一種低倍聚光光伏組件的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種低倍聚光光伏組件，包括低倍聚光系統(tǒng)、光伏電池組件及與光伏電池組件良好導(dǎo)熱接觸的散熱裝置，其特征在于，所述低倍聚光光伏組件具有兩端封閉的玻璃管外殼，并且所述低倍聚光光伏組件可對較大角度范圍內(nèi)的入射太陽光線實施非運動跟蹤，實施高效聚光發(fā)電；本實用新型的低倍聚光光伏組件具有成本低、密封性能優(yōu)異、耐候性好、機械強度大、自支撐力強及使用壽命長的優(yōu)點。
【專利說明】一種低倍聚光光伏組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種光伏發(fā)電組件，尤其涉及一種非運動跟蹤的管狀低倍聚光光伏組件。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能作為一種可再生綠色能源具有廣闊的發(fā)展前景，太陽能光伏發(fā)電已成為新能源利用的一種重要方法。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏發(fā)電組件是實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的主要器件，也是光伏發(fā)電系統(tǒng)中最大的一部分成本。目前的主流光伏模組均為板狀光伏模組，直接將光伏電池封裝在玻璃板內(nèi)，接收正常輻照強度的太陽光線照射發(fā)電，一方面光伏模組的成本絕大部分來自光伏電池，光伏電池成本很難再有大幅度降低，造成光伏系統(tǒng)成本居高不下；另一方面，板狀模組很容易受風(fēng)力影響，需要堅固的金屬支架予以固定，成本較高。此外，模組受光面后部會形成大塊陰影區(qū)域，嚴重影響到后部空間的采光，也會阻礙光伏模組的安裝。
[0003]聚光光伏組件采用光學(xué)聚光系統(tǒng)將正常太陽光線匯聚一定倍數(shù)后照射到光伏電池組件上進行發(fā)電，可以節(jié)省大量光伏電池成本。雖然通過聚光系統(tǒng)進行跟蹤，可使聚光光伏組件獲得較高發(fā)電效率，但因一般的聚光跟蹤過程中需要加裝運動跟蹤裝置，不僅增加了一部分成本，并且由于運動跟蹤裝置制作、安裝、運行過程中的實際精度與系統(tǒng)要求存在一定偏差，也會對系統(tǒng)運行的可靠性和效率產(chǎn)生不良影響；此外，通過光學(xué)聚光系統(tǒng)聚光后光伏電池組件接收光照密度大幅增加，為保持光伏電池組件發(fā)電效率，散熱量也隨之急劇增大。有數(shù)據(jù)表明，光伏電池溫度每升高I °c，發(fā)電效率下降0.35%?0.5%左右，因此需要額外增加散熱裝置，才能保持光伏電池組件正常的發(fā)電效率；另外，透射式聚光往往采用有機材料透鏡如菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)，該菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)常采用聚烯烴材料注壓形成薄片，有機材料暴曬在陽光中不可避免地老化、透光率下降，使聚光光伏電池組件壽命及效率受到影響。
[0004]另外，一般聚光光伏組件倍數(shù)較高(從七倍至一千多倍)，只能將接收到的直射光及很少部分散射光匯聚到電池上，無論菲涅爾透射式還是拋物面反射式結(jié)構(gòu)，經(jīng)過這類光學(xué)系統(tǒng)的散射光由于偏離設(shè)計聚光光軸角度較大，絕大部分散射光都無法到達光伏電池組件表面；在絕大部分地區(qū)，特別是適合分布式布置光伏系統(tǒng)的市區(qū)，太陽光線全輻照中包含較多的散射光，如果無法對散射光進行有效接收，會對單位功率組件年發(fā)電量產(chǎn)生較大影響，導(dǎo)致整體年發(fā)電效率降低，也增加了單位光伏電池組件的發(fā)電成本。
[0005]一般聚光光伏組件實施運動跟蹤聚光發(fā)電，通常包括單軸跟蹤和雙軸跟蹤兩種方式。其中單軸跟蹤例如東西軸向布置的南北方向的太陽光高度方向跟蹤(聚光光伏組件繞東西軸向旋轉(zhuǎn)跟蹤太陽光)或南北軸向布置的東西方向上的太陽光方位方向跟蹤(聚光光伏組件繞南北軸向或極軸方式旋轉(zhuǎn)跟蹤太陽光)；雙軸跟蹤分別在在南北方向及東西方向?qū)嵤└櫍瑢⑻柟獯怪比肷溆诠夥姵亟M件上，通常情況雙軸跟蹤比單軸跟蹤的聚光倍率要高，但跟蹤成本會增加不少。無論是單軸跟蹤還是雙軸跟蹤，只要存在運動機構(gòu)，其長期在室外自然環(huán)境中的運行可靠性都存在很大挑戰(zhàn)。
