多棱镜折射式聚光跟踪一体化太阳电池组件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种多棱镜折射式聚光跟踪一体化太阳电池组件,属于光伏聚光技术 领域。
【背景技术】
[0002] 聚光光伏系统是利用透镜或反射镜将太阳光汇聚到太阳电池上,用比较便宜的聚 光器来部分代替昂贵的太阳电池,从而减少给定功率所需的太阳能电池面积,一直W来作 为降低光伏发电成本的途径之一而备受关注。聚光系统结构种类较多,根据聚光形式的不 同可分为线聚光系统和点聚光系统。对于线性聚光来说,著名的有西班牙抓化IDES系统, 德国的化aunhofer太阳能系统研究所(IS巧的EICON系统等。对于点聚光系统来说,美国 的AM0NIX公司,西班牙的Isofoton公司等都有产品已经商业化。
[000引西班牙的抓化IDES系统所使用的聚光电池为垂直多结电池。该种结构的优点是 增大了结面积,使得载流子在p-n结附近产生,增加了载流子的收集率。
[0004] 德国化aunhoferISE开发的EICON聚光系统采用抛物面镜将阳光汇聚到接受器 上,通过加装二次聚光器(CompoundPar油olicconcentrator,CPC)可W实现300倍的高 聚光比。接受器由背面线接触娃电池(rear-line-contactedconcentratorcells,I?LCC cell)与六个PMMA(polymethylmethacirlate)制成的CPC透镜和和散热装置共同组成,其 中化CC电池在100个聚光太阳条件下可实现25%的最高效率,CPC二次透镜最大接受角为 ±23.5。,当入射角为0°时可实现83%的光学效率。
[0005] 美国的AM0NIX公司的高效率点聚光娃太阳电池发电系统(简称IHCPV系统)的 采用250倍菲涅耳透镜聚光,使10mm2点接触绒面高效娃太阳电池的光电转换效率高达 25%~27%,并成功地建造了输出功率高达5kw的聚光娃太阳电池组件单元和单机功率为 25kw的集成光伏发电系统单元
[0006] 西班牙Isofoton公司的平板微型点聚光太阳电池组件采用了新型的聚光透镜, 该聚光透镜包括一个初级透镜和一个二次光学透镜组成,其中初级透镜基于透射、全内反 射、折射和非球面透镜原理制成,能够达到菲涅耳透镜所不能达到的小焦距,大的接受角。 该样就使得整个透镜组焦距很小,最终使封装后的组件仅有3cm左右的厚度,同时具有大 于r的接受角。
[0007] 对于聚光系统,怎样跟踪太阳,使其在任何季节任何时刻都可W最大量捕捉到福 照达到聚光效果是设计的关键。上述的典型聚光系统都需要另外配备单轴或双轴跟踪装 置,此外,也有部分专利介绍了新型聚光系统设计与概念,可W采用免传动部件的太阳跟踪 方式。
[000引 目前聚光系统普遍存在两个问题;首先,跟踪构件未与太阳电池组件及聚光器集 成在一起,现场安装与调试复杂,且需要旋转聚光太阳电池组件W跟踪太阳,不适合与一般 民用建筑斜面屋顶结合;其次,对于点聚集或线聚焦系统,在太阳跟踪失效时,易出现局部 温度过高而损坏太阳电池组件情况。
【发明内容】
[0009] 本发明的提出了聚光器、太阳跟踪装置一体化的太阳电池组件方案,通过旋转与 移动棱镜组可W达到较好的聚光与跟踪太阳的效果。
[0010] 为达到上述目的,本发明采用的技术方案如下:
[0011] 多棱镜折射式聚光跟踪一体化太阳电池组件,由多个太阳电池串,多个聚光器和 跟踪系统组成;所述太阳电池组件安装在四周由侣或耐候塑料型材组成的边框结构中;所 述多个太阳电池串按照一定的间隔分布于太阳电池组件的背板上,在每个间隔处放置聚光 器,所述聚光器平行太阳电池串;所述跟踪系统为设置在边框的弧形槽轨;所述聚光器为 棱镜组;所述棱镜组通过两个支柱安装在边框的弧形槽轨上,使棱镜组与太阳电池组件之 间留有一定的距离,所述支柱底端在弧形槽轨中沿着设定轨迹移动,从而带动棱镜组转动, W跟踪太阳福照;所述棱镜组的长度比太阳电池串长度两端每端长0. 5-3倍太阳电池串宽 度的距离;并且所述棱镜组与太阳电池组件倾角为安装地点绅度±6°。
