日輻射發電的製作方法
2023-10-25 20:23:37
專利名稱：日輻射發電的製作方法
技術領域：
本發明涉及利用太陽的輻射能發電，更具體地說涉及光電池系統和類似的裝置，在這個系統中，照射來的陽光通過一系列透鏡聚焦到一組太陽能電池上，由該組太陽能電池發電。
電力研究學會(EPRI)期刊發表的下列文章是具有代表性的現有技術「高密集度光電池模件的設計」EPRI·AP-4752，1986年8月;「高密集度(500X)光電池系統的初步設計「EPRI·AP-3263，1984年12月;和「點接觸式矽太陽能電池」EPRI·AP-2859，1983年5月。
如上述文章所公開的那樣，一種典型的光電池系統是由一組呈矩形金屬盒形式的60個「模件」構成的。各模件頂面有一對透鏡組件或「單元」。各透鏡「單元」是個透明板，板上裝有一組共24個透鏡，將照射來的陽光聚焦到模件內的一組太陽能電池的各電池上。各透鏡單元的周邊裝有聚合物製成的密封件，減少水漏進模件中的機會。60個模件裝在一個結構格柵上，形成光電池系統，結構格柵由一個立式支柱支撐著。
每個模件中，24個太陽能電池中的每一個都形成為各電池組的一部分。每個電池組由下列各部分組成一個金屬安裝板，起散熱件的作用;一個扁平的陶瓷電絕緣件，焊接在安裝板頂部;一對電極，焊接在電絕緣件頂部，與安裝板電絕緣;一個扁平的矽太陽能電池，焊接在該對電極頂部，而且與各電極電連接;一個四邊形的稜鏡反射器或「輔助光學元件」，焊接到太陽能電池頂部，通過反射將照射來的陽光引向太陽能電池的作用區，如果沒有這個反射器，則照射來的陽光會照不到電池的作用區。
各模件內有四個串聯的太陽能電池與另外四個串聯的太陽能電池並聯連接。這類八個太陽能電池組成的電池組共有六組，彼此串聯連接。
本發明的特點是要採用一些不同方法通過下列措施降低日輻射發電的成本提供高效(一定量的日輻射能產生大量的電能)的硬體;提供造價低的製造方法;取消硬體的各部件;解決漏水和冷凝引起的問題。
從一個方面講，本發明提出了一種用以在例如發電廠中利用日輻射發電的大型光電池系統。該光電池系統有一個大型整體式結構格柵，在X和Y方向上大幅度縱橫延伸，支撐在一個支柱上。整體結構格柵是指彼此以某些角度連接在一起、彼此之間形成許多區間的多重結構構件。結構格柵的深度足以使光電池系統在結構上具有一定的剛度。大量的透鏡組件(每一組件至少包含一塊透鏡)直接由整體結構格柵的各結構構件支撐在結構構件之間的區間內。這些透鏡組件將整體結構格柵的上邊封住。整體結構格柵的其它各邊也都封閉著。結構格柵各結構構件之間形成的區間中配置有多個太陽能電池，並將它們安置在能通過各透鏡組件的各透鏡射來的陽光的位置上。透鏡組件與結構格柵的結構構件形成一個整體。
從另一方面講，本發明提出了這樣的一種日輻射發電裝置，該發電裝置有一個由下列各部分組成的電路板一個平面電絕緣層;一個上導電導熱層，由一個電絕緣層支撐著，且與電絕緣層有熱傳導關係;一個傳熱散熱構件，在電絕緣構件底下延伸，與電絕緣構件有熱傳導關係。該上導電層隔斷，因而隔斷區的各相鄰部分彼此電絕緣，同時也作為正負導體用。上導電層的隔斷區跨接有一個太陽能電池，固定在導電層的正負部分上，與該部分具有導電傳熱關係。
本發明的另一個方面的光電池系統具有這樣的特點，該系統具有大量的共平面透鏡組件，這些組件將光電池系統的上邊封住。透鏡組件的下方配置有多個太陽能電池。該系統還包括多個擋水板，每個擋水板都有一個安置在第一透鏡組件邊界下方的第一部分，一個安置在第二透鏡組件邊界上方的第二部分，和在第一與第二部分之間延伸的垂直擋水面，該擋水面用於擋水，並防止水進入第二透鏡組件底下。該系統還包括多個小水槽，安置在各個共平面透鏡組件之間的缺口底下，配置成使其能收集通入各缺口中的水，以及收集擋水板的垂直擋水面所擋住的水，並將收集到的水引離光電池系統，從而防止所收集的水進入光電池系統中。
從另一方面講，本發明提出了製造日輻射發電裝置的一種方法。該方法是將焊料塗敷到電路板上，在電路板上方安置一個電池安裝架，電路板的各結構件可與電池安裝架配合，使電池安裝架在電路板上精確就位。在電路板不為電池安裝架阻擋的部位安置一個焊片，電池安裝架的邊在將焊片安置到電路板該部位時與焊片接合。使焊片熔化，在太陽能電池上塗上焊料。將太陽能電池安置在因焊片熔化而熔化的焊料上方，電池安裝架的邊就在太陽能電池安置在電路板該部位的過程中與太陽能電池接合。使熔化的焊料冷卻，於是在太陽能電池與電路板之間形成至少一個焊接點。然後將電池安裝架從電路板上拆除。
從下面的詳細說明和從權利要求書中可以清楚了解本發明的其它優點和特點。
先簡要地介紹附圖。
圖1是本發明的光電池系統的正視圖。
圖2是圖1的光電池系統的後視圖。
圖3是圖1的光電池系統的側視圖。
圖4是本發明用於光電池系統的電路板的示意圖。
圖5是圖4電路板的一部分的詳圖。
圖6是本發明裝在電路板一部分上的太陽能電池和輔助光學元件圖。
