太阳光聚集和获取装置的制造方法
【专利说明】太阳光聚集和获取装置
[0001]交叉引用
[0002]本申请要求于2013年3月15日提交的、标题为“聚光光伏板”的美国临时专利申请号61/798，205的优先权，出于所有的目的将此申请的全部内容通过引用结合在此。本申请还要求于2014年3月4日提交的以下申请的优先权或权益:美国专利申请号14/196，523 ;14/196，291和14/196，618 ;美国临时专利申请号61/948，020 ;以及国际专利申请号PCT/CA2014/050168和PCT/CA2014/000167。本申请还要求于2014年3月17日提交的以下申请的权益:美国专利申请号14/215,913。
技术领域
[0003]本发明涉及用于聚集和获取太阳光的装置。
【背景技术】
[0004]由于获取太阳能的一种方式是使用聚光太阳能发电系统如聚光光伏系统，其采用光学部件将太阳能聚集(有时在很大程度上)到光伏电池上。近几年已经开发了用于聚集太阳能的紧凑的光学系统和部件。这些设计中的一些包括一个二级太阳能集中器或收集器，其中一个光聚焦层光学地耦合到一个光改向层上。该改向层包括一个导光件(light-guide)，该导光件通过全内反射以几乎没有能量损失地将太阳光在其内侧向地引导至太阳能收集器。若干实例示于美国专利申请公开号2012/0019942中，标题为“导光太阳能电池板和其制作方法”，其转让给本申请的申请人。
[0005]聚光光伏系统的困难之一是相对大量的热(热能)在光伏电池处产生，这些热可能降低通过该电池的光至电转化的效率，并且应该在装置的运行过程中从该电池中去除。为了将此热从该电池中转移出去，常规的聚光光伏系统典型地使该光伏电池位于装置的外表面上，附有大的散热器。虽然此类设计对于它们的预期目的是足够的，但是此方面的改进可能是令人希望的。
【发明内容】
[0006]本发明技术的一个目的是改善在常规的聚光光伏系统中存在的不方便中的至少一种，或以其他方式它是以上描述的不方便之一。
[0007]在一个方面中，本发明技术的实施例提供了一种用于聚集和获取太阳光的装置，该装置包括:
[0008]—个具有至少一个刚性层的板，该至少一个刚性层在其上具有至少一个图案化的电路；
[0009]一个太阳光聚集和获取单元的阵列，每个单元由至少一个刚性元件和该至少一个刚性层的一部分形成，每个单元包括:
[0010]一个刚性光学聚集元件，该刚性光学聚集元件固定到该至少一个刚性层上用于聚集由该单元接收的太阳光，[0011 ] 一个光伏电池，该光伏电池固定到该至少一个刚性层上并且夹在该板内用于将聚集的太阳光转化成电能，以及
[0012]—个与该光伏电池处于电连通以便接收自其的电能的导电体，该导电体与该光伏电池处于热连通以便接收自其的热能，该导电体是用于该光伏电池的主要的散热器，该光伏电池主要通过传导冷却；
[0013]将每个单元的导电体和光学聚集元件确定尺寸并且安排在该单元内这样使得该导电体不实质地阻碍在该单元内由该单元接收的太阳光传输至该光伏电池；
[0014]该导电体至少与该图案化的电路电互连且热互连以便传输从该光伏电池接收的电能和热能远离该单元。
[0015]在本说明书的上下文中，术语“刚性”应该理解为是指一种“刚性”结构是总体上在正常运行条件下靠自身维持其形状，而不要求外力(如由一种加压的气体产生的那些)来这样做的一种结构。然而，“刚性”在本发明上下文中不指所讨论的结构是完全非柔性的；因为稍微柔性的或可膨胀的并且在弯曲(和/或膨胀)后回到其原尺寸和形状的结构包括在本发明上下文中的“刚性”的定义内。
[0016]在本说明书的上下文中，“图案化”的电路应该理解为是不具有随机布局的电路。在一些实施例中，该图案化的电路包括具有重复设计的部分。
[0017]在本说明书的上下文中，两个元件可以按照任何数目的不同方式“固定”在一起。例如，此类元件可以彼此粘合(不管是永久地或可释放地)，通过一起形成在一个单一的物理元件中，通过经由其他元件一个相对于另一个地保持在适当地方等。
[0018]在本说明书的上下文中，导电体被认为是用于光伏电池的主要的散热器(当在装置的正常运行条件下时)，与经由该装置的任何其他元件相比，经由直接传导转移远离该光伏电池的更大量的热能经由该导电体转移走。
[0019]在本说明书的上下文中，光伏电池被认为主要通过传导冷却(当装置在正常运行条件下时)，与经由直接对流或直接辐射相比，更多的热能经由直接传导转移远离该光伏电池。
[0020]在本说明书的上下文中，当电可以在两个元件之间通过时，不管是直接地或是间接地，这两个元件是电互连的。因此，例如，两个元件可以经由其彼此的直接物理连接或经由其直接物理连接到一个第三元件上等进行电互连。
[0021]在本说明书的上下文，当热能可以经由传导直接地或间接地通过一个第三元件在两个元件之间转移时，这两个元件是热互连的。
[0022]在一些实施例中，该光伏电池夹在该至少一个刚性层与该刚性光学聚集元件之间。
[0023]在一些实施例中，每个单元的光学聚集元件是一系列光学聚集元件。在一些这样的实施例中，每个单元的光学聚集元件是一系列同心的环形的光学聚集元件。
