專利名稱：布置太陽能電池和反射器的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池板，特別地涉及一種改進(jìn)的太陽能電池和反射器在一個(gè)模塊或面板中的布置。
背景技術(shù)：
在太陽能商業(yè)化的應(yīng)用中有很大的利益。推廣太陽能使用的主要障礙之一是太陽能設(shè)備的高成本，尤其太陽能光生伏打電池。這是因?yàn)橛糜谵D(zhuǎn)換太陽能材料的相對(duì)高成本。在這技術(shù)領(lǐng)域中使用太陽能電池來截取陽光并產(chǎn)生熱能或電能(或?qū)烧呓M合)是眾所周知的。太陽能電池通常是指一個(gè)接收器或熱吸收板(為太陽能熱應(yīng)用)或一個(gè)太陽能光電池(用于太陽能電應(yīng)用)電池經(jīng)常被連接或結(jié)合到其它電池或是并聯(lián)或者串聯(lián)在一個(gè)單個(gè)平面中像地板上的瓷磚一樣，且一旦許多的太陽能電池被組合，他們通常是被包含在通常所說的模塊中。
一個(gè)模塊通常有一透明的蓋片，平行于并在太陽能電池平面之上，其允許太陽光進(jìn)入模塊并擊中太陽能電池。模塊通常有數(shù)條邊和一個(gè)后板來組成一個(gè)防風(fēng)雨蓋片，用來幫助防止太陽能電池受氣候影響。
現(xiàn)有技術(shù)包括將太陽能電池布置在一個(gè)模塊中的例子。反射器經(jīng)常用來使運(yùn)行的太陽能電池之間的區(qū)域最小化，由于進(jìn)入這些區(qū)域的太陽能不產(chǎn)生能量。許多現(xiàn)有技術(shù)采取將太陽能電池布置在一個(gè)垂直于進(jìn)入的太陽光的單一平面中，并平行于透明蓋片，如美國(guó)專利第6,528,716號(hào)和4,316,448號(hào)。這些類型的布置的缺點(diǎn)主要包括無效率或浪費(fèi)使用了昂貴材料。
現(xiàn)有技術(shù)還包括更多復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的例子，致使有相當(dāng)一部分入射的太陽光被電池上的一個(gè)或多個(gè)表面反射。這種布置中的一些些例子正如美國(guó)專利第5,538,563號(hào)、第4,471,763號(hào)和第2,904,612號(hào)所述。這種布置的缺點(diǎn)是復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)或要求機(jī)械追蹤系統(tǒng)中增加了系統(tǒng)制造和維持的花費(fèi)。
Espy在美國(guó)專利第4,120,282號(hào)中，教導(dǎo)了一個(gè)反射器和太陽能收集器按一定角度定位。專利第4,120,282號(hào)以此與參考文獻(xiàn)整合。Espy傳授了一種復(fù)雜且易變的幾何體，其依賴于用戶位置，這使得大規(guī)模生產(chǎn)變得困難。此外，由Espy描述的這種布置不包括反射器和收集器表面的保護(hù)。結(jié)果導(dǎo)致這些表面中的一個(gè)或兩個(gè)會(huì)輕易地被氣候影響損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于布置太陽能電池和反射器來替代一個(gè)典型的垂直入射太陽光的方向設(shè)置在一個(gè)模塊中的太陽能電池的方法和設(shè)備(如平行于一個(gè)模塊的透明蓋板或開口)。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中使用一個(gè)太陽能電池與入射太陽光成大約45度角，且一個(gè)反射的表面垂直于電池并且與入射太陽光成大約45度角。太陽能電池和鏡子是同樣的長(zhǎng)度/尺寸并形成一個(gè)V字型形狀，兩斜面間的角度是大約90度。任何落在這種布置上的光將直接地或經(jīng)過反射后照射在太陽能電池上。在另一個(gè)實(shí)施方式中，兩個(gè)相鄰的反射器能夠被設(shè)置形成大約60度角，并與蓋片或開口形成大約30度的角度。一個(gè)進(jìn)一步可選的實(shí)施方式中，包括一個(gè)被設(shè)置為與太陽能電池基底垂直的第二反射器，和一個(gè)仍然與蓋片或開口形成大約45度角的第一反射器對(duì)。
