專利名稱：使用玻璃工藝制造太陽能聚光器的方法和裝置的制作方法
使用玻璃工藝制造太陽能聚光器的方法和裝置相關(guān)申請的交叉引用本申請要求共同轉(zhuǎn)讓的2007年8月6日提交的美國臨時申請60/954021的優(yōu)先 權(quán)和2008年7月23日提交的美國申請12/178561的優(yōu)先權(quán)，并且在此以引用的方式并入 本文。
背景技術(shù)：
本發(fā)明通常涉及太陽能技術(shù)。具體地，本發(fā)明提供制造太陽能電池模塊用玻璃聚 光器的方法和裝置。更具體而言，本發(fā)明提供制造玻璃聚光器的方法和系統(tǒng)，其使用一個或 更多個鼓式構(gòu)件以在浮法玻璃工藝期間在帶狀玻璃上形成預(yù)定形狀的聚光結(jié)構(gòu)。僅僅為了 舉例，本發(fā)明已被應(yīng)用于太陽能電池板，即通常所稱的太陽能電池模塊，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到本 發(fā)明具有廣泛得多的適用性。隨著世界人口的增加，工業(yè)擴(kuò)張已經(jīng)導(dǎo)致同樣大的能量消耗。能量通常來自包括 煤和石油的化石燃料、水電站、核源等。僅僅作為例子，國際能源機(jī)構(gòu)預(yù)計耗油量將進(jìn)一步 增長，其中諸如中國和印度等發(fā)展中國家占增長中的大部分。我們?nèi)粘Ｉ钪械膸缀趺恳?個要素都部分地依賴于日益稀缺的石油。隨著時間進(jìn)一步推移，“廉價”而豐富的石油時代 就將結(jié)束。因此，已經(jīng)開發(fā)了其他的和替代的能源。除了石油，我們還依賴其他非常有用的能源如水電、核電等來滿足我們的電力需 求。舉例來說，我們對家用和商用的常規(guī)電力需求大多數(shù)都來自于依賴煤或其他形式化石 燃料驅(qū)動的渦輪、核電廠和水電站，以及其他形式的可再生能量。通常，家用和商用電力已 很穩(wěn)定和普遍。最重要地，地球上發(fā)現(xiàn)的即使不是全部也有大量的有用能量來自于太陽。通常，地 球上所有的普通植物生命利用來自太陽光的光合作用來獲得生命。諸如石油的化石燃料也 是由源于與太陽相關(guān)的能量的生物材料發(fā)展來的。對于包括“太陽崇拜者”的人類而言，陽 光是必要的。對于行星地球上的生命而言，太陽是我們最為重要的能源和現(xiàn)代太陽能的燃 料。太陽能具有許多非常理想的特性！太陽能可再生、清潔、豐富而且常常分布廣泛。 一些已開發(fā)的技術(shù)通常捕集太陽能、聚集它、儲存它，并且將它轉(zhuǎn)化成其他有用的能量形 式。已經(jīng)開發(fā)了太陽能電池板來將陽光轉(zhuǎn)化成能量。僅僅作為例子，太陽能熱電池板 通常將來自太陽的電磁輻射轉(zhuǎn)化成用于加熱住宅、運(yùn)行某些工業(yè)過程或者驅(qū)動高級渦輪來 發(fā)電的熱能。作為另一實例，太陽能光電板將陽光直接轉(zhuǎn)化成用于多種應(yīng)用的電。太陽能 電池板通常由彼此互連的太陽能電池陣列構(gòu)成。所述電池通常以串聯(lián)和/或并聯(lián)的串聯(lián)電 池組布置。因此，太陽能電池板具有惠及我們的國家、安全和人類使用者的巨大潛力。它們 甚至能夠使我們的能量需求多樣化并且降低世界對石油和其他潛在的有害能源的依賴。盡管太陽能電池板已成功用于某些應(yīng)用，但是仍然存在某些局限性。太陽能電池 通常昂貴。根據(jù)地理區(qū)域，購買太陽能電池板，通常有政府機(jī)構(gòu)的財政補(bǔ)貼，這常常不能與 從公眾的電力公司直接購電進(jìn)行競爭。另外，電池板通常由含硅晶片材料構(gòu)成。這樣的晶片材料常常昂貴，而且難以大規(guī)模地有效制造。太陽能電池板的可用性也有些不足。也就 是說，太陽能電池板通常難以從有限的光電含硅材料來源中找到和購買。這些和其他局限 性描述于整個本發(fā)明說明書中，并且可以在下文更詳細(xì)地來說明。從上面看出，高度期望用于改進(jìn)太陽能設(shè)備的技術(shù)。發(fā)明概述本發(fā)明通常涉及太陽能技術(shù)。具體地，本發(fā)明提供制造太陽能電池模塊用玻璃聚 光器的方法和裝置。更具體而言，本發(fā)明提供制造玻璃聚光器的方法和系統(tǒng)，其使用一個或 更多個鼓式構(gòu)件以在浮法玻璃工藝期間在帶狀玻璃上形成預(yù)定形狀的聚光結(jié)構(gòu)。僅僅為了 舉例，本發(fā)明已被應(yīng)用于太陽能電池板，通常稱為太陽能電池模塊，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到本發(fā)明 具有廣泛得多的適用性。在一個具體的實施方案中，本發(fā)明提供制造太陽能電池模塊用玻璃聚光器的方 法。該方法包括提供熔融狀態(tài)的玻璃材料并且加工所述熔融狀態(tài)的玻璃材料以形成包括第 一表面和第二表面的帶狀玻璃。