[0006]管狀結(jié)構(gòu)具有很好的機械強度，特別是透明玻璃管外殼具有重量輕、成本很低、密封性能優(yōu)異、耐候性好、機械強度大、自支撐力強及使用壽命長等顯著優(yōu)點。
[0007]常見聚光光伏組件采用鋼材結(jié)構(gòu)、平板玻璃封裝，實施單軸或多軸跟蹤，均存在上述諸多問題。如何獲得一種結(jié)構(gòu)簡單、封裝方便、密封性能優(yōu)異、耐候性好、成本低、機械強度大、自支撐力強、光伏電池組件使用量較少，發(fā)電效率較高，且能夠在安裝位置及角度都固定的情況下全部接收特定角度范圍內(nèi)的太陽光照及該角度范圍之外的部分太陽光照的一種聚光發(fā)電裝置，是本實用新型的主要工作。從而簡化系統(tǒng)設(shè)計，提高系統(tǒng)的可靠性，實現(xiàn)非運動跟蹤的聚光發(fā)電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實用新型目的在于克服以上描述的傳統(tǒng)平板光伏組件使用的光伏電池較多，鋼架支撐及封裝成本較高，易受風(fēng)力影響，安裝不方便等問題；以及傳統(tǒng)聚光光伏組件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高昂，實施單軸或雙軸的運動跟蹤成本較高，長期運行可靠性不高，且傳統(tǒng)聚光光伏組件基本只能接收直射光等問題；本實用新型提供一種低倍聚光光伏組件，包括低倍聚光系統(tǒng)、光伏電池組件及與光伏電池組件良好導(dǎo)熱接觸的散熱裝置；其特征在于，所述低倍聚光光伏組件具有兩端封閉的玻璃管外殼，所述低倍聚光光伏組件整體東西軸方向安裝，并且所述低倍聚光光伏組件的光學(xué)中心軸面與東西方向垂直面所形成的角度接近當?shù)鼐暥冉嵌?，因而所述低倍聚光光伏組件可對較大角度范圍內(nèi)的入射太陽光線實施非運動跟蹤，實施聞效聚光發(fā)電。
[0009]非運動跟蹤定義為當太陽光線的入射方向在特定角度范圍內(nèi)變化時，低倍聚光光伏組件在不必采用類似旋轉(zhuǎn)或俯仰等各種運動方式的情況下，就能高效地完成對太陽光線的匯聚接收。該特定角度范圍定義為非運動跟蹤β值范圍，當太陽光線入射方向在上述特定角度范圍之外的部分角度范圍時，即非運動跟蹤β值范圍之外的角度時，低倍聚光光伏組件能夠在不必采用運動方式跟蹤的情況下較有效地完成對太陽光線的匯聚接收。
[0010]以傳統(tǒng)的東西軸布置單軸跟蹤一維線性聚光為例，定義傳統(tǒng)槽式拋物面聚光光伏組件繞東西軸向旋轉(zhuǎn)需要跟蹤的角度為β，本專利所述的β值可具體為太陽光線投影至南北垂面的光線向量與水平面法向量的之間的夾角，如單軸跟蹤為南北軸布置，則β值可具體為太陽光線投影至東西垂面的光線向量與水平面法向量的之間的夾角。以聚光光伏組件布置地點北緯40°為例，根據(jù)時間累積計算，一年中10°?70°的β值范圍內(nèi)的光照時間占全年光照時間的80%以上；根據(jù)太陽光線能量累積計算，一年中β值范圍從10°?70°之間的光照能量占全年光照量的85%以上。本實用新型的低倍聚光光伏組件可高效實現(xiàn)非運動跟蹤接收較大β值范圍(例如10°?70° )的入射太陽光線，即本實用新型的低倍聚光光伏組件的非運動跟蹤β值范圍可以包含10°?70° ;該非運動跟蹤β值范圍如10°?70°也描述為低倍聚光系統(tǒng)的容差角度范圍，因低倍聚光系統(tǒng)通常設(shè)計成關(guān)于光學(xué)中心軸面對稱結(jié)構(gòu)，所以容差角度關(guān)于光學(xué)中心軸具有對稱性，故低倍聚光系統(tǒng)的容差角度為±30°，入射光線角度在該范圍內(nèi)時，該低倍聚光光伏組件可高效完成低成本的聚光光伏發(fā)電。
[0011]優(yōu)選地，所述低倍聚光光伏組件的非運動跟蹤β值范圍角度差至少超過20°，或者低倍聚光系統(tǒng)的容差角度范圍大于±10° ;進一步優(yōu)選地，所述低倍聚光光伏組件的非運動跟蹤β值范圍角度差至少超過30°，或者低倍聚光系統(tǒng)的容差角度范圍為±15°。
[0012]進一步地，所述低倍聚光光伏組件的玻璃管外殼長度超過2.5米；優(yōu)選地，所述低倍聚光光伏組件的玻璃管外殼長度超過5米，可充分利用玻璃管外殼的強度和自支撐能力，簡化安裝工序，節(jié)省材料及人工成本，同時盡量減少聚光光伏組件兩端非有效利用部分在整體長度中所占的比例，減少端部效應(yīng)影響。
[0013]進一步地,所述玻璃管外殼直徑范圍為30暈米?200暈米。
