专利名称：一种光伏聚光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光伏聚光器中的反射式光伏聚光器。
技术背景-
本发明与太阳能电池的光伏能量转化有关，特别是聚光光伏系统。高效率
聚光光伏电池近年来的进展，特别是ni-v族化合物半导体多结光伏电池的转
换效率已超过40%,使得其规模应用于电站发电成为可能。仍然存在的瓶颈是 缺少效率高的，重量轻的，耗材少的，厚度薄的，造价低的，环保的聚光系统。
光的聚集有两个基本的方法平面折射透镜(通常称为菲涅耳透镜)聚光 法，和二次曲面反射镜聚光法。至今，中高倍光伏聚光器中采用菲涅耳折射透 镜仍占据主流，但是其中仍然存在一些根本的问题，如聚合物材料在长期严酷 环境下使用的可靠性和稳定性，对于多结电池所敏感的色散性能，以及有限的 光学效率(目前达到85%)。
如果采用合适的基础材料和工艺设计，反射镜方案可以避免这些问题。直 到几年前，反射镜方案还都只限于大尺寸的抛物曲面或槽式曲面及塔式的聚光 器，其单个口径尺寸就为平方米或更大的数量级。
2005年，美国Concentrating Technologies公司的两篇文章(Proc. 31st IEEE PVSC， 2005， pp. 17-22和pp. 635-638)揭示了小的反射镜的聚光器。被 称为"微镜"的曲面反射镜的口径尺寸为31cmx31cm。但它的聚光长度还是 过长，无法给系统加一个盖板以阻挡灰尘和水汽，这也是妨碍其得以应用的原 因。不过，该系统证明了对这样大小开口的反射镜及相应大小的芯片(lOmmx 10mm)的高倍聚光(500倍)，被动冷却是可行的。
Jeffrey M. Gordon 和Daniel Feuermann的2006年的文章(Applied Optics, Vol. 44， No. 12， pp. 2327-2331)和SolFocus公司2006年的一个世 界专利W02006130520A2都揭示了 "微镜"大小的反射镜系统能进一步采用 Cassegian设计，再加一个小的反射镜，以折叠光路从而减少聚光器的厚度。 因为增加了第二个反射镜，也增大了入射角，这样的聚光器的光学效率并不理 想。
从2000年初起，Sunpower公司，UPM和Isofoton公司在一些文章(Proc. SPIE Vol. 4446， (2001) pp. 32—42; Proc. 28th IEEE PVSC， (2000) pp.1416-1419; Proc. of the 28th IEEE PVSC， (2000) pp. 1495-1497)和2007 年SolFocus申请的国际专利WO/2007/130794A2, 130795A2 and 139796A2中 都揭示了用特殊设计的微小单元透镜取得高倍聚光。比如透镜一面镀反射膜， 从另一面全反射的RX1;菲涅耳全反射透镜的TIR-R;透镜一面镀反射膜，而 另一面镀小的二次反射镜的Generation-II. 在这几种方案中，光学透镜孔径 都在IO cm2以下，电池芯片的尺寸也是lmm见方。好处是，因热源分散对散热 的需求可以降低，并且因焦距的縮短使之构成薄板的平板聚光器。其最严重的 问题是经过多一次反射，光学效率低，如2006年Isofoton公布的数据为只有 69%的光学效率。另外还有芯片引线的困难和小芯片的边界电场导致载流子复 合的问题。
Su叩ower公司在美国专利7297865 B2中揭示了一种微小曲面反射镜的离 轴聚光器。虽然微小曲面反射镜可以构成一个共平面的阵列，但是光伏芯片还 需要逐个安装，而且不能安装于一个公共的平面，这造成了运用中的困难。
中国专利公开号CN1430716公开了一种"双反射太阳聚光器"，光线离轴 入射于拋物面再经过一个垂直镜面的反射，聚焦于抛物面边缘某点。该光路涉 及两次反射，特别是大角度离轴反射，会降低光效率。其中光伏芯片的调正固 定和对光并不方便。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有的反射式光伏聚光器存在的厚度过甚、多 次对光、聚光效率较低的缺点，提供的一种较薄的高效率的光伏聚光器。 为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案
