專利名稱：具有反射表面的太陽(yáng)能收集器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能的收集，并具體涉及^f吏用雙面光伏(PV)元件的光伏 組件。
背景技術(shù)：
光伏陣列用于各種用途，包括作為公用交互電力系統(tǒng)、作為偏僻或者無(wú) 人地域的電源、蜂窩電話轉(zhuǎn)換部位電源、或者鄉(xiāng)鎮(zhèn)電源。這些陣列可以具有 幾千瓦到上百千瓦或者更多的容量，并典型地被安裝在一天中的大部分暴露
于太陽(yáng)的具有較平坦表面的地方。 一種類型的PV元件構(gòu)造為具有有源 (active)的、產(chǎn)生能量的上光伏表面和下光伏表面。這些裝置被典型地稱 作雙面PV元件或者雙面PV模塊。這樣，照在PV元件上表面和下表面上 的光可用于產(chǎn)生電，從而提高了裝置的效率。

發(fā)明內(nèi)容
PV組件的實(shí)例包括支撐組件和安裝在支撐組件上第 一及第二 PV元件， 并且PV元件以間隙隔開。PV元件是具有有源的、產(chǎn)生能量的上PV表面和 下PV表面的雙面PV元件。該間隙是透光間隙。組件還包括在PV元件下 方并與PV元件隔開的由支撐組件支撐的光反射表面，使得通過(guò)間隙的光能 被反射回到至少一個(gè)PV元件的下PV表面上。在一些實(shí)例中，組件包括安 裝在支撐組件上的光反射元件，其中光反射元件包括光反射表面。支撐組件 和光反射元件在PV元件的下方可以界定開放區(qū)域(open region)。
雙面PV裝置的問(wèn)題之一在于下有源表面的性能提高非常依賴于具體安 裝方法和取向。這阻礙了雙面模塊的大規(guī)模應(yīng)用。本發(fā)明帶來(lái)雙面模塊不再 依賴于這些因素的益處，為各種應(yīng)用提供能可靠量化的可靠的性能。
通過(guò)參閱附圖、詳細(xì)的描述及隨后的權(quán)利要求可以看到本發(fā)明的其它特 ;f正、方面和優(yōu)勢(shì)。


圖1是雙面PV組件的第一實(shí)例的俯視圖2是圖1的PV組件的一部分的等軸圖3是沿圖1的3-3線截取的PV組件的一部分的放大圖4是雙面PV組件的第二實(shí)例的等軸圖5是圖4的組件的一部分的放大橫截面圖6是雙面PV組件的第三實(shí)例的等軸圖，其中PV元件的行可以跟蹤 太陽(yáng)；
圖7是圖6的PV組件的一部分的放大橫截面圖，示出傾向太陽(yáng)的行； 圖8是示出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和樞軸的局部橫截面圖9是雙面PV組件的第四實(shí)例的等軸圖，移除框架的一端以示出彎曲 的光反射元件；
圖IO是圖9的組件的一部分的放大橫截面圖ll是雙面PV組件的第五實(shí)例的一角的俯視圖，其中在鄰接PV組件 的角產(chǎn)生間隙；及
圖12是圖11的PV組件的一部分的局部分解等軸圖，示出在角間隙以 下并與之隔開的單獨(dú)反射元件。
具體實(shí)施例方式
典型地，下面的描述將參考具體結(jié)構(gòu)實(shí)施例和方法。要理解的是，不欲 將本發(fā)明局限于具體公開的實(shí)施例及方法，而是可以使用其它的特征、要素、 方法和實(shí)施例來(lái)實(shí)踐本發(fā)明。描述優(yōu)選實(shí)施例是為了舉例說(shuō)明本發(fā)明，而不 是限制本發(fā)明的范圍，其范圍由權(quán)利要求確定。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將基于 隨后的描述意識(shí)到多種等同變化。在各實(shí)施例中相似的元件一般都由相似的 標(biāo)號(hào)標(biāo)出。
