一種低倍聚光光伏發電模塊的製作方法

2024-03-23 18:34:05

專利名稱：一種低倍聚光光伏發電模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種聚光太陽能電池組件模塊，屬太陽能光伏技術領域。
背景技術：
隨著全球能源的日漸枯竭和人類環保意識的增強，以矽光伏電池為核心的太陽能發電事業近年來有了飛速的發展。目前，太陽能電池組件主要有兩種，即傳統的平板式太陽能光伏電池板和聚光式太陽能電池組件。傳統的平板式太陽能光伏電池板在太陽光照射下發電，使用的矽片較多，發電成本居高難下，無法與火電、水電等競爭，而且由於其矽光電池串使用EVA膠層固封，易發生令業界頭痛的黃斑效應，影響透光，甚至燒毀，且又無法局部更新，結果使昂貴的整塊組件模板報廢。此外，這種矽光電池採用0. 3-0. 6mm厚的EVA密封保護膠層、以及未加有效技術處理的玻璃板，會削弱入射的有效光強、降低光電轉換效率。聚光式太陽能電池組件減少了昂貴的電池片的使用量，一般使用費涅耳透鏡、拋物面鏡等光學元件實現高倍聚光。這種發電系統均設置太陽跟蹤和水冷裝置，以解決光斑偏離電池片的問題或因溫升而致電池片失效的問題。雖然跟蹤技術和冷卻技術是成熟的， 但其設備的製造、運行、維修等成本較高，要佔總系統成本的30%以上，從而使通過聚光技術降低發電成本的初衷落空。此外，這種聚光光斑的光強分布均勻性差，不利於電池片的正常工作。有的聚光式發電系統使用反射式鬥型聚光裝置，它適合低倍聚光系統，雖然省去了水冷系統、避免了光強分布均勻性差的缺點，但因其聚光效率較低，十幾倍的聚光比設計在實踐中只能得到3倍左右的聚光效果，聚光效率不到10%(此處所謂聚光效率是指照射到矽電池片上的光能與入射光能的比值)。有的聚光式發電系統還需另設跟蹤系統，結果使降低成本的初衷也大打折扣。此外，已有聚光式發電系統的玻璃板外表面因未加保護，3-5年就會因自然侵蝕而透光率下降，降低了系統的使用效果與壽命。因此，如何克服現有光伏發電系統的技術瓶頸，大幅度降低光伏系統發電成本，使太陽能發電系統的效率得到提升，是有關技術人員面臨的難題。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足、提供一種發電成本低的低倍聚光光伏發電模塊。本發明所述問題是以下述技術方案實現的
一種低倍聚光光伏發電模塊，它包括太陽能電池片、散熱底板、鏡面聚光器、鍍膜透明蓋板和邊框；所述各太陽能電池片成行設置，它們通過絕緣導熱粘接層均勻粘結於散熱底板上，並通過匯流帶串聯成電池串；相鄰兩行太陽能電池片之間設置與散熱底板整體擠壓成型或分離成型的橫截面為人字形的條狀鏡面聚光器，把入射光線會聚在電池片上；所述鍍膜透明蓋板覆蓋在鏡面聚光器的上方；散熱底板(9)、鏡面聚光器(1)與鍍膜透明蓋板(4)密封裝配成一體，內部充入保護性氣體。上述低倍聚光光伏發電模塊，所述鍍膜透明蓋板採用玻璃或透明樹脂基板，所述玻璃或透明樹脂基板外表面為平面，內表面為橫截面呈鋸齒形的折面，把入射光線經折射會聚到太陽能電池片下方幾個釐米處，在玻璃或透明樹脂基板的外表面或/和內表面鍍有光學薄膜，所述光學薄膜採用常規膜料，所述常規膜料取自二氧化矽、二氧化鈦、二氧化鋯、 三氧化二鋁、五氧化二鈮、五氧化二鉭、或氟化鎂，鍍成單層、雙層、三層或多層複合光學介質薄膜。上述低倍聚光光伏發電模塊，相鄰兩鏡面聚光器的上部間距與下部間距(即電池片寬度)之比(即幾何聚光比)為2 15，鏡面聚光器側面與太陽能電池片平面之間的夾角在115° 135°範圍內，聚光器反射面為平面、折面或曲面。設計透射聚光+反射聚光系統，使入射光線在垂直入射和不太大仰角的斜入射時，最多經一次反射就能全部會聚在矽片上，保證了聚光效率不會因斜入射而急劇下降。一個典型的包容仰角是士7°，大於一天中主要光照時段內太陽仰角的變化量，因此可以免去日跟蹤機構，只需在日常維護中季節性地調整發電模塊的仰俯角，夏季大約一個月、冬季大約一周調整一次即可，以保證獲得更多的電能。