專利名稱：大面積聚光透鏡結(jié)構(gòu)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及太陽(yáng)能技術(shù)，更具體地涉及一種用于所得到的太陽(yáng)能模塊的方法和結(jié)構(gòu)。僅借助于實(shí)例，本發(fā)明的各實(shí)施方式應(yīng)用于太陽(yáng)能面板，但應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明具有更廣泛的應(yīng)用范圍。
背景技術(shù)：
隨著世界上人口的增加，工業(yè)擴(kuò)張導(dǎo)致能量消耗的相應(yīng)增加。能量通常來(lái)自于化石燃料(包括煤和石油)、水電站、核能源以及其他。僅作為一個(gè)實(shí)例，國(guó)際能源機(jī)構(gòu)計(jì)劃進(jìn)一步增加了石油消耗，其中發(fā)展中國(guó)家(如中國(guó)和印度)引起大部分的增加。我們?nèi)粘Ｉ畹膸缀趺總€(gè)元素都部分地依賴于正變得極為缺乏的石油。隨著時(shí)間的進(jìn)一步推移，“廉價(jià)”且充足的石油時(shí)代正走向終結(jié)。因此，正在開(kāi)發(fā)其他的替代能源。除了石油，我們還依賴于其他非常有用的能源，諸如水電能源、核能源等以提供我們的電力需求。作為一個(gè)實(shí)例，我們傳統(tǒng)的家庭和商業(yè)應(yīng)用上的電力需要中的大部分來(lái)自以煤或其他形式的化石燃料運(yùn)轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)、核能發(fā)電站和水電站，以及其他形式的可再生能量。通常，電能的家庭和商業(yè)應(yīng)用是穩(wěn)定的且分布廣泛的。最重要的是，地球上發(fā)現(xiàn)的有用能量中，即使不是所有也是大部分來(lái)自于我們的太陽(yáng)。通常，地球上所有普通的植物生命利用來(lái)自太陽(yáng)光的光合作用過(guò)程獲得生命。化石燃料(諸如石油)也來(lái)自衍生于與太陽(yáng)有關(guān)的能量的生物材料。對(duì)于包括“太陽(yáng)崇拜者(sun worshipers) ”的人類而言，陽(yáng)光是必不可少的。對(duì)于行星地球上的生命而言，太陽(yáng)已成為我們最重要的能源和燃料，用于現(xiàn)代太陽(yáng)能。太陽(yáng)能具有很多期望的特性其是可再生的、清潔的、充足的，且通常是分布廣泛的。所開(kāi)發(fā)的某些技術(shù)經(jīng)常收集太陽(yáng)能、集中、存儲(chǔ)并將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成其他有用的能量形式。
開(kāi)發(fā)了太陽(yáng)能面板以將陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成能量。例如，使用太陽(yáng)能熱面板來(lái)將來(lái)自太陽(yáng)的電磁輻射轉(zhuǎn)換成熱能，用于家庭取暖、運(yùn)行某些工業(yè)工藝或驅(qū)動(dòng)高級(jí)渦輪機(jī)來(lái)產(chǎn)生電力。 作為另一個(gè)實(shí)例，使用太陽(yáng)能光電(photovoltaic，光致電壓)面板來(lái)將陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)換成電力，用于各種應(yīng)用場(chǎng)合。太陽(yáng)能面板通常包括彼此互相連接在一起的太陽(yáng)能電池的陣列。這些電池通常由串聯(lián)的電池以串聯(lián)和/或并聯(lián)組布置。因此，太陽(yáng)能面板具有巨大的潛力來(lái)使我們的國(guó)家、社會(huì)和人類受益。它們甚至能夠使我們的能量需要多樣化并降低對(duì)石油和其他潛在的有害能源的世界依賴性。盡管太陽(yáng)能面板已經(jīng)在某些應(yīng)用場(chǎng)合成功使用，但仍存在某些限制。太陽(yáng)能電池通常是昂貴的。根據(jù)地理區(qū)，經(jīng)常有來(lái)自政府實(shí)體的財(cái)政援助用于購(gòu)買(mǎi)太陽(yáng)能面板，而這通常不能與來(lái)自公眾能源公司的直接電力購(gòu)買(mǎi)相競(jìng)爭(zhēng)。此外，面板通常由昂貴的光電硅承載晶圓材料構(gòu)成，這些材料通常難以大規(guī)模地有效制造，因此能源可能受限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明大體上涉及太陽(yáng)能技術(shù)，且更具體地涉及一種用于所得到的太陽(yáng)能模塊的方法和結(jié)構(gòu)。借助于實(shí)例，本發(fā)明的實(shí)施方式適用于太陽(yáng)能面板，但是應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明可以具有更廣泛的應(yīng)用范圍。