圖1-3示出了雙面PV組件10的第一實(shí)例。組件10包括支撐組件12, 包括四周延伸的框架14;和第一透光層16及第二透光層18。組件10還包 括俘獲在層16和層18之間的PV元件22的行20。行20由透光間隙24隔 開。組件10還包括下光反射元件26,安裝在框架14上以在第二層18和元 件26之間產(chǎn)生開放區(qū)域28。光反射元件26在幾乎全部第一透光層16和第 二透光層18的下方延伸。元件26的上表面30是光反射表面，從而由圖3
6中箭頭32所示的光可以通過(guò)透光間隙24，被表面30反射并到達(dá)PV元件22 的下表面34。這樣，PV元件22就可以將直接到其上表面36和其下表面34 的光能轉(zhuǎn)換以獲得更有效的裝置。
來(lái)自于PV系統(tǒng)的能量成本將很大程度地受安裝成本和PV組件效率的 影響。PV系統(tǒng)的安裝成本將取決于PV元件的成本、組成PV組件的其它部 件的成本、安裝硬件的成本、裝配成本和各種其它的因素。在竟?fàn)幍膬?yōu)先考 慮事項(xiàng)之間必須進(jìn)行權(quán)衡。在一些情形下，最優(yōu)先考慮的事項(xiàng)是在給定的空 間中安裝最大的產(chǎn)能。在另外一些情形下，更重要的是每個(gè)PV組件的輸出 最大化。即使空間限制并不重要，通常還是希望PV組件的輸出最大化，以 使得所需的PV組件的數(shù)目和安裝硬件的數(shù)量保持最小。對(duì)于雙面模塊，如 果空間限制不重要，那么增加PV元件之間的間隙將是有好處的，其使得反 射到每個(gè)PV元件下表面的光最大化。如果空間受到限制，那么最經(jīng)濟(jì)的可 能來(lái)自于保持這些間隙最小化。
制成PV組件IO的材料可以是常規(guī)的或者非常規(guī)的。舉例來(lái)說(shuō)，第一透 光層16可以由例如玻璃或者層合的材料層制成，并且可以或可以不由防刮 (scratch-resistant)或防裂(break-resistant)的膜或涂層覆蓋或處理。第二 層18可以由與第一層16相同或者不同的材料制成。zf旦是，第二層18通常 不包括防刮或防裂的膜或涂層。在一些實(shí)例中，第二層可以省略，PV元件 22的下表面34直接暴露于開放區(qū)域28。典型地，框架14是陽(yáng)極化的鋁， 其它合適的材料也可以使用。光反射元件26可以由具有高光反射上表面30 的各種材料制成，例如拋光的金屬片或者具有金屬上表面的塑料片。此外， 光反射元件26可以穿孔，或者是透氣的以幫助冷卻開力欠區(qū)域28并從而冷卻 PV元件22。這樣的開口可以均勻地分布，或者可以在不期望有多的光照射 并反射至下表面34的區(qū)域中更多或更大。
在一些實(shí)例中，PV元件22的下表面34和反射上表面30間的距離33 優(yōu)選至少是PV元件22寬度35的大約一半以增加產(chǎn)能。PV元件22的下表 面34和反射上表面30間的距離33更優(yōu)選大約等于PV元件22寬度35的一 半以有效地產(chǎn)生能量。在一些實(shí)例中，寬度35可以制作得非常小，大約等 于第二透光層18的厚度。通過(guò)這樣做，第二透光層18的下表面37可以制 成光反射的，從而層18既可以支撐和保護(hù)PV元件22也可以用作光反射元 件。在該實(shí)例中，框架14可以制成基本消除在第二透光層18下方的開》丈區(qū)
7域28,或者框架14可以制成比所必需的更大以提供開放區(qū)域28，從而幫助 冷卻PV元件22。