目的和優(yōu)勢(shì)
本發(fā)明有許多優(yōu)勢(shì)在現(xiàn)有技術(shù)之上，包括但不限于
1. 一個(gè)簡(jiǎn)單的布置允許更多太陽光被太陽能電池的同一區(qū)域獲得，或者相同數(shù)量的太陽光能夠被得到以一個(gè)更小的太陽能電池獲得。
2. 大部分現(xiàn)有技術(shù)制造的模塊可以保持與本發(fā)明相同，除了可能需要一個(gè)更深的模塊/框架，以及一個(gè)在新的定位中支持反射鏡和太陽能電池的方式典型地建造成沿著太陽能電池背面或者一排太陽能電池的。線路或管件，通常不受新朝向的影響。
3. 本發(fā)明的反射鏡和電池布置被保護(hù)免予氣候影響，且這布置能夠被使用于許多類型的太陽能電池技術(shù)，且能均勻地照亮太陽能電池表面。
4. 反射器能夠被設(shè)計(jì)用于僅反射用來產(chǎn)生電的太陽能光譜(為一個(gè)PV太陽
能電池)而不是可能使得電池過熱并降低性能的紅外線部分。


圖1展示了一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)太陽能電池布置在平鋪的與模塊蓋片平行的結(jié)構(gòu) 中的透視圖2展示了反射器和太陽能電池互相成90度(在現(xiàn)有技術(shù)基準(zhǔn)之下的)的 側(cè)視圖3展示了一個(gè)多排反射器和電池(鋸齒形)在一個(gè)模塊中的透視圖； 圖4展示了一個(gè)反射器(60度和30度)和太陽能電池在45度角對(duì)著最初 水平的電池平面的側(cè)視圖5展示了一個(gè)由圖4的實(shí)施方式性工程的陣列的透視圖； 圖6展示了另一個(gè)可選實(shí)施方式的45度角視圖7展示了圖6的實(shí)施方式以一個(gè)更為復(fù)雜的反射器-電池幾何結(jié)構(gòu)通過一 個(gè)新的太陽能電池定位并由一個(gè)更小的垂直鏡和旋轉(zhuǎn)90度的電池組代替。
具體實(shí)施例方式
圖1展示了一個(gè)現(xiàn)有的制作太陽能面板的技術(shù)方法。 一個(gè)框架(1)被建造 并提供或者附屬于一個(gè)平頂，平鋪的面板(2)包括太陽能電池。瓦片可帶有防 風(fēng)雨蓋片來保護(hù)電池。這個(gè)布置不能達(dá)到光照射中電池?cái)?shù)量的最佳效率。
圖2展示了一個(gè)本發(fā)明的側(cè)視圖。 一個(gè)太陽能電池G)向一個(gè)模塊蓋板(5) 被旋轉(zhuǎn)大約45度角。 一個(gè)反射器(4)，同樣與模塊蓋片(5)形成大約一個(gè)45 度角，被定位于大約垂直且相鄰于太陽能電池。反射器能夠在長(zhǎng)度和寬度上與太 陽能電池(3)相等。反射器(4)和太陽能電池(3)在平行于模塊蓋片(5)的 開口端形成一個(gè)V字型。光線進(jìn)入垂直于模塊蓋片(5)的模塊將直接地照射中 太陽能電池(3)(以一個(gè)45度角)，或在反射離開反射器之后照射到。太陽能電 池與反射器組合以這種定位能夠收集與如已有技術(shù)圖1中所示的一個(gè)大30%的 平行放置模塊蓋片的電池相同數(shù)量的能源。
圖3展示了有一個(gè)框架(1)持有一排完全填充太陽能電池(3)和反射器(4) 對(duì)的一個(gè)太陽能模板的參考視角，且都與模塊蓋片成45度角。雖然每個(gè)反射器 (4)是各自展示的(為了清楚)，然而一個(gè)單個(gè)延長(zhǎng)的反射器能夠被用來從模塊
7一端延長(zhǎng)至另一端來代替如圖3中所示的每行9個(gè)反射器。
