专利名称：聚光太阳能发电模组的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能发电装置，尤其涉及一种聚光太阳能发电模组。
背景技术：
人类面临能源短缺，温室效应加剧，环境污染严重。太阳能作为一种主要的清洁能 源，日益受到重视。目前人类利用的主要能源都来自太阳能，煤炭、石油是地球储存的远古 太阳能，风能和水力也是太阳能加热空气和水产生的能源，植物的生长也是利用太阳光来 进行光合作用。 近年来，将太阳光直接转化成日常生活最常用的电能研究发展迅速。目前的太阳 能发电主要采用单晶硅电池、多晶硅电池或者薄膜电池。这几种电池受工艺和原理的限制， 效率比较低；与传统能源相比，成本高出l倍以上，这成为制约太阳能发电大规模应用的瓶
颈之一。 现有太阳能发电技术有如下不足 1.由单晶硅电池或多晶硅电池构成的太阳能发电模组效率较低，工艺较复杂，提 纯过程污染较严重，并且生产过程耗电量巨大，能量回收期长，系统发电成本高出传统能源 l倍以上。目前仍无法大批量推广。 2.薄膜太阳能电池效率低，光电转换效率低于10%，并且衰减严重。 3.现有的硅电池模组和薄膜电池模组受工艺限制，每个硅光电池都没有旁路二极
管保护，如果一块硅光电池断开了 ，则整个模组不能工作。 4.对于基于硅电池的低倍聚光系统，在硅电池价格昂贵时，低倍硅聚光有一定的 成本优势。但是随着硅电池价格的急剧下降，低倍硅聚光系统的价格甚至高于平板硅电池 系统的价格，已经不具有实用价值。 5.基于硅电池的聚光电池需要聚光系统，无论透射还是反射式的聚光系统都会带 来20%左右的太阳光损失，造成低倍聚光系统的效率低于平板硅模组的效率，已经不具有 实用价值。 6.低倍硅电池聚光系统具有装配复杂，密封困难，散热困难等特点，生产工艺性不 好。 近年来，随着GaAs(砷化镓)3PN节电池效率提升到40X，1000倍以上(系统有效 受光面积与太阳能电池有效面积之比)高倍聚光太阳能发电系统的研发日益受到重视，高 倍聚光发电具有更高的发电效率，更低的发电成本。
实用新型内容本实用新型的目的，就是为了提供一种聚光效率和发电效率更高的聚光太阳能发 电模组。 为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案一种聚光太阳能发电模组， 其包括[0014] 框体，包括密封相连的四个侧面板和底板，在四个侧面板和底板上设有至少一个 透气窗口 ； 菲涅尔透镜，由多个菲涅尔透镜单元组成阵列定位在框体的顶部并与框体密封相 连； 多个锥体玻璃棱镜，分别对应于各菲涅尔透镜单元设置在框体的底部； 多个GaAs电池组件，分别连接在各锥体玻璃棱镜的底面； 多个金属散热器，分别对应于各GaAs电池组件固定在框体的底板外侧并与相应 的GaAs电池组件固定相连。 所述的GaAs电池组件包括GaAs电池、旁路二极管以及由上层电极板、中层绝缘板 和下层铜板组成的覆铜板，上层电极板包括间隔设置的正极板和负极板，GaAs电池的背面 焊接在正极板上，GaAs电池的正面通过导线与负极板相连，旁路二极管并联在正极板和负 极板之间；所述的锥体玻璃棱镜的底面通过透明的光学胶与GaAs电池的正面固定相连；所 述的金属散热器通过导热胶与下层铜板固定相连。 所述的由多个菲涅尔透镜单元组成的阵列包括3X 3、3X4、或者4X4个相同的菲 涅尔透镜单元组成的阵列，单元与单元之间紧密相连。 所述的各菲涅尔透镜单元的光轴与对应设置的锥体玻璃棱镜的中心和GaAs电池 的中心同轴。 所述的各菲涅尔透镜单元的面积与相应GaAs电池的有效面积之比大于500。 所述的锥体玻璃棱镜的上下表面均为正方形，下表面的面积不大于GaAs电池的 有效口径，上表面的面积不小于GaAs电池有效面积的2倍，高度不小于下表面宽度的3倍。 所述的各金属散热器的散热表面积之和不小于菲涅尔透镜的受光面积的1. 5倍。 所述的透气窗口上安装有防水透气膜。 本实用新型聚光太阳能发电模组由于采用了以上技术方案，与现有技术相比，具 有以下的优点和和特点 1、本实用新型在一块平板玻璃上集成多个菲涅尔透镜单元组成阵列，减少了安装 工作，也简化了框体的设计，减轻了模组的重量。 2、本实用新型在一块平板玻璃上集成多个菲涅尔透镜单元组成阵列，单元之间没