圖4和5示出了雙面PV組件IO的另一個(gè)實(shí)例。在該實(shí)例中，第一透光 層16和第二透光層18為條狀，從而每個(gè)PV元件具有自己的一套層16和層 18，每行20之間具有開放間隙38。這種布置允許光和空氣自由地在行20 之間通過(guò)，從而允許氣流通過(guò)開放間隙38并且在與PV元件22的下表面34 和上表面36相對(duì)的區(qū)域之間流動(dòng)。這有助于保持PV元件22更冷卻，以幫 助提高能量轉(zhuǎn)換效率并幫助延長(zhǎng)PV元件的壽命。
圖6、 7和8示出了雙面PV組件IO的另一個(gè)實(shí)例，其中^f'務(wù)改了圖4和 5的實(shí)例以使得每行20都安裝在框架14中，以這樣的方式允許各行能在白 天跟蹤太陽(yáng)。在每行的端部，樞軸銷(pivot pin)或軸40,或者其它合適的 結(jié)構(gòu)被用作將行20以樞軸方式安裝至框架14。在設(shè)計(jì)上，用于轉(zhuǎn)動(dòng)或傾斜 行20從而使其從早到晚跟隨太陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以是常規(guī)或者非常規(guī)的。在 一個(gè)實(shí)例中，在每個(gè)行20—端，分離的步進(jìn)電機(jī)42被安裝至樞軸40，從而 每行可以獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)每行20所需的力可以比較小，從而步進(jìn)電機(jī)42 可以比較便宜。單個(gè)的控制器(未示出)可用于控制每行20的步進(jìn)電機(jī)42。 基于例如白天的時(shí)間或者感應(yīng)的太陽(yáng)位置，控制器可以為每個(gè)步進(jìn)電機(jī)42 提供信號(hào)。控制器和每個(gè)步進(jìn)電機(jī)42之間的連接可以是有線連接或者無(wú)線 連接。當(dāng)對(duì)大量PV組件10使用單個(gè)控制器來(lái)控制多個(gè)步進(jìn)電機(jī)42或其它 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，無(wú)線連接將尤其有利。同樣地，舉例來(lái)說(shuō)，單個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可用 于旋轉(zhuǎn)一個(gè)或多個(gè)PV組件10的所有行20。
另一個(gè)實(shí)例示于圖9和10。在該實(shí)例中，光反射元件26具有一系列波 形、優(yōu)選凹形的部分44以提供上表面30的一系列凹形上反射表面部分46。 每個(gè)表面部分46都沿著PV元件22的行20延伸，并通常在PV元件22的 下方居中。為了不同的需求，可以優(yōu)化反射表面部分46的精確形狀和尺寸 及反射表面部分46和PV元件22的下表面34之間的距離。
對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，PV元件的最優(yōu)尺寸將是制造者制造的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。其 它的尺寸將會(huì)需要額外的工藝，其將會(huì)增加成本。然而，在某些情形中，這 可能是一種值得的權(quán)衡。PV元件尺寸對(duì)從PV元件的下表面到反射表面的 距離尺寸的最優(yōu)比率可以通過(guò)建模或?qū)嶒?yàn)確定。這個(gè)比率極可能不依賴于應(yīng) 用而保持恒定。極端地，下表面和反射表面之間的距離可以非常小，以提供非常緊湊的產(chǎn)品封裝，有助于最小化成本。為了保持最優(yōu)比率，PV元件不 得不非常小，這將會(huì)增加成本。PV元件之間的間隙將取決于系統(tǒng)的整體目 標(biāo)而變化。如果目標(biāo)是最大化每個(gè)PV元件輸出，則PV元件之間的間隙將 制得比較大以允許更多的光到達(dá)每個(gè)PV元件的后表面。如果目標(biāo)是使最大 的產(chǎn)生能力適合于最小的空間，則PV元件之間的間隙將制得非常小。
