專利名稱：一種用于太陽能電池的光收集裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能電池技術，具體地說，本發(fā)明涉及一種增加平板太陽能電池模塊光利用率的設計方案。
背景技術：
太陽能電池是一種利用光伏效應將太陽光能量轉化為電能的器件。1954年，美國貝爾實驗室制備出了現代第一塊基于PN結的硅太陽能電池，光電轉換效率達到了 6%。經過半個多世紀的發(fā)展，太陽能電池的技術在不斷進步與成熟之中，目前商業(yè)化應用最廣泛的是基于硅的太陽能電池。主要包括單晶硅電池，多晶硅電池和非晶硅電池，在1970年代早期，夏普、飛利浦和太陽能電力等公司開始制備出小面積的商用電池模塊，并逐步開始應 用于地面，到了 1980年代中期越來越多的公司開始投入到太陽能電池的研發(fā)與制造領域。到了 21世紀初期，太陽能電池作為一種清潔能源的高效利用方式開始正式受到各國的大力關注，國際市場對于太陽能電池的需求激增，我國在太陽能電池的制造領域中開始占據越來越重要的地位。太陽能電池已經被廣泛應用于路燈，建筑表面，屋頂，電站等。目前的太陽能電池的利用形式主要是將一系列太陽能電池片組成太陽能電池組件或稱太陽能電池板，然后可以對太陽能電池板根據功率的不同進行單獨使用或者組成陣列來使用。由于目前常用的電池板中，相鄰電池片間要留有一定的縫隙，而每塊電池片上通常會有導電金屬條進行電流收集，這些縫隙和金屬條會占據一定的面積形成無效區(qū)域，金屬條和縫隙通常會有2_到3_的寬度，如果能夠將這部分無效區(qū)域的光收集到有效區(qū)域，能夠將電池片的總功率進一步提升。本發(fā)明提供一種光收集裝置，將入射至無效區(qū)域的光收集至有效區(qū)域，從而減少能量損失，提高電池功率，這相當于在不改變電池本身的狀況下提高了電池的效率。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種將照射至太陽能電池或電池模塊無效區(qū)域的光收集至其有效區(qū)域的光收集裝置。本發(fā)明的目的是這樣實現的在太陽能電池無效區(qū)域的上部空間安裝反射或折射部件構成太陽光收集裝置，使得照射至無效區(qū)域的太陽光等被傳輸到有效區(qū)域，其中太陽能電池為通常在一個太陽光強下使用的平板太陽能電池，包括硅電池、砷化鎵電池等。其特征是反射或折射部件安裝在無效區(qū)域的正上方，其中無效區(qū)域指沒有光敏材料的區(qū)域或光敏材料被遮擋的區(qū)域，包括空白區(qū)域、保護材料區(qū)域、導電材料區(qū)域等，正上方指光正入射時光來源的方向。其中，反射或折射部件位于無效區(qū)域上部空間，可以是緊挨電池板表面通過粘接等方式與電池板連接固定的，也可以是離開電池板一定距離通過附加框架進行固定的。其中，反射部件可以是利用具有較高反射率的材料制成的帶有反射平面或曲面的部件，該平面或曲面中任意位置的切面與電池平面的夾角應在0°到90°之間，反射部件可以是拋光后的金屬材料或在任意材料制成的元件表面用電鍍、蒸鍍、濺射等方法形成金屬反射膜或直接粘貼反射膜，主要包括銀、鋁、不銹鋼、鈦、鎳、鎘、鉻、錳、銅、鋅、鍺、錫、鎂、鎵、金、鉬、鑰、鈀等金屬中的一種或幾種及其合金或化合物，或者是鍍有銀、鋁、不銹鋼、鈦、鎳、鎘、鉻、錳、銅、鋅、鍺、錫、鎂、鎵、金、鉬、鑰、鈀等金屬中的一種或幾種及其合金或化合物的玻璃、塑料、陶瓷、聚合物等其他材料；折射部件可以是公知的透鏡元件如棱鏡、凹透鏡、凸透鏡、菲涅耳透鏡等，也可以是根據電池形狀和光強分布需求設計的具有特殊形狀的元件，該部件使用的材料可以是公知的材料，如玻璃、丙烯酸樹脂、聚烯烴類樹脂、聚碳酸酯樹脂等透明材料，該部件可以通過折射或全反射將無效區(qū)域的光收集至有效區(qū)域。