專利名稱：一種低倍聚光的光伏組件的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于太陽能光伏發(fā)電技術領域，具體涉及太陽能聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術：
太陽能光伏發(fā)電技術是解決未來能源問題的必然途徑之一，但系統(tǒng)發(fā)電成本高和 原材料短缺是限制該技術迅速普及的兩個主要因素。太陽能聚光光伏發(fā)電(CPV)技術通過 采用廉價的聚光系統(tǒng)將太陽光會聚到面積很小的光接收器上，從而減小昂貴的電池芯片的 用量，是降低光伏發(fā)電系統(tǒng)總成本的一種有效途徑。聚光光伏系統(tǒng)通常由聚光系統(tǒng)、光接收器、散熱系統(tǒng)和背板組成，其核心為光接收 器和聚光系統(tǒng)。光接收器的核心為太陽能電池芯片。目前，商品化的太陽能電池主要包括娃基晶 片電池、薄膜電池和GaAs基高效電池。a-Si和CdTe基薄膜電池的轉(zhuǎn)換效率較低，但其生產(chǎn) 成本也較低，聚光方式不能有效降低系統(tǒng)發(fā)電總成本。Si基晶片電池，GaAs基單結(jié)和多結(jié) 疊層電池的轉(zhuǎn)換效率較高，但其生產(chǎn)成本也較高，需要高聚光率才能有效平衡電池芯片的 成本，而高聚光率需要高精度的聚光系統(tǒng)、太陽追蹤系統(tǒng)和高性能的散熱裝置，使附加成本 大幅上升，也不能有效降低系統(tǒng)發(fā)電總成本。CIGS薄膜電池具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率和較 低的生產(chǎn)成本，被廣泛應用于傳統(tǒng)的平板式太陽能光伏組件中。按照聚光率，通常把聚光系統(tǒng)分為低倍(1.5-100)、中倍(100-300)和高倍(> 300)聚光系統(tǒng)。按照聚光形式，通常分為點聚焦和線聚焦系統(tǒng)。聚光率與聚光形式之間的 關系為固定聚光系統(tǒng)的聚光率通常小于10 ；線聚光系統(tǒng)幾何聚光率一般在15-60 ；點聚光 系統(tǒng)的幾何聚光率通常小于500。低聚光系統(tǒng)的缺點在于聚光率不高，優(yōu)點在于對太陽追 蹤方面要求較低，因此可以大幅度降低太陽追蹤方面的成本；對散射輻射利用率較高，因此 低聚光系統(tǒng)適用于直接輻射不太好的地區(qū)，還能提高發(fā)電系統(tǒng)的冬季輸出；電池表面光線 均勻，可以提高電池的實際轉(zhuǎn)換效率。在工作過程中，影響電池芯片實際轉(zhuǎn)換效率的主要因素包括聚光率、電池溫度和 光強分布的均勻性。在溫度一定的情況下，電池的理想效率隨聚光率的增加而增加，這是因 為短路電流一般隨光強線性增加，開路電壓隨光強的對數(shù)增加，而填充因子在理想狀況下 隨開路電壓增加而增加。但是，聚光率的增加將產(chǎn)生以下幾個方面的負面影響(1)電池的工作溫度升高。在聚光率一定的情況下，工作溫度的升高會導致轉(zhuǎn)換效 率下降，將對散熱器的結(jié)構和性能提出較高的要求，以有效降低聚光電池的工作溫度。(2)電池表面光強分布不均勻度增加。在聚光率一定的情況下，光強分布不均勻?qū)?致電池表面的溫度和電流分布不均勻，引起開路電壓和轉(zhuǎn)換效率下降。(3)串聯(lián)電阻損耗增力Π。聚光率的增加引起電流密度增加，而串聯(lián)電阻損耗與電流 密度的平方成正比例，因而聚光率的增加引起串聯(lián)電阻損耗加大。此外，串聯(lián)電阻損耗的增 加也會引起器件工作溫度升高，導致轉(zhuǎn)換效率下降。因此，現(xiàn)有公開的太陽能聚光光伏系統(tǒng)未能通過電池芯片、聚光率、太陽追蹤和散