有缝隙，最大化菲涅尔透镜的有效口径，也解决了单元与单元之间的密封性问题。 3、本实用新型采用四棱锥体玻璃棱镜将聚焦的光斑导到GaAs电池上，锥体玻璃
棱镜上表面面积不小于GaAs电池有效面积的2倍，这样就相当于扩大了接收面积，降低了
系统对太阳光对准角度精度要求。 4、由于任何光学材料都有色散存在，不同波长的光在特定的焦平面上具有大小不 等的光斑，为了改善不同波长光斑的均匀性，本实用新型采用锥体玻璃棱镜来导光。菲涅尔 透镜聚光在玻璃棱镜的上表面，光在玻璃棱镜内经过全反射后照射到GaAs电池表面，从而 使不同波长的光在光电池表面的均匀性，比直接聚焦在GaAs表面的设计提高效率10%以 上。 5、本实用新型中每个电池都有旁路二极管保护，GaAs电池之间为串联关系，当发
生电池断开故障时，电流也可以通过旁路二极管导通，不影响系统工作。 6、本实用新型采用独立的散热器工作，散热面积不小于1.5倍的受光面积，有效的降低了电池的工作温度，提高了系统效率和可靠性。 7、本实用新型采用独立的散热器工作，而GaAs电池组件和锥体棱镜都固定在散 热器上，因此这部分可以模块化生产，有利于提高装配效率和成品率。
图1是本实用新型的聚光太阳能发电模组的基本结构示意图； 图2是本实用新型中的菲涅尔透镜的结构示意图； 图3是本实用新型的光学原理示意图； 图4是本实用新型中的锥体玻璃棱镜的结构示意图； 图5是本实用新型中的GaAs电池组件的正面结构示意图； 图6是本实用新型中的覆铜板的结构示意图； 图7是本实用新型中的GaAs电池组件的反面结构示意图。
具体实施方式参见图1，本实用新型的聚光太阳能发电模组，包括框体1、菲涅尔透镜2、多个锥 体玻璃棱镜3、多个GaAs电池组件4和多个金属散热器5。 框体1由玻璃钢材料整体压制而成，或者由金属材料拼接而成，为方形，由四个侧 面板和底板组成。四个侧面板之间，以及四个侧面板与底板之间完全密封。上端完全开口。 在四个侧面板和底板上(本实施例为其中一个侧面板)设有至少一个透气窗口 ll，在透气 窗口 ll上安装有防水透气膜(未图示出来)。当框体由玻璃钢材料制作时，需要设置防烧 蚀金属隔板12，防烧蚀金属隔板固定在框体内部，用于保护太阳光斜入射时框体不会被聚 焦的光斑烧蚀。防烧蚀金属隔板也包括四个侧面板和底板。防烧蚀金属隔板的四个侧面板 用于保护框体的侧面板不被烧蚀，其顶部不低于框体高度的一半。防烧蚀金属隔板的底板 用于保护框体的底板以及模组内部导线不被烧蚀，其位置不高于玻璃棱镜的上表面。当框 体材料为金属时，可以不需要防烧蚀金属隔板。 菲涅尔透镜2定位在框体的顶部，通过密封胶带或硅胶固定在框体上，四周密闭， 防尘防水。使用时太阳光垂直照射在菲涅尔透镜上。包括3X3、3X4、或者4X4个相同的 菲涅尔透镜单元组成的阵列，单元与单元之间紧密相连，没有间隙，这样平板玻璃具有最大 的有效口径。菲涅尔透镜上表面光洁平整，下表面为一系列同心圆构成的菲涅尔齿形。图 2为一个3X3菲涅尔透镜的阵列示意图。 配合参见图4，本实用新型中的多个锥体玻璃棱镜3分别对应于各菲涅尔透镜单 元设置在框体1的底部；锥体玻璃棱镜为六面抛光，不倒边，上下表面为正方形。下表面32 不大于GaAs电池的有效口径，上表面31的面积不小于2倍的GaAs电池有效面积。高度不 低于3倍的下表面宽度。上表面朝向菲涅尔透镜。下表面通过透明的光学胶固定在GaAs 电池表面。 配合参见图5、图6、图7，本实用新型中的多个GaAs电池组件4分别连接在各锥体 玻璃棱镜3的底面。各GaAs电池组件都包括GaAs电池41、旁路二极管42以及由上层电 极板43、中层绝缘板44和下层铜板45组成的覆铜板，上层电极板43包括间隔设置的正极 板431和负极板432， GaAs电池41的背面焊接在正极板431上，GaAs电池41的正面通过导线与负极板432相连，旁路二极管42并联在正极板和负极板之间。锥体玻璃棱镜3的底 面通过透明的光学胶与GaAs电池41的正面固定相连；金属散热器5通过导热胶与下层铜 板45固定相连。