上透镜和下透镜；所述主聚光器将接收的光入射至所述上透镜，所述上透镜将从主聚光器接收的光入射至所述下透镜，所述下透镜将从上透镜接收的光入射至所述反光筒内部的反射层，所述反射层将从下透镜接收的光反射至所述太阳能电池芯片的光活性面。

2.根据权利要求1所述的聚光太阳能模组，其特征在于：所述上透镜的表面涂覆有防反射涂层。

3.根据权利要求1所述的聚光太阳能模组，其特征在于：所述主聚光器为菲涅尔透镜。

4.根据权利要求1所述的聚光太阳能模组，其特征在于：所述反射层为金属层。

5.根据权利要求1所述的聚光太阳能模组，其特征在于：在太阳能电池芯片和底板之间还设有绝缘散热基座，所述绝缘散热基座通过粘合剂胶粘在底板上。

6.根据权利要求5所述的聚光太阳能模组，其特征在于：所述聚光太阳能模组还包括外框，所述外框包括顶板和底板，所述主聚光器固定设置在所述顶板的内侧、所述太阳能电池芯片固定在所述底板上。

7.根据权利要求6所述的聚光太阳能模组，其特征在于：所述外框还包括左侧板和右侧板，左侧板和右侧板与水平面夹角为θ，其中θ的取值范围如下

0≤θ≤arctg[(R-W)/2H]

其中，R是左侧板和右侧板之间的水平距离，H是主聚光器到底板之间的距离，W是绝缘散热基座的宽度。

8.根据权利要求5所述的聚光太阳能模组，其特征在于：在太阳能电池芯片两侧的绝缘散热基座上还分别设有一绝缘散热层，在绝缘散热层的顶面和底面分别涂布有第一导电膜层和第二导电膜层，其中一侧的第一导电膜层和太阳能电池芯片电连接，绝缘散热层通过法兰与下透镜相连接。

9.根据权利要求1所述的聚光太阳能模组，其特征在于：所述上透镜为半径为R、弦长为D、高度为h2的弓形球体；反光筒的直径为d，其高度为h4；次聚光器与主聚光器的上表面的距离为h1；下透镜直径为2R、高度h3的圆柱体，其前表面和后表面为相互平行的平面，其中各器件的尺寸关系如下：

h1+h2+h3=F

0.5d<h2<0.07F

0<h3<4mm;d<h4<3d

(h2+h3)<R<2.5*(h2+h3)

1.5*S*(F-h1-h2)<D<2.5*S*(F-h1-h2)

1.4<n<1.7

其中，F为主聚光器的总焦距；S为主聚光器的的光圈；n为各器件的折射率。