一种光伏聚光器，包括光伏芯片和反射器，其特征在于反射器由一组 集成的小型反射镜组成反射镜阵列组成， 一组光伏芯片组成的阵列安装于透光 板上，每个光伏芯片与反射镜阵列中的一个小型反射镜对应配合，以接受该小 型反射镜的聚焦反射光。
上述技术方案中，所述的小型反射镜可以为小型曲面凹镜或小型曲面槽镜 组成的反射镜阵列，曲面凹镜口径的形状可以是多边形、圆形等。所述的曲面 采用双曲面或抛物面为主。小型反射镜的口径尺寸可以做的较小，这样可以使 单个小型反射镜焦距较短，最终可以使光伏聚光器整体厚度较薄。如单个小型 反射镜的典型口径面积为10-100 cm2，光伏芯片的典型面积为1-20 mm2，具有 300-2000倍的高倍聚光比。如单个小型反射槽的典型口径宽度为4-20 cm,光 伏芯片的典型宽度为1-4 mm,具有10-200倍的中倍聚光比。光伏芯片阵列安装于透光板下面，与光伏芯片相连的引线连接在透光平板 下面。所述引线可以采用透光导电膜或金属导线布线。
透光板与一框架连接组成一个的容器，所述的反射镜阵列安装于该容器中 的框架底面并与透光板上光伏芯片阵列对应配合。所述透光板可以由玻璃、塑 料高分子材料等制成。本发明所述的容器可以是密闭或半密闭容器。
本发明中的光伏芯片还包括匀光器和散热器，它们一并安装于一透光板下 面。由于光伏芯片的尺寸变小，而且相互之间的距离拉开，这样有利于散热， 并使被动冷却方式得以采用。对于高倍的聚光器，特别是光伏芯片及其散热器 位于光的入射方向时，这尤为重要。
本发明的优点在于本发明中的小型反射镜使焦距变短，使聚光器的厚度 变薄并达到了一个合理的厚度，使整体光伏聚光器重量减轻，使定日(太阳能 跟踪)功率降低，也无需采用双反射镜的折叠装置，从而避免光在第二个反射 镜上的损失。由于光伏芯片的尺寸变小，并使光伏芯片相互之间的距离拉开， 这有利于散热，并使被动冷却方式得以采用。本发明中的小型反射镜阵列和透 光板上的光伏芯片阵列的光学对准是通过这两个阵列的相对位置来实现，而不 必逐个对准每一对反射镜和芯片。本发明采用密闭或半密闭的容器，避免灰尘、 减少了可能的水汽的渗透。
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图1是本发明采用了一个集成的曲面凹镜组成的反射镜阵列， 一个布置有 光伏芯片阵列的透光板和一个容器盘构成的光伏聚光器； 图2是图1的A—A剖视图3是本发明采用了一个集成的曲面槽镜反射镜阵列， 一个布置有光伏芯 片阵列的透光板和一个容器盘构成的光伏聚光器；。 图4是图3的B—-B横截面剖视图；
具体实施例方式
实施例一
如图1、图2所示，光伏聚光器100包括透光板101，它是一块平面透光
玻璃板，平面透光玻璃板下面安装有光伏芯片103组成的阵列，透光板101安 装在带有框架的下板102上构成一个密闭或半密闭的容器，下板102底面设有 一组小型曲面凹镜102a组成的反射镜阵列，每个光伏芯片与对应的一个曲面 凹镜对应配合，以接受该小型反射镜的汇聚反射光。在这个示例中，单个小型 曲面凹镜102a的典型口径面积为25 cm2，光伏芯片103的典型面积为2mm见方，具有500-1000的高倍聚光比；光伏聚光器的典型受光面积为lm2， 一个光 伏聚光器大约能够含有500个这样的小型曲面反射镜；整体聚光器典型厚度为 5 cm,重量轻于15公斤。每个定日器上可能安装有一个或多个这样的光伏聚
光器o
小型曲面反射镜102a的口径面积约为10cm2-100cm2,形状可以是准六边 形，准矩形，或准圆形等，曲面采用双曲面或抛物面。由小型曲面反射镜102a 组成的反射镜阵列可以由对浮法玻璃加热使之软化，依靠玻璃重力或模具加压 热弯而成。在其它示例中则使用压模法。因为集成的小型曲面反射镜阵列是一 次成型的，模具的精度就能保证所有反射镜和对应的芯片的一次光学对准。
实施例二
