CN101454900A - 具有反射表面的太阳能收集器装置 - Google Patents

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约翰·普拉克
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Abstract

一种PV组件包括支撑组件和安装在支撑组件上第一及第二PV元件，并且PV元件以间隙隔开。PV元件是具有有源的、产生能量的上PV表面和下PV表面的双面PV元件。该间隙是透光间隙。该组件还包括在PV元件下方并与PV元件隔开的由支撑组件支撑的光反射表面，使得通过间隙的光能被反射回到至少一个PV元件的下PV表面上。

Description

具有反射表面的太阳能收集器装置
技术领域
本发明涉及太阳能的收集，并具体涉及使用双面光伏(PV)元件的光伏组件。
背景技术
光伏阵列用于各种用途，包括作为公用交互电力***、作为偏僻或者无人地域的电源、蜂窝电话转换部位电源、或者乡镇电源。这些阵列可以具有几千瓦到上百千瓦或者更多的容量，并典型地被安装在一天中的大部分暴露于太阳的具有较平坦表面的地方。一种类型的PV元件构造为具有有源(active)的、产生能量的上光伏表面和下光伏表面。这些装置被典型地称作双面PV元件或者双面PV模块。这样，照在PV元件上表面和下表面上的光可用于产生电，从而提高了装置的效率。
发明内容
PV组件的实例包括支撑组件和安装在支撑组件上第一及第二PV元件，并且PV元件以间隙隔开。PV元件是具有有源的、产生能量的上PV表面和下PV表面的双面PV元件。该间隙是透光间隙。组件还包括在PV元件下方并与PV元件隔开的由支撑组件支撑的光反射表面，使得通过间隙的光能被反射回到至少一个PV元件的下PV表面上。在一些实例中，组件包括安装在支撑组件上的光反射元件，其中光反射元件包括光反射表面。支撑组件和光反射元件在PV元件的下方可以界定开放区域(open region)。
双面PV装置的问题之一在于下有源表面的性能提高非常依赖于具体安装方法和取向。这阻碍了双面模块的大规模应用。本发明带来双面模块不再依赖于这些因素的益处，为各种应用提供能可靠量化的可靠的性能。
通过参阅附图、详细的描述及随后的权利要求可以看到本发明的其它特征、方面和优势。
附图说明
图1是双面PV组件的第一实例的俯视图；
图2是图1的PV组件的一部分的等轴图；
图3是沿图1的3-3线截取的PV组件的一部分的放大图；
图4是双面PV组件的第二实例的等轴图；
图5是图4的组件的一部分的放大横截面图；
图6是双面PV组件的第三实例的等轴图，其中PV元件的行可以跟踪太阳；
图7是图6的PV组件的一部分的放大横截面图，示出倾向太阳的行；
图8是示出步进电动机和枢轴的局部横截面图；
图9是双面PV组件的第四实例的等轴图，移除框架的一端以示出弯曲的光反射元件；
图10是图9的组件的一部分的放大横截面图；
图11是双面PV组件的第五实例的一角的俯视图，其中在邻接PV组件的角产生间隙；及
图12是图11的PV组件的一部分的局部分解等轴图，示出在角间隙以下并与之隔开的单独反射元件。
具体实施方式
典型地，下面的描述将参考具体结构实施例和方法。要理解的是，不欲将本发明局限于具体公开的实施例及方法，而是可以使用其它的特征、要素、方法和实施例来实践本发明。描述优选实施例是为了举例说明本发明，而不是限制本发明的范围，其范围由权利要求确定。本领域普通技术人员将基于随后的描述意识到多种等同变化。在各实施例中相似的元件一般都由相似的标号标出。