圖7是按照本發明由一個透鏡將照射來的陽光聚焦到太陽能電池上的局部剖視圖。
圖8是本發明用以將太陽能電池安裝到電路板上的電池安裝架的示意圖。
圖9是圖8電池安裝架的側視圖。
圖10是本發明光電池系統前表面一部分的局部剖視圖。
圖11是本發明的光電池系統沿圖1中的11-11線截取的一部分的剖視圖。
圖12是本發明的光電池系統沿圖2中的12-12線截取的一部分的剖視圖。
圖13是本發明的光電池系統沿圖1中的13-13線截取的一部分的剖視圖。
參看各附圖，特別參看附圖中的圖1、2和3。光電池系統10可與大量類似的光電池系統組合起來構成發電裝置。系統10有一個42.25英尺×29.5英尺×20英寸的外殼12。外殼12由一個內部的整體結構格柵(見圖11-13)支撐著，該結構格柵又由立式支柱16支撐著。支柱16通過驅動機構15與內結構格柵連接，驅動機構15將系統的內結構格柵配置成能使透鏡單元14朝向太陽。外殼設計成單件，這使部件的數量和封閉各太陽能電池和光電池系統10內電氣線路所需用的材料量減少到最少程度。
外殼12的正面有120個透鏡單元14(11行×11列透鏡單元減去一個在立式支柱與外殼12連接處的透鏡單元)，每個透鏡單元有24個菲涅耳透鏡(4行×6行)，將照射來的陽光聚焦到外殼12內的各太陽能電池上。外殼12的背面有120個電路板18，太陽能電池即裝在電路板18上與電路板18呈電連接。外殼12正面和背面上的各透鏡單元14和電路板18的邊緣區域上方設有多個裝配撐條20。外殼12的側面由金屬擋板22構成。外殼12內的各元件構製成使其暴露在集中照射的陽光下時不致燃燒。
圖1-3中所示的「一體化」的光電池系統設計，使用的硬體量最少。這種設計的另一個優點是系統的各部件便於裝運到現場組裝。舉例說，各電路板18可在卡車上一個堆放在另一個電路板上，直到卡車達到其載重量限額為止。重量輕佔地方大的大型模件盒無須裝運。
參看圖4。各電路板18長45.75英寸，寬31.75英寸，電路板有銅質頂層24和鋁質背層，彼此由電絕緣層隔開(如圖7中所示)，電絕緣層由浸環氧樹脂的玻璃纖維製成。銅質頂層24形成電路的各通路，並與各太陽能電池相連接，而傳熱的鋁質背層起散熱面的作用，玻璃纖維-環氧樹脂電絕緣層則將頂層24與背層電絕緣起來。
頂層24有一個寬0.100±0.002英寸的腐蝕線26，腐蝕線的中心線距電路板18的各邊緣2.62英寸。腐蝕線26在頂層24中形成一個隔斷條(通過頂層24下到電絕緣層的凹口)，將頂層24的內部與邊緣區域28電絕緣起來。邊緣區28有20個0.190英寸的螺絲孔30，各螺絲孔30彼此間隔7英寸，其中心距腐蝕線26的頂部1.72英寸，這些螺絲孔用以將電路板18安裝到電路板18底下的襯墊上(如圖13所示)。邊緣區28還有一些直徑為3/8英寸的滲水孔82，這些孔穿過電路板而鑽出，構成因漏洩或冷凝而在系統外殼內聚集的水的出口。雖然鑽孔30和滲水孔82在電路板18的邊緣區28與鋁質背層之間形成短路，但邊緣區28是與頂層24的起導電通路作用的內部電絕緣的。
縱腐蝕線32和橫腐蝕線34將頂層24的內部分成多個銅質電路通路條36。因此，腐蝕線32和34在頂層24中形成隔斷條(通過頂層24下降到電絕緣層的各凹口)，使相鄰的電路通路條36電絕緣，從而使相鄰的電路通路條36可作為那些跨接在縱腐蝕線32上且以導電(和傳熱)方式固定到兩個被縱腐蝕線32隔開的相鄰電路通路條36上的太陽能電池的正負導線。縱腐蝕線32寬0.028±0.002英寸，橫腐蝕線34寬0.100±0.002英寸。旁路二極體27連接在頭一個與最末一個電路通路條36之間，以便在一個或多個太陽能電池失靈時將電路板旁路，從而避免損及其餘的太陽能電池。
參看圖5，圖中示出了電路板18在縱腐蝕線32附近的一部分的細節。縱腐蝕線32有一個圍繞著寬0.195英寸、長0.467英寸的齒形區34的部分，該部分上方安置有一個太陽能電池(如圖6所示)。
電路板18的銅質頂層上的四個0.100英寸×0.100英寸的方形凹口37用以固定將太陽能電池焊接到電路板18上時使用的電池安裝架的各條腿(圖7和8中所示)。兩個方形凹口各自的中心分別在齒形區34的中心線左側0，395英寸處和該中心線右側0.395英寸處。底下的兩個方形凹口，其中心在腐蝕線32底部下方0.232英寸處。上面的兩個方形凹口，其中心在底下兩個方形凹口上方0.900英寸處。每一組的四個方形凹口37以兩鑽孔30(圖4)之間的垂直線與兩鑽孔30之間的水平線的交點為中心。
圖6和7都示出了裝在電路板18上的一個背接觸式方形矽太陽能電池38和裝在太陽能電池38頂上的一個四邊形稜鏡反射器或「輔助光學元件」40。輔助光學元件40通過反射將照射來的陽光引向太陽能電池38的作用區。如果沒有輔助光學元件40，則照射來的陽光會照不到太陽能電池38的作用區上。太陽能電池的「作用區」是指暴露在輔助光學元件40的四個邊之間的部位。太陽能電池38的作用區大小為1.265釐米×1.265釐米。