[0014]優(yōu)選地，所述玻璃管外殼直徑范圍為45毫米?150毫米，在盡量獲得較大受光面積的同時，減小玻璃管外殼壁厚度，降低成本。
[0015]進一步地，構(gòu)成所述光伏電池組件的光伏電池為單晶硅電池或多晶硅電池或碲化鎘電池或CIGS薄膜太陽能電池等。
[0016]優(yōu)選地，所述光伏電池為單晶硅電池或多晶硅電池或?qū)ι鲜鰞煞N電池進行切割或組合形成的僅僅尺寸和引線不同的光伏電池，以充分消化利用現(xiàn)有光伏行業(yè)產(chǎn)能。
[0017]進一步地，所述低倍聚光系統(tǒng)為低聚光倍率的復(fù)合拋物聚光系統(tǒng)(CompoundParabolic Collector，CPC)，光學(xué)反射面布置在底部光伏電池組件側(cè)面，將一定角度范圍內(nèi)的入射光有效反射到光伏電池表面實現(xiàn)聚光。光伏電池組件直接面對太陽光線入射方向，可不經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)反射就能直接接收相當高比例的直射和散射光線，提高聚光光伏組件的光線利用率，增加發(fā)電量。
[0018]優(yōu)選地，所述復(fù)合拋物聚光系統(tǒng)為一維復(fù)合拋物聚光系統(tǒng)，光伏電池左右兩側(cè)的光學(xué)反射面沿玻璃管外殼軸向呈長條狀布置，在玻璃管外殼的圓周方向(或叫作直徑方向)聚光，在玻璃管外殼的軸向方向不聚光，實現(xiàn)一維的線性聚光，簡單可靠，獲得較好的經(jīng)濟性和實用性。
[0019]進一步地，所述復(fù)合拋物聚光系統(tǒng)的聚光倍率設(shè)計為1.5?3.5倍，使之能夠同時具備降低光伏電池成本，保持一定的光學(xué)容差角度以實現(xiàn)非運動跟蹤聚光效果及降低散熱裝置設(shè)計難度等優(yōu)點。其中聚光倍率定義為聚光光學(xué)系統(tǒng)的入口寬度比光伏電池組件寬度得到的倍數(shù)，過高的聚光倍數(shù)雖然能降低電池成本，但一般情況下聚光超過3.5倍后，電池成本的繼續(xù)下降對系統(tǒng)成本的影響已經(jīng)很不明顯，而且較高倍數(shù)的聚光會對光伏電池提出一些特殊要求造成價格上升，同時較高倍數(shù)的聚光光學(xué)系統(tǒng)容差角度很小，一旦入射光線偏離設(shè)計聚光光軸的角度稍微大一點(例如幾度甚至零點幾度)，入射光線就無法匯聚到電池上，難以實現(xiàn)非運動跟蹤的有效聚光；同時，解決較高倍數(shù)的聚光帶來的散熱問題也會造成系統(tǒng)成本上升。
[0020]優(yōu)選地，所述復(fù)合拋物聚光系統(tǒng)的聚光倍率為1.6?2.5倍；該聚光倍率下米用普通光伏電池材料及普通工藝生產(chǎn)的單晶或多晶硅電池即可完全滿足使用要求，從而可大幅度降低聚光光伏組件中的電池成本；并且此時低倍聚光系統(tǒng)可以設(shè)計的容差角度范圍較大，例如±20?±30(低倍聚光光伏組件的非運動跟蹤β值范圍角度差為40°?60° )，此范圍能夠基本覆蓋主要光照時間或光照能量范圍內(nèi)太陽光線在高度方向的角度變化區(qū)間，可獲得較好的非運動跟蹤的有效聚光效果，同時散熱良好，因此整體系統(tǒng)的成本較低。
[0021]優(yōu)選地，對所述復(fù)合拋物聚光系統(tǒng)的光學(xué)拋物反射面優(yōu)化設(shè)計，采用一個以上的平面反射鏡面形成的多折平面組合反射鏡面擬合替代，使匯聚到光伏電池上的光線不至于過分集中，分布較為均勻，達到較好的勻光效果，保護光伏電池免受損傷，提高發(fā)電效率。
[0022]優(yōu)選地，所述多折平面組合反射鏡面為一個以上的平面玻璃鏡片拼接(例如粘接)形成，其結(jié)構(gòu)簡單、強度高、制作成本較低并且具有很好的反射率。
[0023]進一步地，所述平面反射鏡面為鏡前反射膜層，可減少太陽光透射吸收，保護反射鏡基體，并提高反射率，減少由于鏡體厚度造成的漏光，增加光伏電池組件接收到的反射光線，提高光伏電池組件的發(fā)電效率。
[0024]進一步地，由于太陽光線入射角度在高度角度方向變化范圍較小，在東西方位角度方向變化較大，所述低倍聚光光伏組件整體東西軸方向固定布置，并且所述低倍聚光光伏組件的光學(xué)中心軸面與東西方向垂直面形成一定的傾斜角度，使光伏電池組件受光面向陽，例如在北半球向南側(cè)斜上方布置，南半球向北側(cè)斜上方布置，對高度角度范圍實施非運動跟蹤聚光，以便接收更多的太陽光輻射，使全年累計光照接收數(shù)值或全年累計發(fā)電量達到最優(yōu)化。