3熱系統(tǒng)的最佳組合，達到真正有效降低系統(tǒng)發(fā)電總成本的目的。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術的不足，本實用新型提供了 一種光電轉(zhuǎn)換效率高且生產(chǎn)成本低的低 倍聚光光伏組件。一種低倍聚光的光伏組件，包括背板、光接收器、聚光系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)，其中，所述的背板，用于固定所述的光接收器，包括基板和表面分割為若干周期單元的 金屬箔片，所述的周期單元之間相互絕緣；所述的金屬箔片通過絕緣導熱膠粘貼在所述的 基板上。其中，所述的基板由具有良好導熱性能的輕質(zhì)合金材料制成，優(yōu)選采用鋁合金或 銅合金材料；所述的金屬箔片通常采用銅箔材料，也可采用鋁箔等金屬箔材料，其厚度通常 為10-200um。本實用新型采用化學刻蝕法在金屬箔片的表面產(chǎn)生若干刻蝕線，刻蝕線將所 述的金屬箔片表面分割為若干周期單元，周期單元之間彼此絕緣；所述的絕緣導熱膠通常 采用摻有導熱微粒的環(huán)氧樹脂材料，也可采用其它具有絕緣導熱性能的材料。所述的光接收器，用于接收匯聚的太陽光，并把接收的太陽光轉(zhuǎn)換成電能，供給外 部負載，所述的光接收器包括若干個線性排布的不銹鋼基底的太陽能電池芯片，相鄰的太 陽能電池芯片通過所述的金屬箔片聯(lián)接形成串聯(lián)電路；所述的太陽能電池芯片通過導電膠 粘貼在所述的金屬箔片上，在所述的金屬箔片的每個周期單元內(nèi)粘貼一個所述的太陽能電 池芯片。其中，所述的光接收器中的所述的若干個太陽能電池芯片規(guī)格相同，所述的太陽 能電池芯片為硅基晶片電池、硅基薄膜電池、CdTe薄膜電池、CIGS薄膜電池、GaAs基單結(jié)太 陽能電池或者GaAs基多結(jié)太陽能電池，優(yōu)選CIGS基薄膜電池。所述的太陽能電池芯片的 正極為所述的不銹鋼基底，所述的不銹鋼基底的厚度為100-200um，優(yōu)選厚度為125um;所 述的太陽能電池芯片的負極為位于所述的太陽能電池芯片表面的兩個長邊的邊緣的金屬 匯流帶，便于與所述的金屬箔片連接。所述的匯流帶導電性能好且與所述的太陽能電池芯 片結(jié)合良好，不易脫落，因此，所述的匯流帶優(yōu)選鋁帶、銅帶或銦錫合金帶，所述的匯流帶厚 度為80-250um，寬度為l_3mm。所述的太陽能電池芯片的負極通過金屬導線與金屬箔片上 相鄰的周期單元聯(lián)接，形成串聯(lián)電路。所述的聚光系統(tǒng)，用于把入射的太陽光匯聚到線形光接收器表面，包括由線聚光 的條形透鏡、拋物槽和組合拋物面組合而成的線聚焦聚光器，以及用于支撐和固定所述的 線聚焦聚光器并封裝所述的光接收器的輔助元件。其中，線聚光的條形透鏡是最主要的聚 光器，拋物槽和組合拋物面用于增加接收角和提高電池表面光線分布的均勻度，由于提高 了對入射光的利用率和光線分布均勻度，從而提高了系統(tǒng)的實際輸出功率，節(jié)約了單位裝 機容量的占地面積。由于拋物槽和組合拋物面增加了光的接受角，降低了對太陽追蹤精度 的要求，因而采用廉價的單軸追蹤器即可滿足太陽追蹤的要求，降低了系統(tǒng)發(fā)電總成本。