另外，該方法包括使第一表面經(jīng)過一個或更多個鼓式構(gòu)件 以形成多個聚光結(jié)構(gòu)，同時經(jīng)由第二表面使帶狀玻璃連續(xù)通過多個輥。各個聚光結(jié)構(gòu)包括 孔隙區(qū)、出口區(qū)以及一個或更多個反射區(qū)?？紫秴^(qū)被配置為接收來自第二表面的入射光，而 一個或更多個反射區(qū)配置為將所接收到的入射光聚集到出口區(qū)。出口區(qū)的面積比孔隙區(qū)的 小。而且，該方法包括將帶狀玻璃切成一塊或多塊玻璃片。各玻璃片包括預(yù)定數(shù)目的多個 聚光結(jié)構(gòu)。此外，某些實施方案提供包括加工切下的玻璃片以形成玻璃聚光器的工藝步驟的 方法。一種實施方案包括部分地拋光反射區(qū)。另一個實施方案包括在第二表面上涂布抗反 射膜。又一種實施方案包括進(jìn)行玻璃回火或者層合工藝。還一種實施方案包括沿著玻璃片 的邊緣形成外圍區(qū)以及用一個或更多個封裝的光伏電池和匹配的后蓋進(jìn)行組裝用于制造 太陽能電池模塊。與常規(guī)技術(shù)相比，本發(fā)明獲得了許多益處。例如，本發(fā)明提供了一種易于使用的工 藝，其依賴常規(guī)的浮法玻璃制造技術(shù)。另外，本方法提供了一種工藝，其與常規(guī)工藝技術(shù)相 兼容而無需對常規(guī)設(shè)備和工藝進(jìn)行重大改造。優(yōu)選地，本發(fā)明提供一種靈活的方式，使用 一個或更多個鼓式構(gòu)件以及至少一個輥，用以在帶狀玻璃通過一個或更多個鼓式構(gòu)件和棍 之間的同時在帶狀玻璃的表面內(nèi)形成聚光結(jié)構(gòu)。所述一個或更多個鼓式構(gòu)件可以被預(yù)先 配置成包括一個或更多個成形模制件，使得可以自動形成期望形狀的聚光結(jié)構(gòu)。浮法玻璃 工藝允許具有或沒有聚光結(jié)構(gòu)的表面都被火拋光，因此可能無需額外的研磨或者拋光。在 一個優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明提供玻璃聚光器，其具有來自于玻璃片厚度的特性，來承載 在2個循環(huán)中均勻施加在表面上的至少2400Pa的負(fù)荷達(dá)1小時。同樣在一個優(yōu)選的實施 方案中，本發(fā)明提供制造玻璃聚光器的方法，該玻璃聚光器具有孔隙與出口的比例為約1.8 到約4. 5并且拋光側(cè)面區(qū)域的RMS粗糙度小于30nm的幾何聚光特性。使用根據(jù)本發(fā)明的 聚光器幫助太陽能轉(zhuǎn)化模塊具有比常規(guī)太陽能電池板模塊少的光伏材料/表面面積(例如 80%以下，50%以下)。在另一個實施方案中，本發(fā)明提供在一個或更多個封裝的光伏電池 上以玻璃聚光器作為頂蓋與剛性后蓋一起組裝的太陽能電池模塊。根據(jù)實施方案，可以獲 得這些益處中的一個或更多。在整個本發(fā)明說明書中，更具體地是在下文中，將更加詳細(xì)地 描述這些益處以及其他益處。
參考詳細(xì)說明和下面的附圖可以更加全面地理解本發(fā)明的各種其他目的、特征和 優(yōu)點(diǎn)。


圖1是示出用于利用浮法工藝制造玻璃的常規(guī)系統(tǒng)的簡化圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的基于浮法玻璃工藝使用一個或更多個鼓 式構(gòu)件來制造玻璃聚光器的系統(tǒng)的簡化圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的制造太陽能電池模塊用玻璃聚光器的方 法的簡化圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的太陽能電池模塊用玻璃聚光器的簡化圖。
具體實施例方式本發(fā)明通常涉及太陽能技術(shù)。具體地，本發(fā)明提供制造太陽能電池模塊用玻璃聚 光器的方法和裝置。更具體而言，本發(fā)明提供制造玻璃聚光器的方法和系統(tǒng)，其使用一個或 更多個鼓式構(gòu)件以在浮法玻璃工藝期間在帶狀玻璃上形成預(yù)定形狀的聚光結(jié)構(gòu)。僅僅為了 舉例，本發(fā)明已被應(yīng)用于太陽能電池板，通常稱為太陽能電池模塊，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到本發(fā)明 具有廣泛得多的適用性。圖1是示出用于利用浮法工藝制造玻璃的常規(guī)系統(tǒng)的簡化圖。如圖所示，系統(tǒng)100 至少包括爐101、原料進(jìn)料器103、浮浴111、具有多個輥125的鋪展室121、切割裝置131。 爐101配置為通過進(jìn)料器103接收來自其中諸如鈉鈣玻璃、硅砂、氧化鈣、純堿、鎂等許多組 分被稱重并且混合的批料的原料。爐101通常為寬槽，由耐火材料制成并且能夠被加熱到 高于2000°C。