导热胶可以是电绝缘材料，也可以不是电绝缘材料。 本实用新型中的多个金属散热器5分别对应于各GaAs电池组件4固定在框体的 底板外侧并与相应的GaAs电池组件固定相连。各金属散热器的散热表面积之和不小于菲 涅尔透镜的受光面积的1. 5倍。 框体内部的GaAs电池之间正负极串联，并通过2根导线引出框体。 本实用新型的光学原理如图3所示，每个菲涅尔透镜单元2对应一个锥体玻璃棱 镜3、一个GaAs电池组件4(包括GaAs电池41、旁路二极管42以及由上层电极板43、中层 绝缘板44和下层铜板45组成的覆铜板)和一个散热器5。锥体玻璃棱镜的中心和GaAs电 池的中心与菲涅尔透镜单元光轴同轴。透镜单元的面积与GaAs电池的有效面积之比称为 几何聚光倍数，本实用新型中的几何聚光倍数不低于500倍，即每个菲涅尔透镜单元的面 积与电池有效面积之比大于500。以一个单元为例，太阳光垂直照射在菲涅尔透镜上，菲涅 尔透镜将太阳光聚焦在玻璃棱镜的上表面，玻璃棱镜的四个侧面抛光，利用全反射原理，将 光线导向射在玻璃棱镜底部的GaAs电池上，GaAs电池将太阳光直接转换成直流电。GaAs 电池的效率随温度上升而下降，电池效率在40%左右，部分太阳光转换为热能。热能经过覆 铜板导向散热器，并通过散热器向空气散热。有效降低电池温度。
权利要求一种聚光太阳能发电模组，其特征在于包括框体，包括密封相连的四个侧面板和底板，在四个侧面板和底板上设有至少一个透气窗口；菲涅尔透镜，由多个菲涅尔透镜单元组成阵列定位在框体的顶部并与框体密封相连；多个锥体玻璃棱镜，分别对应于各菲涅尔透镜单元设置在框体的底部；多个GaAs电池组件，分别连接在各锥体玻璃棱镜的底面；多个金属散热器，分别对应于各GaAs电池组件固定在框体的底板外侧并与相应的GaAs电池组件固定相连。
2. 如权利要求1所述的聚光太阳能发电模组，其特征在于所述的GaAs电池组件包括 GaAs电池、旁路二极管以及由上层电极板、中层绝缘板和下层铜板组成的覆铜板，上层电极 板包括间隔设置的正极板和负极板，GaAs电池的背面焊接在正极板上，GaAs电池的正面通 过导线与负极板相连，旁路二极管并联在正极板和负极板之间；所述的锥体玻璃棱镜的底 面通过透明的光学胶与GaAs电池的正面固定相连；所述的金属散热器通过导热胶与下层 铜板固定相连。
3. 如权利要求1所述的聚光太阳能发电模组，其特征在于所述的由多个菲涅尔透镜 单元组成的阵列包括3X3、3X4、或者4X4个相同的菲涅尔透镜单元组成的阵列，单元与 单元之间紧密相连。
4. 如权利要求1所述的聚光太阳能发电模组，其特征在于所述的各菲涅尔透镜单元 的光轴与对应设置的锥体玻璃棱镜的中心和GaAs电池的中心同轴。
5. 如权利要求1所述的聚光太阳能发电模组，其特征在于所述的各菲涅尔透镜单元 的面积与相应GaAs电池的有效面积之比大于500。
6. 如权利要求1所述的聚光太阳能发电模组，其特征在于所述的锥体玻璃棱镜的上 下表面均为正方形，下表面的面积不大于GaAs电池的有效口径，上表面的面积不小于GaAs 电池有效面积的2倍，高度不小于下表面宽度的3倍。
7. 如权利要求1所述的聚光太阳能发电模组，其特征在于所述的各金属散热器的散 热表面积之和不小于菲涅尔透镜的受光面积的1. 5倍。
8. 如权利要求1所述的聚光太阳能发电模组，其特征在于所述的透气窗口上安装有 防水透气膜。
专利摘要本实用新型提供了一种聚光太阳能发电模组，它包括框体、菲涅尔透镜、多个锥体玻璃棱镜、多个GaAs电池组件和多个金属散热器。其中的菲涅尔透镜由多个菲涅尔透镜单元组成阵列定位在框体的顶部并与框体密封相连；GaAs电池组件包括GaAs电池、旁路二极管以及由上层电极板、中层绝缘板和下层铜板组成的覆铜板；各菲涅尔透镜单元的光轴与对应设置的锥体玻璃棱镜的中心和GaAs电池的中心同轴。本实用新型的聚光太阳能发电模组与现有技术相比，具有更高的聚光效率和发电效率，而且安装简单方便，成品率高。
文档编号H01L31/052GK201467016SQ200920077730
公开日2010年5月12日 申请日期2009年6月30日 优先权日2009年6月30日
发明者章琳 申请人:章琳