CN204652307U - 一种微透镜吸光和微球硅聚光组合的太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种微透镜吸光和微球硅聚光组合的太阳能电池，主要包括：内部为中空的底座、固定在底座上端的支撑体、数字控制系统、蓄电池，微透镜结构薄膜太阳能电池平分为两组竖直置于所述底座的侧面上，所述支撑体包括固定在底座上的支架及通过转轴转动地设置于所述支架顶端的活动板，聚光微球硅太阳能电池置于活动板上，所述支架上设置有通过传动机构驱动转轴的步进电机，所述数字控制系统由蓄电池供电且分别与微透镜结构薄膜太阳能电池及步进电机电路连接。本实用新型实现薄膜电池吸收弱光散光、聚光微球硅太阳能电池始终处于最强光照方向，实现强弱光进行一体化发电，提高太阳能电池发电效率。

Description

一种微透镜吸光和微球硅聚光组合的太阳能电池
技术领域
本实用新型涉及太阳能发电和数字控制领域，尤其涉及一种微透镜吸光和微球硅聚光组合的太阳能电池。
背景技术
目前都认为太阳能电池发电时所吸收的都是直射光，但实际情况是太阳光到达地球时并不是单纯的直射光，而是含有大量的散射光，现有的太阳能电池都无法充分利用这部分散射光，影响太阳能电池的发电效果，使用单晶硅太阳能电池板弱光条件下无法充电，而仅使用非晶硅太阳能电池板虽然弱光条件下可以发电，但是强光下其发电效果远不如单晶硅。另外，现有的太阳能电池组件都是在固定条件下进行发电，而一天中太阳的位置是变化的，这使得太阳能电池的发电能力受到限制。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种吸光微透镜与聚光微球硅组合结构电池，该电池可最大限度的提高太阳能利用率。该组合结构电池是由吸光微透镜结构薄膜太阳能电池和聚光微球硅太阳能电池共同组成的，微透镜薄膜电池位于装置底部固定不动，用于弱光下吸收周围的散光进行发电，聚光微球硅太阳能电池位于装置顶部可自适应旋转，始终处于最强光照方向进行发电，并且整个系统是由组合结构电池进行供电。
本实用新型通过如下方案实现的：
一种微透镜吸光和微球硅聚光组合的太阳能电池，包括：内部为中空的底座、固定在底座上端的支撑体、数字控制系统、蓄电池，N 1 个微透镜结构薄膜太阳能电池平分为两组竖直置于所述底座的侧面上，所述N 1 ≥2且为偶数，所述支撑体包括固定在底座上的支架及通过转轴转动地设置于所述支架顶端的活动板，N 2 个聚光微球硅太阳能电池置于活动板上，所述N 2 ≥1，所述支架上设置有通过传动机构驱动转轴的步进电机，所述聚光微球硅太阳能电池及微透镜结构薄膜太阳能电池的正极均通过二极管连接蓄电池的正极，所述聚光微球硅太阳能电池及微透镜结构薄膜太阳能电池的负极连接蓄电池的负极，所述数字控制系统由蓄电池供电且分别与微透镜结构薄膜太阳能电池及步进电机电路连接。
进一步地，所述传动机构为齿轮传动或带轮传动。
进一步地，所述数字控制系统为单片机。
进一步地，所述微透镜结构薄膜太阳能电池基板为光学玻璃或透光度高的树脂，其表面被加工出微结构阵列，底面镀有非晶硅发电材料层，微结构阵列深度为50~800微米，间距为100~1000微米，微结构角度为30~120度。
进一步地，所述聚光微球硅太阳能电池为设置在柔性金属基板上的聚光球冠结构，包括设有具有pn结的微球硅和抛物面反射镜，所述微球硅直径为0.5~2毫米，所述具有pn结的微球硅位于抛物面反射镜的聚光焦点处，所述微球硅通过正电极连接柔性金属基板，所述微球硅通过的负电极连接抛物面反射镜。
进一步地，所述数字控制系统和蓄电池之间以及步进电机与蓄电池之间连接设置有在晚上或阴雨天自动断开蓄电池与数字控制系统及步进电机之间回路的光敏电阻，以减少系统在阴雨天和晚上对电能的损耗。
本实用新型每间隔固定时间，比较两组微透镜结构薄膜太阳能电池的电压，利用数字控制系统控制步进电机带动聚光微球硅太阳能电池向电压高的一边转动，同时比较两组微透镜结构薄膜太阳能电池的电压差和标准电压，当两电压之差最小时步进电机停止转动，以保证微球硅太阳能电池处于最强光照下进行充电。步进电机的转动速度、间隔时间以及转动的角度均由数字控制系统设定。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
（1）聚光微球硅太阳能电池可自适应旋转，始终处于最强光照方向进行充电。