在爐中的分批原料在約1500°C的溫度下變?yōu)槿廴趹B(tài)玻璃105。在一個例子 中，爐可以是多室爐，這樣可以仔細(xì)地控制操作。在另一個例子中，爐可以大至足以容納高 達(dá)2000噸的熔融玻璃。浮浴111包含溫度為約1000°C的完全熔融的錫115。浮浴111直接與爐連接并且 配置為容納熔融玻璃105。在一個例子中，可以將爐最后一個室中的熔融玻璃105控制在約 1100°c的溫度并使其漂浮到熔融錫浴115上。熔融玻璃105是高度粘性的，而在該溫度下 流動性很好的錫不混合，使得熔融玻璃漂浮在熔融錫的表面上并以長條的形式展開而形成 帶狀玻璃106。在另一個例子中，浮浴111可以包括多個冷卻裝置(未示出)，使得漂浮的 帶狀玻璃106可以被逐步冷卻。在浮浴111的出口附近，經(jīng)冷卻的帶狀玻璃106 (可以為約 6000C )變得硬至足以穿過多個輥125上方并進(jìn)入鋪展室121，在該處連續(xù)通過的帶狀玻璃 106可以被進(jìn)一步退火或者冷卻。然后經(jīng)退火的帶狀玻璃106可以穿過切割裝置131，所述 切割裝置131被編程為將帶狀玻璃106接連切成各自具有一定預(yù)定尺寸的一個或更多個玻 璃片135，然后各玻璃片135被送去用于進(jìn)一步加工。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的基于浮法玻璃工藝使用一個或更多個鼓 式構(gòu)件來制造玻璃聚光器的系統(tǒng)的簡化圖。該圖僅僅是一個實例，其不應(yīng)當(dāng)對本文權(quán)利要 求的范圍進(jìn)行不當(dāng)?shù)叵拗啤１绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到其他變化、修改和替代方案。如圖 所示，系統(tǒng)200包括常規(guī)系統(tǒng)100中的大多數(shù)部件來利用成熟的浮法玻璃技術(shù)。此外，為了 制造太陽能電池模塊用玻璃聚光器，系統(tǒng)200至少增加了包括一個或更多個鼓式構(gòu)件143和一個或更多個輥145的組合的鼓式輥141。在一個實施方案中，滾動處理器141安裝在 鋪展室121中。在另一個實施方案中，滾動處理器141被置于浮浴111的出口附近。此外， 在一個具體的實施方案中，一個或更多個鼓式構(gòu)件包括配置成具有能夠在可機(jī)械變形的材 料表面上形成期望結(jié)構(gòu)的預(yù)定形狀的預(yù)定模制件。當(dāng)然，可以存在許多替代、變化和修改方案。在一個實施方案中，如圖2所示，在如圖1所述的浮浴111中形成漂浮的帶狀玻璃 106。特別地，漂浮的帶狀玻璃106以包括第一表面206和第二表面216的玻璃材料的連續(xù) 條的厚度鋪展開。第二表面216以熔融錫115的表面為界面，而第一表面206朝上。在某 些實施方案中，浮浴與漂浮的帶狀玻璃上的一個或更多個齒狀輥(未示出)聯(lián)合以將熔融 玻璃向側(cè)面拉或推一定的限定加工寬度來獲得第一表面和第二表面之間測定的期望厚度。 在一個具體的實施方案中，浮浴可以與一個或更多個冷卻裝置聯(lián)合，使得帶狀玻璃106在 朝浮浴出口(如圖2中指向右邊的箭頭所示的)漂流時因溫度的降低而變得更硬。在一個 實例中，帶狀玻璃的溫度在浮浴111出口附近降到約600°C。在該溫度下，帶狀玻璃106變 得硬至足以穿過熔融錫浴115。特別地，帶狀玻璃106的第二表面216開始與多個輥125中 的一個接觸，其將帶狀玻璃106連續(xù)地移到鋪展室121中。在還用作冷卻/退火室的鋪展室121的內(nèi)部，可以將帶狀玻璃進(jìn)一步冷卻到玻璃 呈現(xiàn)彈性固體性質(zhì)的期望溫度。例如，溫度可以為500°C或更低。換言之，當(dāng)經(jīng)歷某些硬加 工時，玻璃的表面可以至少部分地再結(jié)構(gòu)化。特別地，將期望溫度下的帶狀玻璃106導(dǎo)至 鼓式輥141中。鼓式輥141包括在一個或更多個鼓式構(gòu)件143 (上側(cè))和一個或更多個輥 145(下側(cè))之間具有預(yù)定空間開口的間隙。在一個具體實施方案中，間隙的空間開口小于 或約等于帶狀玻璃的厚度，使得在一個或更多個鼓式構(gòu)件上的模制件能夠至少部分地刻到 第一表面206中。如圖2所示，鼓式輥141包括某些預(yù)先在一個或更多個鼓式構(gòu)件143的圓形表面 上構(gòu)建的突出模制件。在一個實例中，各模制結(jié)構(gòu)成形為其橫截面像三角形并且在垂直方 向上均勻。當(dāng)鼓式構(gòu)件的模制件與帶狀玻璃的可變形第一表面接合時，三角形凹痕形成于 第一表面中。在一個實施方案中，模制件的尺寸選擇為確保形成于第一表面中的凹痕結(jié)構(gòu) 的深度僅為帶狀玻璃厚度的一小部分。在另一實施方案中，多個這樣的模制件結(jié)構(gòu)以預(yù)定 的間隔分布在各鼓式構(gòu)件的圓形表面周圍。