盡管定向并不是本發(fā)明的一部分，但是便于理解，太陽(yáng)能模塊具有在模塊使用時(shí)面向太陽(yáng)的一側(cè)以及遠(yuǎn)離太陽(yáng)的相對(duì)側(cè)。盡管如此，模塊可以任意定向存在，為便于參照定向，其中“上部”或“頂部”表示面向太陽(yáng)的一側(cè)并且“下部”或“底部”表示相對(duì)側(cè)。因此， 描述為覆蓋另一元件的一個(gè)元件將比其所覆蓋的元件更靠近“上部”側(cè)。在具體實(shí)施例中，太陽(yáng)能模塊包括襯底件、以陣列構(gòu)造布置覆蓋在襯底件上的多個(gè)光電條、覆蓋在這些光電條上的聚光件(concentrator)結(jié)構(gòu)以及優(yōu)選地位于聚光件結(jié)構(gòu)上的涂層。光電條大體上在縱向方向上延伸并且沿橫向方向彼此間隔開(kāi)。光電條中心距優(yōu)選大于這些條的橫向尺寸，使得存在不具有光電材料的中間襯底部。聚光件結(jié)構(gòu)形成有沿光電條的縱向方向延伸的多個(gè)細(xì)長(zhǎng)聚光元件(有時(shí)稱為“透鏡元件”)。至少對(duì)于其中聚光元件位于一個(gè)公共平面中的那些實(shí)施例而言，其中心距名義上等于光電條的中心距。每個(gè)聚光元件沿給定條的方向縱向延伸并且橫向穿過(guò)這些條的方向。給定聚光元件形成為使得，入射到聚光元件的頂部表面上的平行光在到達(dá)下面的光電條的平面時(shí)被限制在這樣的區(qū)中，該區(qū)具有的橫向尺寸小于聚光元件的橫向尺寸且還可能小于光電條的橫向尺寸。在所示實(shí)施例中，聚光發(fā)生在上部表面處，盡管如此，也可以使聚光發(fā)生在聚光件的下部表面處。事實(shí)上，在普通透鏡的情況下，可以使兩個(gè)表面都提供聚光。通常使用聚光元件提供放大作用，由于光電條在通過(guò)聚光元件觀看時(shí)顯得比其實(shí)際更寬。換個(gè)方式，當(dāng)通過(guò)聚光元件觀看時(shí)，光電條優(yōu)選地充滿聚光元件孔(aperture)。 因此，從入射太陽(yáng)光的角度來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能模塊看起來(lái)具有穿過(guò)其整個(gè)側(cè)面限度(lateral extent)的聚光材料。在代表性實(shí)施例中，每個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸出區(qū)均被構(gòu)造成具有在約1. 5至約5 的范圍內(nèi)變化的放大率。諸如自清潔涂層的涂層材料覆蓋在多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸出區(qū)上。盡管使用術(shù)語(yǔ)“放大率”，但是其是用在多少光被聚集的意義上，且因此可以等同地稱為“聚光率” 。放大率/聚光率有時(shí)也限定為節(jié)省的光電材料的量，且該數(shù)量典型地小于光學(xué)放大率/聚光率，這是因?yàn)楣怆姉l通常略微寬于光的寬度，尤其以收集在不同角度處入射的光。典型地使用術(shù)語(yǔ)“放大率”。聚光元件表面的提供放大作用的一部分具有的橫截面可包括一個(gè)或多個(gè)圓形、橢圓形、拋物線形或直線形部分或這些形狀的組合。盡管聚光元件的放大表面(典型為上部表面)的一些部分可以是平的，但是方便地考慮或參考放大表面作為凸起的，即，彎曲的或拱形的。對(duì)于其中橫截面為半圓形的實(shí)施例而言，聚光元件的放大部的表面為半圓柱形。 然而，典型地使用對(duì)向角(subtending)小于180°的圓弧。盡管在上述U. S.專利申請(qǐng) No. 61/154，357中該凸起表面被稱為“環(huán)形”部，但是在本說(shuō)明書(shū)中不使用“環(huán)形”的名稱。 在一些實(shí)施例中，聚光件結(jié)構(gòu)為壓型玻璃(extrudedglass，擠壓成型的玻璃)，盡管如此， 也可以使用其他制作技術(shù)(例如，模制)以及其他材料(例如，聚合物)。在另一實(shí)施例中，太陽(yáng)能模塊包括至少部分地由壓型玻璃材料形成的聚光件結(jié)構(gòu)以及以陣列構(gòu)造布置而可操作地接合至聚光件結(jié)構(gòu)的多個(gè)光電條。多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸出區(qū)構(gòu)造在聚光件結(jié)構(gòu)中。在一具體實(shí)施例中，多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸出區(qū)各自接合至多個(gè)光電條。多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸出區(qū)中的每一個(gè)均包括一長(zhǎng)度以及具有一曲率半徑的凸出表面區(qū)。細(xì)長(zhǎng)凸出區(qū)中的每一個(gè)均被構(gòu)造成具有在約1. 5至約5的范圍內(nèi)變化的放大率。一涂層材料覆蓋在該多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸出區(qū)上。