专利名称：一种新型低倍聚光光伏发电模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及太阳能光伏发电技术领域，尤其是一种新型低倍聚光光伏发电模块。
背景技术：
太阳能光伏发电作为一种可再生能源和清洁能源，受到世界各国的高度重视。近几年来，世界上许多国家开始建设大、中型光伏发电站。今后一个时期，将有更多的这类光伏发电站陆续开工建设。因此，国内外市场对光伏发电组件的需求量也会越来越大。目前，市场上用于建设大、中型光伏发电站的光伏发电组件，主要有平板式晶体娃 片光伏电池组件、自动跟踪低倍聚光光伏发电组件等两类。传统的平板式晶体硅片光伏电池组件，历经二十多年的发展，其生产成本已从早年的每千峰瓦2 4万元人民币降至目前的每千峰瓦O. 5 O. 55万元人民币。即使这样，其单位电量发电成本目前仍远远高于火电、水电。在目前的市场价格体系下，平板式晶体硅片光伏电池组件生产成本的下降空间已十分有限。因此，继续沿着“通过降低平板式晶体硅片光伏电池组件的生产成本，来降低其发电成本”的思路进行研发，已很难取得显著的成效。通常，聚光倍数不超过100倍时称为低倍聚光。市场上的自动跟踪低倍聚光光伏发电组件，一般由低倍聚光光伏发电模块和太阳自动跟踪装置等两部分组成。这类组件一般以平板式晶体硅片光伏电池组件为对照物，主要通过发挥“聚光优势”和“跟踪优势”来降低单位电量发电成本。“跟踪优势”主要表现在提高模块的太阳光能接收率，从而增加单位装机容量的年发电量。虽然太阳自动跟踪装置的配置和运行都会提高发电成本，但因单位装机容量年发电量的增加而降低的发电成本，一般都大于前者，所以“跟踪优势”确能在一定程度上降低单位电量发电成本。“聚光优势”传统的意义是“在模块生产中，大部分价格较高的晶体硅光伏电池片被价格较低的其它材料替代，从而降低了模块的生产成本”。从这个意义上说，似乎聚光倍数高一些，“聚光优势”就会强一些。问题在于模块聚光倍数的提高，受到聚光光伏电池片散热成本的制约。市场上一部分低倍聚光光伏发电模块，采用了数十倍的聚光倍数。从表面上看，其聚光倍数很高，“聚光优势”应很强。问题在于，因其聚光倍数高，故必须为聚光光伏电池片配置昂贵的强制散热系统。正是强制散热系统导致了光伏发电站建设投资和运行成本的显著提高，最终反过来冲抵掉了大部分“聚光优势”。市场上另一部分低倍聚光光伏发电模块，为了免于配置昂贵的强制散热系统，而将聚光倍数限制在不超过4倍。这部分低倍聚光光伏发电模块，由于聚光倍数偏低，所以“聚光优势”的发挥受到了局限，效果也不够理想。因此，自动跟踪低倍聚光光伏发电组件的市场占有率一直不高。目前，晶体硅光伏电池片的价格已大幅度下降，甚至已低于上述“其它材料”的价格。所以，无论是数十倍聚光还是4倍聚光，传统意义上的“聚光优势”实际上已基本不存在。鉴此，突破技术制约，更好地发挥自动跟踪低倍聚光光伏发电组件的“聚光优势”和“跟踪优势”，进一步降低单位电量发电成本，就成了技术研发人员面临的一项重要任务。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种通过提升模块光电转换效率和太阳光能接收率，来降低光伏发电成本的新型低倍聚光光伏发电模块。实际使用时，这种模块必须与斜单轴自动跟踪装置配套，组成一种新型自动跟踪低倍聚光光伏发电组件。为达到上述目的，发明人首先根据现阶段市场变化和技术进步的实际情况，提出了 “聚光优势”的新的意义“应用聚光技术，可以大幅度提升低倍聚光光伏发电模块的光