當(dāng)帶狀玻璃經(jīng)第二表面連續(xù)通過一個或更多 個輥145上方時，可以依次形成彼此間具有期望間隔的一個接一個的類似凹痕。在又一實 施方案中，淬火設(shè)備(未示出)可以與鼓式輥141聯(lián)合，使得在形成了一個或更多個凹痕 之后可以將它們淬火來保持結(jié)構(gòu)。例如，玻璃溫度應(yīng)當(dāng)在數(shù)秒內(nèi)通過鼓風(fēng)冷卻被降到低于 3000C。因此，帶狀玻璃106的最初平坦的第一表面206在通過鼓式輥141之后變成結(jié)構(gòu)化 的新表面207。在一個具體的實施方案中，該結(jié)構(gòu)化的新表面可以被進(jìn)一步加工以具有聚光 器的性能。當(dāng)然，可以存在許多變化、替代和修改方案。例如，模塑結(jié)構(gòu)可以選擇為具有其 他形狀、尺寸或間隔等。形成結(jié)構(gòu)化表面207之后，可以將帶狀玻璃在鋪展室121中進(jìn)一步退火。例如，可 以進(jìn)行某些熱加工例如回火來加強(qiáng)玻璃。此外，使帶狀玻璃在露天繼續(xù)冷卻并且在第二表 面下的多個輥上方離開鋪展室121。如圖1和圖2 二者所示，用連結(jié)到鋪展室121的切割裝 置131將帶狀玻璃依序切割成一個或更多個玻璃片。切割可以首先通過一個或更多個劃線操作來引起。例如，當(dāng)帶狀玻璃通過切割裝置131時，玻璃沿著第二表面216上的一條或多 條預(yù)定線被劃線。接著，沿這些劃線斷裂/切割帶狀玻璃106以通過除去額外的邊緣部分 形成玻璃片135。在一個實施方案中，在切割工藝結(jié)束時修整各玻璃片135的邊緣。在另一 實施方案中，切割工藝產(chǎn)生包括第一表面上預(yù)定數(shù)目的結(jié)構(gòu)的玻璃片，該玻璃片具有期望 的長度和寬度以形成太陽能電池模塊用玻璃聚光器。當(dāng)然，可以存在許多變化、替代和修改 方案?；趫D2中示意性示出的系統(tǒng)裝備，根據(jù)一個具體實施方案，制造用于制造太陽 能轉(zhuǎn)化電池模塊的玻璃聚光器的方法可以概括如下1.提供熔融狀態(tài)的玻璃材料；2.加工熔融狀態(tài)的玻璃材料；3.形成包括第一表面和第二表面的帶狀玻璃；4.使第一表面經(jīng)過一個或更多個鼓式構(gòu)件來形成多個聚光結(jié)構(gòu)；5.將帶狀玻璃依次切割成一個或更多個玻璃片；6.加工玻璃片來形成玻璃聚光器，所述玻璃片包括預(yù)定數(shù)目的聚光結(jié)構(gòu)。如圖所示，本發(fā)明的實施方案提供一種有效的用于制造太陽能電池模塊的具有多 個聚光結(jié)構(gòu)的玻璃聚光器的方法。使用該方法，可以在同一工藝流中考慮到電池模塊工業(yè) 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)所需的聚光功能和其他特性?？梢曰谕晟频某Ｒ?guī)浮法玻璃制造技術(shù)來實施該方 法?？梢栽谡麄€說明書中，更具體而言在下文中找到本發(fā)明方法的這些和其他細(xì)節(jié)。圖3是簡化流程圖，其示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的制造太陽能電池模塊用玻 璃聚光器的方法。該圖僅僅是一個實例，其不應(yīng)當(dāng)對本文權(quán)利要求的范圍進(jìn)行不當(dāng)限制。 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到其他變化、修改和替代方案。如圖所示，方法300包括提供熔 融狀態(tài)的玻璃材料的步驟(311)。在一個實施方案中，收集包含硅砂、石灰石、氧化鈣、氧化 鈰、氧化鐵、鹽餅等的多種原料以及回收的玻璃，并且混合成批料。將分批的原料從混合裝 置傳送到爐中，在該處它們在大約1500°C的溫度下熔融。在另一實施方案中，所述爐可以是 多室爐，對各個室單獨(dú)控溫。例如，所述爐為圖2所示的爐101。某些材料的受控材料組成 可影響待組裝用于太陽能電池模塊的玻璃聚光器的多種最終物理特性，包括光子吸收、機(jī) 械強(qiáng)度、應(yīng)力分布或者折射率值等。當(dāng)然，可以存在其他變化、修改和替代方案。根據(jù)該實施方案，方法300可以包括一個或更多個加工熔融狀態(tài)的玻璃材料的步 驟(321)。一種工藝可以包括將約1100°c的熔融玻璃拉到浮浴上。浮浴是溫度為約1000°C 的熔融錫浴。根據(jù)應(yīng)用，浮浴可以具有各種受限的側(cè)向尺寸。例如，它可以是具有受限寬度 和長通道的矩形。作為一個實例，浮浴是圖2中所示的浮浴111。當(dāng)被拉到錫浴上時，熔融 玻璃由于重力和表面張力鋪展開，但是受所設(shè)計的側(cè)向尺寸限制。在一個實施方案中，上述 溫度下的玻璃是高度粘性的，而錫流動性非常好，使得玻璃和錫不會混合并且這兩種材料 間的接觸面是完全平坦的。