[001引前述的太阳电池串有6-12个。
[0013] 前述的太阳电池串之间的间隔为太阳电池串宽度的0. 5-2倍。
[0014] 前述的棱镜组由2-10个正S角形棱镜或直角S角形棱镜组成。
[0015] 前述的棱镜组由2-10个正S角形棱镜组成。
[0016] 前述的棱镜组棱镜采用PMMA或低铁玻璃做成。
[0017] 前述的正S角形棱镜组与太阳电池组件之间的距离关系为:
[001引h=bXtg(30。),
[0019] 其中,h为棱镜组与太阳电池组件之间的距离,b为太阳电池串的宽度。
[0020] 前述的设定轨迹通过如下方式获得:
[0021]采用光学软件化ed模拟太阳光线偏移23. 5°、棱镜材料PMMA折射率为1. 49,选 取一定数目的正=角形棱镜或者直角=角形棱镜构成棱镜组,模拟太阳光线经过棱镜组折 射与反射后的轨迹,逐步模拟福照偏移,同时逐点旋转并平移棱镜组,使得直接照射与通过 棱镜组照射在太阳电池组件表面的福射光线重合,W此作为棱镜组移动的设计轨迹。
[0022] 本发明利用棱镜组仅将太阳福照转移,不存在聚光焦点(或线),通过棱镜组的福 照均匀分布在太阳电池组件表面,即使在福照入射角偏移且太阳跟踪系统失效情况,仍不 会形成强光点或强光线造成严重局部过热损坏太阳电池组件现象;本发明的聚光器、跟踪 系统与太阳电池组件做成一体化后,可W大大减少现场装配人力成本,并且由于不需要旋 转整个太阳电池组件,与其他聚光系统相比,本发明更适合于民用建筑屋顶应用,做到光伏 建筑一体化炬uilding Integrated Photovoltaic, BIPV)。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明的多棱镜折射式聚光跟踪一体化太阳电池组件结构示意图;
[0024] 图2为本发明的太阳电池组件的聚光器的安装结构示意图;
[0025] 图3为化ed软件模拟旋转棱镜组后的跟踪太阳福照的光线分布;
[0026] 图4为棱镜组为3个正S角形棱镜时化ed软件模拟入射角二倍折射式聚光器光 线分布;
[0027]图5为棱镜组为7个正S角形棱镜时化ed软件模拟入射角二倍折射式聚光器光 线分布;
[002引图6为二倍折射式聚光器光线轨迹示意图;
[0029] 图7为图6的局部放大效果图。
【具体实施方式】
[0030] 现结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0031] 本发明的多棱镜折射式聚光跟踪一体化太阳电池组件如图1所示,每块太阳电池 组件由多个化-12个)太阳电池串,多个聚光器和跟踪系统组成,太阳电池组件安装在四周 由侣或耐候塑料型材组成的边框结构中。若干个太阳电池串按照一定的间隔分布于太阳电 池组件的背板上,该间隔一般取太阳电池串宽度的0. 5-2倍,在每个间隔处放置聚光器,聚 光器平行太阳电池串,跟踪系统为设置在边框的弧形槽轨。本发明的聚光器为棱镜组,从图 1和图2中都可W看出,棱镜组与太阳电池组件之间有一定的距离,棱镜组通过两个支柱安 装在边框的弧形槽轨上,支柱底端可W在弧形槽轨中沿着设定轨迹移动,从而带动棱镜组 转动,达到跟踪太阳效果。图2中,化为跟踪支点水平变化距离、Dv为跟踪支点垂直变化距 离,DA跟踪支点角度变化,A为棱镜角度。由于该聚光组件中电池串间的间距较大且聚光器 有良好的通风通道,适合于自然冷却,并且在安装时设置聚光棱镜组与太阳电池组件倾角 为安装地点绅度±6°,该倾角从图3中可W看出。
[0032] 聚光棱镜组的长度大于太阳电池串长度,来补偿每天早晚时刻的太阳福