所述的散熱系統(tǒng)，用于降低所述的太陽能電池芯片的工作溫度，所述的散熱系統(tǒng) 由若干散熱翅組成，與所述的背板底部連接，以便及時對基板散熱；同時，由于所述的背板 部件，如基板、金屬箔片和絕緣導熱膠，均為熱的良導體，太陽能電池芯片在工作過程中 產(chǎn)生的熱量可以快速經(jīng)過所述的金屬箔片傳導到絕緣導熱膠，然后經(jīng)由基板傳導到散熱系統(tǒng)。因此，通過將所述的背板與所述的散熱系統(tǒng)直接連接，可以更好地對所述的太陽能電池 芯片進行冷卻，避免工作過程中光接收器的溫度過高導致轉(zhuǎn)換效率下降甚至引發(fā)事故。此外，本實用新型的低倍聚光的光伏組件中，充分考慮電池芯片實際轉(zhuǎn)換效率與 聚光率、電池溫度、光強分布均勻性、串聯(lián)電阻損耗之間的關系，在電池的實際轉(zhuǎn)換效率與 聚光率之間確立了最佳關系。這樣，光接收器的理想轉(zhuǎn)換效率與工作溫度、光線分布不均勻 度、串聯(lián)損耗之間達到最佳平衡，得到最大的實際光電轉(zhuǎn)換效率。由于在最佳聚光率下同時 實現(xiàn)了光接收器的高電池轉(zhuǎn)換效率和低溫度系數(shù)，所以還有助于降低整個系統(tǒng)的散熱難度 和散熱器成本，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)發(fā)電的總成本。本實用新型通過實驗研究 確定了每種電池達到最高轉(zhuǎn)換效率時所對應的最佳聚光率，并根據(jù)該結(jié)果為每種電池配備 相應的聚光系統(tǒng)，使其在最佳聚光條件下工作。在10-40倍聚光條件下，CIGS電池的理想 輸出功率、工作溫度、串聯(lián)損耗、光線分布均勻度之間達到較好的平衡，此時電池的光電轉(zhuǎn) 換效率最高可達到21. 1%。相對于現(xiàn)有技術，本實用新型具有以下有益的技術效果所述的光接收器中位于所述的金屬箔片上的不同周期單元內(nèi)的各不銹鋼基底的 太陽能電池芯片通過所述的金屬箔片聯(lián)接形成串聯(lián)電路，由于金屬箔片的橫截面積大，一 方面，作為串聯(lián)電路的導線，其導電面積大，可以降低太陽能電池芯片之間的串聯(lián)損耗；另 一方面，作為各電池芯片與基板之間的導熱介質(zhì)，其散熱面積大，可以把電池芯片在工作過 程產(chǎn)生的熱量快速傳導至散熱系統(tǒng)，避免電池芯片工作溫度過高。本實用新型中太陽能電 池芯片之間的連接簡單可靠，系統(tǒng)的散熱難度小；同時，本實用新型通過線聚光系統(tǒng)和二次 聚光器的組合，提高了對散射輻射的利用率，并提高了實際聚光率和光線分布均勻度，從而 降低了對太陽追蹤精度的要求，有效降低了系統(tǒng)的太陽追蹤成本；此外，本實用新型利用最 佳聚光條件把太陽光聚焦在低成本、高效率的光接收器上，使光接收器的理想轉(zhuǎn)換效率與 串聯(lián)損耗、器件工作溫度之間達到最佳平衡，獲得最大的光電轉(zhuǎn)換效率。綜合而言，本實用 新型的低倍聚光的光伏組件同時具有結(jié)構簡單、性能穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低和光電轉(zhuǎn)換效率高 等優(yōu)點。