圖4展示了本發(fā)明一個(gè)可選實(shí)施方式的一個(gè)側(cè)視圖。這里， 一個(gè)太陽能電 池(6)通常能夠更長(zhǎng)于如圖3中所示的太陽能電池。這太陽能電池(6)同樣被 旋轉(zhuǎn)至與模塊蓋片(5)成大約45度。 一個(gè)第一反射器(7)被旋轉(zhuǎn)至與模塊蓋 片(5)成大約60度角，且一個(gè)第二個(gè)反射器(8)和模塊蓋片(5)形成一個(gè) 30度角。第一反射器(7)上面的邊緣幾乎與第二反射器(8)較低的邊緣相鄰。 第一反射器(7)較低的邊緣與太陽能電池(6)較低的邊緣相鄰，在第一個(gè)反射 器和太陽能電池間形成一個(gè)約105度的角。圖5展示了一排由圖4電池-反射器 布置組成的透視圖?？蚣?1)夾持太陽能電池和兩個(gè)反射器部分(7， 8)。圖 4-5可選的實(shí)施方式提供一個(gè)可替代的幾何結(jié)構(gòu)來反射光到太陽能電池(6)上， 否則就可能無法照射中它。
圖6-7展示一個(gè)本發(fā)明可選的實(shí)施方式，其中電池(3)和反射器(4)被如圖2 一樣布置，但被旋轉(zhuǎn)了 90度并包括一個(gè)額外的終端反射器(9)。這個(gè)布置允許 為了框架(1)的不同定位的，從一組特定的日常太陽角度(早上的太陽弧度或 正午至下午三點(diǎn)左右太陽弧度或傍晚太陽弧度)更好地收集光線(更高集中的 光)。圖6是一個(gè)額外的反射器(9)上直接俯視的視圖。且圖7是一個(gè)透視圖。 這個(gè)實(shí)施方式有利于獲得更多來自日常太陽角度的光。特別地，這個(gè)實(shí)施方式僅 僅在大約半天中，就能夠得到兩倍于現(xiàn)有技術(shù)太陽能接收器單位面積的陽光。根 據(jù)這個(gè)實(shí)施方式建造的一個(gè)太陽能面板可能實(shí)際地定位在建筑物上向東或向西 面的位置，而己有技術(shù)的板由于晝夜遮蔽變得不切實(shí)際。
在所有本發(fā)明的實(shí)施方式中，反射的表面能夠根據(jù)需要任選地被設(shè)計(jì)來不反
射紅外線(熱)太陽光波長(zhǎng)在太陽能電池上。如果電池是一個(gè)光生伏打電池時(shí)是 尤其有用的，其隨著電池溫度的上升產(chǎn)生更少的電能。這種情況下，只有有用的 光波能夠正常地被從反射器導(dǎo)向電池。
工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明特別用于以電或熱流體的形式來為商業(yè)用戶提供太陽能。 本發(fā)明體現(xiàn)的提高的效率使得其優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1、一種用于將太陽能轉(zhuǎn)換成電能或用于加熱液體的太陽能收集器，包括一個(gè)有四條邊和一個(gè)保護(hù)內(nèi)部表面免于氣候影響的透明蓋片(5)的框架(1)，所述的透明蓋片被設(shè)計(jì)成用來最大化收集可用太陽光，其特征在于a)至少一個(gè)矩形的光收集表面(3)與透明蓋片(5)成一個(gè)45度角安裝；b)至少一個(gè)反射表面(4)鄰近且垂直于太陽能收集表面(3)安裝，使得反射表面同樣與透明蓋片(5)形成一個(gè)45度角。
2、 如權(quán)利要求l所述的太陽能收集器，其特征在于，其中光收集表面(3) 吸收太陽輻射并轉(zhuǎn)換其成工作液體。
3、 如權(quán)利要求l所述的太陽能收集器，其特征在于，其中光收集表面(3) 包括一個(gè)光生伏打電池電池用于將光能轉(zhuǎn)化成電能。
4、 如權(quán)利要求3所述的太陽能收集器，其特征在于，其中反射表面(4)有 一個(gè)涂層主要反射一段利于光生伏打電池有效轉(zhuǎn)換成電能的波長(zhǎng)的光，而不反射 對(duì)于光生伏打電池而言趨向于加熱的紅外波長(zhǎng)的光。
5、 如權(quán)利要求1所述的太陽能收集器，其特征在于，更進(jìn)一步包括多個(gè)太 陽能收集表面(3)和反射表面(4)。
6、 如權(quán)利要求3所述的太陽能收集器，其特征在于，其中光生伏打電池是 半導(dǎo)體材質(zhì)的。
7、 如權(quán)利要求1所述的太陽能收集器，其特征在于，其中所述的反射表面 (4)是鋁。
8、 一種用于將太陽能轉(zhuǎn)換成電能或用于加熱液體的太陽能收集器，包括一 個(gè)有四條邊和一個(gè)保護(hù)內(nèi)部表面免于氣候影響的透明蓋片(5)的框架(1)，所述的透明蓋片被設(shè)計(jì)成用來最大地收集可用太陽光，其特征在于a) 至少一個(gè)矩形的太陽能收集表面(6)與透明蓋片(5)成一個(gè)45度角安裝；b) —對(duì)接近太陽能收集表面(3)的反射表面(7， 8)，包括一個(gè)第一反射 表面(7)在一個(gè)于透明蓋片成46度到60度間的角度安裝，并且第一反射表面