一背襯件覆蓋在該多個(gè)光電條上。通過(guò)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)許多益處。例如，本發(fā)明的太陽(yáng)能模塊提供用于制造工藝的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)能模塊不需使用某些特定材料(例如，丙烯酸材料) 并減少了用于聚光件結(jié)構(gòu)的玻璃材料的量。本發(fā)明的太陽(yáng)能結(jié)構(gòu)可利用較少的工藝步驟來(lái)制造，從而降低成本，并且由于材料熱膨脹系數(shù)的不匹配較少，因而提高了產(chǎn)品可靠性。通過(guò)參考說(shuō)明書(shū)的以下部分以及附圖可以實(shí)現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)的進(jìn)一步理解。


圖1是使用傳統(tǒng)聚光元件的太陽(yáng)能模塊的分解視圖；圖2A和圖2B是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的太陽(yáng)能模塊的一部分的橫截面圖和斜視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)替換實(shí)施例的太陽(yáng)能模塊的一部分的橫截面圖；圖4A、圖4B和圖4C是示出用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)能模塊的在夏至、二分點(diǎn) (春分或秋分)以及冬至入射的太陽(yáng)光，其優(yōu)化用于等于緯度的傾角；以及圖5A、圖5B和圖5C是示出用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)能模塊的位于夏至點(diǎn)、二分點(diǎn)(春分或秋分)以及冬至入射的太陽(yáng)光，其優(yōu)化用于不同于緯度的傾角。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于太陽(yáng)能模塊的結(jié)構(gòu)和制造方法，諸如，可以適用于太陽(yáng)能面板。本發(fā)明的實(shí)施例使用聚光元件來(lái)減少所需的光電材料的量，因此降低了整體成本。注意到，示出特定實(shí)施例是為了說(shuō)明的目的，并且示出了一些實(shí)例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到其他的變型、改變和替換。圖1是傳統(tǒng)太陽(yáng)能模塊100的分解視圖。如所示，傳統(tǒng)太陽(yáng)能模塊包括(大體從后到前)下列元件背襯件102 ；多個(gè)光電條104 ；多個(gè)細(xì)長(zhǎng)聚光元件106，其與光電條對(duì)齊并且通過(guò)光學(xué)透明(optically clear)粘合劑108被保持于光電條；以及后蓋件110，其通過(guò)光學(xué)透明粘合劑材料112附接于聚光透鏡。背襯件102可以由玻璃或聚合材料制成，而后蓋件110可以由玻璃或透明聚合材料制成。聚光透鏡106可以是玻璃或聚合物，并且如所示，其具有的橫向截面是等腰梯形的，但是其他的截面形狀是已知的，包括具有一個(gè)或多個(gè)曲線部分的那些。 這類構(gòu)造可能具有一些限制。例如，不同材料通常具有的特點(diǎn)在于不同的熱膨脹系數(shù)，這會(huì)導(dǎo)致降低產(chǎn)品可靠性的機(jī)械應(yīng)力。另外，當(dāng)由某種聚合材料(諸如，丙烯酸材料) 制成時(shí)，聚光透鏡在環(huán)境或溶劑的影響下可能會(huì)變差。代表結(jié)構(gòu)圖2A和2B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)能模塊200的一部分的橫截面視圖和斜視圖。襯底件202支撐多個(gè)細(xì)長(zhǎng)光電區(qū)206。聚光透鏡結(jié)構(gòu)208 (有時(shí)簡(jiǎn)單稱作聚光件或聚光件結(jié)構(gòu))覆蓋在光電區(qū)上，并且包括與光電區(qū)對(duì)齊的多個(gè)聚光元件210。在此實(shí)施例中， 光電區(qū)相對(duì)于聚光元件而對(duì)中，但是在下文描述的其他實(shí)施例使光電區(qū)相對(duì)于聚光元件偏置。聚光件可以利用光學(xué)人造橡膠(例如，乙烯醋酸乙烯酯共聚物，諸如 DUPontTMElvax EVA樹(shù)脂等)結(jié)合至光電條。在具體實(shí)施例中，光電條被封裝在聚氟乙烯 (PVF)材料(諸如，DuP0nt Tedlar 聚氟乙烯)中。在其他的特定實(shí)施例中，通過(guò)層壓聚光件、EVA膜、光電條和PVF背襯片來(lái)形成模塊。背襯片封裝光電條和相關(guān)布線，并且被認(rèn)為是限定了襯底。典型的背襯片構(gòu)造可以包括三層，其中，聚酯膜夾在兩個(gè)PVF層之間。接著， 可以將層壓結(jié)構(gòu)安裝在框架(未示出)中。給定的聚光元件的橫截面包括上部212(其在向下看時(shí)是凸起的)以及下方的矩形底座部。