圖1是本實用新型的低倍聚光光伏組件的橫斷面的示意圖；圖2是本實用新型中金屬箔片的表面結(jié)構示意圖；圖3是本實用新型中太陽能電池芯片的粘貼位置的示意圖；圖4是本實用新型中太陽能電池芯片與金屬箔片之間的連接方式的示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例來詳細闡述本實用新型，但本實用新型并不僅限于此。實施例1如圖1所示的低倍聚光光伏組件，包括背板101、光接收器102、聚光系統(tǒng)103和散 熱器104。背板101是由鋁合金基板、摻有導熱微粒的環(huán)氧樹脂和銅箔構成，其中，銅箔通過 環(huán)氧樹脂粘貼到鋁合金基板上。銅箔、環(huán)氧樹脂和鋁合金基板均為熱的良導體，能把銅箔上的熱量及時傳導到鋁合金基板，并通過鋁合金基板傳導到與背板101底座連接的散熱器 104，對電池進行冷卻，避免工作過程中光接收器的溫度過高導致轉(zhuǎn)換效率下降甚至引發(fā)事 故。散熱器104由多個散熱翅組成。如圖2所示，銅箔包括銅箔薄層201和刻蝕線202，銅箔的厚度為140um。本實用 新型采用化學刻蝕方法把銅箔的表面分割為若干周期單元，周期單元之間彼此絕緣。為簡 單起見，圖2、圖3、圖4只畫出銅箔上四個周期單元的結(jié)構示意圖，其它周期單元結(jié)構與此 相同，因為數(shù)量多，在附圖中不便全部畫出。光接收器102包括多個相同規(guī)格的太陽能電池芯片301，太陽能電池芯片301為 CIGS太陽能電池芯片，以不銹鋼為基底，基底厚度約為125um，其主要目的是為了便于導 熱。通過氣相沉積方法沉積在不銹鋼基底上的每片太陽能電池芯片301通過導電膠粘貼在 銅箔上由刻蝕線圍成的每個周期單元內(nèi)，如圖3所示。太陽能電池芯片301的負極為匯流 帶302、303，位于太陽能電池芯片301表面的兩個長邊的邊緣，其目的是為了方便和銅箔進 行聯(lián)接，同時減少對匯聚太陽光遮擋。匯流帶302、303的厚度為120um，寬度為3mm。太陽 能電池芯片301的正極為其自身的不銹鋼基底。光接收器102由多個相同規(guī)格的太陽能電池芯片301串聯(lián)而成，各太陽能電池芯 片301(A、B、C、D)呈線性排布，并通過金屬導線401把電池片的負極與銅箔連接起來，以此 實現(xiàn)電池片之間的串聯(lián)，聯(lián)接方法如圖4所示。本發(fā)明利用導電膠把太陽能電池芯片301的 正極(不銹鋼基底)粘貼在銅箔上，因此電池芯片的正極和銅箔的周期單元直接導通。把 每個太陽能電池芯片301的匯流帶302、303(負極)通過金屬導線401與銅箔上相鄰的周 期單元聯(lián)接，以此實現(xiàn)各太陽能電池芯片301之間的串聯(lián)。該串聯(lián)結(jié)構中，電池片間的連接 簡單可靠，電池片的串聯(lián)電阻小，電池片的串聯(lián)損耗低。聚光系統(tǒng)103包括由線聚光的條形透鏡、拋物槽和組合拋物面組合而成的線聚 焦聚光器，以及用于支撐和固定所述的線聚焦聚光器并封裝所述的光接收器的輔助元件， 其詳細結(jié)構未在附圖中示出，聚光系統(tǒng)103用于把入射的太陽光匯聚到線形光接收器表在20倍線聚焦的基礎上，CIGS電池的理想輸出功率、工作溫度、串聯(lián)損耗、光線分 布均勻度之間達到較好的平衡，此時電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高可達到21. 1%。通過拋物槽 和組合拋物面增加了光的接收角，提高了光線分布均勻度，降低了對太陽追蹤精度的要求， 因而采用廉價的單軸追蹤器即可滿足太陽追蹤的要求?？傊緦嵱眯滦驮谔岣吖怆娹D(zhuǎn)換 效率的同時，降低了系統(tǒng)的散熱成本和太陽追蹤成本，節(jié)約了單位裝機容量的占地面積，同 時降低了系統(tǒng)發(fā)電總成本。以上列舉的僅是本實用新型的若干具體實施例，但本實用新型并不限于此，可以 有許多變形，本領域的普通技術人員能從本實用新型公開的內(nèi)容直接導出或聯(lián)想到的所有 變形，均應認為是本實用新型的保護范圍。