电转换效率，并进而显著降低单位电量发电成本”。这是因为第一，在装机容量不变的情况下，模块光电转换效率的提升，意味着模块平面面积的减少。而减少模块平面面积，必然会相应地减少光伏发电站的建设投资，还会相应地减少光伏发电站运行期间发生的维护费用，最终降低光伏发电站的单位电量发电成本。第二，提升低倍聚光光伏发电模块光电转换效率的最有效措施，是提升所用聚光光伏电池片的光电转换效率。问题在于，聚光光伏电池片光电转换效率的大幅度提升，必然带来其生产成本更大幅度的提升。正是因为这个原因，平板式晶体硅片光伏电池组件的生产，至今还宁可使用光电转换效率为15 18%的晶体硅光伏电池片，而不愿使用光电转换效率高达24%的高效率晶体硅光伏电池片。但在低倍聚光光伏发电模块生产中，晶体硅光伏电池片的用量很少(电池片使用面积与模块有效平面面积的比例，约等于聚光倍数的倒数)，如采用价格较高的高效率晶体硅聚光光伏电池片，则由此而产生的“模块生产成本增加量”并不大。这就意味着只要聚光倍数足够高，采用高效率晶体硅聚光光伏电池片生产的模块，就能因其光电转换效率的大幅度提升而显著降低单位电量发电成本。为达到上述目的，发明人根据“聚光优势”的新的意义，利用高效率单晶硅聚光光伏电池片，设计制造新型低倍聚光光伏发电模块，以便通过大幅度提升模块的光电转换效率,来显著降低单位电量发电成本。为了突破低倍聚光光伏发电模块散热成本对聚光倍数的制约，发明人又应用增透一隔热膜系对中远红外光的增强反射功能，和铝合金翅片的空气自然对流散热功能，设计了附设在模块中的廉价的组合式非强制散热系统，从而将新型低倍聚光光伏发电模块的聚光倍数从4倍提高到了 6 10倍。为了控制低倍聚光光伏发电模块的生产成本，发明人在模块设计中采用了“模块外形扁盒化，零部件多功能化”的设计方案，有效地控制了新型低倍聚光光伏发电模块的生产成本。新型低倍聚光光伏发电模块在实际使用中，须与斜单轴跟踪装置配合工作。为此，发明人在模块设计中，采取了必要的协调措施，以保证两者可以配合协调地工作。当前，市场上可与低倍聚光光伏发电模块配合工作的太阳自动跟踪装置比较多，归纳起来可分为三类平单轴自动跟踪装置、斜单轴自动跟踪装置、双轴自动跟踪装置。各类自动跟踪装置的太阳跟踪效果、生产成本有所不同，因此各自的适用范围亦不相同。适合与本实用新型新型低倍聚光光伏发电模块配合工作的，是斜单轴自动跟踪装置。[0018]具体的技术方案为—种新型低倍聚光光伏发电模块，它包括含玻璃板的聚光盖板、下底板和端板，以及它们围成的内光学空腔，还包括设在下底板上面的光伏电池，其特征在于还包括镀制在玻璃板上表面的增透一隔热膜系；敷贴在玻璃板下表面的菲涅尔透镜；衬垫于所述光伏电池下面的软性导热硅胶绝缘垫片；与所述光伏电池下面的下底板外面固定连接的铝合金翅片。所述的下底板由铝合金制成，下底板横截面为并列的若干个梯形槽。所述的端板为铝合金制成。·所述的光伏电池采用聚光光伏电池片串联而成，设置于下底板的梯形槽底面的定位槽中。所述的聚光光伏电池片，为单晶娃聚光光伏电池片，聚光倍数为6—10倍,光电转换效率> 24%。所述的软性导热硅胶绝缘垫片，厚度宜为O. 5 1. 5mm,导热系数宜彡2. Off/m. k，耐温范围应不窄于一 40 100°C,击穿电压彡lKv/mm。所述的玻璃板为钢化超白玻璃板，厚度3. 2 4 mm，透光率彡91%。所述的增透一隔热膜系，首先是增透膜系，同时又是隔热膜系，要求增透一隔热膜系的性能指标为(1)增透功能总透光率> 95%，有效波段是能被单晶硅光伏电池片转换为电能的波段，其波长在400 1100 nm范围内；(2)隔热功能针对波长> 1100 nm的红外光，保证其总反射率彡40%。所述的菲涅尔透镜为玻璃基硅胶直线型菲涅尔透镜，其焦宽比为O. 8 2. O,当玻璃基板厚度为3mm时，其总透光率> 89%。一个低倍聚光光伏发电模块可以只设置I条菲涅尔透镜，也可并联地设置若干条菲涅尔透镜。在每条菲涅尔透镜的主光轴上配套设置一条光伏电池。光伏电池位于菲涅尔透镜镜面与焦点之间，其与镜面之间的距离可根据设定的聚光倍数计算确定。每条菲涅尔透镜的宽度，可根据采用的光伏电池片的宽度和设定的聚光倍数计算确定。上述结构的新型低倍聚光光伏发电模块，较好地发挥了自身的“聚光优势”，同时又能与斜单轴自动跟踪装置配合工作，共同组成新型自动跟踪低倍聚光光伏发电组件，较好地发挥“跟踪优势”，因此可以进一步降低太阳能光伏发电成本。