其中，對于具有矩形形狀或可以被分割成矩形形狀的無效區(qū)域，在其上方安裝的反射部件可以具有兩個對稱安放的斜面，兩斜面在無效區(qū)域中間位置的邊重合并足夠尖銳以盡可能多地收集陽光，在無效區(qū)域邊緣的邊與無效區(qū)域邊緣重合，兩斜面與電池平面形成的夾角9應在5°到89°之間。由于硅電池等平板電池中無效區(qū)域寬度較小，在不使用陽光追蹤裝置的情況下，使用本發(fā)明即可達到很好的光收集效果，例如對于一個寬度為3_的縫隙，在其上方設置 雙斜面反射部件，斜面與電池平面夾角為80°，則該部件能夠使得正午前3. 6小時至正午后3. 6小時內，所有照射至該部件反射面的陽光都被收集到部件附近30_范圍內的有效區(qū)域，而在超出此范圍的一定時間范圍內，裝置仍然能起到一部分收集增強的效果，實施例8給出了具體說明。而如果配合陽光追蹤裝置使用，則可以始終保持收集增強達到最佳效果。本發(fā)明具有如下技術效果I、對于以一定角度范圍照射至電池的陽光，能夠將其完全收集至電池的有效區(qū)域從而避免由于存在無效區(qū)域而產生的浪費，而在超出此角度范圍的一定范圍內，能夠起到部分的收集增強效果，使用本發(fā)明能夠使由于無效區(qū)域存在造成的光損失減少60%到99%。2、本發(fā)明旨在收集無效區(qū)域浪費的陽光，對有效區(qū)域而言，其光強增加較小，不會造成聚光太陽能電池面臨的散熱等技術問題。3、配合陽光追蹤裝置使用，能夠使收集器的效果始終最大化。4、本發(fā)明能夠適用于所有平板結構的太陽能電池。
以下，結合附圖來詳細說明本發(fā)明的實施例，其中圖I為太陽能電池板示意圖；圖2為一個電池片的示意圖；圖3為在一個電池片部分無效區(qū)域上方加上雙斜面反射部件后的示意圖；圖4為電池板無效區(qū)域加了雙斜面反射部件的電池模塊示意圖；圖5為在電池無效區(qū)域上方加上雙斜面反射部件的剖面圖；圖6為在電池無效區(qū)域上方加上雙凹面反射部件的剖面圖；圖7為在電池無效區(qū)域上方加上雙凸面反射部件的剖面圖；圖8為在電池無效區(qū)域上方加上雙斜面折射部件的剖面圖9為在電池無效區(qū)域上方加上雙凹面折射部件的剖面圖；圖10為在電池無效區(qū)域上方加上雙凸面折射部件的剖面圖；圖11為在電池無效區(qū)域上方加上鋸齒狀折射部件的剖面圖；圖12是0為80°的雙斜面反射部件對斜入射陽光進行收集的示意具體實施例方式以下，對本發(fā)明優(yōu)選實施例進行說明。但是，本發(fā)明并不僅限于以下的實施例。以下列舉實施例中涉及具體收集效果或模塊結構的均以圖I所示太陽能電池板為例進行說明，圖I為太陽能電池板示意圖，其中I為電池片有效區(qū)域，2為電池板底板，3 為電池片之間的間隙。圖2為一個典型電池片的結構示意圖，圖中4為寬導電條，5為窄導電條。若電池片為邊長120mm的正方形，寬導電條寬度為2mm，兩電池片間縫寬3mm，則寬導電條和縫隙所形成的無效面積占總面積的比例約為8%。