图1-3示出了双面PV组件10的第一实例。组件10包括：支撑组件12，包括四周延伸的框架14；和第一透光层16及第二透光层18。组件10还包括俘获在层16和层18之间的PV元件22的行20。行20由透光间隙24隔开。组件10还包括下光反射元件26，安装在框架14上以在第二层18和元件26之间产生开放区域28。光反射元件26在几乎全部第一透光层16和第二透光层18的下方延伸。元件26的上表面30是光反射表面，从而由图3中箭头32所示的光可以通过透光间隙24，被表面30反射并到达PV元件22的下表面34。这样，PV元件22就可以将直接到其上表面36和其下表面34的光能转换以获得更有效的装置。
来自于PV***的能量成本将很大程度地受安装成本和PV组件效率的影响。PV***的安装成本将取决于PV元件的成本、组成PV组件的其它部件的成本、安装硬件的成本、装配成本和各种其它的因素。在竞争的优先考虑事项之间必须进行权衡。在一些情形下，最优先考虑的事项是在给定的空间中安装最大的产能。在另外一些情形下，更重要的是每个PV组件的输出最大化。即使空间限制并不重要，通常还是希望PV组件的输出最大化，以使得所需的PV组件的数目和安装硬件的数量保持最小。对于双面模块，如果空间限制不重要，那么增加PV元件之间的间隙将是有好处的，其使得反射到每个PV元件下表面的光最大化。如果空间受到限制，那么最经济的可能来自于保持这些间隙最小化。
制成PV组件10的材料可以是常规的或者非常规的。举例来说，第一透光层16可以由例如玻璃或者层合的材料层制成，并且可以或可以不由防刮(scratch-resistant)或防裂(break-resistant)的膜或涂层覆盖或处理。第二层18可以由与第一层16相同或者不同的材料制成。但是，第二层18通常不包括防刮或防裂的膜或涂层。在一些实例中，第二层可以省略，PV元件22的下表面34直接暴露于开放区域28。典型地，框架14是阳极化的铝，其它合适的材料也可以使用。光反射元件26可以由具有高光反射上表面30的各种材料制成，例如抛光的金属片或者具有金属上表面的塑料片。此外，光反射元件26可以穿孔，或者是透气的以帮助冷却开放区域28并从而冷却PV元件22。这样的开口可以均匀地分布，或者可以在不期望有多的光照射并反射至下表面34的区域中更多或更大。
在一些实例中，PV元件22的下表面34和反射上表面30间的距离33优选至少是PV元件22宽度35的大约一半以增加产能。PV元件22的下表面34和反射上表面30间的距离33更优选大约等于PV元件22宽度35的一半以有效地产生能量。在一些实例中，宽度35可以制作得非常小，大约等于第二透光层18的厚度。通过这样做，第二透光层18的下表面37可以制成光反射的，从而层18既可以支撑和保护PV元件22也可以用作光反射元件。在该实例中，框架14可以制成基本消除在第二透光层18下方的开放区域28，或者框架14可以制成比所必需的更大以提供开放区域28，从而帮助冷却PV元件22。
图4和5示出了双面PV组件10的另一个实例。在该实例中，第一透光层16和第二透光层18为条状，从而每个PV元件具有自己的一套层16和层18，每行20之间具有开放间隙38。这种布置允许光和空气自由地在行20之间通过，从而允许气流通过开放间隙38并且在与PV元件22的下表面34和上表面36相对的区域之间流动。这有助于保持PV元件22更冷却，以帮助提高能量转换效率并帮助延长PV元件的寿命。