太陽能電池38在電流約為9.5安，電壓約為0.65伏時，發出的電力約為6.25瓦。整個系統含有2880個太陽能電池，因而發出的電力約為18，000瓦。
太陽能電池38的背面有多個被矽半導體材料所隔開的金觸點部分。太陽能電池38焊接到齒形區34正上方的電路板18上。齒形區34與太陽能電池38的其中一個金觸點部分電連接，電路板18上相鄰的電路通路條也與太陽能電池38的至少另一個金觸點部分電連接。
回過頭來再參看圖4。可以看出，電路板18形成這樣的一個電路，使電路中的各太陽能電池三個一組地彼此並聯連接，八個這樣的電池組彼此串聯連接。各電路板用相當於4號導線的金屬帶25與另一個電路板串聯連接，該金屬帶完全安置在系統外殼內，以防受天氣的影響。通過將各太陽能電池與至少另一個太陽能電池直接並聯連接(將各太陽能電池直接連接在一對其間至少有另一個太陽能電池直接並聯連接的電路節點之間)可以將弱電池存在的不良影響減小到最小程度。弱電池的伏安曲線(電壓作為電流的函數)在電流小於強電池的伏安曲線通過零伏時的電流時通過零伏。任何電池的伏安曲線通過零伏之後都急劇下降。當一個弱電池與一個或多個強電池直接串聯連接，且串聯連接的電池兩端的負荷相當小時，該一個或多個強電池將迫使電流通過弱電池，從而使弱電池產生大到足以抵消各強電池所產生的正電壓的負電壓，使整個發電過程受損。但一個弱電池直接與一個或多個強電池並聯連接時，該一個或多個強電池將迫使一個正電勢加到弱電池兩端，於是弱電池發出的電流小於該一個或多個強電池的電流。儘管弱電池發出的電流比強電池的電流小，但它終究在發電過程中發揮了作用，而不是抵消其它太陽能電池的發電作用而損害發電過程。
再參看圖6和7。焊接到電路板18上的銅接頭片46和48通過固定兩側部分42和44將輔助光學元件40固定到太陽能電池38上方，兩側部分42和44固定在輔助光學元件40在底座部位的各邊上。稜鏡輔助光學元件40的各邊與垂直方向成25度角。
參看圖7。透鏡單元14中的7英寸×7英寸的菲涅耳透鏡52與太陽能電池38之間的間距略小於20英寸。在透鏡與電池的這種間距下，焦距為20英寸的透鏡52將照射來的太陽光束以這樣的方式引向太陽能電池38的作用區使光束向下集中到太陽能電池38上的大小與太陽能電池38的作用區相等的一個圖形(pattern)上。因為透鏡52是個菲涅耳透鏡，所以從該透鏡出來的光有色差，每種顏色的光都有它自己的焦點。因此，在太陽能電池上的該圖形的邊緣僅由紅光組成，因為在可見光譜中波長最長的是紅光，其焦點比任何其它顏色的光距透鏡52更遠。
除非透鏡52與太陽能電池38或透鏡與太陽沒有對好，否則輔助光學元件40的內部反射面是不會將照射來的光束50的大部分反射出去的。如果沒有對好，則輔助光學元件40的內部反射面將會反射所有入射到內部反射面的射向太陽能電池作用區的光線。
應該指出的是，對任何已知波長的光來說，照射來的該波長的陽光，其焦點位於通過太陽能電池38且平行於透鏡52的一個平面的下方。任何焦點都不要在通過太陽能電池38的該平面的上方，這樣做有利。若有任何焦點位於太陽能電池上方，則照射來的陽光可能會「跨越」在這些焦點外的垂直光軸上。為了避免照射到輔助光學元件40的一個內表面的跨越射來的陽光被反射到輔助光學元件另一側的內表面上和防止從該另一側內表面跨越射來的陽光被反射出輔助光學元件40之外，須要將稜鏡輔助光學元件40的各邊製成與垂直方向成一個較小的角度。若所有的焦點都位於太陽能電池38的位置或在其下方，則輔助光學元件40可製成使其各邊與垂直方向所形成的角度大到足以使輔助光學元件40容許透鏡52與太陽能電池38之間因對不好而產生的誤差。當然，即使照射來的陽光的所有焦點都處在太陽能電池38的位置或該位置下方，但如果輔助光學元件40各邊構成與垂直方向的夾角過大，則照射到輔助光學元件40內表面上的光線可能會被反射到該輔助光學元件另一側的內表面上，且從該另一側內表面上的光可能會被反射出輔助光學元件之外。
陽光入射到太陽能電池38的密集度與陽光通過透鏡52之前的密集度，兩者的比值最好在150與250之間。密集度比值過大時，來自日光輻射的光子(一般認為這些光子撞擊太陽能電池38的半導體材料而使其中的電子發射出來)開始使太陽能電池飽和。因此，隨著密集度比值的增加，單位光子使太陽能電池產生的電子數越來越少，因而產生的電流也就小了。密集度比值約為200時，太陽能電池38的效率達到頂峰。