圖3為在該電池片的部分無效區(qū)域上方加上雙斜面反射部件后的示意圖，由于通常窄導電條寬度過窄，損失能量極少，所以僅在寬導電條和兩電池片之間的縫隙上設置光收集部件即可，6為雙斜面反光部件。圖4為電池板無效區(qū)域加了雙斜面反射部件的電池模塊示意圖。實施例I本實施例在電池的無效區(qū)域上方設置了雙斜面反射部件，如圖5所示，7為無效區(qū)域，8為反射部件，該部件的反射面為磁控濺射鋁膜，其可見光反射率在90%到95%之間。斜面與電池平面的夾角9在60°到85°之間變化時，在AMl. 5的陽光下(一個標準太陽光強)，當陽光正入射時，對于無效面積占總面積8 %的電池板，加上此反射部件與不加此反射部件相比，總效率能夠提升6%到8. 5%。實施例2本實施例在電池的無效區(qū)域上方設置了雙凹面反射部件，如圖6所示，9為反射部件，該部件的反射面為磁控濺射鋁膜，其可見光反射率在90%到95%之間。反射面任意一點的切線與電池平面的夾角9在0°到90°之間。在AMl. 5的陽光下，當陽光正入射時，對于無效面積占總面積8%的電池板，加上此反射部件與不加此反射部件相比，總效率能夠提升5. 8%到8. 5%。實施例3本實施例在電池的無效區(qū)域上方設置了雙凸面反射部件，如圖7所示，10為反射部件，該部件的反射面為磁控濺射鋁膜，其可見光反射率在90%到95%之間。反射面任意一點的切線與電池平面的夾角9在0°到90°之間。在AMl. 5的陽光下，當陽光正入射時，對于無效面積占總面積8%的電池板，加上此反射部件與不加此反射部件相比，總效率能夠提升5. 6%到8. 3%。實施例4本實施例在電池的無效區(qū)域上方設置了雙斜面折射部件，如圖8所示，11為折射部件。實施例5本實施例在電池的無效區(qū)域上方設置了雙凹面折射部件，如圖9所示，12為折射部件。實施例6本實施例在電池的無效區(qū)域上方設置了雙凸面折射部件，如圖10所示，13為折射部件。實施例7本實施例在電池的無效區(qū)域上方設置了鋸齒狀折射部件，如圖11所示，14為折射部件。實施例8
本實施例說明對于在無效區(qū)域上方設置雙斜面反射部件時，對于一個寬度為3mm的縫隙，在其上方設置雙斜面反射部件，斜面與電池平面夾角為80°，則正入射光線前后偏移不超過55°時，所有照射至該部件反射面的陽光都被收集到部件附近30mm范圍內的有效區(qū)域。如圖12，0點位于反射面的頂端，當入射光線AO與豎直方向的夾角AOB為55°時，反射光線OC剛好能夠到達電池寬為30mm的有效區(qū)域的另一端，而當夾角AOB從55°減小到0°時，反射光線上的C點將向E點移動，因而此光線始終能夠被收集到電池有效區(qū)域，而低于0點處的光線，其反射光線將與OC平行，并且在OC下方，因而所有投射至此斜面的光均能夠被反射至電池的有效區(qū)域，當AOB變?yōu)樨撝挡⒗^續(xù)變化時，此效果將持續(xù)，直至OA越過EO的延長線。因此，在正入射方向左右偏移55°的范圍內，所有照射至反射面的陽光均能被收集至有效區(qū)域。由于陽光方向每小時變化15°，這就相當于在沒有陽光追蹤裝置的情況下，將電池正對正午太陽擺放，在正午前后3. 6小時內，投射至電池表面的陽光均能被 全部收集，而當超出此時間范圍后，陽光收集增強的效果會逐漸減小。