如所示，橫截面的上部是圓弧形的，但是其他形狀是可能的。如所述，橫截面的上部可以包括一個(gè)或多個(gè)圓形的，橢圓形的、拋物線形的、或直線形的部分，或者是這些形狀的組合。上表面有時(shí)被稱作凸起表面。如圖2A所示，并且在圖2B的斜視圖中，其示出了單一聚光元件210，其與其相關(guān)的光電區(qū)匹配(register)，給定光電區(qū)的特征在于寬度214，同時(shí)，給定聚光元件的特征在于高度216、沿橫向方向的寬度218以及沿縱向方向的長(zhǎng)度220。由于聚光元件一體形成為聚光件結(jié)構(gòu)的一個(gè)部分，因此寬度對(duì)應(yīng)于光電區(qū)的橫向間距，并且類似地，對(duì)應(yīng)于聚光元件的間距。高度216還對(duì)應(yīng)于聚光件的厚度。如果聚光元件橫截面的上部包括圓弧，則該部分的特征在于曲率半徑。襯底件202可以由玻璃、聚合物、或其他任何合適材料制成。光電區(qū)206優(yōu)選被構(gòu)造成條，并且可以是基于硅的，例如，單晶硅、多晶硅、或無(wú)定形硅材料?？商鎿Q地，光電條可以由薄膜光電材料制成。薄膜光電材料可以包括CIS、CIGS、CdTe以及其他材料。光電條中的每個(gè)具有的寬度可以在大約2mm至大約IOmm的范圍內(nèi)變化，這取決于實(shí)施例。在典型實(shí)施例中，光電條可以是從晶片上切割的，但在其他實(shí)施例中，光電條可以沉積在襯底上(但是這將比較困難)。聚光件結(jié)構(gòu)可以由具有合適光特性的玻璃材料制成，例如，具有低鐵濃度的太陽(yáng)能玻璃。也可以使用其他玻璃材料，諸如，石英、熔融石英以及其他。在一些實(shí)施例中，使用擠出工藝來(lái)制造聚光件結(jié)構(gòu)，從而聚光元件沿玻璃片的行進(jìn)方向延伸。在其他實(shí)施例中，聚光件結(jié)構(gòu)由透明聚合物材料制成，諸如，也可以被擠出的丙烯酸、聚碳酸酯或其他材料。在一些實(shí)施例中可能期望模制聚光件結(jié)構(gòu)。聚光元件的上部的凸起構(gòu)造提供了聚集效果，從而使得入射在聚光件上表面上的平行光匯聚。因此，當(dāng)光到達(dá)光電條下面的平面時(shí)，其被限制在橫向尺寸小于聚光元件的橫向尺寸并且也可以小于光電條的橫向尺寸的一個(gè)區(qū)中。聚光元件的聚集特性的特征在于放大率。在具體實(shí)施例中，放大率的范圍是1.5至大約5。換句話說(shuō)，當(dāng)從聚光元件看過(guò)去時(shí)， 光電條看起來(lái)寬了大約1. 5至5倍。如圖2A和2B所示，聚光元件的上表面與橫向平面交叉，以限定圓弧，該圓弧的對(duì)向角小于180度，但這不是必須的。圓弧的相交處通常是圓滑的以提供圓底凹口。放大率至少部分地通過(guò)高度、寬度和曲率限定。放大率的增加將易于需要增加聚光件結(jié)構(gòu)的厚度。這將需要較少的光電材料，但是潛在地導(dǎo)致了聚光件材料的更多的損失，導(dǎo)致了較重的模塊。 本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可能會(huì)遇到一種折衷。上述參考的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/687, 862 中可以找到其他的細(xì)節(jié)。如圖2A的放大圖中所示的，聚光件結(jié)構(gòu)具有涂層225。涂層材料可選擇為用于阻止灰塵和其他污染物堆積在表面上。Saint Gobain Glass出售注冊(cè)商標(biāo)為SGG BIOCLEAN 的稱作“自清潔”玻璃的產(chǎn)品。在Mint GobainGlass網(wǎng)站的說(shuō)明中描述了如下操作玻璃外側(cè)上的透明涂層利用太陽(yáng)和雨水的能力來(lái)有效地去除灰塵和塵垢。白天暴露于紫外線照射下導(dǎo)致有機(jī)污物的分解并阻止礦物性污物粘附于玻璃表面。還解釋了 “親水性”是指當(dāng)水幕流過(guò)玻璃時(shí)，不會(huì)形成水滴并且會(huì)沖走破碎的臟殘余物。只需少量陽(yáng)光便可激活涂層，因此即使在陰天自清潔功能也會(huì)起作用。連續(xù)干旱期間簡(jiǎn)單地用水沖也能保持玻璃清潔。Boire 等人的題為 “Substrate with a Photocatalytic Coating(具有光催化涂層的襯底)”的美國(guó)專利No. 6，846，556描述了這樣一種玻璃。K2Conservatories Ltd(K2溫室有限公司)的K2 Glass Division (K2玻璃分公司)也制造并出售他們稱為“Easy Clean System(易清潔系統(tǒng))，，的產(chǎn)品，即“用于將普通玻璃轉(zhuǎn)換為“無(wú)粘性的”易于清潔玻璃的系統(tǒng)”。Wikipedia提供了如下所述的多個(gè)自清潔玻璃供應(yīng)商(略去引文)· Pilkington的Pilkington Activ商標(biāo)(brand)被公司要求保護(hù)為第一自清潔玻璃。其使用15nm厚的微晶二氧化鈦透明涂層。該涂層通過(guò)化學(xué)氣相沉積施加。