[发明专利]用于聚光太阳能板的交错开的光收集器

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求2009年9月4日提交的美国临时专利申请第61/094,168号的优先权，通过引用将该申请整体合并于此。

技术领域

本发明一般地涉及太阳能。更具体地，本发明涉及针对安装了跟踪器的太阳能系统、尤其是针对聚光式光伏系统降低风荷载和改进热耗散。

背景技术

聚光式光伏(CPV)系统是已知的，目前由包括Amonix、Concentrix和Sol3g的世界上多家公司生产。聚光式光伏系统基于如下思想：使用诸如透镜或面镜的光学器件制作太阳能模块，以大面积地收集光并将该光聚集到小光伏(PV)电池上，然后小光伏电池将该光转换成电。

该光学器件可以是在有或没有次级光学器件的情况下工作的菲涅耳透镜、卡塞格伦(cassegrain)光学器件、抛物面镜、光导太阳能光学器件或其它任何聚焦光学器件。为了能工作，所有这些光学系统都要求光应从某一指定方向入射；通常，入射角垂直于模块上表面，这被称作法向入射。为了维持光从太阳法向入射，CPV模块被某种类型的跟踪机构倾斜并定向，使得CPV模块面向太阳。该跟踪机构必须持续地调整CPV模块的位置以使得模块随着太阳掠过天空而跟随太阳。还有可能使用有源电光层改变光在CPV模块上的入射角，所述有源电光层被电子地控制并且改变光的入射角以使得光学器件能工作。

在使用跟踪器的传统CPV系统中，模块被排列成网格以覆盖大的面积。跟踪器可容纳200平方米量级的很大面积的模块。为了使所产生的能量最大化，模块被靠拢地包装在一起，彼此之间有小的间隙；这对于给定跟踪器使所采集的光最大化。然而，它对迎面而来的风来说是大而扁平的墙，该风可将可观的力施加到跟踪器上。因风或风荷载而产生的力对于任何太阳能跟踪系统来说是首要的设计考虑。例如，10米×10米跟踪器上的传统板对于以20米/秒迎面入射的风将经受因风产生的42千牛顿的力。由于跟踪器需要将板精确地定向为朝着太阳，其中在大多数情况下使入射阳光与板法向的偏离保持在小于0.1°以内，所以跟踪器不能大程度地弯曲或变形，因而必须由足够的钢制成以便足够硬以阻挡风。

在任何CPV系统中，大量光能聚集于PV电池。在市场上可获得的高效率电池具有约37％的转换效率，这意味着入射在电池上的光的37％被转换成电能。其余光的大部分被转换成热。因此，每产生一瓦可用电能，几乎产生1.7瓦的热。该热必须被耗散。PV电池性能随着温度的升高而降低，且过热可能导致模块的永久损坏，因此需要有效的热散发来使CPV工作。

某些系统采用主动冷却，这涉及到通过热交换器抽运水或其它热交换流体以从PV电池中去除热。然而，大多数系统采用被动冷却，其中热仅通过辐射和对流机构离开系统进入周围空气。热耗散的首要模式是对流；散发的热的辐射成分相比之下可忽略。对流是当空气分子与模块相接触、变热、然后从模块散开时发生的。

在基于菲涅耳透镜的和基于卡塞格伦光学器件的系统中，光学器件位于PV电池上方且PV电池处于模块的底部。PV电池一般安装在某种电介质衬底如氧化铝上，该电介质衬底又附着到热沉。模块的外壳经常被用作热沉。当模块面向正上方且PV电池处于外壳的底部时，加热了的空气上升并变得部分地被外壳截留。这导致低程度的空气循环并可能导致系统的过热。

将各模块间隔开并在它们之间留有间隙可解决风荷载高和热耗散差这两个问题。其有害后果是减小模块的光采集面积，从而降低总体效率。

因此，希望对太阳能模块的风荷载和热耗散方面进行改进。

发明内容