（2）一体化设计,充分利用了聚光微球硅太阳能电池强光下发电效果好、微透镜结构薄膜太阳能电池弱光散光发电的优势，实现强弱光互补进行发电。
（3）非晶硅薄膜电池表面加工出微透镜结构，吸收周围的散光，提高其光电转化效率，提高组合结构电池的发电效果。
（4）利用数字控制系统对整个装置进行数字控制，步进电机的转动速度、间隔时间以及转动的角度可以通过单片机进行调整，以适用于不同的环境。
附图说明
图1 为本实用新型实施例的整体结构示意图。
图2 为本实用新型实施例的自适应跟踪太阳旋转原理图。
图3为 本实用新型实施例的微透镜结构薄膜太阳能电池光路示意图。
图4 为本实用新型实施例的聚光微球硅太阳能电池立体结构示意图。
图5为本实用新型实施例的聚光微球硅太阳能电池主视示意图。
图6为本实用新型实施例的聚光微球硅太阳能电池剖视示意图。
图中所示为：1-微透镜结构薄膜太阳能电池；2-底座；3-聚光微球硅太阳能电池；4-支撑体；5-步进电机；6-传动机构；7-转轴；8-数字控制系统；9-二极管；10-蓄电池；11-抛物面反射镜；12-具有pn结的微球硅；13-正电极。
具体实施方式
为更好理解本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，但是本实用新型要求保护的范围并不局限于实施例所表示的范围。
如图1为本实用新型的整体结构示意图，包括内部为中空的底座2， N 1 个微透镜结构薄膜太阳能电池1平分为两组竖直置于底座2的侧面上，所述N 1 ≥2且为偶数，N 2 个聚光微球硅太阳能电池3置于支撑体4上，所述N 2 ≥1。图2为本实用新型实施例的自适应跟踪太阳旋转原理图，当太阳出现在某一位置时，对比两组微透镜结构薄膜太阳能电池两端电压，通过数字控制系统8触发步进电机5转动，再由齿轮结构的传动机构6传动，带动聚光微球硅太阳能电池3绕转轴7转动，并在步进电机5每转动一个角度后比较两组微透镜结构薄膜太阳能电池1电压差和设定的标准电压，当两电压之差最小时，步进电机5停止转动，使得聚光微球硅太阳能电池3始终面向太阳，微透镜结构薄膜太阳能电池1和聚光微球硅太阳能电池3组合电池处于最佳状态发电并存储于蓄电池10，部分供给数字控制系统8和步进电机5。如图3所示，所述微透镜结构薄膜太阳能电池1平分成两组通过二极管9与蓄电池10构成充电回路，具体连接为：N 1 个微透镜结构薄膜太阳能电池1平分成两组，每组并联后负极与蓄电池10的负极连接，所述蓄电池10的正极与二极管9的负极连接，二极管9的正极与微透镜结构薄膜太阳能电池1的正极连接构成充电回路。
如图2所示，所述聚光微球硅太阳能电池3通过二极管9与蓄电池10构成充电回路，具体连接为：N 2 个聚光微球硅太阳能电池3与二极管9连接后并联与蓄电池10构成充电回路。
所述二极管9的单向导电性保证了光线过于微弱或黑暗情况下，蓄电池10不会反向放电。
如图3所示，照射到微透镜结构薄膜太阳能电池1的平行光在微透镜结构的作用下发生散射（反射和折射），提高光通量，进而提高发电效率。
如图4至图6所示，具有pn结的微球硅12处于抛物面反射镜11的焦点，照射到抛物面反射镜11的平行光在反射镜的聚焦作用下到达到具有pn结的微球硅12，提高照射到pn结上的光通量，进而提高发电效率，且所述具有pn结的微球硅12为单晶硅，且有强光发电的特点。
在光照强度为20~2000瓦/平方米，所述微透镜结构薄膜太阳能电池1转换的电压为0.05伏~4伏，其尺寸为50毫米*50毫米*3毫米（长*宽*厚），其表面具有微沟槽结构阵列，微沟槽的角度为30~120度，微沟槽深度为50~800微米，相邻微沟槽间距为50~700微米；所述聚光微球硅太阳能电池3转换的电压为0.02伏~6伏，其尺寸为150毫米*50毫米*1毫米（长*宽*厚），表面具有球冠结构，微球硅直径为0.5~2毫米；所述步进电机5的转速10~100转/分，输出扭矩为2~10牛米。
在一个实施例中，所述底座2为具有中空的六棱柱台，选择聚光微球硅太阳能电池3的数量N 2 =2，其尺寸为150毫米*50毫米*1毫米（长*宽*厚），其基板为柔性金属，表面具有聚光的球冠结构，如图5所示，微球硅直径为1毫米；微透镜结构薄膜太阳能电池1的数量N 1 =4，其尺寸为50毫米*50毫米*3毫米（长*宽*厚），其基板为玻璃，表面具有微透镜结构阵列，微沟槽的角度为60度，微沟槽深度为700微米，相邻微沟槽间距为808微米。步进电机5和转轴7之间的传动机构6选择齿轮传动，数字控制系统8选用的是51单片机，由51单片机设定的步进电机5转速为60转/分，从8点到18点每2小时对比一次两组微透镜结构薄膜太阳能电池1两端电压，并与设定的标准值进行对比，当两者的差值大于阈值1V时，自适应装置向电压高的那边旋转30度以跟踪太阳达到最佳光照方向。
