高效太阳能模组组件的制作方法

本发明涉及高效太阳能电池板，特别是用于安装在建筑物或温室屋顶上的太阳能电池板。

背景技术：

太阳辐射收集和转换装置，旨在要收集尽可能多的光线，显得黑且不透光，会在它们的下方投射下阴影。它们通常会被放置在远离建筑物或需要阳光的市中心区域以外的开阔地带。近年来，分布式太阳能发电的概念被全球采用，建筑集成光伏（bipv）装置的安装呈上升趋势。

除了屋顶上安装的太阳能电池板外，建筑物外表面的半透明或透明的太阳能电池模组也随处可见。非常薄的非晶硅、染料敏化和有机光伏太阳能电池模组可以让一部分可见光（vis）以及红外光（ir）透过面板而传输到模组背面，仅收集一小部分紫外蓝光，可见光和红外光用于发电。虽然转换效率相当低，但通过这些面板不会影响到美观。因此，它们适用于安装于窗户处。

虽然透过这些面板不会使外观受到影响，但其相对低的光能转换效率会影响安装它们的整体经济效益。与用于节能建筑的玻璃幕膜不吸收紫外线和红外光不同，透明光伏面板并不会阻挡红外光。这种类型的窗户光伏面板并不符合低辐射率窗户的要求：在夏季，由于来自外部的红外辐射，需要额外的能量来冷却内部;而在冬季，由于内部红外辐射的损耗，室内需要额外能量来加热。

发光太阳能集中器是另一种目前正在开发中的技术。它包含一发光夹层，将阳光中主要转换成红光。发光材料发出的红光很容易被植物用于光合作用。然而，蓝光和绿光在植物生长中也起着重要的作用。同时只有一部分发光材料发出的红光进入温室并被植物吸收。此外，发光材料只能转换波长比红光短，即能量比红光高的紫外和可见光，因此该技术无法有效地转换并利用能量比红光能量更低的红外光。

为了保持部分透明度，并提高光电转换效率，可能需要牺牲一点视觉美学。有一种做法是制作一个部分透明的面板，其中不透明的硅电池晶片被放置在一个图案中，使晶片之间保持一个间隙。有硅电池晶片覆盖的区域可以以更高的效率收集并转换光能成电能，而硅电池晶片之间的间隙可以穿过光线照射内部。这种类型的半透明面板已经应用与大型结构集成，如体育场，交通站。部分填充的硅电池晶片面板可阻挡一定比例的光（例如，50%到80%）并将光转化为电能。开口区域（间隙）也可以提供内部照明。当然，这种光伏面板不会具有与均匀透明的光伏面板相同的美学视觉，因为面板会投射斑点阴影。

透明和半透明面板的应用之一是用于温室，在这种情况下，美学视觉并不重要。带有玻璃屋顶和侧面的温室大棚，可以由这些面板替换，以便部分光线穿透，同时将剩余部分转换为电能。近年来，美国室内种植量不断增加，用于绿叶蔬菜的led灯或大型植物的大型温室的垂直种植越来越受欢迎，使用透明或半透明的光伏屋顶或侧面，温室大棚既可以种植也可以发电以补偿电力的消耗。

提供一种太阳能电池板，该太阳能电池板允许将光伏光转换成电能，同时仍允许足够的光穿过该板下方的位置以照亮该区域。

技术实现要素：

本部分将以简化的概念形式来介绍本发明，发明的具体内容将在下面的"详细说明"中进一步介绍。本部分无意限定本发明所声称的主题事项的主要特征或基本特征，也无意用于限制本发明所声称的主题事项的范围。

在一个实施例中，本发明提供一种太阳能模组组件，其包括框架，该框架具有包围一区域的上部和设置在该上部下方的中部。多个太阳能电池板排列成一串，夹在两个透明玻璃窗之间形成单个电池串板。太阳能电池板占据的面积小于上部的面积。多个太阳能电池板中的每一个具有一对相对的边缘。反射器安装在中部上。

在另一个实施例中，本发明提供了一种太阳能模组组件，其包括太阳能电池板，该太阳能电池板包含多个间隔开的太阳能电池串。每个太阳能电池串具有顶表面，相对的底表面和一对相对的边缘。反射器设置在每个太阳能电池串的下方，并且构造成将来自相对边缘周围的光反射到每个太阳能电池串的底表面上。