图6、7和8示出了双面PV组件10的另一个实例，其中修改了图4和5的实例以使得每行20都安装在框架14中，以这样的方式允许各行能在白天跟踪太阳。在每行的端部，枢轴销(pivot pin)或轴40，或者其它合适的结构被用作将行20以枢轴方式安装至框架14。在设计上，用于转动或倾斜行20从而使其从早到晚跟随太阳的驱动机构可以是常规或者非常规的。在一个实例中，在每个行20一端，分离的步进电机42被安装至枢轴40，从而每行可以独立地旋转。转动每行20所需的力可以比较小，从而步进电机42可以比较便宜。单个的控制器(未示出)可用于控制每行20的步进电机42。基于例如白天的时间或者感应的太阳位置，控制器可以为每个步进电机42提供信号。控制器和每个步进电机42之间的连接可以是有线连接或者无线连接。当对大量PV组件10使用单个控制器来控制多个步进电机42或其它驱动机构时，无线连接将尤其有利。同样地，举例来说，单个驱动机构可用于旋转一个或多个PV组件10的所有行20。
另一个实例示于图9和10。在该实例中，光反射元件26具有一系列波形、优选凹形的部分44以提供上表面30的一系列凹形上反射表面部分46。每个表面部分46都沿着PV元件22的行20延伸，并通常在PV元件22的下方居中。为了不同的需求，可以优化反射表面部分46的精确形状和尺寸及反射表面部分46和PV元件22的下表面34之间的距离。
对于大多数应用，PV元件的最优尺寸将是制造者制造的标准尺寸。其它的尺寸将会需要额外的工艺，其将会增加成本。然而，在某些情形中，这可能是一种值得的权衡。PV元件尺寸对从PV元件的下表面到反射表面的距离尺寸的最优比率可以通过建模或实验确定。这个比率极可能不依赖于应用而保持恒定。极端地，下表面和反射表面之间的距离可以非常小，以提供非常紧凑的产品封装，有助于最小化成本。为了保持最优比率，PV元件不得不非常小，这将会增加成本。PV元件之间的间隙将取决于***的整体目标而变化。如果目标是最大化每个PV元件输出，则PV元件之间的间隙将制得比较大以允许更多的光到达每个PV元件的后表面。如果目标是使最大的产生能力适合于最小的空间，则PV元件之间的间隙将制得非常小。
图11和图12示出组件10的一部分，其中双面PV元件22的行20被分布以有效地彼此接触，提高封装密度。PV元件22成形为在四个相邻PV元件22的角相交处产生角间隙50。通过在角间隙50的正下方将反射元件52施加至第二透光层18的下表面37而可以获得双面的产生能量，尽管该能量的量是有些受限的。反射元件52的尺寸优选等于或稍微大于角间隙50的尺寸。或者，整个下表面38可以用反射材料覆盖。在该实例中，框架14可以制成基本消除在第二透光层18下方的开放区域28，或者框架14可以制成比所必需的更大，以提供开放区域28，从而帮助冷却PV元件22。
上面的描述使用了例如上、下、顶、底、在上、在下等的措辞。这些措辞用于帮助理解本发明而不是限定性的。
尽管参考上面详细描述的优选实施例和实例来揭示本发明，应该理解的是这些实例是例证性的而不是限制性的。可以预见对于本领域的技术人员来说将会发生修改和组合，这些修改和组合在本发明的精神及权利要求的范围之内。
以上提到的任何和全部专利、专利申请及印刷出版物都通过引用的方式引入。

Claims (26)

1、一种光伏组件，包括：
支撑组件；
第一和第二光伏元件，安装在所述支撑组件上并以间隙隔开所述光伏元件；
所述光伏元件是具有有源的、产生能量的上光伏表面和下光伏表面的双面光伏元件；
所述间隙是透光间隙；及
光反射表面，在所述光伏元件下方由所述支撑组件支撑并与所述光伏元件隔开，使得通过所述间隙的光能被反射回至少一个所述光伏元件的下光伏表面。
2、如权利要求1所述的光伏组件，还包括安装在所述支撑组件上的光反射元件，其中所述光反射元件包括所述光反射表面。
3、如权利要求2所述的光伏组件，其中所述支撑组件和所述光反射元件在所述光伏元件的下方界定开放区域。
4、如权利要求3所述的光伏组件，其中所述间隙是开放区以允许空气从在所述开放区域中并与所述下光伏表面相对的第一位置，经由所述间隙流至与所述上光伏表面相对的第二位置。