權利要求
1.在太陽能電池或電池模塊的上部空間安裝反射或折射部件構成太陽光收集裝置，使得照射至無效區(qū)域的太陽光等被傳輸到有效區(qū)域，其中太陽能電池為通常在一個太陽光強下使用的平板太陽能電池，包括硅電池、砷化鎵電池等。其特征是反射或折射部件安裝在無效區(qū)域的正上方，其中無效區(qū)域指沒有光敏材料的區(qū)域或光敏材料被遮擋的區(qū)域，包括空白區(qū)域、保護材料區(qū)域、導電材料區(qū)域等，正上方指光正入射時光來源的方向。
2.如I所述的太陽光收集裝置，其特征是反射或折射部件位于無效區(qū)域上部空間，可以是緊挨電池板表面通過粘接等方式與電池板連接固定的，也可以是離開電池板一定距離通過附加框架進行固定的。
3.如I所述的太陽光收集裝置，其特征在于利用具有較高反射率的材料在無效區(qū)域上方制成反射部件，該部件用于反射的面可以是平面或曲面，該平面或曲面中任意位置的切面與電池平面的夾角應在0°到90°之間，反射部件可以是拋光后的金屬材料或在任意材料制成的元件表面用電鍍、蒸鍍、濺射等方法形成金屬反射膜或直接粘貼反射膜，主要包括銀、招、不銹鋼、鈦、鎳、鎘、鉻、猛、銅、鋅、鍺、錫、鎂、鎵、金、鉬、鑰、鈕等金屬中的一種或幾種及其合金或化合物，或者是鍍有銀、鋁、不銹鋼、鈦、鎳、鎘、鉻、錳、銅、鋅、鍺、錫、鎂、鎵、金、鉬、鑰、鈀等金屬中的一種或幾種及其合金或化合物的玻璃、塑料、陶瓷、聚合物等其他材料。
4.如I所述的太陽光收集裝置，其特征在于利用折射率大于I的材料在無效區(qū)域上方制成折射部件，該部件通過折射或全反射將光收集至有效區(qū)域，該部件可以是公知的透鏡元件如棱鏡、凹透鏡、凸透鏡、菲涅耳透鏡等，也可以是根據電池形狀和光強分布需求設計的具有特殊形狀的元件，該部件使用的材料可以是公知的材料，如玻璃、丙烯酸樹脂、聚烯烴類樹脂、聚碳酸酯樹脂等透明材料。
5.如3所述的太陽光收集裝置，其特征在于對于具有矩形形狀或可以被分割成矩形形狀的無效區(qū)域，在其上方安裝的反射部件具有兩個對稱安放的斜面，兩斜面在無效區(qū)域中間位置的邊重合并足夠尖銳以盡可能多地收集陽光，在無效區(qū)域邊緣的邊與無效區(qū)域邊緣重合，兩斜面與電池平面形成的夾角9應在5°到89°之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于太陽能電池的光收集裝置，該裝置適用于平板太陽能電池，通過在電池的無效區(qū)域上方增設反射或折射部件，可以將投射至無效區(qū)域的太陽光收集到電池的有效區(qū)域，從而增加電池的總功率。反射或折射部件可以具有平面、曲面、鋸齒面等結構。由于電池在組成模塊時電池間留有縫隙或空白區(qū)域，而電池上方設置的導電線也會遮擋部分面積，從而形成無效區(qū)域，使用本發(fā)明能夠使由于無效區(qū)域存在造成的光損失減少60％到99％，將陽光追蹤裝置與本發(fā)明配合使用可以得到最好的收集效果。
文檔編號H01L31/052GK102738287SQ20111008990
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月11日 優(yōu)先權日2011年4月11日
發(fā)明者孟慶波, 張一多, 李冬梅, 羅艷紅, 黃小銘 申請人:中國科學院物理研究所