上述低倍聚光光伏發電模塊，所述太陽能電池串上設置保護性的緻密透明介質薄膜，所述緻密透明介質薄膜覆蓋在太陽能電池片、匯流帶和焊點上，使之免受潮氣、氧氣等的自然侵蝕，所述緻密透明介質薄膜的厚度為10-200nm。上述低倍聚光光伏發電模塊，所述散熱底板上設置鏡面聚光器的定位槽，散熱底板的厚度為0. 5 3mm，其正面是定位凹槽，背面是凸槽。上述低倍聚光光伏發電模塊，入射太陽光經鍍膜透明蓋板折射匯聚後的直線稱為焦線，所述焦線平行於條狀鏡面聚光器且位於太陽能電池片的下方幾個釐米處。本發明的光伏發電模塊，密封組裝後內部充滿純淨氮氣或其它保護性氣體，使電池串、鏡面反射器免受潮氣、氧氣等的自然侵蝕。本發明集中了傳統的平板式太陽能光伏電池板使用和聚光式太陽能電池組件兩者的長處，避開了兩者的短處。本發明以緻密透明介質薄膜取代傳統太陽能電池組件中的 EVA膠層保護電池串，在使電池串受到保護的同時提高了透光率、避免了黃斑效應、方便了產品的局部維修，有利於降低產品的製作成本，具有成本低、性能可靠、使用方便的優點，為太陽能發電技術的推廣創造了條件。另外，本發明不再像傳統聚光式太陽能電池組件那樣， 強烈地依賴跟蹤來提高效率，從而在成倍地減少矽電池片使用量的同時，免去了日跟蹤，綜合成本可下降20%以上。


下面結合附圖對本發明作進一步說明。圖1是本發明的結構示意圖； 圖2是圖1的俯視圖3是鍍膜透明蓋板的結構； 圖4是圖3的俯視圖5是太陽能電池片在散熱底板上的安裝示意圖。
圖中各標號為1、鏡面聚光器；2、匯流帶；3、太陽能電池片；4、鍍膜透明蓋板；5、 玻璃或透明樹脂基板；6、光學薄膜；7、聚光器定位槽；8、邊框；9、金屬散熱底板；f、焦線。
具體實施例方式參看附圖，本發明在組件模塊的玻璃或透明樹脂基板5外表面鍍光學薄膜6製成鍍膜透明蓋板4，光學薄膜6是複合光學薄膜。玻璃或透明樹脂基板5的厚度為2. 8 5毫米。玻璃或透明樹脂基板5的外表面 (陽光照射面)或/和內表面用二氧化矽(Si02)、二氧化鈦(Ti02)、二氧化鋯(Zr02)、三氧化二鋁(A1203)、五氧化二鈮(Nb205)、五氧化二鉭(Ta205)、氟化鎂(MgF)為原料，鍍成單層、 雙層、三層或多層複合光學介質薄膜。對這些膜料進行恰當的搭配和厚度設計，可以使鍍膜透明蓋板4對太陽光譜有關波段(0. 4 1. 1 μ m)具有增透作用，不同的膜系設計可得到不同的增透效果；對上述波段以外的紫外光和近紅外光有阻擋作用；對透明蓋板的外表面有抗磨耐腐蝕的保護功能。這有助於提高產品性能、延長產品使用壽命。矽電池串不放置在焦線位置上，而是位於焦線的上方幾個釐米處，一個典型值是位於焦線上方3cm。這樣可以提高光強分布的均勻性，提高非垂直入射時對偏角的包容性。鏡面聚光器1為反射式聚光，反光面為平面、折面或曲面。本發明所說聚光倍數是指相鄰兩鏡面聚光器1的上部間距與下部間距(即電池片寬度)之比(即幾何聚光比)。本發明設定的聚光倍數為2 15，實際應用中需要在2-15倍範圍內選擇。聚光倍數的一個典型值是9倍，鏡面聚光器1的橫截面為人字形，光線穿過鍍膜透明蓋板4後，除直射到太陽能電池片3上的那部分光線外，其它入射光線經相鄰兩鏡面聚光器1側壁的一次反射，也都匯聚並進入太陽能電池片3。鏡面聚光器1的反射面與太陽能電池片之間的夾角和人字形截面的彎曲類型(拋物線柱面、圓柱面)和彎曲程度，需根據聚光倍數等設計要求具體計算確定，一般夾角在115° 135°範圍內，其中一個典型值是120°，它兼顧了較好的聚光效果和較薄的厚度選擇，其聚光效率達80%以上。鏡面聚光器1的聚光倍數、側壁與下底面所成角度、聚光單元數量可根據發電模板功率等參數設計來選擇，並與上面的鍍膜透明蓋板4、下面的散熱底板9的尺寸相配合， 其數值直接影響到模板的大小和厚度。太陽能電池片3採用方形或長條形常規晶體矽電池片。一行太陽能電池片3的寬度與相鄰兩鏡面聚光器1下部間距一致。按設計好的間隔距離和行數，把電池片正負極串聯焊接成電池串。晶體矽電池片的電極引線有兩種形式，一種是晶體矽電池片的正負極分設在正、背兩個面上，則連線(匯流帶)也分別焊接在正、背兩個面上；另一種是晶體矽電池片的正負極均設在背面上，則連線也均焊接在背面上。