CN102237426A - 高倍复眼式聚光太阳电池组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高倍复眼式聚光太阳电池组件，它包括复眼式微透镜聚光器、非成像二次聚光器、聚光太阳电池芯片、玻璃基电路板。其中聚光太阳电池芯片焊接在玻璃基电路板上，非成像二次聚光器位于各个聚光太阳电池芯片正上方。本发明采用复眼式微透镜聚光的方法，在聚光光伏发电应用中光效率高，散热性能好，克服了聚光光伏发电应用中的聚光和散热难题，并且改进了生产工艺，有利于产品的自动化生产。

Description

高倍复眼式聚光太阳电池组件

技术领域

本发明属于太阳能光伏发电领域，特别涉及一种应用于聚光光伏发电的聚光太阳电池组件。

背景技术

太阳能的开发利用有很好的社会效益、环境效益和经济价值。其应用包括光热和光电两种主要形式。随着化石能源的紧缺，太阳能发电作为最理想的替代能源越来越受到重视，太阳能发电技术也成为应对能源紧缺和环境问题的最具活力、发展最快的研究领域之一。太阳能发电是以太阳电池作为光电转换器件，将太阳能转换为电能。几十年来，第一代晶体硅太阳电池、第二代薄膜太阳电池在太阳能光伏发电领域取得了令人瞩目的成就。但是晶体硅太阳电池的制造工艺复杂、耗能过多，导致太阳电池的成本过高，缺乏市场竞争力，极大的阻碍了太阳能发电的应用推广。薄膜电池的制造成本相对较低，但是转换效率也较低，很难成为发展主流。第三代聚光光伏发电以其低制造成本和较高的转换效率，在光伏发电领域有着独特的优势，势必成为光伏发电的发展方向。

聚光光伏技术利用廉价的聚光器将太阳光汇聚之后再照射在面积很小的高性能聚光太阳电池上，以减少太阳电池的用量，降低成本。高性能的聚光太阳电池提高了光电转换效率，使***输出更多电量。

聚光太阳电池组件包括聚光器、聚光太阳电池和散热***。聚光器又可分为透射式和反射式两大类。目前聚光器中应用最广泛的是透射式中的菲涅尔透镜聚光器，但是用菲涅尔透镜聚光有几点不足：①透光率低，不能利用散射辐射；②照射在透镜螺纹圆环顶部的光损失严重；③聚光后光强分布不均匀。前两点会导致透镜的光效率低，而光强分布不均匀会导致聚光太阳电池上的温度和电流分布也不均匀，聚光太阳电池的开路电压和效率下降。如果用普通光学透镜做聚光器，即可避免以上问题。但是使用普通光学透镜做聚光器，由于透镜体积大，势必造成装置过重，尺寸过大。并且，聚光太阳电池组件即使都有散热***，但是由于高倍聚光产生的高温，仍然是聚光光伏发电一直没有很好解决的问题。部分散热性能好的聚光太阳电池组件，也因散热***复杂，造成聚光太阳电池组件结构过于复杂，成本增加。

本发明采用复眼式微透镜聚光的方法，解决了使用菲涅尔透镜聚光器存在的问题，同时本发明采用的复眼式微透镜聚光器，聚光器的透镜体积小、重量轻，光效率高，且厚度也只有普通平板玻璃的厚度。

本发明采用的复眼式微透镜聚光的方法，将入射光分成很多份能量单元，均布在整个基板的聚光太阳电池芯片上，散热点多且均匀。同时非成像二次聚光器能修正光线误差，将光二次聚焦到聚光太阳电池芯片上，降低对安装精度和太阳跟踪***的要求。

发明内容

聚光光伏发电能大大减少太阳电池的用量，降低成本。但聚光光伏普遍采用的菲涅尔透镜聚光器，光效率不高，聚光后光强分布不均匀。这些缺点限制了聚光光伏发电效率的进一步提高，是聚光光伏发电必须解决的问题。而用普通光学透镜做聚光器，虽然能避免以上问题，但是会导致装置过重，尺寸过大。并且，由于高倍聚光产生的高温，造成组件散热困难，是聚光光伏发电一直没有很好解决的问题。高倍复眼式聚光太阳电池组件正是基于解决这些问题而发明的。

本发明的目的通过以下技术方案实现：它包括复眼式微透镜聚光器、非成像二次聚光器、聚光太阳电池芯片、玻璃基电路板。其中聚光太阳电池芯片焊接在玻璃基电路板上，对应复眼式微透镜聚光器上各个透镜的焦点；非成像二次聚光器分别位于各个聚光太阳电池芯片的正上方，并且能将入射光二次聚焦到聚光太阳电池芯片上；玻璃基电路板上的铜镀层刻有电路，将焊接在上面的聚光太阳电池芯片串联或并联。

当太阳光垂直照射复眼式微透镜聚光器时，经复眼式微透镜聚光器一次聚光和非成像二次聚光器的二次聚光，光线汇聚到对应的聚光太阳电池芯片上；当太阳光稍有偏差时，非成像二次聚光器能修正光路，保证太阳光依然汇聚到聚光太阳电池芯片上。