· PPG Industries的Sun Clean商標(biāo)也使用二氧化鈦涂層，其通過(guò)一種獲專利權(quán)的工藝施加。· Cardinal Glass hdustries的Neat Glass具有通過(guò)磁控管濺射施加的小于 IOnm厚的二氧化鈦層。· Saint-Gobain 的 SGG Aqusclean (第一代，僅具親水性，2002)和 Bioclean (第二代，具有光敏性和親水性，2003)。Bioclean涂層通過(guò)化學(xué)氣相沉積施加。涂層(諸如以上所述的那些)可與其他涂層組合以增強(qiáng)太陽(yáng)能模塊的性能。例如， 抗反射涂層可用于增加太陽(yáng)能模塊收集的光量。加利福尼亞雷德伍德城的^1~0&)站，Inc 以及位于澳大利亞布里斯班的其子公司XeroCoat Pty. Ltd聲明，他們正致力于從澳大利亞的Climate Ready程序獲得授權(quán)來(lái)解決由于積塵以及反射而導(dǎo)致的太陽(yáng)能效率損失。圖3是根據(jù)本發(fā)明替換實(shí)施例的太陽(yáng)能模塊300的橫截面圖。在該實(shí)施例中，聚光透鏡結(jié)構(gòu)的凸起表面被修改為能夠容易地制造尤其是用玻璃材料制造。如圖3的簡(jiǎn)化圖中所示的，每個(gè)聚光元件的凸起表面均具有平坦的中央部分，在其兩側(cè)具有彎曲部分。虛線示出了若非這樣其就是不中斷的彎曲表面?！敖仨敗陛喞ǔＪ窃跀D出壓型期間形成的，而不是通過(guò)去除初始彎曲表面的部分而形成的。這樣的“截頂”結(jié)構(gòu)可以是有利的。例如，有效減小了聚光件透鏡結(jié)構(gòu)的厚度，減少了使用的材料量，因此也降低了太陽(yáng)能面板的最終重量。另外，“截頂”結(jié)構(gòu)能夠用于收集更多的散射光，進(jìn)一步增強(qiáng)太陽(yáng)面板的性能。在等于緯度的角度下的固定傾斜圖4A、圖4B和圖4C光學(xué)示意圖示意性地示出了用于具有光電條406和聚光元件 410的太陽(yáng)能模塊400的固定傾斜安裝結(jié)構(gòu)。圖4A示出了在夏至點(diǎn)入射的太陽(yáng)光；圖4B 示出了在二分點(diǎn)(春分點(diǎn)或秋分點(diǎn))入射的太陽(yáng)光；并且圖4C示出了在冬至點(diǎn)入射的太陽(yáng)光。該太陽(yáng)能模塊可與圖2A和2B中所示的模塊200相似。該模塊使得其每個(gè)光電條 406設(shè)置在其相應(yīng)聚光元件410的中央處。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，標(biāo)為430的水平面示出為相對(duì)于圖紙傾斜一角度(表示為440)，該角度等于緯度以使得模塊在圖中示為水平的。在真實(shí)情況中，模塊相對(duì)于水平面將傾斜等于緯度的傾斜角度。圖中示意性地示出了安裝結(jié)構(gòu)450， 但未示出具體的安裝托架或其他細(xì)節(jié)，并可遵循任何標(biāo)準(zhǔn)化可接受設(shè)計(jì)。為了安裝至傾斜角度不同于緯度的斜屋頂上，有利地，也可使用具有的傾斜角介于模塊的傾斜角與屋頂?shù)膬A斜角之間的安裝結(jié)構(gòu)。對(duì)于屋頂?shù)膬A斜角等于緯度的情況，屋頂本身即可作為安裝結(jié)構(gòu)。如眾所周知的，一年中，太陽(yáng)相對(duì)于水平面的最大角度的變化是47° (是地球傾斜度23.5°的兩倍)，在任一個(gè)二分點(diǎn)都是90°減去緯度的值。因此，例如，在北緯50°，在六月夏至日太陽(yáng)相對(duì)于水平面的最大角度是63. 5°，在任一個(gè)二分點(diǎn)都是40°，而在十二月冬至日是16. 5°。相似地，在赤道處，在六月夏至日，在地平線北部端上方，相對(duì)于水平面的最大角將為66.5°，在任一個(gè)二分點(diǎn)都是90° (即，直接位于頭頂)，在十二月冬至日，在地平線南部端上方，相對(duì)于水平面的最大角將為66. 5° (即，相對(duì)于頂部在士23. 5°的極值之間改變)。如可看到的，使得模塊相對(duì)于與緯度匹配的角度傾斜可以使總效率最大化，因?yàn)樘?yáng)能模塊整年都能收集所有的直射陽(yáng)光。在二分點(diǎn)太陽(yáng)光以法線入射射向模塊，而在二至點(diǎn)(夏至點(diǎn)和冬至點(diǎn))相對(duì)于法線成士23. 5°射向模塊。因此，使得光電條406相對(duì)于聚光元件處于中央處是最優(yōu)選的。然而，也不可能總是使模塊傾斜得與緯度相匹配，以下的描述針對(duì)傾斜角不同于緯度的模塊結(jié)構(gòu)。以與緯度不同的角度固定傾斜 圖5A、圖5B和圖5C是示出了用于具有光電條506和聚光元件510的太陽(yáng)能模塊 500的固定傾斜安裝構(gòu)造的光學(xué)示意圖。圖5A示出了夏至?xí)r的入射陽(yáng)光；圖5B示出了二分點(diǎn)(春分或秋分)時(shí)的入射陽(yáng)光；以及圖5C示出了冬至?xí)r的入射陽(yáng)光。如圖4A至圖4C 中所示的情況那樣，水平面(以530指示)示出為相對(duì)于圖紙傾斜一角度(以540指示)， 使得模塊在圖中示出為水平的。