图1是本实用新型的主视结构示意图。图2是图1的俯视图。图3是图1中沿A-A线剖视的放大结构示意图。在图中，端板1，聚光盖板2，增透一隔热膜系3，光学空腔4，光电转换单元5，菲涅尔透镜6,下底板7,玻璃板8,定位槽9,光伏电池10,软性导热娃胶绝缘垫片11,招合金翅片12，支座13，侧板14。
具体实施方式
[0038]下面，结合附图对本实用新型作进一步说明。图1所示，是本实用新型的主视结构示意图。从图中可知，本实用新型包括两端的铝合金端板I及其支座13、铝合金制成的下底板7、用于散热的铝合金翅片12、两侧面的侧板14、聚光盖板2和光电转换单元5。其中，下底板7、两端的铝合金端板1、聚光盖板2、两侧面的侧板14和光电转换单元5合围构成光学空腔4 ;两端铝合金端板I下面的支座13支撑着光学空腔4 ;两侧面的侧板14的结构见图3，图3是图1中沿A-A线剖视的放大结构示意图。从图1的俯视图图2中可知，聚光盖板2和光学空腔4的上面为长方体。从图1对聚光盖板2的局部剖视中可知,聚光盖板2包括玻璃板8、镀制在玻璃板8上表面的增透一隔热膜系3和敷贴在玻璃板8下表面的菲涅尔透镜6。光电转换单元5包括光伏电池10和软性导热硅胶绝缘垫片11。从图1和图3中可看到，光伏电池10与下面垫衬的软性导热硅胶绝缘垫片11，一起设置在下底板7梯形槽底面的定位槽9中，利用软性导热硅胶绝缘垫片11的热熔特性，使其上下分别与光伏电池10和铝合金下底板7密切贴合。下底板 7采用横截面由若干个梯形槽并联的结构，并由铝合金材料制成。在下底板7的底面外侧，纵向固定连接有用于散热的铝合金翅片12。光伏电池片10上接收到的热量，通过软性导热硅胶绝缘垫片11传导到铝合金底壳中，然后通过铝合金翅片12以空气自然对流方式散入空气中。由图可看到，在光学空腔4中的下底板7梯形槽底面的定位槽9中，设有若干条聚光光伏电池，而各条聚光光伏电池又分别由若干光伏电池片10串联而成。下底板7两边侧的两侧面侧板14外斜向上引伸，与上方的聚光盖板2的两侧边联接，构成光学空腔4的两闭合的侧面，使学空腔4的横截面为上大下小的梯形面。所述的菲涅尔透镜为玻璃基硅胶直线型菲涅尔透镜，其焦宽比为O. 8 2. O,当玻璃基板厚度为3mm时，其总透光率> 89%。关于直线型菲涅尔透镜的供货，市场上有玻璃基硅胶菲涅尔透镜和有机玻璃菲涅尔透镜等两类产品可供选择定制。这两类产品，透光率和生产成本大体相等，但玻璃基硅胶菲涅尔透镜的使用寿命更长，能与聚光光伏发电模块的使用寿命相匹配。由图1和图3可看到，一个低倍聚光光伏发电模块可以只设置I条菲涅尔透镜，也可并联地设置若干条菲涅尔透镜。在每条菲涅尔透镜的主光轴上配套设置一条光伏电池。光伏电池位于菲涅尔透镜镜面与焦点之间，其与镜面之间的距离可根据设定的聚光倍数计算确定。每条菲涅尔透镜的宽度，可根据采用的光伏电池片的宽度和设定的聚光倍数计算确定。在光学空腔4下部的下底板7中，在每条梯形槽底面的定位槽9中，各设有一条光伏电池10，而每条光伏电池10又分别由若干聚光光伏电池片串联而成。所述的聚光光伏电池片，米用美国Sunpower公司生产的背接触单晶娃聚光光伏电池片，聚光倍数为6 —10倍，光电转换效率> 24%。也可采用其它企业生产的类似产品。