[0025]進一步地，所述低倍聚光光伏組件的光學(xué)中心軸面與東西方向垂直面形成的角度接近當?shù)鼐暥冉嵌取?br> [0026]進一步地，所述低倍聚光光伏組件的光學(xué)中心軸面與東西方向垂直面形成的角度范圍為當?shù)鼐暥冉嵌戎导?°和減10°之間。
[0027]進一步地，從所述玻璃管外殼的兩個端頭位置或靠近兩個端頭位置的管壁上引出所述低倍聚光光伏組件的兩個電極。
[0028]進一步地，一個以上的所述低倍聚光光伏組件平行陣列布置，形成串聯(lián)或并聯(lián)或串并聯(lián)的組串連接方式，在此組串連接中，將相鄰所述低倍聚光光伏組件的相鄰端部引出的電極直接連接，連接電纜的尺寸很短，可以節(jié)省光伏發(fā)電系統(tǒng)的連接電纜成本。
[0029]進一步地，所述光伏電池組件搭接，互相遮住匯流母線，提高匯聚光線利用率，提高發(fā)電效率。
[0030]進一步地，所述散熱裝置為熱導(dǎo)率良好的材料制成，例如鋁片，該鋁片與所述電池組件具有良好導(dǎo)熱接觸，如將鋁片緊貼布置于光伏電池組件背部，其延伸部分布置于玻璃管外殼不受光部分的內(nèi)壁面上，將光伏電池?zé)崃坑行U散傳遞到玻璃管外殼壁上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為低倍聚光光伏組件的橫截面結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0032]圖2為低倍聚光光伏組件散射光線接收示意圖；
[0033]圖3為低倍聚光光伏組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4-1和圖4-2為聚光系統(tǒng)對光伏電池組件勻光的影響對比示意圖；
[0035]圖5為低倍聚光光伏組件的光伏電池組件搭接示意圖；
[0036]圖6本實用新型的低倍聚光光伏組件的光伏電池組件串聯(lián)的連接方式示意圖；
[0037]圖7-1為低倍聚光光伏組件東西軸非運動跟蹤傾斜角度布置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖7-2為圖7-1的局部放大示意圖；
[0039]圖8-1為低倍聚光光伏發(fā)電組件陣列第一例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖8-2為低倍聚光光伏發(fā)電組件陣列第二例的結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實施方式】
[0041]圖1為低倍聚光光伏組件的橫截面結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖1所示，本實用新型中的低倍聚光光伏組件包括低倍聚光系統(tǒng)，例如一維低倍聚光系統(tǒng)102、光伏電池組件103及光伏電池組件103背部的與光伏電池組件103具有良好導(dǎo)熱接觸的散熱裝置，例如散熱鋁片104 ;所述低倍聚光光伏組件具有玻璃管外殼101。以傳統(tǒng)的東西軸布置單軸跟蹤一維線性聚光為例，定義傳統(tǒng)槽式拋物面聚光光伏組件繞東西軸向旋轉(zhuǎn)需要跟蹤的角度為β，本專利所述的β值可具體為太陽光線投影至南北垂面的光線向量與水平面法向量之間的夾角，如單軸跟蹤為南北軸布置，則β值可具體為太陽光線投影至東西垂面的光線向量與水平面法向量之間的夾角。以聚光光伏組件布置地點北緯40°為例，根據(jù)時間累計，10°?70°的β值范圍的光照時間占全年光照時間的80%以上；根據(jù)太陽光線能量累積，β值范圍在10°?70°之間的光照能量占全年光照量的85%以上。本實用新型的低倍聚光光伏組件可高效實現(xiàn)非運動跟蹤接收較大β值范圍(例如10°?70° )的入射太陽光線，即本實用新型的低倍聚光光伏組件的非運動跟蹤β值范圍可以包含10°?70° ;該非運動跟蹤β值范圍如10°?70°也描述為低倍聚光系統(tǒng)的容差角度范圍，因低倍聚光系統(tǒng)設(shè)計成關(guān)于光學(xué)中心軸對稱結(jié)構(gòu)，所以容差角度關(guān)于光學(xué)中心軸具有對稱性，故低倍聚光系統(tǒng)的容差角度為±30°，在該角度范圍內(nèi)，該低倍聚光光伏組件可高效完成低成本的聚光光伏發(fā)電。