在此實(shí)施方式中，傾斜角度與緯度不同。除了光電條506自聚光元件510的中心偏置以外，該太陽(yáng)能模塊可與圖2A和圖2B中所示的模塊200類似，這是為了使一年的太陽(yáng)能收集最大化。使用不同于緯度的傾斜角度通常是由于，想要將面板直接安裝至傾斜角度已經(jīng)確定的現(xiàn)有屋頂。屋頂以參考標(biāo)號(hào)550示意性地示出。具體的安裝托架或其他結(jié)構(gòu)沒(méi)有示出，并且它們可以遵循任何標(biāo)準(zhǔn)化可接受設(shè)計(jì)，以用于將太陽(yáng)能面板安裝在傾斜屋頂上。盡管有可能將建筑物設(shè)計(jì)成使其屋頂以對(duì)于建筑物的緯度而言優(yōu)化的角度傾斜， 但應(yīng)該意識(shí)到，其他的約束可能控制屋頂斜度。還有可能以相對(duì)于屋頂?shù)钠谕麅A斜角度安裝太陽(yáng)能模塊，針對(duì)上述的傾斜角度等于緯度的實(shí)施方式可能是這種情況。直接安裝可具有相對(duì)簡(jiǎn)便和堅(jiān)固的益處，這在有風(fēng)的情況下尤其有利?？紤]屋頂斜角20°且北緯45°的特定實(shí)例。對(duì)于該緯度，太陽(yáng)與水平面的最大角度在12月冬至與6月夏至之間從21. 5°變化至68. 5°，且在二分點(diǎn)(春分或秋分)時(shí)角度為45°。這意味著，從法線至水平面測(cè)量的入射角從6月份的21. 5°變化至12月份的 68.5°。假設(shè)屋頂?shù)倪m當(dāng)方向具有20°的斜角，從法線至屋頂?shù)淖畲笕肷浣嵌葘⒃?月份的1.5°與12月份的48. 5°之間變化。在此實(shí)例中，將太陽(yáng)能模塊朝向太陽(yáng)傾斜20°使得改善了相對(duì)定向，太陽(yáng)在6月份中幾乎沿法線方向入射(與模塊的平面成88. 5°或者與模塊的法線成1.5° )。12月份中太陽(yáng)相對(duì)于模塊的角度比沒(méi)有傾斜要好，但是在整年的過(guò)程中，太陽(yáng)將總是偏離于法線的一側(cè)。將光電條相對(duì)于聚光元件偏置使得入射輻射的收集更有效。對(duì)于緯度大于傾斜角度的此實(shí)例，光電條沿上坡方向偏置；如果傾斜角度超過(guò)緯度，則偏置將沿著下坡方向。制造方法在一個(gè)具體實(shí)施例中，制造根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能模塊的方法包括提供包括表面區(qū)的襯底件；提供覆蓋在襯底的表面區(qū)上的多個(gè)光電條；提供聚光透鏡結(jié)構(gòu)。襯底件可以是玻璃材料的、或者聚合物材料，或其他。可用拾取及放置工藝(Pick and place process) 提供光電條，且光電條可以以陣列構(gòu)造布置。在一個(gè)特定實(shí)施方式中，使用合適的粘結(jié)劑材料。在一個(gè)特定實(shí)施例中，聚光透鏡結(jié)構(gòu)可由玻璃材料或光學(xué)透明的聚合物材料制成。優(yōu)選地，玻璃材料是低鐵濃度的太陽(yáng)玻璃(solar glass) 0在一個(gè)特定實(shí)施例中，在聚光件結(jié)構(gòu)內(nèi)構(gòu)造有多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)。多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)中的每一個(gè)構(gòu)造成提供約1. 5至約5 的放大率。根據(jù)實(shí)施例，可使用諸如單一工藝(singulation process)或切分工藝(dicing process)的技術(shù)來(lái)形成多個(gè)光電條。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，多個(gè)光電條中的每一個(gè)可具有范圍從 1. 5mm至約IOmm的寬度。在一個(gè)具體實(shí)施例中，該方法包括，使用光學(xué)透明粘結(jié)劑(諸如，EVA或UV可固化材料)將多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)接合至各個(gè)光電條的每一個(gè)?？梢詫⑻?yáng)能模塊插入框架件中， 以進(jìn)一步保護(hù)太陽(yáng)能模塊的邊緣并為太陽(yáng)能面板提供剛度。當(dāng)然，可以有其他的變化、修改和替換。Mrk盡管上面是本發(fā)明具體實(shí)施例的完整說(shuō)明，但是不應(yīng)認(rèn)為上面的說(shuō)明是對(duì)由權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能模塊，包括襯底件；多個(gè)光電條，以陣列構(gòu)造布置覆蓋在所述襯底件上；聚光件結(jié)構(gòu)，包含可操作地接合于所述多個(gè)光電條的壓型玻璃材料；多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)，構(gòu)造在所述聚光件結(jié)構(gòu)內(nèi)，所述多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)各自接合于所述多個(gè)光電條，所述多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)中的每個(gè)的特征在于具有一長(zhǎng)度且具有一凸起表面區(qū)，每個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)被構(gòu)造成具有大約1. 