換言之，方法300包括形成漂浮在熔融錫上的帶狀玻璃的步驟 (331)，所述帶狀玻璃具有加工寬度和在第一表面(頂面)和接觸錫表面的第二表面之間測 量的厚度。例如，帶狀玻璃形成為帶狀玻璃106。當(dāng)然，可以存在其他變化、修改和替代方 案。根據(jù)實施方案，形成帶狀玻璃的工藝331可以包括控制整個帶狀玻璃在第一表面 和第二表面之間的均勻厚度。例如，控制工藝可以包括用齒狀輥碾過第一表面以將熔融玻璃向旁邊拉或推，尤其是浮浴的邊緣附近。根據(jù)某些實施方案，帶狀玻璃的厚度需要足以形 成玻璃聚光器，其應(yīng)當(dāng)具有太陽能電池模塊所需的負(fù)荷承載性和耐冰雹沖擊性?；趫D2 所示系統(tǒng)裝備使用上述工藝形成的帶狀玻璃可以為1. Imm到25mm。在制造玻璃聚光器的一 個實例中，厚度可以是至少5mm。在另一實例中，用于制造玻璃聚光器的帶狀玻璃的厚度為 約 8 至Ij 9mm。另外，形成帶狀玻璃的工藝331還可以包括當(dāng)帶狀玻璃在錫浴上連續(xù)流動時控制 其溫度。如上所述，在帶狀玻璃的流程中可以將數(shù)個冷卻設(shè)備與浮浴聯(lián)合。特別地，作為流 程末端附近的帶狀玻璃的前沿，帶狀玻璃可以被冷卻到約600°C。在該溫度帶狀玻璃變得硬 至足以穿過錫浴和多個金屬輥上方。例如，這些金屬輥為圖2中所示的鋪展室121的一部 分。在一個實施方案中，經(jīng)冷卻的帶狀玻璃可以在鋪展室內(nèi)經(jīng)第二表面在這些輥上方連續(xù) 傳送。在鋪展室內(nèi)部，根據(jù)應(yīng)用，帶狀玻璃在長通道內(nèi)可以通過退火、表面燒制、鼓風(fēng)冷卻等 的組合被進(jìn)一步加工。在一個實施方案中，至少一種工藝是來制備帶狀玻璃用于表面再結(jié) 構(gòu)化。在另一個實施方案中，至少另一種工藝是用于提高玻璃聚光器應(yīng)用中的光學(xué)或機(jī)械 性能。再次參考圖3，方法300包括使第一表面經(jīng)過一個或更多個鼓式構(gòu)件來形成多個 聚光結(jié)構(gòu)的工藝(341)。從圖2看出，在鋪展室內(nèi)部的某一階段，帶狀玻璃106可以穿過鼓 式輥141。特別地，帶狀玻璃經(jīng)第二表面在多個輥上滑動，穿過在一個或更多個鼓式構(gòu)件和 一個或更多個輥之間的間隙。所述間隙包括空間開口，該開口被預(yù)先調(diào)節(jié)到適應(yīng)帶狀玻璃 的厚度。所示一個或更多個鼓式構(gòu)件包括多個以預(yù)定間隔預(yù)先設(shè)置在鼓式構(gòu)件的圓形面周 圍的模制件。當(dāng)帶狀玻璃106通過時，第一表面206經(jīng)過一個或更多個鼓式構(gòu)件的模制件。 換言之，這些模制件可以至少部分地刻到第一表面中(取決于多種因素，包括間隙間隔、帶 狀玻璃的厚度和模制件的尺寸)。在一個實施方案中，帶狀玻璃在其第一表面經(jīng)過?？痰墓?藝中已經(jīng)處于如下狀態(tài)帶狀玻璃的溫度為大約500°C，并且具有期望的彈性。利用恰當(dāng)設(shè)計的空間位置和形狀，鼓式構(gòu)件上的模制件可以將最初平坦的第一表 面變?yōu)榫哂卸鄠€聚光結(jié)構(gòu)的圖案化表面。在一個實施方案中，成型的模制件是具有三角形 截面形狀的伸長棒。在第一表面上形成的聚光結(jié)構(gòu)是被三角形凹痕分開的伸長截棱錐形。 隨著帶狀玻璃連續(xù)經(jīng)過鼓式輥，可以在第一表面上接連形成基本上相同的結(jié)構(gòu)。例如，新的 再結(jié)構(gòu)化的表面變成圖2中所示的表面207，而第二表面仍然是平坦表面216。在一個具體 的實施方案中，使第一表面經(jīng)過一個或更多個鼓式構(gòu)件來形成多個聚光結(jié)構(gòu)的工藝341包 括淬火工藝以冷凍所形成的被三角形凹痕分開的伸長截棱錐形結(jié)構(gòu)，其固有地包括聚光特 性。棱錐形結(jié)構(gòu)的下底可以作為孔隙區(qū)用于采光(來自第二表面)。截棱錐的上底用作光 出口區(qū)。在一個實施方案中，孔隙區(qū)與出口區(qū)之間的空間距離為約1.8mm。出口區(qū)的一側(cè)與 孔隙區(qū)的一側(cè)通過側(cè)面區(qū)域連接。出口區(qū)的相對側(cè)與孔隙區(qū)的相對側(cè)通過另一側(cè)面區(qū)域連 接。這些側(cè)面區(qū)域用作反射器以將光從孔隙區(qū)導(dǎo)向出口區(qū)，所述出口區(qū)具有比所述孔隙區(qū) 小的尺寸，例如以孔隙區(qū)與出口區(qū)2 1的比例，由此獲得聚光功能。再次參考圖3，方法300還包括將帶狀玻璃依次切成一個或更多個玻璃片(351)。 如圖2所示，切割裝置131與鋪展室121連結(jié)來接收通過鼓式輥141加工之后的帶狀玻璃。 在用鼓式輥加工之后，帶狀玻璃可以在空氣中進(jìn)一步退火和冷卻。