[发明专利]用于太阳辐射的被封装的开放式聚光器系统

说明书

本发明涉及一种用于太阳辐射的开放式聚光器系统，其包括凹面镜和设置在该凹面镜的焦点中的、由多个太阳能电池构成的光伏模块，其中光伏模块通过壳体来封装。在此，壳体构建为使得其至少在通过凹面镜反射的入射辐射的区域中具有透明盖，并且透明盖与光伏模块间隔，也就是说位于入射辐射的锥体中。

所提及的用于太阳辐射的开放式聚光器系统对于电能利用近来愈发重要。这种开放式聚光器系统尤其针对光伏应用而受关注，在这些应用中将高度聚集的太阳辐射聚焦到小的面上。在焦点中有连接成密封包装的光伏模块的多个太阳能电池。太阳能模块的面积在从平方厘米至几百平方厘米的量级中。将光聚集的一个可能性是，在相应定向的镜上将太阳辐射反射。在此可以将辐射聚集至超过1000倍。镜形成跟踪太阳位置的、大的开放式聚光器系统。例如可以使用大小为大约10cm²的抛物面镜，在其中心有密封包装的聚光器模块。自2006年起在Lajamanu发电站(北部地域)中安装有聚光器系统，其凹面镜具有129.7m²的面积并且光伏接收器具有0.235m²的面积(参见例如“Performance and reliability of multijunction III-V Modules for concentrator dish and central receiver application”、“Proceedings of the 4^th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion”(2006年在Waikoloa，Hawaii，USA(美国)))。太阳辐射在焦点中聚集500倍。

但是，在此必须保护模块免受天气影响，也就是说例如免受侵入的湿气和灰尘颗粒以及免受机械负荷譬如冰雹、降雨影响。因此，必须在前侧遮盖模块。为了将入射损耗保持小，封装部的材料必须具有尽可能高的透射特性和尽可能低的吸收特性和反射特性。传统的太阳能模块封装部通过使用透明浇注材料来实现，并且模块部分地以玻璃板(诸如硬化的、缺铁的白色玻璃)来遮盖。如在V.，Pérez，J.M.，Algora，C.，Alonso，J.所著的“Outdoor characterisation of GaAs solar cell under tilted light for its encapsulation inside optic concentrators”(Isofoton(西班牙)，第17界欧洲光伏太阳能大会，2001年，德国)中所描述的那样，例如PMMA聚甲基丙烯酸甲酯用作浇注材料。或者，模块以膜来层压(譬如乙烯-醋酸-乙烯酯(EVA)-热熔性粘合膜(Stollwerck，G.博士所著的“Kunstoffverkapselung für Solarmodule”，Bayer Polymers AG，Leobener聚合太阳能材料研讨会，德国，2003年)。然而这是如下应用：其中以未聚集的太阳辐射(1倍太阳光(1Sonne))或者微弱聚集的太阳光(至大约20倍太阳(20倍太阳光(20Sonnen))辐照平板模块。

在现有技术中还已知了如下聚光器系统，其中将透镜用于聚集太阳辐射。然而在这些应用中，模块通过透镜来封装，也就是说，其相应地为封闭式聚光器系统，其中模块和聚光器之间的空气隙被完全封装。因此，封装部并不位于带有高度聚集的太阳光的区域中。

在辐射例如通过10cm²和更大的的大凹面镜聚集的开放式聚光器系统中，面积从平方厘米至数百平方厘米的太阳能模块位于具有非常高的光强的区域中。该模块由多个太阳能电池构成，这些太阳能电池密封包装地在小的面上连接。该模块的结构类似于硅平板模块，只是在该聚光器模块的情况下面积明显较小并且该模块不是以1倍太阳光(1Sonne)而是以大约1000倍太阳光(1000Sonnen)来辐照。为了避免过热，该聚光器太阳能模块通常设置有非常有效的被动冷却器或者主动冷却器。

与封闭式聚光器系统相反，在开放式系统中光伏模块的封装部被聚集的太阳辐射透射。聚光器跟踪太阳，使得焦点在工作期间总是位于光伏电池上。在确定的条件下(例如在工作开始时、在早晨或者在跟踪系统的故障之后)，必须重新定向辐射锥体。为此，必须引导辐射锥体通过封装部的边缘。这意味着特别高的热负荷。

为了将系统的效率损耗保持小，必须保证太阳辐射通过封装部的高的透射率。此外，在封装部中吸收热量，这必须在构造和材料选择中予以关注。通过封装部应该尽可能地不提高镜面的遮蔽并且不中断光路。