[0042]一維低倍聚光系統(tǒng)102對稱地分布于光伏電池組件103的兩側(cè)，散熱鋁片104與所述光伏電池組件103具有良好導(dǎo)熱接觸，如將散熱鋁片104緊貼布置于光伏電池組件103背部，其延伸部分布置于玻璃管外殼101不受光部分的內(nèi)壁面上，將光伏電池?zé)崃坑行U散傳遞到玻璃管外殼101壁上以達到冷卻效果。具體地，玻璃管外殼101兩端密封成為密閉結(jié)構(gòu)，透光率高，自支撐強度好，成本低，使用壽命長，可良好的隔絕外界環(huán)境對內(nèi)部器件(一維低倍聚光系統(tǒng)102、光伏電池組件103及散熱裝置等)的影響及破壞。
[0043]進一步地，所述低倍聚光光伏組件的玻璃管外殼長度超過2.5米；優(yōu)選地，所述低倍聚光光伏組件的玻璃管外殼長度超過5米，可充分利用玻璃管外殼的強度和自支撐能力，簡化安裝工序，節(jié)省材料及人工成本，同時盡量減少聚光光伏組件兩端非有效利用部分在整體長度中所占的比例，降低端部效應(yīng)影響，進一步降低成本。由于玻璃管外殼的壁厚與直徑有一定關(guān)系，一般管徑越大壁厚越厚，為控制壁厚，節(jié)省材料，所述玻璃管外殼直徑范圍為30暈米?200暈米；優(yōu)選地，所述玻璃管外殼直徑范圍為45暈米?150暈米,在盡量獲得較大受光面積的同時，減小玻璃管外殼壁厚，盡量控制壁厚在3毫米以內(nèi)，優(yōu)選在2毫米甚至1.5毫米以內(nèi)，以降低成本。
[0044]圖2為低倍聚光光伏組件散射光線接收示意圖。如圖2所示，玻璃管外殼201的內(nèi)部布置有低倍聚光系統(tǒng)202,所述聚光系統(tǒng)202可以為低聚光倍率的復(fù)合拋物聚光系統(tǒng)(Compound Parabolic Collector, CPC),所述聚光系統(tǒng)202的光學(xué)反射面布置在底部光伏電池組件203兩側(cè)，能將一定角度范圍內(nèi)的全部入射光高效反射到光伏電池表面實現(xiàn)聚光，該角度范圍稱為低倍聚光系統(tǒng)的容差角度范圍。光伏電池組件203直接面對太陽光線入射方向，可不經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)反射就能接收相當高比例的直射光線和散射光線，提高聚光光伏組件的光線利用率，增加發(fā)電量。圖2中的復(fù)合拋物聚光系統(tǒng)能將非運動跟蹤β值范圍差為60° (即低倍聚光系統(tǒng)的容差角度范圍為±30° )范圍內(nèi)的各角度太陽光線全部有效的反射至光伏電池組件203受光面。假定散射光線具備各向同性，即太陽散射光線入射至聚光光伏電池203組件的角度從O?180°的可能性是均等的，且低倍聚光光伏能有效接收容差角度為±30°的太陽光，則光伏電池組件203接收的散射光至少為入射至聚光系統(tǒng)開口的散射光的33%。而實際的太陽散射光線角度與直射光入射角度成一定的高斯分布，并非嚴格的入射角度上的各向同性分布，絕大部分能量的散射光的角度均在接近直射太陽光線角度的一定角度范圍內(nèi)。而本實用新型的低倍聚光系統(tǒng)具有較大的光學(xué)容差角度(例如±30° )，在此角度范圍內(nèi)的光線(無論直射光還是散射光)均可以被有效接收并進行高效發(fā)電。如此可以推論在多云天氣，散射量較多情況下，本實用新型的低倍聚光光伏組件能有效接收密度較高的散射光線，進行發(fā)電；而一般聚光光伏組件由于容差角很小(通常小于幾度甚至零點幾度)，只能靠運動跟蹤接收直射光及很少部分散射光，無論菲涅爾透射式還是拋物面反射式結(jié)構(gòu)，經(jīng)過這類光學(xué)系統(tǒng)的散射光由于只要偏離設(shè)計聚光光軸角度稍大，絕大部分散射光都無法到達光伏電池組件表面。在絕大部分地區(qū)，特別是分布式布置的市區(qū)，太陽光線全輻照中包含較多的散射光，對散射光的極少量接收將會對單位功率模組年發(fā)電量影響較大，降低了整體年發(fā)電效率，也增加了單位光伏電池組件的發(fā)電成本。
[0045]圖3為低倍聚光光伏組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；如圖3所示，低倍聚光光伏組件內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括光伏電池組件303及復(fù)合拋物聚光系統(tǒng)302。所述復(fù)合拋物聚光系統(tǒng)302為一維復(fù)合拋物聚光系統(tǒng)；光伏電池組件303左右兩側(cè)的光學(xué)反射面沿玻璃管外殼軸向呈長條狀布置，在玻璃管外殼的圓周方向(或叫作直徑方向)聚光，在玻璃管外殼的軸向方向不聚光，實現(xiàn)一維的線性聚光，獲得較好的經(jīng)濟性和實用性。優(yōu)選地，所述復(fù)合拋物聚光系統(tǒng)302可以采用多個平面玻璃鏡順次呈角度拼接(例如粘結(jié))形成的多折平面鏡，其結(jié)構(gòu)簡單，制作成本較低，具有較好的聚光效果；平面玻璃鏡片采用鏡前反射膜層，可減少太陽光的透射，提高反射鏡的反射率，減少通過玻璃板厚度斷面處的漏光，增加光伏電池組件接收到的反射光線，提高光伏電池組件的發(fā)電效率。