權利要求一種低倍聚光的光伏組件，包括背板、光接收器、聚光系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)，其特征在于，所述的背板，包括基板和表面分割為若干周期單元的金屬箔片，所述的周期單元之間相互絕緣；所述的金屬箔片通過絕緣導熱膠粘貼在所述的基板上；所述的光接收器，包括若干個線性排布的不銹鋼基底的太陽能電池芯片，相鄰的太陽能電池芯片通過所述的金屬箔片聯(lián)接構成串聯(lián)電路；所述的太陽能電池芯片通過導電膠粘貼在所述的金屬箔片上，在所述的金屬箔片的每個周期單元內(nèi)粘貼一個所述的太陽能電池芯片；所述的聚光系統(tǒng)，包括由線聚光的條形透鏡、拋物槽和組合拋物面組合而成的線聚焦聚光器，以及用于支撐和固定所述的線聚焦聚光器并封裝所述的光接收器的輔助元件。
2.如權利要求1所述的低倍聚光的光伏組件，其特征在于所述的基板由鋁合金或銅 合金材料制成。
3.如權利要求1所述的低倍聚光的光伏組件，其特征在于，所述的金屬箔片的厚度為 10-200um。
4.如權利要求1所述的低倍聚光的光伏組件，其特征在于，所述的絕緣導熱膠為摻有 導熱微粒的環(huán)氧樹脂材料。
5.如權利要求1所述的低倍聚光的光伏組件，其特征在于，所述的太陽能電池芯片為 硅基晶片電池、硅基薄膜電池、CdTe薄膜電池、CIGS薄膜電池、GaAs基單結(jié)太陽能電池或者 GaAs基多結(jié)太陽能電池。
6.如權利要求1所述的低倍聚光的光伏組件，其特征在于，所述的太陽能電池芯片的 正極為所述的不銹鋼基底，負極為位于所述的太陽能電池芯片表面的兩個長邊的邊緣的金 屬匯流帶。
7.如權利要求1所述的低倍聚光的光伏組件，其特征在于所述的匯流帶為鋁帶、銅帶 或銦錫合金帶，所述的匯流帶厚度為80-250um，寬度為l_3mm。
8.如權利要求6或7所述的低倍聚光的光伏組件，其特征在于，所述的太陽能電池芯片 的負極通過金屬導線與金屬箔片上相鄰的周期單元聯(lián)接，形成串聯(lián)電路。
9.如權利要求1所述的低倍聚光的光伏組件，其特征在于所述的散熱系統(tǒng)與所述的 背板底部連接。
10.如權利要求1所述的低倍聚光的光伏組件，其特征在于所述的聚光系統(tǒng)的聚光率 為10-40倍，所述的太陽能電池芯片為CIGS電池。專利摘要本實用新型公開了一種低倍聚光的光伏組件，包括背板、光接收器和聚光系統(tǒng)，其中，背板包括基板和表面分布為若干相互絕緣的周期單元的金屬箔片，兩者通過絕緣導熱膠粘貼在一起；光接收器由若干個線性排布的不銹鋼基底的太陽能電池芯片串聯(lián)構成，并通過導電膠分別粘貼在金屬箔片上的若干周期單元內(nèi)，相鄰的太陽能電池芯片通過金屬箔片連接；聚光系統(tǒng)包括線聚光的條形透鏡、拋物槽、組合拋物面和輔助元件。利用本實用新型的光伏組件，可實現(xiàn)在最佳聚光條件把太陽光聚焦在低成本、高效率的光接收器上，獲得最大的光電轉(zhuǎn)換效率。本實用新型在降低串聯(lián)電阻的同時，降低了散熱和太陽追蹤的難度和成本，組件的加工方法簡單可靠，制作的組件性能穩(wěn)定。
文檔編號H02N6/00GK201733249SQ201020216330
公開日2011年2月2日 申請日期2010年6月3日 優(yōu)先權日2010年6月3日
發(fā)明者李學耕, 江祥華, 甄炯炯 申請人:普尼太陽能(杭州)有限公司