如图3所示，光伏聚光器200包括透光板201，它是一块安装有光伏芯片 条203阵列的平面透光玻璃板。透光板201安装在带有框架的下板202上构成 一个密闭或半密闭的容器，下板202中设有集成的小型曲面槽镜202a组成的 反射镜阵列。在这个示例中，单个小型曲面槽镜202a的典型口径宽度为10cm， 光伏芯片条203的典型宽度为2mm，具有50倍的中倍聚光比；聚光器的典型 受光宽度1 m， 一个光伏聚光器大约能含有10个这样的小型反射槽。光伏聚 光器的典型厚度大约为8cm，受光面积为lr^时，重量低于15公斤。每个定
日器上可能安装有一个或多个这样的光伏聚光器。
图4示意了图3的横截面剖视的示意图，光伏聚光器200的透光板201下 面安装有光伏芯片条203组成的阵列，带有框架的下板202中设有小型曲面槽 镜202a组成的反射镜阵列。每个光伏芯片条与对应的一个曲面槽镜对应配合， 以接受该小型反射镜的汇聚反射光，如图中光线L所示。两个阵列的一致性是 在制造时由模具精度所确定，安装时透光板与下板的光学对准只需一次即可完 成。每个光伏芯片都联有引线与接线柱相连，以向外部供电。引线是用透明导 电膜或金属导线布线在板201的下面。
透光板201的材料需要是在光伏芯片203的光谱响应范围内透明。其可以 是某种玻璃或塑料。浮法玻璃因其光滑平整作为优先的选择。为了抗御恶劣环 境，采用硼硅玻璃材质，或者一般浮法玻璃经过后续钢化处理。透光板201的 两边倾向镀上增透膜以减少光反射时的损失。
光伏芯片条203包含由匀光器和散热器，光伏芯片条安装于或者镶于透光 板201的下表面。 一般不宜打穿孔，这样有利透光板201的清洁和维护，也避 免水汽的渗透。散热器的材料需要有好导热系数，在形状设计上要求有不大于芯片的遮挡
面积。光伏芯片203倾向采用高效的光伏芯片，比如m-v族化合物半导体多
结外延芯片，亦可采用其他材料的电池芯片，如硅的，锑化镓的等。 小型曲面凹镜或小型曲面槽镜有几种材料可以选择，比如玻璃，塑料，聚
合物，金属等。在玻璃的例子中，金属作为反射层被可以镀在正面或背面。在
采用不透光的塑料或金属的例子中，反射层必须镀在正面。
合适的小型反射镜的口径的选择和曲面设计，能使聚光在较短的距离，这
样光伏聚光器的厚度可以縮短到合适的尺寸，而不必使用第二反射镜对光路折叠。
权利要求
1、一种光伏聚光器，包括光伏芯片和反射器，其特征在于反射器由一组集成的小型反射镜组成反射镜阵列组成，一组光伏芯片组成的阵列安装于透光板上，每个光伏芯片与反射镜阵列中的一个小型反射镜对应配合，以接受该小型反射镜的汇聚反射光。
2、 根据权利要求1所述的一种光伏聚光器，其特征在于所述的反射镜 阵列为集成的小型曲面凹镜组成的反射镜阵列。
3、 根据权利要求1所述的一种光伏聚光器，其特征在于所述的反射镜 阵列为集成的小型曲面槽镜组成的反射镜阵列。
4、 根据权利要求l、 2或3所述的一种光伏聚光器，其特征在于光伏芯片阵列安装于透光板下面，与光伏芯片相连的引线连接在透光板下面。
5、 根据权利要求l、 2或3所述的一种光伏聚光器，其特征在于透光板 与一框架连接组成一个容器，所述的反射镜阵列安装于该容器中的框架底面并 与透光板上光伏芯片阵列对应配合。
6、 根据权利要求4所述的一种光伏聚光器，其特征在于透光板与一框 架连接组成一个密闭或半密闭的容器，所述的反射镜阵列安装于该容器中的框 架底面并与透光板上光伏芯片组阵列对应配合。
7、 根据权利要求4所述的一种光伏聚光器，其特征在于所述的与光伏 芯片相连的引线为设置在透光板下面的透明导电膜。
全文摘要
本发明公开了一种光伏聚光器，其含有两块平面板下面的平板是由多个集成的小型曲面反射镜102a的阵列共平面构成；上面是一透光平板101，内侧安装有光伏芯片103组成的阵列，该阵列与小型曲面反射镜阵列对应配合，使入射光通过每个曲面反射镜102a聚集到相应的光伏芯片103中，这种光伏聚光器可以一次性对光调准，本发明中的小型反射镜使焦距变短，使聚光器的厚度变薄，整体光伏聚光器重量减轻，使定日(太阳能跟踪)功率降低，由于光伏芯片的尺寸变小，相互之间的距离拉开，这有利于散热，并使被动冷却方式得以采用。本发明还可采用密闭或半密闭的容器，避免灰尘、减少了可能的水汽的渗透。
文档编号H01L31/052GK101419993SQ20081020390
公开日2009年4月29日 申请日期2008年12月3日 优先权日2008年12月3日
发明者郑小鹿 申请人:郑小鹿