[0046]圖4-1和圖4-2為聚光系統(tǒng)對光伏電池組件勻光的影響對比示意圖。如圖4-1入射至玻璃管外殼內(nèi)部的太陽光經(jīng)過光伏電池組件403兩側(cè)對稱布置的聚光系統(tǒng)411的匯集，反射至光伏電池組件403進行發(fā)電。所述聚光系統(tǒng)411的聚光倍率設(shè)計為為1.5?3.5倍，可同時降低光伏電池成本、又能保持一定的光學(xué)容差角度及降低散熱裝置的設(shè)計難度。其中聚光倍率定義為聚光光學(xué)系統(tǒng)的入口寬度比光伏電池組件寬度得到的倍數(shù)；過高的聚光倍數(shù)雖然能降低電池成本，但一般情況下聚光超過3.5倍后，電池成本的進一步下降對系統(tǒng)成本的影響已經(jīng)很不明顯，而且較高倍的聚光會對光伏電池提出一些特殊要求造成價格上升；同時較高倍數(shù)的聚光光學(xué)系統(tǒng)容差角度很小，難以實現(xiàn)非運動跟蹤聚光，較高倍數(shù)聚光帶來的散熱問題也會造成系統(tǒng)成本上升。優(yōu)選地，所述聚光倍率為1.6?2.5倍；該聚光倍率下采用普通光伏電池材料及標準工藝生產(chǎn)的單晶硅或多晶硅電池即可完全滿足使用要求，聚光光伏組件中的電池成本已經(jīng)有大幅度的下降(可下降40%?60%)，同時該倍率聚光系統(tǒng)的容差角度范圍較大(有可能實現(xiàn)±15°?±30° )，此范圍能夠基本覆蓋主要光照時間或光照能量范圍內(nèi)太陽光線在高度方向的角度變化區(qū)間，從而可獲得較好的非運動跟蹤聚光效果，同時散熱良好，成本較低。
[0047]優(yōu)選地，對所述復(fù)合拋物聚光系統(tǒng)的光學(xué)拋物反射面優(yōu)化設(shè)計，采用一個以上的平面反射鏡面形成的多折平面組合反射鏡面擬合替代，使匯聚到光伏電池上的光線不至于過分集中，分布較為均勻，達到較好的勻光效果，保護光伏電池免受損傷，提高發(fā)電效率。從圖4-1可以看出，經(jīng)過平面反射鏡面形成的某角度入射光線反射至光伏電池組件403面上的寬度為dl ;其入射至光伏電池組件403的光線為平行入射光線。圖4-2顯示復(fù)合拋物聚光面進行精確會聚情況，相同光線入射至相同位置的復(fù)合拋物聚光面412上，在光伏電池組件403上接收的光線寬度為d2，很明顯d2小于dl。圖4_2中光伏電池組件403接收的是一個會聚的光線，焦斑很小，對光伏電池組件403的散熱是一個巨大的考驗，且光伏電池組件403對非均勻的太陽光吸收效果并不好，會造成局部電池溫度過高，形成亮斑，使電池失效甚至將光伏電池組件403變成負載，輸出功率不穩(wěn)定且大幅減小。
[0048]圖5為低倍聚光光伏組件的光伏電池組件搭接示意圖。如圖5所示，所述光伏電池組件503-1與光伏電池組件503-2傾斜搭接，互相遮住匯流母線509，提高匯聚光線利用率，提高發(fā)電效率。進一步地，構(gòu)成所述光伏電池組件503-1或光伏電池組件503-2的光伏電池為單晶硅電池或多晶硅電池或碲化鎘電池或CIGS薄膜太陽能電池；優(yōu)選地，所述光伏電池為單晶硅電池或多晶硅電池或?qū)ι鲜鰞煞N電池進行切割或組合形成的僅僅尺寸和匯流引線不同的光伏電池，以充分消化利用現(xiàn)有光伏行業(yè)產(chǎn)能。
[0049]圖6為低倍聚光光伏組件的光伏電池組件搭接另一實施例示意圖。如圖6所示，光伏電池組件包括多個光伏電池組件單元613，各光伏電池組件單元的對應(yīng)散熱裝置之間絕緣布置。光伏電池組件單元613包括光伏電池603和光伏電池良好熱接觸的散熱鋁片604 ；散熱鋁片604緊貼布置于玻璃管外殼的內(nèi)部；各散熱裝置之間絕緣，各自固定布置在玻璃管內(nèi)壁進行散熱，因此可以不必考慮各光伏電池603與其對應(yīng)的散熱裝置之間的電絕緣問題，降低成本簡化工藝，改善散熱效果；各光伏電池組件單元613之間通過連接結(jié)構(gòu)608實現(xiàn)光伏電池組件單元613之間的電連接。