在另一个实施例中，所述底座2为具有中空的正方体底座，选择聚光微球硅太阳能电池3的数量N 2 =4，其尺寸为150毫米*50毫米*1毫米（长*宽*厚），其基板为柔性金属，表面具有聚光的球冠结构，如图5至图6所示，微球硅直径为 1毫米；微透镜结构薄膜太阳能电池1的数量N 1 =4，其尺寸为50毫米*50毫米*3毫米（长*宽*厚），其基板为玻璃，表面具有微透镜结构阵列，微沟槽的角度为90度，微沟槽深度为500微米，相邻微沟槽间距为900微米。步进电机5和转轴7之间的传动系统6选择皮带传动，数字控制系统8选用的是51单片机，由51单片机设定的步进电机转速为60转/分，从9点到17点每1小时对比一次两组微透镜结构薄膜太阳能电池1两端电压，并与设定的标准值进行对比，当两者的差值大于阈值1V时，自适应装置向电压高的那边旋转15度以跟踪太阳达到最佳光照方向，当连续三次电压差与设定标准值对比小于阈值1V时，判断为阴雨天，装置不再对比电压和旋转，以节约能源。
在另一个实施例中，所述数字控制系统8和蓄电池10之间以及步进电机5与蓄电池10之间添加有光敏电阻，在晚上或阴雨天自动断开蓄电池10与数字控制系统8及步进电机5之间的回路，以减少系统在阴雨天和晚上对电能的损耗。其他结构与实施例二相同。
上述实施例仅为本实用新型的三种情况，太阳能电池也可为微透镜结构薄膜太阳能电池1和聚光微球硅太阳能电池3之外的其它种类太阳能电池，其数量也可随环境不同选取，在阴天等光照强度更弱或光照强度更强的环境下同样可以增加太阳能电池的充电时间，提高组合结构电池发电效果。
本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种微透镜吸光和微球硅聚光组合的太阳能电池，其特征在于，包括内部为中空的底座(2)、固定在底座(2)上端的支撑体(4)、数字控制系统(8)、蓄电池(10)，N 1 个微透镜结构薄膜太阳能电池(1)平分为两组竖直置于所述底座(2)的侧面上，所述N 1 ≥2且为偶数，所述支撑体(4)包括固定在底座(2)上的支架及通过转轴(7)转动地设置于所述支架顶端的活动板，N 2 个聚光微球硅太阳能电池(3)置于活动板上，所述N 2 ≥1，所述支架上设置有通过传动机构(6)驱动转轴(7)的步进电机(5)，所述聚光微球硅太阳能电池(3)及微透镜结构薄膜太阳能电池(1)的正极均通过二极管(9)连接蓄电池(10)的正极，所述聚光微球硅太阳能电池(3)及微透镜结构薄膜太阳能电池(1)的负极连接蓄电池(10)的负极，所述数字控制系统(8)由蓄电池(10)供电且分别与微透镜结构薄膜太阳能电池(1)及步进电机(5)电路连接；
所述微透镜结构薄膜太阳能电池(1)基板为光学玻璃或透光度高的树脂，其表面被加工出微结构阵列，底面镀有非晶硅发电材料层，微结构阵列深度为50~800微米，间距为100~1000微米，微结构角度为30~120度；
所述聚光微球硅太阳能电池(3)为设置在柔性金属基板上的聚光球冠结构，包括设有具有pn结的微球硅(12)和抛物面反射镜(11)，所述微球硅直径为0.5~2毫米，所述具有pn结的微球硅(12)位于抛物面反射镜(11)的聚光焦点处，所述微球硅通过正电极(13)连接柔性金属基板，所述微球硅通过的负电极连接抛物面反射镜(11)。
2.根据权利要求1所述的微透镜吸光和微球硅聚光组合的太阳能电池，其特征在于：所述传动机构(6)为齿轮传动或带轮传动。
3.根据权利要求1所述的微透镜吸光和微球硅聚光组合的太阳能电池，其特征在于：所述数字控制系统(8)为单片机。
4.根据权利要求1至3任一项所述的微透镜吸光和微球硅聚光组合的太阳能电池，其特征在于：所述数字控制系统(8)和蓄电池(10)之间以及步进电机(5)与蓄电池(10)之间连接设置有在晚上或阴雨天自动断开蓄电池(10)与数字控制系统(8)及步进电机(5)之间回路的光敏电阻。
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