多棱鏡折射式聚光跟蹤一體化太陽電池組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種多棱鏡折射式聚光跟蹤一體化太陽電池組件，屬于光伏聚光技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚光光伏系統(tǒng)是利用透鏡或反射鏡將太陽光匯聚到太陽電池上，用比較便宜的聚 光器來部分代替昂貴的太陽電池，從而減少給定功率所需的太陽能電池面積，一直W來作 為降低光伏發(fā)電成本的途徑之一而備受關(guān)注。聚光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)種類較多，根據(jù)聚光形式的不 同可分為線聚光系統(tǒng)和點(diǎn)聚光系統(tǒng)。對于線性聚光來說，著名的有西班牙抓化IDES系統(tǒng)， 德國的化aunhofer太陽能系統(tǒng)研究所（IS巧的EICON系統(tǒng)等。對于點(diǎn)聚光系統(tǒng)來說，美國 的AM0NIX公司，西班牙的Isofoton公司等都有產(chǎn)品已經(jīng)商業(yè)化。
[000引西班牙的抓化IDES系統(tǒng)所使用的聚光電池為垂直多結(jié)電池。該種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是 增大了結(jié)面積，使得載流子在p-n結(jié)附近產(chǎn)生，增加了載流子的收集率。
[0004] 德國化aunhoferISE開發(fā)的EICON聚光系統(tǒng)采用拋物面鏡將陽光匯聚到接受器 上，通過加裝二次聚光器（CompoundPar油olicconcentrator,CPC)可W實(shí)現(xiàn)300倍的高 聚光比。接受器由背面線接觸娃電池（rear-line-contactedconcentratorcells,I?LCC cell)與六個(gè)PMMA(polymethylmethacirlate)制成的CPC透鏡和和散熱裝置共同組成，其 中化CC電池在100個(gè)聚光太陽條件下可實(shí)現(xiàn)25%的最高效率，CPC二次透鏡最大接受角為 ±23.5。，當(dāng)入射角為0°時(shí)可實(shí)現(xiàn)83%的光學(xué)效率。
[0005] 美國的AM0NIX公司的高效率點(diǎn)聚光娃太陽電池發(fā)電系統(tǒng)（簡稱IHCPV系統(tǒng)）的 采用250倍菲涅耳透鏡聚光，使10mm2點(diǎn)接觸絨面高效娃太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá) 25%~27%，并成功地建造了輸出功率高達(dá)5kw的聚光娃太陽電池組件單元和單機(jī)功率為 25kw的集成光伏發(fā)電系統(tǒng)單元
[0006] 西班牙Isofoton公司的平板微型點(diǎn)聚光太陽電池組件采用了新型的聚光透鏡， 該聚光透鏡包括一個(gè)初級透鏡和一個(gè)二次光學(xué)透鏡組成，其中初級透鏡基于透射、全內(nèi)反 射、折射和非球面透鏡原理制成，能夠達(dá)到菲涅耳透鏡所不能達(dá)到的小焦距，大的接受角。 該樣就使得整個(gè)透鏡組焦距很小，最終使封裝后的組件僅有3cm左右的厚度，同時(shí)具有大 于r的接受角。
[0007] 對于聚光系統(tǒng)，怎樣跟蹤太陽，使其在任何季節(jié)任何時(shí)刻都可W最大量捕捉到福 照達(dá)到聚光效果是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。上述的典型聚光系統(tǒng)都需要另外配備單軸或雙軸跟蹤裝 置，此外，也有部分專利介紹了新型聚光系統(tǒng)設(shè)計(jì)與概念，可W采用免傳動(dòng)部件的太陽跟蹤 方式。
[000引 目前聚光系統(tǒng)普遍存在兩個(gè)問題；首先，跟蹤構(gòu)件未與太陽電池組件及聚光器集 成在一起，現(xiàn)場安裝與調(diào)試復(fù)雜，且需要旋轉(zhuǎn)聚光太陽電池組件W跟蹤太陽，不適合與一般 民用建筑斜面屋頂結(jié)合；其次，對于點(diǎn)聚集或線聚焦系統(tǒng)，在太陽跟蹤失效時(shí)，易出現(xiàn)局部 溫度過高而損壞太陽電池組件情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的提出了聚光器、太陽跟蹤裝置一體化的太陽電池組件方案，通過旋轉(zhuǎn)與 移動(dòng)棱鏡組可W達(dá)到較好的聚光與跟蹤太陽的效果。
