[发明专利]光导太阳能模块及其制造方法和由其制成的电池板

说明书

技术领域

本发明涉及集中式光伏太阳能电池板，更具体地说，涉及光导集中式光伏(LG-CPV)太阳能模块，并且涉及由这种模块制成的太阳能电池板。

背景技术

具有排列在直接暴露到阳光下的大的表面积范围内的光伏(PV)电池的太阳能电池板组件是已知的。然而，光伏电池的材料是昂贵的，并且已经在寻求减少太阳能电池板中所需要的光伏电池材料的量的解决方案。这些解决方案之一是利用诸如透镜和反射镜的聚光光学元件，以在由相应较小的光伏电池所占据的较小的表面区域上集中太阳光。假设全部聚光光学元件具有非零焦距，它们导致集中式光伏(CPV)模块通常比它们的非集中式对应物笨重。这种笨重性不仅在CPV模块的处理方面是不利的，而且在材料成本方面也是不利的。通过降低光伏电池的大小，得到不太笨重的CPV模块的同时保持相同的集中系数是可能的；但是，将光伏电池切割成更小的电池增加了模块的复杂性和成本。

代替地，目前的CPV模块通常需要将聚光光学元件固定在复杂的结构外壳中，以将所有元件保持在合适的位置。这就必然要增加CPV模块的重量和成本，并且导致更严格的运送要求以减少组装后的CPV模块破损的风险，或要求将CPV模块分离地运送到它们的目的地，从而在接收目的地处需要装配时间和精力。在这方面，参考EP2077586和EP2194584，其中菲涅耳透镜将光聚焦在光学部件上，该光学部件混合光而不改变太阳光的方向，并且该光学部件稍微地增加受光角。

使用光纤和分支波导的太阳能集中器已经被公开，其使用基于TIR的平直光导(或波导)来进一步降低总体尺寸。它们没有说明辅助光学元件，该辅助光学元件用于改变太阳光的方向，并且进一步将太阳光集中到光伏(PV)电池上，以提高效率、增加集中度并且允许相对于波导对齐光伏电池。在这方面，参考美国专利3,780,722和美国专利6,730,840。

近年来更多的进展集中在紧凑型光导(波导)TIR基太阳能集中器上，其中TIR波导被光学耦合以更薄、更紧凑和更容易制造，从而耦合和组装收集、重定向和聚焦光学元件。在这方面，参照John Paul Morgan的WO2008/131561、Ghosh的WO2009/035986和WO2009/063416。在这些专利中，光学效率取决几个光学元件之间的相对位置，并且这些专利没有说明用于保持并且对齐所有这些部件的解决方案。

因此，需要进一步改善最新的紧凑型CPV模块。

发明内容

本发明教导了一种光伏光导太阳能集中装置，其具有偏转层、光学地耦合到偏转层的光导层、辅助光学部件和光伏电池。

在一个方面中，本发明的实施例提供

一种光伏光导太阳能集中装置，具有在操作中平行于入射太阳光的中心光轴，该光伏光导太阳能集中装置包括：能够暴露到入射太阳光的偏转层，该偏转层包括多个聚焦元件，所述多个聚焦元件相对于中心光轴对称地布置；光耦合到所述多个聚焦元件的光导层，该光导层包括反射面和相对于中心光轴对称地布置的多个相对的面，从偏转层进入光导层的聚焦太阳光由反射面和所述相对的面转向和捕获，并且在光导层的内部通过全内反射被引导朝向出口孔；辅助光学部件，所述辅助光学部件相对于中心光轴同轴地定位并且耦合到光导层，所述辅助光学部件具有至少一个反射面，所述辅助光学部件用于朝向出口孔重新定向所述太阳光；光伏电池，所述光伏电池定位在出口孔处并且在中心光轴上，用于通过界面接收来自辅助光学部件的在相对于中心光轴的受光角内的太阳光；散热片，热连接到光伏电池，以接收由通过辅助光学元件投射在光伏电池上的集中的太阳光所产生的热量。

在某些实施例中，辅助光学部件的反射面是全反射表面。

在某些实施例中，辅助光学部件反射面是抛物面。

在一些实施例中，辅助光学部件的反射面是复合抛物面型集中器的一部分。

在某些实施例中，辅助光学部件的反射面是涂层镜面。

在某些实施例中，辅助光学部件的反射面是自由曲面。

在一些实施例中，辅助光学部件是由太阳光透光材料制成的固体部件，并且包括入射面。

在某些实施例中，辅助光学部件包括非圆形出射面。

在一些实施例中，光耦合元件定位在光导层和辅助光学部件之间。

在一些实施例，光耦合元件包括相对于辅助光学部件和光导层中的一个定位光耦合元件的锁闩。

在某些实施例中，托盘固定偏转层和光导层之一。

在一些实施例中，托盘保持光伏电池。