5到大約5的放大率；以及涂層材料，覆蓋在所述多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述多個(gè)光電條相對(duì)于所述細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)在側(cè)向上居中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述多個(gè)光電條相對(duì)于所述細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)的中心在側(cè)向上偏置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述凸起表面區(qū)具有半圓形的形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述凸起表面區(qū)是具有平頂部區(qū)的截頂?shù)陌雸A形形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述壓型玻璃材料的特征在于低含鐵量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述壓型玻璃材料包括太陽(yáng)能玻璃。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述聚光件結(jié)構(gòu)具有的長(zhǎng)度大于大約156mm且具有的寬度大于大約156mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述聚光件結(jié)構(gòu)具有的長(zhǎng)度大于大約IOOOmm且具有的寬度大于大約1700mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述涂層材料類似于和/或等同于由SanGobian Glass公司制造的Bioclean cool-lite M玻璃、雙面涂覆自清潔玻璃或者來(lái)自K2 Glass 有限公司的具有標(biāo)準(zhǔn)易清潔系統(tǒng)的Celsius Plus Performance玻璃等。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述襯底件選自玻璃襯底和聚合物襯底。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述放大率是1.5或更大。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述放大率是5或更大。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述光電條中的每個(gè)選自硅承載材料、CIGS/ CIS、CdTe、基于GaAs的材料或基于Ge的材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述太陽(yáng)能模塊安裝在一建筑物結(jié)構(gòu)上。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述太陽(yáng)能模塊安裝在一跟蹤系統(tǒng)上。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述光電條中的一個(gè)或多個(gè)以偏置構(gòu)造可操作地接合于對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述多個(gè)光電條中的每個(gè)具有1.5mm至大約 12mm的寬度和大約156mm至大約IOOOmm的長(zhǎng)度。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述多個(gè)凸起區(qū)中的每個(gè)包括截頂?shù)拈_(kāi)孔區(qū)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，進(jìn)一步包括設(shè)置成保護(hù)所述太陽(yáng)能模塊的框架件。