[0050]圖7-1為低倍聚光光伏組件東西軸非運動跟蹤傾斜角度布置結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7-1所示，低倍聚光光伏組件包括聚光系統(tǒng)702、光伏電池組件703及光伏電池組件703背部的散熱裝置，例如散熱鋁片704。所述低倍聚光光伏組件布置于玻璃管外殼701內(nèi)部，光伏電池組件703兩側(cè)對稱布置聚光系統(tǒng)702，散熱鋁片704緊貼置于光伏電池組件703的背部，并固定于聚光系統(tǒng)702下部的不受光部分的玻璃管外殼701內(nèi)壁。進一步地，由于太陽光線入射角度在高度角度方向變化范圍較小，在東西方位角度方向變化較大，所以對高度角度方向進行非運動跟蹤聚光效果較好，所述低倍聚光光伏組件軸線沿東西方向固定布置，并且使低倍聚光系統(tǒng)光學(xué)中心面與東西垂面呈一定傾斜角度，此角度可常年固定，簡單可靠；也可以根據(jù)不同季節(jié)太陽高度的不同進行周期性調(diào)節(jié)(例如一年調(diào)整一至三次，在各調(diào)整時間點之間，此角度固定不變，所述組件非運動跟蹤聚光發(fā)電)，進一步提高聚光發(fā)電效果?？傮w使光伏電池組件平面向陽布置，例如在北半球向南側(cè)斜上方布置，南半球向北側(cè)斜上方布置，以便接收更多的太陽光輻射，使輻射面積達到最優(yōu)化。優(yōu)選地，所述低倍聚光光伏組件的光學(xué)中心軸面與東西方向垂直面所形成的角度接近當?shù)鼐暥冉嵌?。?yōu)選地，所述夾角范圍為當?shù)鼐暥冉嵌戎导?°和減10°，并實施非運動跟蹤接收太陽光。以北緯40°附近的內(nèi)蒙古巴拉貢地區(qū)為例:光伏電池組件軸線沿東西方向上固定，并且低倍聚光光伏組件的光學(xué)中心軸面與東西方向垂直面所形成的角度(或光伏電池平面與水平面的夾角)接近當?shù)鼐暥冉嵌?0°布置，或者所述夾角范圍為當?shù)鼐暥冉嵌戎导?°和減10°，即所成角度30°?45°布置，并實施非運動跟蹤接收太陽光。以內(nèi)蒙古巴拉貢區(qū)域的光伏電池組件東西軸布置為例:聚光光學(xué)系統(tǒng)的開口寬度為光伏電池寬度的1.85倍，則反射式聚光光學(xué)系統(tǒng)的最高光學(xué)倍數(shù)為1.85倍(其中光伏電池組件寬度30.8mm，上部光學(xué)開口寬度57_)，此聚光光伏組件的光伏電池與水平面的傾斜角度分別為20°、25°、30°、35°、40°、45°及50。幾種情況；將此地區(qū)全年實際直射光(DNI)的光照數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，不同角度下，相同光伏電池面積(30.8mm*1000mm等于0.0308平方米)的低倍聚光光伏組件的年發(fā)電量分別為 10.36kwh、ll.50kwh、12.30kwh、12.85kwh、12.79kwh、12.18kwh及 11.34kwh。綜上可知，光伏電池平面與水平面夾角接近當?shù)鼐暥冉嵌然驗楫數(shù)鼐暥冉嵌燃?°至減10°范圍時，可以獲得較為理想的年發(fā)電量。假定光伏電池組件發(fā)電效率為0.18，散射光發(fā)電量不計，具有所述低倍聚光系統(tǒng)的光伏電池組件的發(fā)電量與相同光伏電池面積的平板光伏電池組件的發(fā)電量如表1所示(光伏電池組件平面與水平面所成傾斜角度35° )。由表1可以看出，具有所述低倍聚光光學(xué)系統(tǒng)的光伏電池組件的發(fā)電量要明顯多于普通的平板光伏電池組件的發(fā)電量。另外，由于光伏電池組件被封裝于玻璃管外殼內(nèi)，可減少光伏電池組件的封裝的成本，延長光伏電池組件的使用壽命。
[0051]表1為北緯40°內(nèi)蒙古巴拉貢地區(qū)，不同月份的低倍聚光系統(tǒng)的光伏電池組件的單位發(fā)電量和相同光伏電池面積(I平方米)平板光伏電池組件的單位發(fā)電量數(shù)據(jù)，其中光伏電池組件平面與水平面的傾斜角度均為35°，發(fā)電效率均取0.18計算。
【權(quán)利要求】
1.一種低倍聚光光伏組件，包括低倍聚光系統(tǒng)、光伏電池組件及與光伏電池組件良好導(dǎo)熱接觸的散熱裝置，其特征在于，所述低倍聚光光伏組件具有兩端封閉的玻璃管外殼，所述低倍聚光光伏組件整體東西軸方向安裝，并且所述低倍聚光光伏組件的光學(xué)中心軸面與東西方向垂直面所形成的角度接近當?shù)鼐暥冉嵌?