根據(jù)該實施方案，退火工 藝有助于降低帶狀玻璃內(nèi)的應(yīng)力并且提供負(fù)荷承載性和耐沖擊性。至少一個工藝產(chǎn)生可以進(jìn)行切割工藝的恰當(dāng)狀態(tài)。在一個實施方案中，切割工藝351可以從帶狀玻璃連續(xù)經(jīng)過的 同時沿某些預(yù)定線進(jìn)行機(jī)械劃線來開始。劃線包括周期性橫穿帶狀玻璃的加工寬度的那些 和平行于帶狀玻璃的長邊的那些，或者，如果需要的話，包括帶狀玻璃中間區(qū)域中的多條預(yù) 定線。然后，將帶狀玻璃切成一個或更多個玻璃片或板。根據(jù)應(yīng)用，尺寸或形狀可以具有不 同的變化變化方案。在一個實例中，玻璃片為ImX 1.6m的矩形。在另一個實施方案中，可 以通過高能激光束進(jìn)行切割工藝351。切割工藝351之后，形成玻璃片，方法300可以包括進(jìn)一步加工玻璃片以形成太陽 能電池模塊用玻璃聚光器(361)。根據(jù)應(yīng)用，一個或更多個工藝可以包括在切割后修整玻璃 片的邊緣。在一個實施方案中，玻璃片的尺寸是預(yù)定的，使得在兩個方向上都包括預(yù)定數(shù)目 的聚光結(jié)構(gòu)。在一個實例中，聚光結(jié)構(gòu)在一個方向上為伸長的截棱錐形并且在另一個方向 上為一個挨一個地平行放置。每個伸長的聚光結(jié)構(gòu)具有基本上與從玻璃片的一邊到對邊的 尺寸相同的長度。在另一實施方案中，進(jìn)行某些工藝來拋光(至少部分地)每個聚光結(jié)構(gòu) 的側(cè)面區(qū)域以提高其光反射。例如，可以利用使用幾乎一維的煤氣爐的火焰拋光工藝進(jìn)行 拋光。在又一實施方案中，一個或更多個工藝可以包括在平坦的第二表面上沉積薄膜(在 將玻璃片裝載入分開的室中后)。玻璃片的第二表面將被用作收集陽光的太陽能電池模塊 前蓋的上表面。薄膜涂層可以包括抗反射涂層、防紅外涂層和防刮擦涂層。在再一實施方 案中，可以對玻璃片進(jìn)行其他工藝來提高其機(jī)械強(qiáng)度。例如，可以分開進(jìn)行回火工藝和層合 工藝。當(dāng)然，可以存在許多替代、變化和修改方案。盡管已經(jīng)通過上述段落中提及的那些工藝步驟具體示出了方法300，但是還可以 存在許多變化、修改和替代方案。一些工藝可以被省去或者以不同的順序來進(jìn)行?？梢栽?加或使用其他工藝取代一些上述工藝。例如，使第一表面經(jīng)過一個或更多個用來形成多個 聚光結(jié)構(gòu)的具有成形模制件的鼓式構(gòu)件可以在切割工藝之后進(jìn)行，或者替換為直接澆鑄或 者蝕刻到玻璃片中。在另一實例中，火焰拋光工藝可以替換為酸拋光或者機(jī)械過程。另外， 聚光元件的側(cè)面區(qū)域也可以沉積有反射增強(qiáng)涂層。圖4為說明根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的太陽能電池模塊用玻璃聚光器的簡化圖。 該圖僅僅是一個實例，其不應(yīng)當(dāng)對本文權(quán)利要求的范圍進(jìn)行不當(dāng)?shù)叵拗啤１绢I(lǐng)域普通技術(shù) 人員將認(rèn)識到其他變化、修改和替代方案。所示出的是玻璃聚光器的透視圖，其可以使用方 法300來制造。玻璃聚光器是具有形成于第一表面401 (圖4中可視面)上的多個聚光結(jié) 構(gòu)400的單個玻璃片。玻璃聚光器還具有第二表面401 (不能直接看到)、第一表面和第二 表面之間限定的厚度405、第一尺寸407、第二尺寸409。在一個實施方案中，多個伸長聚光 結(jié)構(gòu)400中的每一個都具有長度410并且一個挨一個地平行放置，從玻璃片的一個邊緣延 伸到另一邊緣。在一個具體的實施方案中，伸長的聚光結(jié)構(gòu)平行于玻璃片具有第一尺寸407 的一側(cè)。在又一實施方案中，多個聚光結(jié)構(gòu)400占據(jù)第一表面401中除外圍區(qū)415之外的 整個范圍。在一個實例中，外圍區(qū)的寬度為約10mm。當(dāng)然，可以存在其他變化、修改和替代 方案。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，如圖4所示的玻璃聚光器被直接用于制造太陽能 聚光器的電池模塊。特別地，玻璃聚光器具有易于制造和使用的矩形。矩形的特征在于第 一尺寸407和第二尺寸409。在一個實施方案中，第一尺寸407選擇為約lm，并且將第二尺 寸相應(yīng)地選擇為約1. 6m。在另一個實施方案中，具有該上面選定的尺寸，外圍區(qū)415是用于夾持或其他封裝目的。當(dāng)然，對于選定的聚光器的尺寸，可以存在其他變化、修改和替代方案。作為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，玻璃聚光器將被直接用作太陽能電池模塊的光 接收頂蓋構(gòu)件。