圖11和圖12示出組件IO的一部分，其中雙面PV元件22的行20^皮分 布以有效地彼此接觸，提高封裝密度。PV元件22成形為在四個(gè)相鄰PV元 件22的角相交處產(chǎn)生角間隙50。通過(guò)在角間隙50的正下方將反射元件52 施加至第二透光層18的下表面37而可以獲得雙面的產(chǎn)生能量，盡管該能量 的量是有些受限的。反射元件52的尺寸優(yōu)選等于或稍微大于角間隙50的尺 寸?；蛘撸麄€(gè)下表面38可以用反射材料;菱蓋。在該實(shí)例中，框架14可以 制成基本消除在第二透光層18下方的開放區(qū)域28,或者框架14可以制成比 所必需的更大，以提供開放區(qū)域28,從而幫助冷卻PV元件22。
上面的描述使用了例如上、下、頂、底、在上、在下等的措辭。這些措 辭用于幫助理解本發(fā)明而不是限定性的。
盡管參考上面詳細(xì)描述的優(yōu)選實(shí)施例和實(shí)例來(lái)揭示本發(fā)明，應(yīng)該理解的 是這些實(shí)例是例證性的而不是限制性的?？梢灶A(yù)見對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái) 說(shuō)將會(huì)發(fā)生修改和組合，這些修改和組合在本發(fā)明的精神及權(quán)利要求的范圍 之內(nèi)。
以上提到的任何和全部專利、專利申請(qǐng)及印刷出版物都通過(guò)？ 1用的方式 引入。
9
權(quán)利要求
1、一種光伏組件，包括支撐組件；第一和第二光伏元件，安裝在所述支撐組件上并以間隙隔開所述光伏元件；所述光伏元件是具有有源的、產(chǎn)生能量的上光伏表面和下光伏表面的雙面光伏元件；所述間隙是透光間隙；及光反射表面，在所述光伏元件下方由所述支撐組件支撐并與所述光伏元件隔開，使得通過(guò)所述間隙的光能被反射回至少一個(gè)所述光伏元件的下光伏表面。
2、 如權(quán)利要求1所述的光伏組件，還包括安裝在所述支撐組件上的光 反射元件，其中所述光反射元件包括所述光反射表面。
3、 如權(quán)利要求2所述的光伏組件，其中所述支撐組件和所述光反射元 件在所述光伏元件的下方界定開放區(qū)域。
4、 如權(quán)利要求3所述的光伏組件，其中所述間隙是開放區(qū)以允許空氣 從在所述開放區(qū)域中并與所述下光伏表面相對(duì)的第一位置，經(jīng)由所述間隙流 至與所述上光伏表面相對(duì)的第二位置。
5、 如權(quán)利要求3所述的光伏組件，其中所述光反射元件是透氣層，從 而有助于冷卻所述光伏元件。
6、 如權(quán)利要求1所述的光伏組件，其中所述光伏元件具有一寬度并且 所述光反射表面和所述光伏元件以一距離隔開，所述寬度至少為所述距離的 大約一半。
7、 如權(quán)利要求1所述的光伏組件，其中所述光伏元件具有一寬度并且 所述光反射表面和所述光伏元件以一距離隔開，所述寬度大約等于所述距離。
8、 如權(quán)利要求1所述的光伏組件，其中所述支撐組件包括框架和由所 述框架固定并支撐的第 一透光支撐層。
9、 如權(quán)利要求8所述的光伏組件，其中所述支撐組件包括由所述框架 固定并支撐的第二透光支撐層，所述光伏元件位于所述透光支撐層之間。
10、 如權(quán)利要求9所述的光伏組件，其中所述第二透光支撐層具有上表 面和下表面，所述上表面面對(duì)所述光伏元件，所述下表面包括所述光反射表面。，
11、 如權(quán)利要求10所述的光伏組件，其中所述光伏元件具有寬度并且 所述第二透光支撐層具有大約等于所述寬度的厚度。