21.一種太陽(yáng)能模塊，包括聚光件結(jié)構(gòu)，所述聚光件結(jié)構(gòu)包含壓型玻璃材料；多個(gè)光電條，以陣列構(gòu)造布置而可操作地接合于所述聚光件結(jié)構(gòu)； 多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)，構(gòu)造在所述聚光件結(jié)構(gòu)內(nèi)，所述多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)各自接合于所述多個(gè)光電條，所述多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)中的每個(gè)的特征在于具有一長(zhǎng)度且具有一凸起表面區(qū)，每個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)被構(gòu)造成具有大約1. 5到大約5的放大率； 涂層材料，覆蓋在所述多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)上；以及后蓋件，設(shè)置成封裝所述多個(gè)光電條。
22.一種制造太陽(yáng)能模塊的方法，所述方法包括提供一聚光件結(jié)構(gòu)，所述聚光件結(jié)構(gòu)包含壓型玻璃材料，所述聚光件結(jié)構(gòu)包括多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)，所述多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)中的每個(gè)具有一長(zhǎng)度和一凸起表面區(qū)，所述凸起表面區(qū)的特征在于具有一曲率半徑，每個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)被構(gòu)造成具有大約1. 5到大約5的放大率；提供多個(gè)光電條，所述多個(gè)光電條中的每個(gè)利用單一工藝和/或切分工藝形成，所述多個(gè)光電條中的每個(gè)包括前表面區(qū)和后表面區(qū)；以及將所述多個(gè)光電條中的每個(gè)的前表面接合于所述聚光件結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)的細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述接合步驟采用拾取和放置工藝。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述接合步驟采用拾取和放置工藝。
25.一種制造太陽(yáng)能模塊的方法，所述方法包括 提供包括第一表面區(qū)的襯底件；提供覆蓋在所述襯底件的第一表面區(qū)上的多個(gè)光電條，所述多個(gè)光電條中的每個(gè)利用單一工藝和/或切分工藝形成，所述多個(gè)光電條中的每個(gè)包括前表面區(qū)和后表面區(qū)；提供一聚光件結(jié)構(gòu)，所述聚光件結(jié)構(gòu)包含壓型玻璃材料，所述聚光件結(jié)構(gòu)包括多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)，所述多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)中的每個(gè)的特征在于具有一長(zhǎng)度且具有一凸起表面區(qū)，所述凸起表面區(qū)的特征在于具有一曲率半徑，每個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)被構(gòu)造成具有大約1. 5到大約 5的放大率；以及將所述多個(gè)光電條中的每個(gè)的前表面接合至所述聚光件結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)的細(xì)長(zhǎng)凸起區(qū)。
全文摘要
一種太陽(yáng)能模塊，包括襯底件、以陣列構(gòu)造布置覆蓋在襯底件上的多個(gè)光電條以及包含可操作地接合至多個(gè)光電條的壓型玻璃材料的聚光件結(jié)構(gòu)。在聚光件結(jié)構(gòu)內(nèi)構(gòu)造有多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸出區(qū)。多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸出區(qū)各自接合至多個(gè)光電條。多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸出區(qū)中的每一個(gè)均包括一長(zhǎng)度以及具有一曲率半徑的凸起表面區(qū)，每個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸出區(qū)被構(gòu)造為具有在約1.5至約5的范圍內(nèi)變化的放大率。賦予玻璃自清潔功能的涂層材料覆蓋多個(gè)細(xì)長(zhǎng)凸出區(qū)。
文檔編號(hào)H01L31/052GK102326263SQ201080008763
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2010年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者凱文·R·吉柏森, 阿沛·馬赫什瓦里 申請(qǐng)人:太陽(yáng)能公司