9.(7)向下擴(kuò)展至一條垂直于第一反射表面底邊的線與太陽能收集表面最上面的 邊緣的近乎接觸處，還包括一個(gè)第二反射表面(8)，鄰近第一反射表面底部
10.邊緣 以與第一反射表面(7)安裝角度互補(bǔ)的角度安裝，第二反射表面(8)向下延長(zhǎng) 直至它的底部與太陽能收集表面(6)相鄰。
11、 如權(quán)利要求10所述的太陽能收集器，其特征在于，其中反射表面(7， 8)有一個(gè)主要反射的一段利于光生伏打電池有效轉(zhuǎn)換成電能的波長(zhǎng)的光，而不 反射趨向加熱光電池的紅外波長(zhǎng)的光。
12、 一個(gè)光收集系統(tǒng)，其特征在于，包括a) —個(gè)框架(1);b) —個(gè)第一反射器(9)固定在框架(1)上；c) 至少一個(gè)第二反射器(4)，固定在框架(1)上并被垂直于第一反射器(9) 放置；d) 至少一個(gè)太陽能電池(3)，固定在擔(dān)保框架(1)上并被垂直于第一 (9) 和第二 (4)反射器放置。
13、 如權(quán)利要求12所述的光收集系統(tǒng)，其特征在于，更進(jìn)一步包括多個(gè)的 第二反射器(4)，每個(gè)都垂直于第一反射器(9)。
14、 如權(quán)利要求13所述的光收集系統(tǒng)，其特征在于，更進(jìn)一步包括多個(gè)太 陽能電池(3)，每個(gè)都垂直于第一反射器(9)和第二反射器(4)。
15、 如權(quán)利要求14所述的光收集系統(tǒng)，其特征在于，其中每個(gè)太陽能電池(3) 與第二反射器(4)之一相鄰。
16、 如權(quán)利要求12所述的光收集系統(tǒng)，其特征在于，其中第一 (9)和第二(4) 反射器是鋁的。
17、 如權(quán)利要求12所述的光收集系統(tǒng)，其特征在于，其中太陽能電池(3) 是光生伏打電池。
18、 如在權(quán)利要求17所述的光收集系統(tǒng)，其特征在于，其中至少第一 (9) 或第二 (4)反射器有一個(gè)涂層主要反射一段利于光生伏打電池有效轉(zhuǎn)換成電能 的波長(zhǎng)的光，而不反射加熱光生伏打電池(3)的紅外波長(zhǎng)的光。
全文摘要
一種用于布置太陽能電池(3，6)和反射器(4)來代替一個(gè)典型的垂直入射太陽光的方向設(shè)置在一個(gè)模塊中的太陽能電池系統(tǒng)和方法(如與一個(gè)模塊透明該片或口平行)。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中使用一個(gè)太陽能電池(3)與入射太陽光成大約45度角，且一個(gè)可反射的表面(4)垂直于電池并且與入射太陽光成大約45度角。太陽能電池(3)和反射器(4)是同樣的長(zhǎng)度/尺寸且形成一個(gè)V字型形狀，兩斜面間的角度大約是90度。任何落在這種布置上的光將直接地或經(jīng)過反射后照射在太陽能電池(3)上。在另一個(gè)實(shí)施方式中，兩個(gè)相鄰的反射器(7，8)能夠被設(shè)置形成大約60度角，并與蓋片或開口形成大約30度的角度。一個(gè)可選的實(shí)施方式中，包括一個(gè)被設(shè)置為與太陽能電池基底垂直的第二反射器，和一個(gè)仍然與蓋片或開口形成大約45度角的第一反射器對(duì)。第二個(gè)反射器(9)能夠運(yùn)行沿著整排電池和第一個(gè)反射對(duì)(3，4)這樣使得第一個(gè)反射器(4)形成90度與兩塊電池(3)和第二個(gè)反射器(9)。
文檔編號(hào)H01L31/042GK101496181SQ200780028485
公開日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2007年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月2日
發(fā)明者丹尼爾·西蒙 申請(qǐng)人:丹尼爾·西蒙