仍然參照圖7。電路板18是個層壓板，包括銅質頂層24，厚約0.002英寸，形成與各太陽能電池連接的電路通路;鋁質背層54，厚約0.030英寸，起散熱片的作用;和內部的電絕緣層56，厚約0.003英寸，最好是由浸環氧樹脂的玻璃纖維製成。玻璃纖維-環氧樹脂層56經乾燥之後以環氧樹脂粘附到銅層24和鋁層54上。雖然環氧樹脂是電絕緣的，但將銅層24和鋁層54壓在一起而環氧樹脂仍處於液體狀態時，光環氧樹脂層中就可能出現電氣短路。玻璃纖維-環氧樹脂層56中有了玻璃纖維，就可以避免銅層24和鋁層54當壓接在一起而環氧樹脂處於液體狀態時的彼此接觸。玻璃纖維-環氧樹脂層56的絕緣強度約為4000伏，而玻璃纖維-環氧樹脂層56兩端的溫降僅為約11°F。應該指出，玻璃纖維-環氧樹脂層的絕緣強度和該層兩端的溫降是作為該層厚度的函數而增加的。與玻璃纖維配用以製造玻璃纖維-環氧樹脂層56的環氧樹脂和用以將銅層24與玻璃纖維-環氧樹脂層56粘結起來的環氧樹脂都應選取得不致使電路板18在高溫下崩裂。要測定電路板18會否崩裂，可以將其加熱到420°F進行試驗。
電絕緣層56的絕緣強度要高，這一點很重要，因為光電池系統裝有960個串聯連接的太陽能電池組，每個電池組包含並聯的三個太陽能電池，其電壓比上一個電池組的電壓高大約0.65伏。在另一個實施例中，本發明的光電池系統裝有1440個串聯連接的電池組，每個電池組包含並聯連接的兩個太陽能電池，在此情況下，光電池系統內的電壓能高達900伏。
電絕緣體的導熱率一般很低。但重要的是，電絕緣層56兩端的溫降要儘可能低。進入光電池系統的日輻射能，大約有25%可變換成電能，其餘的75%作為熱量被光電池系統吸收。太陽能電池中矽的溫度上升時，電池兩端的電壓就下降。因此，玻璃纖維-環氧樹脂電絕緣層56過厚，太陽能電池可能會發熱到效率降低的溫度。
不然也可以不採用玻璃纖維-環氧樹脂層而對鋁層54的頂面進行發黑陽極化處理，從而形成經陽極化處理的電絕緣膜，構成電絕緣層56。這個經陽極化處理的電絕緣膜，以環氧樹脂粘附到銅層24上，其絕緣強度約為800伏。環氧樹脂的厚度約為0.001英寸。製造電路板的上述另一種方法，可以用在這樣一種光電池系統中該系統中的太陽能電池彼此互連成使電路板兩端的最大電勢為300伏，例如，裝有480個串聯連接的太陽能電池組、而每個電池組約由六個太陽能電池並聯連接組成的系統。我們記得，太陽能電池串聯連接時，各電壓相加，太陽能電池並聯連接時，各電流相加。
太陽能電池在電路板上應安置成使其相對於所有其它太陽能電池的精確度為±0.005英寸。參看圖8和9。鋁質電池安裝架58在焊接工序中用作實際導向件，用這個導向件將太陽能電池和銅接頭片固定到電路板上，使太陽能電池和銅接頭片在電路板上安裝的精確度達到±0.002英寸。電池安裝架58長1.088英寸，寬0.888英寸，厚0.125英寸(不包括腿60的厚度)。四個腿60，其尺寸為0.098英寸×0.098英寸×0.010英寸，設計成可以裝入電路板上的方形凹口37(圖6)中。
在太陽能電池焊接到電路板上的方法中，先將焊料塗到電路板上，然後將電池安裝架58放在電路板上太陽能電池應焊接的位置上。電池安裝架58的中心缺口區62，其尺寸為0.772英寸×0.454英寸，在將焊片安置到電路板上和在焊片熔化後將太陽能電池安置到焊料頂上時起導向作用。應該指出，雖然必須在太陽能電池與電路板之間形成多個電接點(如上面結合圖6所述的那樣)，但只須要在中心缺口區62中放上一個焊片，這是因為，焊料熔化時不會粘附到電路板銅表面上的腐蝕線下方的玻璃纖維-環氧樹脂材料上，也不會粘附到將太陽能電池背面的各個金觸點部分外的半導體材料上。側缺口區64，其尺寸為0.294英寸×0.099英寸，在將焊片安置到電路板上和在焊片熔片後將銅接頭片46和48(圖6和7)安置到焊料頂部時起導向作用。在各銅接頭片插入側缺口區64中時，各接頭片的兩個頂叉部分直接向上粘附。
各焊片放到電路板上之後，但在太陽能電池和銅接頭片在各自的焊片上方就位之前，將電路板放在一個電爐上方，使焊片熔化。然後往太陽能電池和接頭片上塗焊料，將太陽能電池和接頭片安置到熔融的焊料頂部，並且在太陽能電池和接頭片頂部加重物。接著，將電路板從電爐上移走，使各焊接頭冷卻下來，這大約需要5分鐘;當焊料硬化時，從電路板上卸下電池安裝架58。有一點很重要，即不要用水冷卻電路板，因為不同的材料冷卻時，收縮的速度不同，快速冷卻會使層壓板脫層。然後將輔助光學元件40(圖6和7)放到太陽能電池上方，並將成對的各接頭片的分叉部分摺疊到各輔助光學元件的兩側部分42和44上。
在上述焊接過程中，由於所有焊片同時熔化和冷卻，因而在各焊接工序之間無須等待硬體冷卻下來。單個電路板上的所有24個太陽能電池不到一小時就可以焊接好，如果焊接工藝是自動化的，則可以快到五分鐘的時間。
通常，用電路板形成電路通路，電路板同時起散熱片和光電池系統結構元件的作用，這樣的設計使硬體的使用量最少。
參看圖10。光電池系統的頂面裝有一些透鏡單元14，各透鏡單元的邊緣區上方配置有裝配撐條20。裝配撐條20與透鏡單元14之間墊有橡皮襯墊66，以防止水進入系統外殼中。裝配撐條20下面設置具有多個溝道69的金屬溝槽板68，從系統正面頂部敷設到系統正面底部，用以收集通過襯墊66漏出的水，並將收集到的水引到系統外面，從而避免收集到的水往下滴到光電池系統內的電池組件上。螺釘72將裝配撐條20固定到設在溝槽板68內的流出槽73上。
