技术领域

本发明涉及一种光伏发电组件，尤其涉及一种 非运动跟踪的管状低倍聚光光伏组件。 背景技术

太阳能作为一种可再生绿色能源具有广阔的发 展前景， 太阳能光伏发电已成为新能 源利用的一种重要方法。 太阳能光伏发电系统中， 光伏发电组件是实现光电转换的主要 器件， 也是占光伏发电系统中最大一部分成本的器件 。 目前的主流光伏模组均为板状光 伏模组， 其直接将光伏电池封装在玻璃板内， 通过接收正常辐照强度的太阳光线照射发 电。 一方面， 光伏模组的成本绝大部分来自光伏电池， 光伏电池成本很难再有大幅度降 低， 造成光伏系统成本居高不下； 另一方面， 板状光伏模组很容易受风力影响， 需要坚 固的金属支架予以固定， 成本较高。 此外， 光伏模组受光面后部会形成大块阴影区域， 严重影响到后部空间的采光， 也会阻碍光伏模组的安装。

聚光光伏组件采用光学聚光系统将正常太阳光 线汇聚一定倍数后照射到光伏电池组 件上进行发电， 这样可以节省大量光伏电池成本。 虽然通过聚光系统进行跟踪， 可使聚 光光伏组件获得较高的发电效率， 但因一般的聚光跟踪过程中需要加装运动跟踪 装置， 不仅增加了一部分成本， 并且由于运动跟踪装置制作、 安装、 运行过程中的实际精度与 系统要求存在一定偏差， 也会对系统运行的可靠性和效率产生不良影响 ； 此外， 通过光 学聚光系统聚光后光伏电池组件接收光照密度 大幅增加，为保持光伏电池组件发电效率， 散热量也随之急剧增大。有数据表明，光伏电 池温度每升高 C，发电效率下降 0.35%〜0.5% 左右， 因此需要额外增加散热装置， 才能保持光伏电池组件正常的发电效率； 另外， 透 射式聚光往往采用有机材料透镜如菲涅尔透镜 结构， 该菲涅尔透镜结构常采用聚烯烃材 料注压形成薄片， 有机材料暴晒在阳光中不可避免地产生老化、 透光率下降， 使聚光光 伏电池组件寿命及效率受到影响。

另外， 一般聚光光伏组件倍数较高（从七倍至一千多 倍）， 并且只能将接收到的直射 光及很少部分散射光汇聚到电池上， 无论菲涅尔透射式还是抛物面反射式结构， 经过这 类光学系统的散射光由于偏离设计聚光光轴角 度较大， 绝大部分散射光都无法到达光伏 电池组件表面； 在绝大部分地区， 特别是适合分布式布置光伏系统的市区， 太阳光线全 辐照中包含较多的散射光， 如果无法对散射光进行有效接收， 会对单位功率组件年发电 量产生较大影响， 导致整体年发电效率降低， 也增加了单位光伏电池组件的发电成本。

一般聚光光伏组件实施运动跟踪聚光发电，通 常包括单轴跟踪和双轴跟踪两种方式。 其中单轴跟踪例如东西轴向布置的南北方向的 太阳光高度方向跟踪 （聚光光伏组件绕东 西轴向旋转跟踪太阳光） 或南北轴向布置的东西方向上的太阳光方位方 向跟踪 （聚光光 伏组件绕南北轴向或极轴方式旋转跟踪太阳光 ）；双轴跟踪分别在南北方向及东西方向实 施跟踪， 将太阳光垂直入射于光伏电池组件上， 通常情况双轴跟踪比单轴跟踪的聚光倍 率要高， 但跟踪成本会增加不少。 无论是单轴跟踪还是双轴跟踪， 只要存在运动机构， 其长期在室外自然环境中的运行可靠性都存在 很大挑战。

管状结构的光伏组件具有很好的机械强度， 特别是透明玻璃管外壳具有重量轻、 成 本很低、密封性能优异、耐候性好、机械强度 大、 自支撑力强及使用寿命长等显著优点。

常见的聚光光伏组件采用钢材结构、 平板玻璃封装， 并实施单轴或多轴跟踪， 其均 存在上述诸多问题。 因此， 如何获得一种结构简单、 封装方便、 密封性能优异、 耐候性 好、 成本低、 机械强度大、 自支撑力强、 光伏电池组件使用量较少， 发电效率较高， 且 能够在安装位置及角度都固定的情况下全部接 收特定角度范围内的太阳光照及该角度范 围之外的部分太阳光照的一种聚光发电装置， 从而简化系统设计， 提高系统的可靠性， 实现非运动跟踪的聚光发电， 是本发明的主要工作。 发明内容

本发明的目的在于克服以上描述的传统平板光 伏组件使用的光伏电池较多， 钢架支 撑及封装成本较高， 易受风力影响， 安装不方便等问题； 以及传统聚光光伏组件结构复 杂， 制造成本高昂， 实施单轴或双轴的运动跟踪成本较高， 长期运行可靠性不高， 且传 统聚光光伏组件基本只能接收直射光等问题而 提供一种低倍聚光光伏组件。

本发明提供的一种低倍聚光光伏组件包括低倍 聚光系统、 光伏电池组件及与所述光 伏电池组件良好导热接触的散热装置； 其特征在于， 所述低倍聚光光伏组件具有两端封 闭的玻璃管外壳， 并且所述低倍聚光光伏组件可对较大角度范围 内的入射太阳光线实施 非运动跟踪， 以实施高效聚光发电。

