[发明专利]多棱镜折射式聚光跟踪一体化太阳电池组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种多棱镜折射式聚光跟踪一体化太阳电池组件，属于光伏聚光技术领域。

背景技术

聚光光伏系统是利用透镜或反射镜将太阳光汇聚到太阳电池上，用比较便宜的聚光器来部分代替昂贵的太阳电池，从而减少给定功率所需的太阳能电池面积，一直以来作为降低光伏发电成本的途径之一而备受关注。聚光系统结构种类较多，根据聚光形式的不同可分为线聚光系统和点聚光系统。对于线性聚光来说，著名的有西班牙EUCLIDES系统，德国的Fraunhofer太阳能系统研究所(ISE)的BICON系统等。对于点聚光系统来说，美国的AMONIX公司，西班牙的Isofoton公司等都有产品已经商业化。

西班牙的EUCLIDES系统所使用的聚光电池为垂直多结电池。该种结构的优点是增大了结面积，使得载流子在p-n结附近产生，增加了载流子的收集率。

德国Fraunhofer ISE开发的BICON聚光系统采用抛物面镜将阳光汇聚到接受器上，通过加装二次聚光器(Compound Parabolic concentrator，CPC)可以实现300倍的高聚光比。接受器由背面线接触硅电池(rear-line-contacted concentrator cells，RLCC cell)与六个PMMA(polymethyl methacrylate)制成的CPC透镜和和散热装置共同组成，其中RLCC电池在100个聚光太阳条件下可实现25％的最高效率，CPC二次透镜最大接受角为±23.5°，当入射角为0°时可实现83％的光学效率。

美国的AMONIX公司的高效率点聚光硅太阳电池发电系统(简称IHCPV系统)的采用250倍菲涅耳透镜聚光，使10mm²点接触绒面高效硅太阳电池的光电转换效率高达25％～27％，并成功地建造了输出功率高达5kw的聚光硅太阳电池组件单元和单机功率为25kw的集成光伏发电系统单元

西班牙Isofoton公司的平板微型点聚光太阳电池组件采用了新型的聚光透镜，该聚光透镜包括一个初级透镜和一个二次光学透镜组成，其中初级透镜基于透射、全内反射、折射和非球面透镜原理制成，能够达到菲涅耳透镜所不能达到的小焦距，大的接受角。这样就使得整个透镜组焦距很小，最终使封装后的组件仅有3cm左右的厚度，同时具有大于1°的接受角。

对于聚光系统，怎样跟踪太阳，使其在任何季节任何时刻都可以最大量捕捉到辐照达到聚光效果是设计的关键。上述的典型聚光系统都需要另外配备单轴或双轴跟踪装置，此外，也有部分专利介绍了新型聚光系统设计与概念，可以采用免传动部件的太阳跟踪方式。

目前聚光系统普遍存在两个问题：首先，跟踪构件未与太阳电池组件及聚光器集成在一起，现场安装与调试复杂，且需要旋转聚光太阳电池组件以跟踪太阳，不适合与一般民用建筑斜面屋顶结合；其次，对于点聚集或线聚焦系统，在太阳跟踪失效时，易出现局部温度过高而损坏太阳电池组件情况。

发明内容

本发明的提出了聚光器、太阳跟踪装置一体化的太阳电池组件方案，通过旋转与移动棱镜组可以达到较好的聚光与跟踪太阳的效果。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

多棱镜折射式聚光跟踪一体化太阳电池组件，由多个太阳电池串，多个聚光器和跟踪系统组成；所述太阳电池组件安装在四周由铝或耐候塑料型材组成的边框结构中；所述多个太阳电池串按照一定的间隔分布于太阳电池组件的背板上，在每个间隔处放置聚光器，所述聚光器平行太阳电池串；所述跟踪系统为设置在边框的弧形槽轨；所述聚光器为棱镜组；所述棱镜组通过两个支柱安装在边框的弧形槽轨上，使棱镜组与太阳电池组件之间留有一定的距离，所述支柱底端在弧形槽轨中沿着设定轨迹移动，从而带动棱镜组转动，以跟踪太阳辐照；所述棱镜组的长度比太阳电池串长度两端每端长0.5-3倍太阳电池串宽度的距离；并且所述棱镜组与太阳电池组件倾角为安装地点纬度±6°。

前述的太阳电池串有6-12个。

前述的太阳电池串之间的间隔为太阳电池串宽度的0.5-2倍。

前述的棱镜组由2-10个正三角形棱镜或直角三角形棱镜组成。

前述的棱镜组由2-10个正三角形棱镜组成。

前述的棱镜组棱镜采用PMMA或低铁玻璃做成。

前述的正三角形棱镜组与太阳电池组件之间的距离关系为：

h＝b×tg(30°)，

其中，h为棱镜组与太阳电池组件之间的距离，b为太阳电池串的宽度。

前述的设定轨迹通过如下方式获得：