12、 如權(quán)利要求10所述的光伏組件，還包括所述光伏元件的陣列，所 述光伏元件的陣列具有彼此鄰接的邊和角區(qū)域，所述角區(qū)域界定多個(gè)所述透 光間隙。
13、 如權(quán)利要求10所述的光伏組件，其中所述光反射表面包括多個(gè)隔 開的光反射表面。
14、 如權(quán)利要求8所述的光伏組件，其中所述第一透光支撐層覆蓋所述 間隙。
15、 如權(quán)利要求8所述的光伏組件，其中所述光反射元件安裝在所述框 架上并且至少基本上在整個(gè)所述第一透光支撐層的下方延伸。
16、 如權(quán)利要求8所述的光伏組件，其中所述第一透光支撐層包括具有 安裝在所述框架上的端部并支撐所述光伏元件的平行的、隔開的透光支撐層 條。
17、 如權(quán)利要求16所述的光伏組件，其中所述支撐層條不可旋轉(zhuǎn)地安 裝在所述框架上。
18、 如權(quán)利要求16所述的光伏組件，其中所述支撐層條樞軸地安裝在 所述框架上，并還包括轉(zhuǎn)動(dòng)所述支撐層條以允許所述光伏元件跟蹤太陽(yáng)的裝置。
19、 如權(quán)利要求1對(duì)述的光伏組件，其中所述光反射元件大體是平的。
20、 如權(quán)利要求1所述的光伏組件，其中所述光反射元件包括在所述光 伏元件下方的波形的表面部分。
21、 如權(quán)利要求1所述的光伏組件，其中所述光反射元件包括在所述光 伏元件下方的凹表面部分。
22、 一種光伏元件，包括支撐組件，包括框架及由所述框架支撐的第一和第二透光支撐層； 第 一和第二光伏元件，安裝在所述第一和第二透光支撐層之間并以間隙 隔開所述光伏元件；所述光伏元件是具有有源的、產(chǎn)生能量的上光伏表面和下光伏表面的雙面光伏元件；所述間隙是透光間隙；光反射元件，安裝在所述支撐組件上以至少基本上在整個(gè)所述第一透光 支撐層的下方延伸；所述支撐組件和所述光反射元件在所述光伏元件的下方界定開放區(qū)域；所述光反射元件安裝在所述間隙的下方，由此通過(guò)所述間隙的光可以#皮 反射回至少 一個(gè)所述光伏元件的下光伏表面；所述光反射元件是透氣層，從而有助于冷卻所述光伏元件。
23、 如權(quán)利要求22所述的光伏組件，其中所述間隙是開放區(qū)以允許空 氣從在所述開放區(qū)域中并與所述下光伏表面相對(duì)的第一位置，經(jīng)由所述間隙 流至與所述上光伏表面相對(duì)的第二位置。
24、 如權(quán)利要求22所述的光伏組件，其中 所述支撐組件包括框架和由所述框架支撐的第 一透光支撐層； 所述第一透光支撐層包括具有安裝在所述框架上的端部并支撐所述光伏元件的平行的、隔開的透光支撐層條。
25、 如權(quán)利要求24所述的光伏組件，其中所述支撐層條不可旋轉(zhuǎn)地安 裝在所述框架上。
26、 如權(quán)利要求24所述的光伏組件，其中所述支撐層條樞軸地安裝在 所述框架上，并還包括轉(zhuǎn)動(dòng)所述支撐層條以允許所述光伏元件跟蹤太陽(yáng)的裝 置。
全文摘要
一種PV組件包括支撐組件和安裝在支撐組件上第一及第二PV元件，并且PV元件以間隙隔開。PV元件是具有有源的、產(chǎn)生能量的上PV表面和下PV表面的雙面PV元件。該間隙是透光間隙。該組件還包括在PV元件下方并與PV元件隔開的由支撐組件支撐的光反射表面，使得通過(guò)間隙的光能被反射回到至少一個(gè)PV元件的下PV表面上。
文檔編號(hào)H01L25/00GK101454900SQ200780019354
公開日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月21日
發(fā)明者丹尼爾·S·舒加, 約翰·普拉克, 馬修·P·坎貝爾 申請(qǐng)人:尚能系統(tǒng)有限公司