[0010] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0011] 多棱鏡折射式聚光跟蹤一體化太陽電池組件，由多個(gè)太陽電池串，多個(gè)聚光器和 跟蹤系統(tǒng)組成；所述太陽電池組件安裝在四周由侶或耐候塑料型材組成的邊框結(jié)構(gòu)中；所 述多個(gè)太陽電池串按照一定的間隔分布于太陽電池組件的背板上，在每個(gè)間隔處放置聚光 器，所述聚光器平行太陽電池串；所述跟蹤系統(tǒng)為設(shè)置在邊框的弧形槽軌；所述聚光器為 棱鏡組；所述棱鏡組通過兩個(gè)支柱安裝在邊框的弧形槽軌上，使棱鏡組與太陽電池組件之 間留有一定的距離，所述支柱底端在弧形槽軌中沿著設(shè)定軌跡移動(dòng)，從而帶動(dòng)棱鏡組轉(zhuǎn)動(dòng)， W跟蹤太陽福照；所述棱鏡組的長度比太陽電池串長度兩端每端長0. 5-3倍太陽電池串寬 度的距離；并且所述棱鏡組與太陽電池組件傾角為安裝地點(diǎn)紳度±6°。
[001引前述的太陽電池串有6-12個(gè)。
[0013] 前述的太陽電池串之間的間隔為太陽電池串寬度的0. 5-2倍。
[0014] 前述的棱鏡組由2-10個(gè)正S角形棱鏡或直角S角形棱鏡組成。
[0015] 前述的棱鏡組由2-10個(gè)正S角形棱鏡組成。
[0016] 前述的棱鏡組棱鏡采用PMMA或低鐵玻璃做成。
[0017] 前述的正S角形棱鏡組與太陽電池組件之間的距離關(guān)系為：
[001引h=bXtg(30。），
[0019] 其中，h為棱鏡組與太陽電池組件之間的距離，b為太陽電池串的寬度。
[0020] 前述的設(shè)定軌跡通過如下方式獲得：
[0021]采用光學(xué)軟件化ed模擬太陽光線偏移23. 5°、棱鏡材料PMMA折射率為1. 49,選 取一定數(shù)目的正=角形棱鏡或者直角=角形棱鏡構(gòu)成棱鏡組，模擬太陽光線經(jīng)過棱鏡組折 射與反射后的軌跡，逐步模擬福照偏移，同時(shí)逐點(diǎn)旋轉(zhuǎn)并平移棱鏡組，使得直接照射與通過 棱鏡組照射在太陽電池組件表面的福射光線重合，W此作為棱鏡組移動(dòng)的設(shè)計(jì)軌跡。
[0022] 本發(fā)明利用棱鏡組僅將太陽福照轉(zhuǎn)移，不存在聚光焦點(diǎn)（或線），通過棱鏡組的福 照均勻分布在太陽電池組件表面，即使在福照入射角偏移且太陽跟蹤系統(tǒng)失效情況，仍不 會(huì)形成強(qiáng)光點(diǎn)或強(qiáng)光線造成嚴(yán)重局部過熱損壞太陽電池組件現(xiàn)象；本發(fā)明的聚光器、跟蹤 系統(tǒng)與太陽電池組件做成一體化后，可W大大減少現(xiàn)場裝配人力成本，并且由于不需要旋 轉(zhuǎn)整個(gè)太陽電池組件，與其他聚光系統(tǒng)相比，本發(fā)明更適合于民用建筑屋頂應(yīng)用，做到光伏 建筑一體化炬uilding Integrated Photovoltaic, BIPV)。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明的多棱鏡折射式聚光跟蹤一體化太陽電池組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明的太陽電池組件的聚光器的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖3為化ed軟件模擬旋轉(zhuǎn)棱鏡組后的跟蹤太陽福照的光線分布；
[0026] 圖4為棱鏡組為3個(gè)正S角形棱鏡時(shí)化ed軟件模擬入射角二倍折射式聚光器光 線分布；
[0027]圖5為棱鏡組為7個(gè)正S角形棱鏡時(shí)化ed軟件模擬入射角二倍折射式聚光器光 線分布；
[002引圖6為二倍折射式聚光器光線軌跡示意圖；
[0029] 圖7為圖6的局部放大效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 現(xiàn)結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0031] 本發(fā)明的多棱鏡折射式聚光跟蹤一體化太陽電池組件如圖1所示，每塊太陽電池 組件由多個(gè)化-12個(gè)）太陽電池串，多個(gè)聚光器和跟蹤系統(tǒng)組成，太陽電池組件安裝在四周 由侶或耐候塑料型材組成的邊框結(jié)構(gòu)中。若干個(gè)太陽電池串按照一定的間隔分布于太陽電 池組件的背板上，該間隔一般取太陽電池串寬度的0. 5-2倍，在每個(gè)間隔處放置聚光器，聚 光器平行太陽電池串，跟蹤系統(tǒng)為設(shè)置在邊框的弧形槽軌。本發(fā)明的聚光器為棱鏡組，從圖 1和圖2中都可W看出，棱鏡組與太陽電池組件之間有一定的距離，棱鏡組通過兩個(gè)支柱安 裝在邊框的弧形槽軌上，支柱底端可W在弧形槽軌中沿著設(shè)定軌跡移動(dòng)，從而帶動(dòng)棱鏡組 轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到跟蹤太陽效果。圖2中，化為跟蹤支點(diǎn)水平變化距離、Dv為跟蹤支點(diǎn)垂直變化距 離，DA跟蹤支點(diǎn)角度變化，A為棱鏡角度。由于該聚光組件中電池串間的間距較大且聚光器 有良好的通風(fēng)通道，適合于自然冷卻，并且在安裝時(shí)設(shè)置聚光棱鏡組與太陽電池組件傾角 為安裝地點(diǎn)紳度±6°，該傾角從圖3中可W看出。
[0032] 聚光棱鏡組的長度大于太陽電池串長度，來補(bǔ)償每天早晚時(shí)刻的太陽福