例如，玻璃聚光器的第二表面將變?yōu)樘柲茈姵啬K的上表面。為了在電 池模塊的機(jī)械韌性方面滿足工業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案將第一表面和第二 表面之間的厚度405選擇為至少3. 2mm。例如，厚度405可以為5mm。在另一實例中，厚度 405可以為6mm。在又一實例中，厚度405可以是大約7. 2mm。厚度405的這種選擇為太陽 能電池模塊的聚光器提供了重要的負(fù)荷承載特性和耐冰雹沖擊特性，盡管包括組成分布、 應(yīng)力分布、封裝方法等其他因素也有助于這些物理特性。例如，在一個實施方案中，可以將 玻璃替換為由聚合物制成的層合玻璃，所述層合玻璃可以用比常規(guī)太陽能玻璃相同或更小 的厚度來提供更好的耐沖擊性。根據(jù)IEC 61215，太陽能電池模塊應(yīng)當(dāng)能夠承載在兩個周期 內(nèi)均勻施加在電池模塊表面的2400Pa的負(fù)荷達(dá)1小時。另外，太陽能電池模塊應(yīng)當(dāng)能夠抵 抗以至少23米/秒的速度沖向約ImX 1. 6m的整個表面區(qū)域上11 (隨機(jī))個位置的直徑為 25mm的冰彈代表的冰雹沖擊。根據(jù)某些實施方案，選擇這些物理尺寸和玻璃聚光器的組成 的組合導(dǎo)致滿足所有的工業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，包括所提及的負(fù)荷測試或者冰雹沖擊測試。例如，對 于太陽能電池模塊的工業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)包括IEC 61215、IEC 61730和UL 1703。當(dāng)然，對于包 括第一尺寸、第二尺寸、第一厚度和外圍區(qū)尺寸的這些尺寸數(shù)目可以存在其他變化、修改和 替代方案。還應(yīng)當(dāng)理解本文所述的實例和實施方案是僅僅用于舉例說明的目的，其各種修改 或者變化將啟發(fā)本領(lǐng)域技術(shù)人員并且包含在本申請的精神和范圍以及所附權(quán)利要求的范 圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種制造太陽能電池模塊用玻璃聚光器的方法，所述方法包括提供熔融狀態(tài)的玻璃材料；加工所述熔融狀態(tài)的玻璃材料以形成包括第一表面和第二表面的帶狀玻璃；使所述第一表面經(jīng)過一個或更多個鼓式構(gòu)件以形成多個聚光結(jié)構(gòu)，同時使所述帶狀玻璃經(jīng)所述第二表面連續(xù)通過多個輥，每個所述聚光結(jié)構(gòu)包括孔隙區(qū)、出口區(qū)和一個或更多個反射區(qū)，所述孔隙區(qū)配置為接收入射光并且所述一個或更多個反射區(qū)配置為將所接收的入射光聚集到所述出口區(qū)，所述出口區(qū)的面積比所述孔隙區(qū)的??；和將所述帶狀玻璃切割成一個或更多個玻璃片，各個所述玻璃片包括預(yù)定數(shù)目的多個聚光結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述加工熔融狀態(tài)的玻璃材料以形成帶狀玻璃的 步驟包括浮法玻璃工藝，其中所述帶狀玻璃是漂浮在熔融錫浴上的一定厚度的條狀材料， 所述厚度是在所述第一表面和所述第二表面之間測量的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述帶狀玻璃可以被充分地冷卻到第一溫度，使 得所述帶狀玻璃變得硬到足以從所述熔融錫浴穿過多個輥上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述帶狀玻璃在第一溫度下包括至少下至一定深 度的可彈性變形的表面特性，所述深度小于或等于所述帶狀玻璃的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第一溫度為大約600°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述使第一表面經(jīng)過一個或更多個鼓式構(gòu)件以形 成多個聚光結(jié)構(gòu)的步驟包括滾動工藝，其中使所述帶狀玻璃通過所述一個或更多個鼓式構(gòu) 件和一個或更多個輥之間的間隙，所述一個或更多個鼓式構(gòu)件包括預(yù)定的模制件以在所述 第一表面中形成多個聚光結(jié)構(gòu)，所述一個或更多個輥屬于支撐所述第二表面的多個輥。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中各個聚光結(jié)構(gòu)可以在第一方向上一個挨一個地物 理設(shè)置于第一表面上，所述第一方向平行于所述帶狀玻璃的通過方向。