金屬擋水板70(「防雨板」)在水平方向延伸，每個擋水板都有位於其中一個透鏡單元底下的一個部分，一個位於另一個透鏡單元一部分上方的部分，和一個位於另兩個部分之間的垂直擋水部分。擋水板70製成使其收集通過水平方向延伸的裝配撐條底下的襯墊(圖中未示出)所漏出的水，並防止收集到的水進入第二透鏡單元底下。收集到的水通過溝道引入位於各擋水板70左右兩側的溝槽板68中。透鏡單元14與擋水板70及溝槽板68之間都設有橡皮襯墊74。
參看圖11，這是光電池系統頂部的一部分沿圖1的11-11線截取的剖視圖。溝槽板68用螺栓77和螺母79固定到內結構格柵構件76(此構件構成圖13中更詳細示出的內結構格柵的一部分)上。溝槽板68與結構格柵構件76之間設有找平墊片78。鬆開螺母79就可以在結構格柵構件76與溝槽板68之間拆下或加上找平墊片78，以便補償內結構格柵的任何翹曲或下陷，從而提高系統外殼頂面的平正度，使各透鏡單元14可以正對太陽。結構格柵在其各角和遠邊處的偏差特別突出。各透鏡單元14的各角以及沿各透鏡單元14各邊的每隔大約14英寸處都設有找平墊片78(兩處沿各透鏡單元的各較長的邊，一處沿各較短邊的中心)。
溝槽板用螺栓固定到結構格柵上並找平之後，將透鏡單元14安置到結構格柵頂部，並用裝配撐條20固定到溝槽板68頂部。襯墊66安置在裝配撐條20與透鏡單元14之間，襯墊74安置在透鏡單元14與溝槽板68之間。擋水板70有一個位於其中一個透鏡單元14底下的部分，另一部分位於另一個透鏡單元14一部分的上方，而垂直擋水部分位於其它兩個部分之間。
參看圖12，這是光電池系統底部的一部分沿圖2中的12-12線截取的剖視圖。結構格柵構件76用螺栓固定到倒轉的溝槽板68上，溝槽板68沒有導水作用，而是為使對稱設計簡單而採用的。溝槽板68與結構格柵構件76之間設有找平墊片78。將找平墊片移近系統頂面以提高頂面的平正度時，必須在靠近系統外殼底面的相應位置上插入找平墊片，以確保系統外殼的頂面和底面彼此平行。同樣，將找平墊片移近底面時，必須在靠近頂面處插入找平墊片。
裝配撐條20將電路板18固定到溝槽板68下方。在電路板18與溝槽板68之間放上一個襯墊80。各電路板18上設有一個或多個直徑為3/8英寸的滲水孔82，構成因漏水或冷凝而聚集在系統外殼內的水的出口。各滲水孔82鑽在穿過電路板18上的圖4中所示的位置上，這些位置上方都沒有襯墊80和溝槽板68。
參看圖13，圖中示出了光電池系統在單個透鏡單元14與單個電路板18之間的矩形區沿圖1中的13-13線截取的剖視圖。圖中示出的內結構格柵包括縱結構格柵構件76(從圖11和12中也可以看到)、橫結構格柵構件88和垂直結構格柵構件90。光電池系統的各矩形區以四個橫結構格柵構件88、四個縱結構格柵構件76(圖中可看到其中兩個)和四個垂直結構格柵構件90(圖中可看到其中兩個)為界。
內結構格柵還包括構件84，該構件在長度方向上橫過光電池系統矩形區中部延伸。結構格柵構件84與其它結構格柵構件不同，直接通過電路板18帶電區上方。結構格柵構件84底部與電路板18分開，相隔一段距離。構件84固定在兩個向上朝透鏡單元14延伸的實心鋁條86上，鋁條86以環氧樹脂粘附到透鏡單元14上。鋁條86在彼此相距約14英寸的兩個位置處支撐透鏡單元14，各位置距透鏡單元14的三個邊的距離相等(14英寸)。
從圖13中還可以看到10號螺釘92，該螺釘裝入電路板18的螺絲孔30中(圖4)。螺釘92將電路板18與襯墊80連接起來。應該指出，裝配撐條20安置在外殼頂面與金屬板側面22之間的各角處和外殼底面與金屬板側面22之間的各角處，將各角包圍住，使金屬板固定就位，從而不致使金屬板被風力吹離光電池系統。
內結構格柵是不裝有在水平方向上延伸的扭力管的那一種。這種扭力管佔地面積相當大，因此可以在光電池系統的整個正面設置透鏡單元，從而可將太陽能電池均勻分布在光電池系統的整個內部，只有一個位置例外，即支柱固定到結構格柵上的那個位置。
其它實施例都列入下面的權利要求書中。舉例說，本發明的許多特點，例如採用一個與太陽能電池電連接且兼作為散熱片的電路板，可以在不同於上述圍繞結構格柵製成的一體化系統的裝置上實施。
權利要求
1.一種大型光電池系統，用以在例如發電站中利用日光輻射能進行發電，其特徵在於包括一個大型整體式結構格柵，在X和Y方向上大幅度縱橫延伸，支撐在一個支柱上，所述整體結構格柵為以一定角度連接在一起彼此之間形成許多區間的多重結構構件，所述結構格柵的深度足以使所述光電池系統在結構上具有一定的剛度；大量的透鏡組件，各組件由至少一個透鏡組成，直接由所述整體結構格柵的結構構件支撐，所述透鏡組件將所述整體結構格柵的上邊封閉住；所述整體結構格柵的所有其它邊被多個直接由所述整體結構格柵的結構構件支撐的外殼板封閉住，使所述整體結構格柵的至少一部分封閉在所述板和所述透鏡組件所界定的空間內；多個太陽能電池，安置在所述空間中，所述整體結構格柵的至少一部分即在封閉並安置在所述空間中，用以接收通過所述透鏡組件的各透鏡射來的陽光；從而使所述透鏡組件、所述結構格柵的結構構件、所述太陽能電池和所述外殼板構成一個整體。