为了实现模块的“扁盒化”，聚光光伏电池片的宽度宜裁切为20 30 mm。例如，将125mmX 125mm的整块背接触单晶硅聚光光伏电池片，裁切为6块20. 8mmX 125mm的聚光光伏电池片。所述的软性导热硅胶绝缘垫片，厚度宜为O. 5 1. 5mm,导热系数宜彡2. Off/m. k，耐温范围应宽于一 40 100°C，击穿电压彡lKv/mm。市场上有多种产品可供选购。所述的玻璃板采用钢化超白玻璃板，厚度3. 2 4 mm，透光率彡91%。[0046]所述的增透一隔热膜系，首先是增透膜系，同时又是隔热膜系。要求增透一隔热膜系的性能指标如下(I)增透功能针对有效波段的太阳光，提高聚光盖板的透光率6个百分点，保证其总透光率> 95%。有效波段是能被单晶硅光伏电池片转换为电能的波段，其波长在400 1100 nm范围内；(2)隔热功能针对波长彡1100 nm的红外光，保证其总反射率彡40%。这部分红外光如被单晶硅光伏电池片吸收，则不会被转换为电能，而只会转换为热能，导致单晶硅光伏电池片温度升高，工作效率下降，甚至遭高温损毁。所述的增透一隔热膜系是基于光的干涉原理，由镀制在玻璃板上的I层或若干层折射率不同的化合物薄膜组成。膜层厚度等于四分之一中心波长。中心波长在有效波段范围内设定。能达到上述性能指标的增透一隔热膜系设计方案较多，任一种能实现上述性能指 标的设计方案，只要取材方便且成本合理，都可采用。需要注意的是一些膜层的折射率，不仅与膜料种类有关，而且与镀制工艺(方法、流程、镀膜设备、工艺参数等)有关。因此，选择膜料时必须同时选定镀制工艺，并测定对应的折射率。增透一隔热膜系设计方案，具体可在以下范围内选择(I)膜料二氧化钛、二氧化硅、二氧化锆、三氧化二铝、氟化镁等等；(2)层数和排列次序一层或若干层，各膜层依其折射率高低的不同，按照“玻璃
板+高+低+高+低......”这样的规律性交替排列。总层数根据“性能指标达到
要求”的原则确定。最外层膜的耐磨性、耐腐蚀性应高于玻璃。这样的增透一隔热膜系，对于在中心波长附近的有效波段内的阳光，具有增透(减反射)作用，对于远离中心波长的红外光，有增强反射作用，即隔热作用。空气散热，即利用铝制散热翅片12，以空气自然对流方式，将聚光光伏电池10上的热量散发出去。理论计算和试验测试结果表明，本实用新型利用增透一隔热膜系3对中远红外光的增强反射功能，和铝合金翅片12的空气自然对流散热功能，组合而成的组合式非强制散热系统，可让新型低倍聚光光伏发电模块的聚光倍数突破4倍限制，达到6 10倍，从而发挥了更多的聚光优势。组合式非强制散热系统采用的散热元器件，生产成本和运行成本都很低，同时还都具有多功能性，例如，隔热膜系同时也是增透膜系，既起着隔热作用，又起着提高组件聚光光伏电池片太阳光能接收率的作用。又如，铝合金散热翅片12同时也是新型低倍聚光光伏发电模块承力结构的一个组成部分，既起着散热作用，又起着承力作用。因此，组合式非强制散热系统的生产成本和运行成本都很低廉，对组件“聚光优势”的冲抵作用很轻微。与固定安装的光伏发电组件相比，照射到新型低倍聚光光伏发电模块聚光盖板表面的阳光，由于配套斜单轴自动跟踪装置带动的跟踪运动，而消除了大部分余弦效应损失，从而为提升新型低倍聚光光伏发电模块聚光光伏电池片的太阳光能接收率，创造好了外部条件。这就是自动跟踪给新型低倍聚光光伏发电模块带来的“跟踪优势”。阳光透过新型低倍聚光光伏发电模块的聚光盖板和光学空腔，大致均匀地照射到聚光光伏电池片的表面。这个过程中，由于增透一隔热膜系对有效波段阳光的减反射作用(即增透作用)，又由于玻璃基硅胶直线型菲涅尔透镜的高透光率特性，而显著地减少了有效波段阳光因反射、吸收等效应造成的损失。