在又一个实施例中，本发明提供了一种太阳能模组组件，其包括具有平面区域的框架和安装在该框架的太阳能电池板。太阳能电池板包括布置成太阳能电池串的多个电池。太阳能电池板具有顶表面和底表面。太阳能电池串仅覆盖一部分平面区域。反射器安装在太阳能电池板下方的框架上。反射器被配置为将光反射到太阳能电池板的底表面上。

附图说明

随附的附图可以成为描述并构成本发明规范的一部分，它们说明了本发明目前的首选实施例，并且和前面所给出的一般说明以及下面所给出的详细描述一起用于解释本发明的特征。在这些图纸中：

图1是根据本发明的示范性实施例的太阳能模组组件的透视视图；

图2是用于图1中的的太阳能电池板的顶视图；

图3是根据本发明的替代示范性实施例的太阳能模组组件的示意图；

图4是将图1的组件安装在温室屋顶上的透视图；和

图5是根据本发明的另一种替代示范性实施例的太阳能模组组件的示意图。

具体实施方式

在所有图形中，类似数字表示类似的部件。此处使用的某些术语仅用于方便起见，不可被视为对本发明的限制。所使用的术语包括具体提到的词语、衍生的和类似导入的词。下文所展示的实例并非详尽无遗，或将本发明限制在公开的精确形式之内。我们选择和描述这些实施例，以期最好地解释本发明的原理及应用以及实际的使用，并使本领域的技术人员能够最好地利用本发明。

本文中提及"一个实施例"或"实施例"是指与实施例相关的特定功能、结构或特征可以包含在本发明的至少一个实施例中。规范中不同地方"一个实施例中"的出现不一定都指同一实施例，也不一定相互排斥其他实施例的单独或替代实施例。这同样适用于"实施"一词。

在此专利申请文件中，"示范性"一词被用来表示“示例”、“实例”或“插图”，但是被描述为"示范性"的任何特征或设计不一定被解释为优先于其他特征或设计，相反，使用"示范性"一词的目的是以具体的方式提出概念。

此外，"或"一词意指包容性"或"，而不是排他性"或"。也就是说，除非另有说明，或从上下文看，"x包含使用a或b"意在表示任何自然包容性排列。也就是说，如果x包含a;x包含b;或x同时包含a和b，则"x包含a或b"在上述任何情况下都得到满足。此外，本申请中使用的"一"和"一个"条款以及所附的权利要求一般应解释为"一个或多个"，除非另有说明或明确从上下文来看，要指向单一形式。

本发明是一种高效太阳能模组组件，可安装在温室屋顶顶部，使得一部分入射光作用到组件的上表面，其余的入射光会穿过组件并被一反射器反射到组件的底表面，同时剩余的入射光穿过组件照入温室内部。虽然本发明的高效太阳能模组组件可以安装在温室上，但本领域技术人员应认识到，本发明的高效太阳能模组组件不一定必须安装在温室上。仅作为示例，本发明的高效太阳能模组组件也可以直接安装在地面上，从而通过增加产生的电能而不增加产生电能所需的占地面积来减少太阳能模组组件对局部环境的影响。

参考附图，示出了太阳能模组组件100。组件100包括具有上部104的框架102，该上部用于将多个太阳能电池板110安装在其上。上部104围绕一平面区域，如图2所示。

框架102还包括设置在上部102下方的中部106。中部106用于支撑反射器130。

可选地，框架102还可以包括设置在中部106下方的下部108。下部108用于将反射器130升高到其上安装有组件100的表面例如温室屋顶，地面或某个其他表面之上。

每个太阳能电池板110包括双面光伏硅电池，该双面光伏硅电池具有顶表面111和底表面112，每个表面均包括配置为接收光能的光伏电池板，与单面光伏电池相比，从而增加了可以吸收的光能数量。

参考图2、3所示，太阳能电池板110成串布置并且被夹持在框架102的上部104上的两个透明玻璃113、114之间，从而形成具有一对相对边缘116、118的单串面板。太阳能电池板110占据的面积小于上部104的面积，使得一些入射光可以穿过上部104的未占用区域。参照图2，在面板110上提供多个间隔开的太阳能电池串120。太阳能电池串120每个具有顶表面122和底表面124。