2.根據權利要求1所述的光電池系統，其特徵在於，所述整體結構格柵的下邊被裝有所述多個太陽能電池且與所述多個太陽能電池電連接的大量電路板封閉，所述各電路板直接由所述整體結構格柵的結構構件支撐在該結構構件之間界定的空間中。
3.根據權利要求2所述的光電池系統，其特徵在於，各所述電路板包括一個平面電絕緣層;一個上導電導熱層，由所述電絕緣層支撐著，且與該電絕緣層有熱傳導關係;和一個傳熱散熱件，在所述電絕緣件下面延伸，與所述電絕緣件有傳熱關係。
4.根據權利要求3所述的光電池系統，其特徵在於，所述電絕緣層包含由玻璃纖維和環氧樹脂製成的片狀構件。
5.根據權利要求4所述的光電池系統，其特徵在於，所述電構緣層的厚度約為0.003英寸，絕緣強度約為4000伏。
6.根據權利要求3所述的光電池系統，其特徵在於，所述電絕緣層由包含經陽極化的所述散熱件的材料製成的陽極化電絕緣膜構成。
7.根據權利要求6所述的光電池系統，其特徵在於，所述電絕緣層的絕緣強度約為800伏。
8.根據權利要求3所述的光電池系統，其特徵在於，所述每個電路板的上導電導熱層至少有一個隔斷部分將所述上導電導熱層靠近所述電路板的部分與所述上導電導熱層的其它部分在電氣上隔離開來。
9.根據權利要求3所述的光電池系統，其特徵在於所述每個電路板的上導電層被隔斷，從而使其相鄰的各部分在電氣上被隔離開來，且作為正負導體;以及至少一個太陽能電池橫跨所述上導電層中的隔斷條，且以導電導熱的形式固定在所述導電層的正負部分上。
10.根據權利要求3所述的光電池系統，其特徵在於，所述每個電路板藉助至少一個焊接點將多個太陽能電池的至少一個電池與所述上導電導熱層電連接起來。
11.根據權利要求3所述的光電池系統，其特徵在於所述每個電路板將多個所述太陽能電池與所述上導電導熱層電連接起來;且所述每個太陽能電池直接與一對電路節點連接，在這一對電路節點之間至少有另一個所述太陽能電池被直接並聯連接;所述各太陽能電池配置成多個由並聯連接的太陽能電池構成的電池組，所述由並聯連接的太陽能電池構成的各電池組彼此串聯連接;因此，通過所述多個電池組中一個電池組中的任何太陽能電池的電流能通過所述多個電池組的相鄰一個電池組中的任何太陽能電池。
12.根據權利要求2所述的光電池系統，其特徵在於，所述多個電路板由完全安置在所述封閉的光電池系統內的電導線相互連接起來，所述電導線將所述多個與所述多個電路板電連接的太陽能電池互相電連接起來。
13.根據權利要求1所述的光電池系統，其特徵在於，它還包括多個可拆除的墊片，安置在所述結構格柵的各位置上，用以補償所述結構格柵中的結構變化，從而提高所述光電池系統的含有所述透鏡組件的上邊的平正度和所述光電池系統下邊的平正度。
14.根據權利要求1所述的光電池系統，其特徵在於所述支柱為一個垂直立柱;所述各透鏡組件均勻分布在所述結構格柵的上邊，但所述垂直立柱所在的位置除外;且所述各太陽能電池也均勻分布在所述光電池系統上，但所述垂直立柱所在的位置除外。
15.根據權利要求1所述的光電池系統，其特徵在於，它還包括多個在所述系統上邊的溝槽，位於所述透鏡組件之間的缺口下面，且配置成使其收集通過所述缺口的水，並將所述水引到所述光電池系統外，從而防止所收集的水進入所述光電池系統中。
16.根據權利要求1所述的光電池系統，其特徵在於，它還包括多個位於所述系統上邊的擋水板，每個所述擋水板都包括一個位於所述透鏡組件的第一透鏡組件邊界下方的第一部分，一個位於所述透鏡組件的第二透鏡組件邊界上方的第二部分，和一個在所述第一和第二部分之間延伸的垂直擋水面，該表面製成使其可以擋水，並防止這些水進入所述透鏡組件的所述第二透鏡組件下面。
17.根據權利要求1所述的光電池系統，其特徵在於，封閉所述整體結構格柵的至少一邊的裝置至少有一個滲水孔，其大小和位置取得使所述光電池系統內的水能夠排出所述光電池系統外。
18.根據權利要求1所述的光電池系統，其特徵在於，所述結構格柵實質上在所述透鏡組件邊緣區處對每個所述透鏡組件起支撐作用，且所述光電池系統包括支撐各所述透鏡組件中心區的裝置。
19.根據權利要求1所述的光電池系統，其特徵在於，所述透鏡組件與所述太陽能電池之間的間距取決天所述結構格柵的深度。
20.根據權利要求19所述的光電池系統，其特徵在於，所述透鏡組件與所述太陽能電池之間的間距，其大小取得使每個透鏡都能聚焦射來的陽光，從而使所有焦點都位於一個平行於所述透鏡且通過相應的太陽能電池的平面上或該平面下方。
21.根據權利要求20所述的光電池系統，其特徵在於所有所述焦點位於所述平面下方;且所述通過透鏡射來的陽光在所述太陽能電池上形成一個尺寸大致等於所述太陽能電池的作用區尺寸的圖形。