串聯焊接成電池串後，用5-50nm厚的緻密透明介質薄膜保護電池串免受溼氣、氧氣等的自然侵蝕，使之正常工作25年以上。參看圖1、圖5，散熱底板9用帶有聚光器定位槽7的金屬板製成，它是矽太陽能電池組件的依託板和散熱器。由於本裝置的太陽能電池片3中的工作電流是通常太陽能電池的數倍，所以太陽能電池片3要絕緣地、導熱良好地固定在金屬散熱底板9上，其兩側是用來嵌放鏡面聚光器1側壁下緣的聚光器定位槽7。為了清楚地表示太陽能電池片3在散熱底板上的排列方式，可參見圖2.散熱底板9厚度為0. 5 3mm，其正面是凹槽，背面是凸槽，這樣更有利於散熱，機械強度也因有筋而增強。太陽能電池片3通過絕緣導熱粘接層與散熱底板9貼合粘結，也可以把散熱底板 9預加工成鋁基印製板，再把矽片直接焊接在鋁基印製板上。把鍍膜透明蓋板4、鏡面聚光器1、太陽能電池片3、散熱底板9密封組裝在一起，構成組件模塊。本發明不再像傳統的平板式太陽能光伏電池板那樣，用層壓機把電池串熱壓封入 EVA膠層中，從而縮短了生產周期、簡化了組件製作工藝、免除了 EVA膠層黃熱斑危害、方便了組件的局部維修。這種緊湊的組件結構像個中空的門板，根據不同的功率要求，可有大小不同的尺寸。
權利要求
1.一種低倍聚光光伏發電模塊，其特徵是，它包括太陽能電池片(3)、散熱底板(9)、鏡面聚光器(1)、鍍膜透明蓋板(4)和邊框(8)，所述各太陽能電池片(3)成行設置，它們通過絕緣導熱粘接層均勻粘結於散熱底板(9)上並通過匯流帶(2)串聯成電池串；相鄰兩行太陽能電池片(3)之間設置橫截面為人字形的條狀鏡面聚光器(1);所述鍍膜透明蓋板(4)覆蓋在鏡面聚光器(1)的上方；散熱底板(9)、鏡面聚光器(1)與鍍膜透明蓋板(4)密封裝配成一體。
2.根據權利要求1所述低倍聚光光伏發電模塊，其特徵是，所述鍍膜透明蓋板(4)採用玻璃或透明樹脂基板(5)，所述玻璃或透明樹脂基板(5)外表面為平面，內表面為橫截面呈鋸齒形的直線型聚光折面，在玻璃或透明樹脂基板(5)的外表面或/和內表面鍍有光學薄膜(6)，所述光學薄膜(6)採用常規膜料，所述常規膜料取自二氧化矽、二氧化鈦、二氧化鋯、三氧化二鋁、五氧化二鈮、五氧化二鉭或氟化鎂，鍍成單層、雙層、三層或多層複合光學介質薄膜。
3.根據權利要求1或2所述低倍聚光光伏發電模塊，其特徵是，相鄰兩鏡面聚光器(1) 的上部間距與下部間距之比為2 15，鏡面聚光器(1)側面與太陽能電池片之間的夾角在 115° 135°範圍內，聚光器反射面為平面、折面或曲面。
4.根據權利要求3所述低倍聚光光伏發電模塊，其特徵是，所述太陽能電池片(3)、匯流帶和焊點上設置緻密透明介質薄膜，所述緻密透明介質薄膜覆蓋在太陽能電池片(3)、匯流帶和焊點上，所述緻密透明介質薄膜的厚度為10-200nm。
5.根據權利要求4所述低倍聚光光伏發電模塊，其特徵是，所述金屬散熱底板(9)上設置鏡面聚光器定位槽(7)，散熱底板的厚度為0. 5 3mm，其正面是定位凹槽，背面是凸槽。
6.根據權利要求5所述低倍聚光光伏發電模塊，其特徵是，入射太陽光經鍍膜透明蓋板(4)折射匯聚為直線焦線，所述焦線平行於條狀鏡面聚光器(1)且位於太陽能電池片(3) 的下方幾個釐米處。
全文摘要
一種低倍聚光光伏發電模塊，它包括太陽能電池片、散熱底板、鏡面聚光器、鍍膜透明蓋板和邊框；所述各太陽能電池片成行設置，它們通過絕緣導熱粘接層均勻粘結於散熱底板上，並通過匯流帶串聯成電池串；相鄰兩行太陽能電池片之間設置橫截面為人字形的條狀鏡面聚光器，把入射光線會聚在電池片上；所述鍍膜透明蓋板覆蓋在鏡面聚光器的上方；散熱底板、鏡面聚光器與鍍膜透明蓋板和邊框密封組裝在一起。本發明集中了傳統的平板式太陽能光伏電池板和聚光式太陽能電池組件兩者的長處、避開了兩者的短處，具有成本低、性能可靠、使用方便的優點，為太陽能發電技術的推廣創造了條件。
文檔編號H02N6/00GK102222713SQ201110041618
公開日2011年10月19日 申請日期2011年2月21日 優先權日2010年7月22日
發明者李國昌, 杜阿青 申請人:廣西天洋機電設備有限公司, 李國昌