相邻的太阳能电池串120间隔开，使得太阳能电池串仅覆盖面板110的平面区域的一部分，在第一太阳能电池串120和第二太阳能电池串120之间设置有间隙126。在每个太阳能电池串120与相对边缘116、118之一之间的区域没有太阳能电池串，使得入射的阳光可以穿过该区域到达反射器130。在示例性实施例中，可以将太阳能电池串120布置在如图2所示的条纹图案。可选地，太阳能电池串120可以以棋盘图案或根据需要的任何其他图案布置。

在示例性实施例中，太阳能电池串120覆盖框架102的大约50％的面积，而剩余的50％没有太阳能电池串120，使得在太阳能电池板120之间通过的光可以反射到太阳能电池串120的底表面124上。在示例性实施例中，具有如上所述的50％-50％的分割率和硅面板的20％的转换效率，从入射到太阳能电池串120的顶表面122的光可以转换约100w/m²，并且入射到太阳能电池串120底表面124的光可以转换成约40w/m²。然而，本领域技术人员将认识到，可以根据需要改变50％-50％的比例。可替代地，使用下面的公式1，可以从入射到太阳能电池串的120底表面124的光转换成的功率量可以计算为：

其中，

lo是空气到玻璃表面的光学损耗，主要是反射损耗;

f是单位区域中pv板覆盖的面积分数。因此，1-f表示开放的间隙区域面积;

eqe代表外部量子效率，它描述了pv材料的将光子转换为电子-空穴对的能力；

q是电子电荷，等于1.6e-19库仑；

voc是光伏面板的开路电压；

ff是光伏面板的填充因子，描述了pv面板的电阻损耗；

lr是与反射器相关的光学损耗，例如反射损耗，光学误差引起的损耗等；和

bf是双面硅电池的双面因素，它描述了pv面板正面和背面之间转换效率的差异。

lr是与反射器相关的光学损耗，如反射损耗、光学误差引起的损耗等;

bf是双面硅电池的双面率，它描述了光伏面板正面和背面转换效率的差异。

反射器130安装在框架102的位于面板110下方的中部上，并且构造成将穿过没有多个太阳能面板110的上部区域的光选择性地反射到太阳能电池板的底表面112上。而在图1中示出了横跨框架102的宽度的单个反射器130，本领域技术人员将认识到，可以将多个较小的反射器131彼此相邻地安装，以使光反射或通过反射器131，如图3所示。反射器131可以彼此相同，或者可替换地，反射器131可以具有与其他反射器131不同的形状，从而可以使用不同的形状根据围绕组件100的太阳的运动更好地反射入射的太阳光。

反射器130设置在每个太阳能电池串120的下方，并且被配置为将来自通过相邻的太阳能电池板110的相对边缘116、118周围的光反射到每个太阳能电池串120的底表面124上。

反射器130被配置为反射具有在大约700纳米和大约1100nm之间的选择性或可调波长带的光，并且允许具有小于大约700nm的波长的光穿过反射器130。而波长介于700nm和1100nm之间的光则被反射，用于转换为电能而提高太阳能电池的效率。

反射器130可以通过选择性地在反射器130上施加或涂覆二向色层来进行调节。可以通过去除反射器130上的现有二向色层并施加不同的二向色层来调节反射器130的可调性。

如图4所示，当组件100被安装在温室50上时，可见光（400nm至700nm）穿过反射器130并到达温室50内的生长中的植物，以使植物进行光合作用，并照亮温室50的内部。反射回太阳能电池板110的700nm到1100nm范围的光线未被植物使用，而是被用来发电。

在一个示例性实施例中，如图1所示，反射器130具有弧形横截面，而在另一示例性实施例中，如图5所示，反射器130’具有构造成扩散可见光的纹理化表面131’。尽管未示出，但是反射器130的其他构造可以是双曲线的，弓形的或椭圆形的。另外，反射器130可以是逆反射器，平面漫射器或其他形状，其可以将入射在其上的光的至少一部分反射到太阳能电池串120的底表面124上。

本领域的技术人员会懂得、理解、和更改前文所述的实施例，但是任何更改并不会偏离本发明所描述的宽泛的概念。因此，大家都理解，本发明并不限于所披露的特定实施例，而是旨在涵盖所附权利要求所定义的本发明的精神和涵盖的范围。