22.根據權利要求20所述的光電池系統，其特徵在於，所述各太陽能電池和所述各透鏡的相對尺寸使入射到所述太陽能電池上的陽光的密集度與所述陽光通過所述透鏡之前的密集度的比值在大約150與250之間。
23.一種利用日輻射能發電的裝置，其特徵在於包括一個電路板，該電路板包括一個平面電絕緣層;一個上導電導熱層，由所述電絕緣層支撐著，並與所述電絕緣層有傳熱關係;和一個導熱散熱件，在所述電絕緣件下方延伸，與所述電絕緣件有傳熱關係;所述上導電層被隔斷，從而將其相鄰各部分在電氣上隔離開來，併兼作為正負導體;和一個太陽能電池，橫跨所述上導電層的隔斷區，且以導電導熱的形式固定到所述導電層的正負部分上;所述電路板包括界定裝有所述太陽能電池的空間的一個外殼的結構元件，所述上導電導熱層形成所述外殼的內表面，且暴露在所述外殼的空間內，所述導熱散熱件形成所述外殼的外表面。
24.根據權利要求23所述的裝置，其特徵在於，所述電絕緣層包括玻璃纖維和環氧樹脂製成的片狀構件。
25.根據權利要求24所述的裝置，其特徵在於，所述電絕緣層的厚度約為0.003英寸，絕緣強度約為4000伏。
26.根據權利要求23所述的裝置，其特徵在於，所述電絕緣層由包含經陽極化的所述散熱件的材料製成的陽極化電絕緣膜構成。
27.根據權利要求26所述的裝置，其特徵在於，所述電絕緣層的絕緣強度為800伏。
28.根據權利要求23所述的裝置，其特徵在於，所述電路板的上導電導熱層至少有一個隔斷部分將所述上導電導熱層靠近所述電路板的部分與所述上導電導熱層的其它部分在電氣上隔離開來。
29.根據權利要求28所述的裝置，其特徵在於，所述電路板至少有一個滲水孔，滲水孔的大小使水可以通過其中，所述滲水孔位於所述電路板的靠近所述電路板邊緣的部分，且在所述隔斷部分外面的所述上導電導熱層上。
30.根據權利要求23所述的裝置，其特徵在於，所述太陽能電池藉助至少一個焊接點與所述上導電導熱層電連接。
31.根據權利要求23所述的裝置，其特徵在於，所述裝置包括多個太陽能電池，這些電池位於所述電路板上，且與所述上導電導熱層電連接;以及所述每個太陽能電池直接與一對電路節點連接，在這一對電路節點之間至少有另一個所述太陽能電池被直接並聯連接;所述各太陽能電池配置成多個由並聯連接的太陽能電池構成的電池組，所述由並聯連接的太陽能電池構成的各電池組彼此串聯連接;因此，通過所述多個電池組中一個電池組中的任何太陽能電池的電流能通過所述多個電池組的相鄰一個電池組中的任何太陽能電池。
32.一種大型光電池系統，用以在例如發電站中利用日輻射能發電，其特徵在於包括一個大型多重共平面透鏡組，所述透鏡組件封閉住所述光電池系統的上邊，每個所述透鏡組件至少包括一個透鏡;多個太陽能電池，安置在所述透鏡組件下方，各所述太陽能電池安置成使其接收通過其中一個所述多個透鏡組件中的一個透鏡照射來的陽光;多個水平延伸的擋水板，與所述透鏡組件的各相應水平邊連接，每個所述擋水板都包括一個位於所述透鏡組件的第一透鏡組件邊界下方的第一部分;一個位於所述透鏡組件的第二透鏡組件邊界上方的第二部分，所述第一透鏡組件安置在高於所述第二透鏡組件的部位，和一個在所述第一和第二部分之間的、在基本上垂直於由所述系統上邊限定的平面方向上延伸的垂直擋水面，該擋水面製成使其能將水擋住，從而防止水進入所述第二透鏡組件的下方;以及多個傾斜的溝槽，與位於相鄰共平面透鏡組件之間的缺口下方的相應傾斜的透鏡組件邊緣相連通，並且配置成使其能收集所擋住的水，且在所述擋水板的所述垂直擋水面附近轉為水平方向，並將所收集的水引到所述光電池系統之外，從而避免所收集的水進入所述光電池系統中。
33.根據權利要求32所述的光電池系統，其特徵在於，所述外殼還包括多個裝配撐條和多個襯墊，所述裝配撐條位於所述共平面透鏡組件之間的所述缺口上方和所述擋水板上方，所述襯墊位於所述裝配撐條與所述透鏡組件和所述擋水板被所述裝配板條所蓋住的各部分之間。
34.一種製造日輻射發電裝置的方法，其特徵在於包括下列步驟將焊料塗敷到電路板上;將電池安裝架安置到所述電路板上方的第一位置上，所述電路板的結構使其可與所述電池安裝架配合，使所述電池安裝架在所述電路板上精確就位;在所述電路板的不為所述電池安裝架阻擋的第一區上放置第一焊片，所述電池安裝架的各邊在所述第一焊片安置到所述電路板的所述第一區上時與所述第一焊片接合;熔化所述第一焊片;往第一太陽能電池上塗敷焊料;將所述第一太陽能電池放在因所述第一焊片熔化而熔化的焊料上方，在所述第一太陽能電池放到所述電路板的所述第一區上時，所述電池安裝架的各邊與所述第一太陽能電池接合;使所述熔化的焊料冷卻，在所述第一太陽能電池與所述電路板之間形成至少一個焊接點;從所述電路板的所述第一位置上拆下所述電池安裝架;將電池安裝安置到所述電路板上方的第二位置上，所述電路板的結構使其可與所述電池安裝架配合，使所述電池安裝架在所述電路板上精確就位;在所述電路板的不為所述電池安裝架阻擋的第二區上放置第二焊片，所述電池安裝架的各邊在所述第二焊片安置到所述電路板的所述第二區上時與所述第二焊片接合;熔化所述第二焊片;往第二太陽能電池上塗敷焊料;將所述第二太陽能電池放在因所述第二焊片熔化而熔化的焊料上方，在所述第二太陽能電池放到所述電路板的所述第二區上時，所述電池安裝架的各邊與所述第二太陽能電池接合;使所述熔化的焊料冷卻，在所述第二太陽能電池與所述電路板之間形成至少一個焊接點;然後從所述電路板的所述第二位置上拆下所述電池安裝架。