这就是新型低倍聚光光伏发电模块凭自身的优良性能而进一步提升聚光光伏电池片太阳光能接收率的过程。由于增透一隔热膜系3对红外光的增强反射作用，照射到新型低倍聚光光伏发电模块聚光盖板2表面的阳光，其中近半的红外光被反射到空中，未能透过聚光盖板到达聚光光伏电池片的表面。这就是增透一隔热膜系发挥隔热功能的过程。聚光光伏电池片上接收到的阳光，一部分转换为电能，经由引出导线输出，另一部分转化为热能，通过软性导热硅胶绝缘垫片11传导到铝合金下底板7中，然后通过铝合金翅片12以空气自然对流方式散入空气中。由于同时发挥了“跟踪优势”和“聚光优势”，又由于较好地控制了模块生产成本，所以本实用新型新型低倍聚光光伏发电模块可以实现更低的单位电量发电成本。据测算，在同样的建站条件下，利用本实用新型新型自动跟踪低倍聚光光伏发电模块建设的光伏发 电站，单位电量发电成本比固定安装的平板式晶体硅片光伏电池组件低20 25%。
权利要求1.一种新型低倍聚光光伏发电模块，它包括含玻璃板的聚光盖板、下底板和侧板围成的内光学空腔，以及设在下底板上面的光伏电池，其特征在于还包括 镀制在玻璃盖板(8)上表面的增透一隔热膜系(3)； 敷贴在玻璃板(8)下表面的菲涅尔透镜(6)； 衬垫于所述光伏电池(10)下面的软性导热硅胶绝缘垫片(11)； 与所述聚光光伏电池(10)下面的下底板(7)外面固定连接的铝合金翅片(12)。
2.根据权利要求1所述的新型低倍聚光光伏发电模块，其特征在于 所述的下底板(7)由铝合金制成截面为梯形槽。
3.根据权利要求1所述的新型低倍聚光光伏发电模块，其特征在于 所述光伏电池(10)设置于下底板(7)的梯形槽底面的定位槽(9)中。
4.根据权利要求1所述的新型低倍聚光光伏发电模块，其特征在于 所述的玻璃板(8)为钢化超白玻璃，透光率> 91%。
5.根据权利要求1所述的新型低倍聚光光伏发电模块，其特征在于 所述的增透一隔热膜系(3)既是隔热膜系，也是增透膜系，由I层或2层或多层折射率不同的化合物薄膜组成。
6.根据权利要求5所述的低倍聚光光伏发电模块,其特征在于 所述的化合物薄膜包括但不限于利用二氧化钛、二氧化硅、二氧化锆、三氧化二铝、氟化镁材料在玻璃板上镀制的膜层，其厚度为四分之一中心波长，其中心波长可在有效波段范围内设定。
7.根据权利要求1所述的新型低倍聚光光伏发电模块，其特征在于 所述的菲涅尔透镜(6)为玻璃基硅胶直线型菲涅尔透镜。
8.根据权利要求1或3所述的新型低倍聚光光伏发电模块，其特征在于 所述的光伏电池(10)为单晶硅聚光光伏电池，聚光倍数为6 —10倍，光电转换效率彡 23%。
9.根据权利要求1所述的新型低倍聚光光伏发电模块，其特征在于 所述的侧板(I)为铝合金制成。
专利摘要本实用新型公开了一种新型低倍聚光光伏发电模块，它包括含玻璃板的聚光盖板、下底板和侧板围成的内光学空腔，以及设在下底板上面的光伏电池片，其特征在于还包括镀制在玻璃盖板上表面的增透－隔热膜系；设在玻璃板下表面的菲涅尔透镜；衬垫于所述聚光光伏电池片下面的软性导热硅胶绝缘垫片；与所述聚光光伏电池片下面的下底板外面固定连接的铝合金翅片。该结构的新型低倍聚光光伏发电模块，利用增透－隔热膜系的增透功能和硅胶菲涅尔透镜的高透光性，来提升聚光光伏电池的太阳光能接收率；利用高效率聚光光伏电池片和低成本的组合散热系统来提升模块的光电转换效率。从而达到降低发电成本的目的。发电成本低，适用于太阳照射多的地区发电。
文档编号H01L31/052GK202839704SQ20122044917
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月5日 优先权日2012年9月5日
发明者杜阿青, 杜翔 申请人:广西天洋机电设备有限公司