5、如权利要求3所述的光伏组件，其中所述光反射元件是透气层，从而有助于冷却所述光伏元件。
6、如权利要求1所述的光伏组件，其中所述光伏元件具有一宽度并且所述光反射表面和所述光伏元件以一距离隔开，所述宽度至少为所述距离的大约一半。
7、如权利要求1所述的光伏组件，其中所述光伏元件具有一宽度并且所述光反射表面和所述光伏元件以一距离隔开，所述宽度大约等于所述距离。
8、如权利要求1所述的光伏组件，其中所述支撑组件包括框架和由所述框架固定并支撑的第一透光支撑层。
9、如权利要求8所述的光伏组件，其中所述支撑组件包括由所述框架固定并支撑的第二透光支撑层，所述光伏元件位于所述透光支撑层之间。
10、如权利要求9所述的光伏组件，其中所述第二透光支撑层具有上表面和下表面，所述上表面面对所述光伏元件，所述下表面包括所述光反射表面。
11、如权利要求10所述的光伏组件，其中所述光伏元件具有宽度并且所述第二透光支撑层具有大约等于所述宽度的厚度。
12、如权利要求10所述的光伏组件，还包括所述光伏元件的阵列，所述光伏元件的阵列具有彼此邻接的边和角区域，所述角区域界定多个所述透光间隙。
13、如权利要求10所述的光伏组件，其中所述光反射表面包括多个隔开的光反射表面。
14、如权利要求8所述的光伏组件，其中所述第一透光支撑层覆盖所述间隙。
15、如权利要求8所述的光伏组件，其中所述光反射元件安装在所述框架上并且至少基本上在整个所述第一透光支撑层的下方延伸。
16、如权利要求8所述的光伏组件，其中所述第一透光支撑层包括具有安装在所述框架上的端部并支撑所述光伏元件的平行的、隔开的透光支撑层条。
17、如权利要求16所述的光伏组件，其中所述支撑层条不可旋转地安装在所述框架上。
18、如权利要求16所述的光伏组件，其中所述支撑层条枢轴地安装在所述框架上，并还包括转动所述支撑层条以允许所述光伏元件跟踪太阳的装置。
19、如权利要求1所述的光伏组件，其中所述光反射元件大体是平的。
20、如权利要求1所述的光伏组件，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、如权利要求1所述的光伏组件，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、一种光伏元件，包括：
支撑组件，包括框架及由所述框架支撑的第一和第二透光支撑层；
第一和第二光伏元件，安装在所述第一和第二透光支撑层之间并以间隙隔开所述光伏元件；
所述光伏元件是具有有源的、产生能量的上光伏表面和下光伏表面的双面光伏元件；
所述间隙是透光间隙；
光反射元件，安装在所述支撑组件上以至少基本上在整个所述第一透光支撑层的下方延伸；
所述支撑组件和所述光反射元件在所述光伏元件的下方界定开放区域；
所述光反射元件安装在所述间隙的下方，由此通过所述间隙的光可以被反射回至少一个所述光伏元件的下光伏表面；
所述光反射元件是透气层，从而有助于冷却所述光伏元件。
23、如权利要求22所述的光伏组件，其中所述间隙是开放区以允许空气从在所述开放区域中并与所述下光伏表面相对的第一位置，经由所述间隙流至与所述上光伏表面相对的第二位置。
24、如权利要求22所述的光伏组件，其中
所述支撑组件包括框架和由所述框架支撑的第一透光支撑层；
所述第一透光支撑层包括具有安装在所述框架上的端部并支撑所述光伏元件的平行的、隔开的透光支撑层条。
25、如权利要求24所述的光伏组件，其中所述支撑层条不可旋转地安装在所述框架上。
26、如权利要求24所述的光伏组件，其中所述支撑层条枢轴地安装在所述框架上，并还包括转动所述支撑层条以允许所述光伏元件跟踪太阳的装置。
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