，因而所述低倍聚光光伏組件可對較大角度范圍內(nèi)的入射太陽光線實施非運動跟蹤，實施高效聚光發(fā)電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低倍聚光光伏組件，其特征在于，所述低倍聚光光伏組件的玻璃管外殼長度超過2.5米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低倍聚光光伏組件，其特征在于，所述低倍聚光光伏組件的玻璃管外殼長度超過5米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低倍聚光光伏組件,其特征在于,所述玻璃管外殼直徑范圍為45毫米~150毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低倍聚光光伏組件，其特征在于，所述光伏電池為單晶硅電池或多晶硅電池或碲化鎘電池或CIGS薄膜太陽能電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種低倍聚光光伏組件，其特征在于，所述光伏電池為單晶硅電池或多晶硅電池或?qū)ι鲜鰞煞N電池進行切割或組合形成的僅僅尺寸和引線不同的光伏電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低倍聚光光伏組件，其特征在于，所述低倍聚光系統(tǒng)為低聚光倍率的復(fù)合拋物聚光系統(tǒng)，且所述低倍聚光系統(tǒng)的容差角度范圍大于±10°。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種低倍聚光光伏組件，其特征在于，所述復(fù)合拋物聚光系統(tǒng)為一維復(fù)合拋物聚光系統(tǒng)，可實現(xiàn)一維的線性聚光。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種低倍聚光光伏組件，其特征在于，所述復(fù)合拋物聚光系統(tǒng)的聚光倍率為1.5~3.5倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種低倍聚光光伏組件，其特征在于，所述復(fù)合拋物聚光系統(tǒng)的聚光倍率為1.6~2.5倍。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種低倍聚光光伏組件，其特征在于，所述復(fù)合拋物聚光系統(tǒng)的光學(xué)拋物反射面采用一個以上的平面反射面形成多折平面組合的反射鏡面。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種低倍聚光光伏組件，其特征在于，所述多折平面組合反射鏡面為一個以上的平面玻璃鏡片拼接形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種低倍聚光光伏組件，其特征在于，所述平面玻璃鏡片采用鏡前反射膜層。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低倍聚光光伏組件，其特征在于，所述低倍聚光光伏組件的光學(xué)中心軸面與東西方向垂直面形成的角度范圍為當?shù)鼐暥冉嵌戎导?°和減10°之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低倍聚光光伏組件，其特征在于，所述玻璃管外殼的兩個端頭位置或靠近兩個端頭位置的管壁上包括兩個弓丨出電極。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一種低倍聚光光伏組件,其特征在于,一個以上的所述低倍聚光光伏組件平行陣列布置，形成串聯(lián)或并聯(lián)或串并聯(lián)的組串連接方式，所述低倍聚光光伏組件的相鄰端部由所述電極直接連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低倍聚光光伏組件，其特征在于，所述光伏電池組件互相遮住匯流母線。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低倍聚光光伏組件，其特征在于，所述光伏電池組件包括多個光伏電池組件單元，各光伏電池組件單元的對應(yīng)散熱裝置之間絕緣布置。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低倍聚光光伏組件，其特征在于，所述散熱裝置緊貼布置于光伏電池組件背部，其延伸部分布置于玻璃管外殼不能受光部分的內(nèi)壁面上。
【文檔編號】H02S40/22GK203522638SQ201320484248
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月8日
【發(fā)明者】劉慶云 申請人:劉慶云