35.根據權利要求34所述的方法，其特徵在於，所述焊片在所述太陽能電池與所述電路板之間形成多個焊接點。
36.根據權利要求34所述的方法，其特徵在於還包括下列步驟將焊片放到所述電路板的不為所述電池安裝架阻擋的多個其它部位上;熔化所述焊片;將多個接頭片放在因所述焊片在所述電路板的所述多個其它部位上熔化而熔化的焊料上方，所述安裝架實際上在所述焊片和所述多個接頭片被安置到所述電路板的多個其它部位時起導向作用;以及使所述熔化的焊料冷卻，在所述多個接頭片與所述電路板之間形成焊接點。
37.根據權利要求36所述的方法，其特徵在於還包括下列步驟將一個輔助光學元件放到所述太陽能電池上方;將所述各接頭片摺疊到所述輔助光學元件的各部分上，使所述輔助光學元件在所述太陽能電池上方固定就位。
38.根據權利要求34所述的方法，其特徵在於，所述電路板有多個凹口;所述電池安裝架有多條腿;所述將電池安裝架放到電路板上方的步驟包括將所述多條腿插入所述多個凹口中的步驟。
39.根據權利要求34所述的方法，其特徵在於還包括下列步驟將多個電池安裝架安置到所述電路板上方，所述電路板的結構使其可與所述多個電池安裝架配合，使所述多個電池安裝架在所述電路板上精確就位;將多個焊接片放到所述電路板的不為多個電池安裝架阻擋的多個部位上，所述電池安裝架的各邊在所述焊接片放到所述電路板的所述多個部位時與所述焊片接合;同時熔化所述各焊片;往多個太陽能電池上塗敷焊料;將所述多個太陽能電池放到因所述焊片熔化而熔化的焊料上方，所述電池安裝架的各邊在所述太陽能電池安置到所述電路板的多個部位上時與所述太陽能電池接合;同時冷卻所述焊接點，在各所述太陽能電池與所述電路板之間形成至少一個焊接點;從所述電路板上拆下所述多個電池安裝架。
40.一種製造日輻射發電裝置的方法，其特徵在於包括下列步驟將焊片放到電路板上，所述電路板包括一個平面電絕緣層;一個上導電導熱層，為所述電絕緣層所支撐，並以傳熱的方式與該電絕緣層連接;一個傳熱散熱件，在所述電絕緣件下方延伸，並與該電絕緣件有傳熱關係，所述上導電層被隔斷，從而將其各相鄰部分在電氣上隔離開來，且兼作正負導體用，所述焊片橫跨所述上導電層的隔斷區;熔化所述焊片;將所述太陽能電池放到因所述焊片熔化而熔化的焊料上方;使所述熔化的焊料冷卻，從而使所述太陽能電池以導電導熱的方式固定到所述導電層的正負部分上;形成界定出安置所述太陽能電池所在的空間的一個外殼，所述電路板包括所述外殼的一個結構元件，所述上導電導熱層形成所述外殼的一個內表面，且暴露在所述外殼內的所述空間中，所述導熱散熱件形成所述外殼的一個外表面。
41.根據權利要求40所述的方法，其特徵在於還包括下列步驟在所述電路板的所述上導電導熱層上形成隔斷部分，將所述上導電導熱層的靠近所述電路板邊緣的部分與所述上導電導熱層的其它部分隔離開來。
42.根據權利要求41所述的方法，其特徵在於還包括下列步驟在所述電路板上形成至少一個滲水孔，該滲水孔的大小和位置取得使水可通過其中，所述滲水孔安置在所述電路板靠近其邊緣且在所述上導電導熱層上的所述隔斷部分外的那部分上。
43.根據權利要求40所述的方法，其特徵在於還包括下列步驟將多個焊片放到所述電路板上;熔化所述多個焊片;將多個太陽能電池放到因所述多個焊片熔化而熔化的焊料上方;然後使所述熔化的焊料冷卻，使所述各太陽能電池直接與所述電路板上的一對電路節點連接，在所述一對電路節點之間以並聯方式直接連接有至少另一個所述太陽能電池;所述太陽能電池配置成多個由並聯連接的太陽能電池構成的電池組，所述由並聯連接的太陽能電池構成的各電池組彼此串聯連接;因此，通過其中一個所述多個電池組中的任何一個太陽能電池的電流能通過相鄰的其中一個所述多個電池組中的任何太陽能電池。
全文摘要
一種大型光電池系統10，具有一個大型整體式的結構格柵，支撐在一個支柱16上。該格柵包括以一定角度彼此連接在一起的以形成許多區間的多重結構構件76和90，其深度足以使光電池系統具有一定剛度。還包括直接由上述構件支撐的大量透鏡組件14，該組件封閉住格柵的上邊。格柵的其他各邊也都封閉。所述構件之間的區間內裝有多個太陽能電池38，用以接收各透鏡射來的陽光而產生電力。透鏡組件與結構格柵的結構構件形成為一個整體。
文檔編號H01L31/042GK1066150SQ92103129
公開日1992年11月11日 申請日期1992年4月21日 優先權日1991年4月22日
發明者R·D·卡明斯 申請人:電子研究所有限公司