[0024]在一些实施例中，多个单元的这些刚性光学聚集元件都是一个单一刚性层的一部分，该单一刚性层不同于在其上具有该至少一个图案化的电路的该至少一个刚性层。
[0025]在一些实施例中，将每个单元的导电体和光学聚集元件确定尺寸并且安排在该单元内这样使得该导电体阻碍在该单元内由该单元接收的太阳光的不大于20%传输至该光伏电池。
[0026]在一些实施例中，该阵列的每个单元进一步包括一个刚性光学改向元件(固定到该至少一个刚性层上)用于改向由该单元接收的太阳光；并且将每个单元的导电体、光学聚集元件、以及光学改向元件确定尺寸并且安排在该单元内这样使得该导电体不实质地阻碍在该单元内由该单元接收的太阳光传输至该光伏电池。
[0027]在一些实施例中，该光伏电池夹在该至少一个刚性层与该刚性光学聚集元件之间。
[0028]在一些实施例中，该光伏电池夹在该至少一个刚性层与该刚性光学改向元件之间。
[0029]在一些实施例中，每个单元的光学改向元件是一系列光学改向元件。
[0030]在一些实施例中，每个单元的光学聚集元件是一系列光学聚集元件；并且每个单元的光学改向元件是一系列光学改向元件。
[0031]在一些实施例中，每个单元的光学聚集元件是一系列同心的环形的光学聚集元件；并且每个单元的光学改向元件是一系列同心的环形的光学改向元件。
[0032]在一些实施例中，多个单元的这些刚性光学聚集元件都是一个单一刚性层的一部分，该单一刚性层不同于在其上具有该至少一个图案化的电路的该至少一个刚性层；并且多个单元的这些刚性光学改向元件都是一个第二单一刚性层的一部分，该第二单一刚性层不同于在其上具有该至少一个图案化的电路的该至少一个刚性层和该第一单一刚性层。
[0033]在一些实施例中，该刚性光学改向元件将光改向到一个导光件内用于传输至该光伏电池。
[0034]在一些实施例中，该导光件具有一个次级光学元件用于在该导光件内使光改向。
[0035]在一些实施例中，将每个单元的导电体、光学聚集元件、和光学改向元件确定尺寸并且安排在该单元内这样使得该导电体阻碍在该单元内由该单元接收的太阳光的不大于20%传输至该光伏电池。
[0036]在一些实施例中，该光伏电池是至少部分地包封在一个绝热体中。
[0037]在一些实施例中，该导电体是该图案化的电路的一部分。在其他实施例中，该导电体是与该图案化的电路不同的一个元件。
[0038]在另一个方面中，本发明技术的实施例提供了一种用于聚集和获取太阳光的装置，该装置包括:
[0039]—个具有粘合在一起的多个刚性层的板；
[0040]—个由该板的该多个层形成的太阳光聚集和获取单元的阵列，该太阳光聚集和获取单元阵列中的每一个包括:
[0041]—系列光学聚集元件，这些光学聚集元件与该多个层的这些层之一的一个第一表面相关联、用于聚集由该单元接收的太阳光；
[0042]一系列光学改向元件，这些光学改向元件与该多个层的这些层之一的一个第二表面相关联、用于改向由该单元接收的太阳光；
[0043]一个光伏电池，该光伏电池夹在该多个层的这些层中的两个之间、用于将聚集和改向的太阳光转化成电能；
[0044]该多个层的这些层之一具有一个与该光伏电池处于电连通以便接收自其的电能的导电体，该导电体与该光伏电池处于热连通以便接收自其的热能，该导电体是用于该光伏电池的主要的散热器，该光伏电池主要通过传导冷却；
[0045]将该导电体、该系列光学聚集元件以及该系列光学改向元件确定尺寸并且安排在该单元内这样使得该导电体不实质地阻碍在该单元内由该单元接收的太阳光传输至该光伏电池；
[0046]该多个层的这些层之一具有一个图案化的电路，该图案化的电路与这些单元中的至少一些的光伏电池电互连且热互连以便接收自其的电能和热能以传输远离这些单元。
[0047]在一些实施例中，将该系列光学聚集元件形成在该第一表面上；并且将该系列光学改向元件形成在该第二表面上。
[0048]在一些实施例中，将每个单元的导电体、光学聚集元件、和光学改向元件确定尺寸并且安排在该单元内这样使得该导电体阻碍在该单元内由该单元接收的太阳光的不大于20%传输至该光伏电池。
[0049]在一个方面中，本发明技术的实施例提供了一种聚光光伏板，该聚光光伏板包括:
[0050].一个接收器衬底组件，包括:
[0051]〇一个透光材料的刚性薄片，该刚性薄片具有一个第一表面、一个与该第一表面相反的第二表面、以及一个附接到该第一表面上的导体图案；以及
[0052]O附连到该刚性薄片上的至少一个接收器组件，每个接收器组件包括一个与该导体图案处于电连通的光伏电池；
[0053]籲至少一个附接到该接收器衬底组件上并且由该接收器衬底组件支撑的导光光学器件，每个导光光学器件与该至少一个接收器组件中的一个相关联的接收器组件的光伏电池处于光联通用于引导经由该接收器衬底组件接收的光朝向所述光伏电池。
[0054]在一些实施例中，该至少一个导光光学器件附接到该接收器衬底组件的第一表面上并且由该第一表面支撑。
[0055]在一些实施例中，该聚光光伏板进一步包括至少一个附接到该接收器衬底组件的第二表面上并且由该第二表面支撑的聚焦光学器件，每个聚焦光学器件与该至少一个导光光学器件之一相关联并且处于光连通，每个聚焦光学器件包括至少一个聚焦元件用于与该导光光学器件协同运行。
[0056]在一些实施例中，每个导光光学器件包括至少一个反射表面