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中各個所述聚光結(jié)構(gòu)可以沿第二方向伸長，所述第 二方向基本上垂直于所述第一方向。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述聚光結(jié)構(gòu)可以是伸長的截棱錐結(jié)構(gòu)，其中 具有第一面積的底部是所述孔隙區(qū)；具有第二面積的頂部是所述出口區(qū)，所述第二面積是所述第一面積的一半或者小于所 述第一面積；兩個側(cè)面區(qū)域是所述反射區(qū)，所述兩個側(cè)面區(qū)域分別連接所述出口區(qū)的一側(cè)和所述孔 隙區(qū)的一側(cè)以及所述出口區(qū)的另一側(cè)和所述孔隙區(qū)的另一側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括在經(jīng)過所述間隙之后冷卻所述帶狀玻璃以保 持所述第一表面上形成的多個聚光結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述切割帶狀玻璃的步驟包括 在預(yù)定位置對所述帶狀玻璃劃線；沿著所述劃線切割所述帶狀玻璃以形成一個或更多個玻璃片；以及 修整每個玻璃片的邊緣。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括 加工所述一個或更多個玻璃片；和由所述一個或更多個玻璃片中的每一個形成太陽能電池模塊用玻璃聚光器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述加工一個或更多個玻璃片的步驟包括至少 部分地火焰拋光所述第一表面上的每個聚光結(jié)構(gòu)的一個或更多個反射區(qū)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述加工一個或更多個玻璃片的步驟還包括在 所述第一表面上的各個聚光結(jié)構(gòu)的一個或更多個反射區(qū)上施加反射增強(qiáng)涂層。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述加工一個或更多個玻璃片的步驟還包括進(jìn) 行回火工藝。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述加工一個或更多個玻璃片的步驟還包括進(jìn) 行層合工藝以利用塑料片將所述第二表面結(jié)合到無聚光結(jié)構(gòu)的平坦玻璃片上。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述加工一個或更多個玻璃片的步驟還包括在 所述第二表面上方施加一個或更多個抗反射和/或防紅外涂層。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所形成的用于太陽能電池模塊的所述玻璃聚光 器包括來自厚度方向的負(fù)荷承載特性，所述負(fù)荷為至少2400Pa，在兩個循環(huán)中均勻施加在 所述第二表面達(dá)1小時。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所形成的用于太陽能電池模塊的所述玻璃聚光 器還包括所述玻璃片的耐冰雹沖擊特性，所述沖擊冰雹為以至少23米/秒的速度沖向所述 第二表面上至少11個位置的直徑為至少25mm的冰彈。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所形成的用于太陽能電池模塊的所述玻璃聚光 器還包括由各個聚光結(jié)構(gòu)的所述孔隙區(qū)與所述出口區(qū)的比例給出的幾何聚光特性，所述比 例的特征在于約1. 8 約4. 5。
全文摘要
一種制造用于太陽能電池模塊的玻璃聚光器的方法。所述方法包括提供熔融狀態(tài)的玻璃材料和加工熔融狀態(tài)的玻璃材料以形成包括第一表面和第二表面的帶狀玻璃。另外，所述方法包括在帶狀玻璃經(jīng)由第二表面連續(xù)通過多個輥的同時使第一表面經(jīng)過一個或更多個鼓式構(gòu)件來形成多個聚光結(jié)構(gòu)。各個聚光結(jié)構(gòu)包括孔隙區(qū)、出口區(qū)和一個或更多個反射區(qū)?？紫秴^(qū)被配置為接收入射光并且一個或更多個反射區(qū)被配置為將所接收的入射光聚集到出口區(qū)。所述方法還包括將帶狀玻璃切割成一個或更多個包括預(yù)定數(shù)目的多個聚光結(jié)構(gòu)的玻璃片。
文檔編號C03B13/00GK101918331SQ200880107248
公開日2010年12月15日 申請日期2008年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月6日
發(fā)明者凱文·R·吉卜森 申請人:索拉里亞公司