复眼式微透镜聚光器将入射光均布在整个基板的聚光太阳电池芯片上，散热点多且均匀，避免了因热量过于集中而散热困难。相比用菲涅尔透镜和普通光学透镜做成的聚光太阳电池组件有更好的散热性能。非成像二次聚光器的引入，增大了***对阳光的接受角，从而降低了对安装精度和太阳跟踪***的要求，降低成本。同时非成像二次聚光器有助于增强散热。

本发明中的复眼式微透镜聚光器由于采用了普通光学透镜，光发散少，透过率高，能利用部分散射辐射，光效率高于菲涅尔透镜聚光器。并且复眼式微透镜聚光器采用的普通光学透镜体积小、重量轻，聚光器厚度也只有普通平板玻璃的厚度。

本发明不仅能有效解决聚光光伏发电中的高倍聚光和***散热难题，并且改进了生产工艺，实现了产品的自动化生产。

附图说明

图1是本发明的实施例的结构示意图，视图对装置进行了局部剖。

图2是图1中聚光太阳电池芯片及其连线的局部示意图。

图3是本发明实施例的局部剖视图。

图4和图5是本发明的实施例的原理示意图。

图中：1.复眼式微透镜聚光器，2.非成像二次聚光器，3.聚光太阳电池芯片，4.玻璃基电路板，5.太阳光，6.封胶，7.聚光太阳电池，8.焊锡，9.粘接剂，10.旁路二极管，11.沉锡层，12.铜镀层，13.电极引线。

具体实施方式

参考图1、图2、图3、图4、图5，本发明的实施例包括复眼式微透镜聚光器、非成像二次聚光器、聚光太阳电池芯片、玻璃基电路板。其中聚光太阳电池芯片焊接在玻璃基电路板上，对应复眼式微透镜聚光器的各个透镜的焦点；非成像二次聚光器分别位于各个聚光太阳电池芯片的正上方，并能将入射光二次聚焦到聚光太阳电池芯片上；玻璃基电路板上的铜镀层刻有电路，将焊接在上面的聚光太阳电池芯片串联或并联。

图3所示的本实施例的局部剖视图，展示了本发明中非成像二次聚光器、聚光太阳电池芯片、玻璃基电路板的一种排布结构和散热方式。非成像二次聚光器2位于聚光太阳电池芯片的正上方，用粘接剂9粘接在玻璃基电路板4的铜镀层12上。聚光太阳电池7上有一层封胶6，用焊锡8焊接在玻璃基电路板4的铜镀层12上。旁路二极管10与聚光太阳电池7并联。玻璃基电路板4上的铜镀层12上刻有电路，表面覆盖一层保护沉锡层11。聚光太阳电池7的正电极靠底面的焊锡8接到铜镀层12的电路上，负电极则用电极引线13连接到下一块聚光太阳电池的正电极。可见，聚光太阳电池7的热量通过焊锡8传导到铜镀层12，热量即被分布在基板上。

如图4所示，当太阳光5垂直照射时，经复眼式微透镜聚光器1的一次聚光和非成像二次聚光器的二次聚光，汇聚在聚光太阳电池芯片3上。

如图5所示，当太阳光5稍有偏差时，经复眼式微透镜聚光器1的一次聚光，再经非成像二次聚光器2的二次聚焦和修正，依然将光汇聚到聚光太阳电池芯片3上。

不论光路如图4或者图5所示，太阳光都能汇聚到聚光太阳电池芯片上。可见此装置降低了对安装精度和太阳跟踪***的要求。

本发明中的复眼式微透镜聚光器将太阳光均布在整个基板的各个聚光太阳电池芯片上，散热点多且均匀，聚光太阳电池芯片的热量又传导至铜镀层，热量被均布在整个基板上，避免了由于高倍聚光产生的高温造成组件散热困难的问题，散热性能优异。当太阳光5稍有偏差时，此时的复眼式微透镜聚光器1光发散很少，并且非成像二次聚光器2能起到修正光路的作用，提高光的利用率。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，但并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内所作之各种更动与润饰，亦属本发明之范围。因此，本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。

Claims (5)

1.一种高倍复眼式聚光太阳电池组件，它包括复眼式微透镜聚光器、非成像二次聚光器、聚光太阳电池芯片、玻璃基电路板。其特征在于：所述的聚光太阳电池芯片焊接在玻璃基电路板上；所述的非成像二次聚光器分别位于各个聚光太阳电池芯片的正上方。

2.根据权利要求1所述的高倍复眼式聚光太阳电池组件，其特征在于：所述的复眼式微透镜聚光器由普通光学透镜阵列组成，透镜可利用散射辐射；所述的复眼式微透镜聚光器可由玻璃、有机透明材料及它们的混合物做为材料，制造时可一次成型。

3.根据权利要求1或2所述的高倍复眼式聚光太阳电池组件，其特征在于：所述的聚光太阳电池芯片对应复眼式微透镜聚光器的各个透镜的焦点焊接在玻璃基电路板上。

4.根据权利要求1或3所述的高倍复眼式聚光太阳电池组件，其特征在于：所述的非成像二次聚光器分别位于各个聚光太阳电池芯片的正上方，能够修正光路，将太阳光二次聚焦到对应的聚光太阳电池芯片上，可以容忍一定的安装和跟踪误差。

5.根据权利要求1或3所述的高倍复眼式聚光太阳电池组件，其特征在于：所述的玻璃基电路板上表面为铜镀层，上面刻有电路，把焊接在上面的聚光太阳电池芯片串联或并联。

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