非运动跟踪定义为当太阳光线的入射方向在特 定角度范围内变化时， 低倍聚光光伏 组件在不必采用类似旋转或俯仰等各种运动方 式的情况下， 就能高效地完成对太阳光线 的汇聚接收； 例如当太阳光线在与低倍聚光光伏组件中心轴 面相垂直的径向面内的分量 与低倍聚光光伏组件的法向量所成角度在 ±15°内， 入射至低倍聚光光伏组件窗口的太阳 光都能反射至光伏电池表面上， 无已入射至光伏组件窗口内的太阳光线逃逸出 光伏电池 表面的现象发生。 该特定角度范围定义为非运动跟踪 β值范围， 当太阳光线入射方向在 上述特定角度范围之外的部分角度范围时， 即非运动跟踪 β值范围之外的角度时， 低倍 聚光光伏组件能够在不必采用运动方式跟踪的 情况下较有效地完成对太阳光线的汇聚接 收； 例如当太阳光线在与低倍聚光光伏组件中心轴 面相垂直的径向面内的分量与低倍聚 光光伏组件的法向量所成角度在 ±15°外， 有部分入射至低倍聚光光伏组件窗口内的太阳 光线逃逸出光伏电池表面的现象发生， 但仍有大部分光线能被光伏电池接收； 所成角度 偏差越大， 发生太阳光线逃逸的现象越明显。

以传统的东西轴布置单轴跟踪一维线性聚光为 例， 定义传统槽式抛物面聚光光伏组 件绕东西轴向旋转需要跟踪的角度为 β， 本发明所述的 β值可具体为太阳光线投影至南 北垂面的光线向量与水平面法向量之间的夹角 ， 如单轴跟踪为南北轴布置， 则 β值可具 体为太阳光线投影至东西垂面的光线向量与水 平面法向量之间的夹角。 以聚光光伏组件 布置地点为北纬 40°为例， 根据时间累积计算， 一年中 10°〜70°的 β值范围内的光照时间 占全年光照时间的 80%以上； 根据太阳光线能量累积计算， 一年中 β值范围从 10°〜70° 之间的光照能量占全年光照量的 85%以上。 本发明的低倍聚光光伏组件可高效实现非运 动跟踪接收较大 β值范围（例如 10°〜70° )的入射太阳光线， 即本发明的低倍聚光光伏组 件的非运动跟踪 β值范围可以包含 10°~70°； 该非运动跟踪 β值范围如 10°~70°也描述为 低倍聚光系统的容差角度范围， 因低倍聚光系统通常设计成关于光学中心轴面 对称结构， 所以容差角度关于光学中心轴具有对称性， 故低倍聚光系统的容差角度为 ±30°， 入射光 线角度在该范围内时， 该低倍聚光光伏组件可高效完成低成本的聚光 光伏发电。

优选地， 所述低倍聚光光伏组件的非运动跟踪 β值范围角度差至少超过 20°， 或者所 述低倍聚光系统的容差角度范围大于 ±10°; 进一步优选地， 所述低倍聚光光伏组件的非 运动跟踪 β值范围角度差至少超过 30°，或者所述低倍聚光系统的容差角度范围� �于 ±15°。

进一步地， 所述低倍聚光光伏组件的玻璃管外壳长度超过 2.5米； 优选地， 所述低倍 聚光光伏组件的玻璃管外壳长度超过 5米，可充分利用玻璃管外壳的强度和自支撑� �力， 简化安装工序， 节省材料及人工成本， 同时尽量减少聚光光伏组件两端非有效利用部 分 在整体长度中所占的比例， 减少端部效应影响。 进一步地， 所述玻璃管外壳直径范围为 30毫米〜 200毫米。

优选地， 所述玻璃管外壳直径范围为 45毫米〜 150毫米， 在尽量获得较大受光面积 的同时， 可减小玻璃管外壳壁厚度， 以降低成本。

进一步地， 构成所述光伏电池组件的光伏电池为单晶硅电 池、 多晶硅电池、 碲化镉 电池或 CIGS薄膜太阳能电池等。

优选地， 所述光伏电池为采用标准通用材料和工艺制造 的单晶硅电池或多晶硅电池 或对上述两种电池进行切割或组合形成的仅仅 尺寸和引线不同的光伏电池， 以充分消化 利用现有光伏行业产能。

进一步地， 所述低倍聚光系统为低聚光倍率的复合抛物聚 光系统 （Compound Parabolic Collector, CPC), 其光学反射面布置在底部光伏电池组件侧面， 将一定角度范 围内的入射光有效反射到光伏电池表面实现聚 光。 光伏电池组件直接面对太阳光线入射 方向， 可不经光学系统反射就能直接接收相当高比例 的直射和散射光线， 从而提高聚光 光伏组件的光线利用率， 增加发电量。

优选地， 所述复合抛物聚光系统为一维复合抛物聚光系 统， 光伏电池左右两侧的光 学反射面沿所述玻璃管外壳轴向呈长条状布置 ， 在所述玻璃管外壳的圆周方向 （或叫作 直径方向） 聚光， 在所述玻璃管外壳的轴向方向不聚光， 实现一维的线性聚光， 其简单 可靠， 可获得较好的经济性和实用性。

进一步地， 所述复合抛物聚光系统的聚光倍率设计为 1.5〜3.5倍， 使之能够同时具备 降低光伏电池成本， 保持一定的光学容差角度， 以实现非运动跟踪聚光效果及降低散热 装置设计难度等优点。 其中聚光倍率定义为聚光光学系统的入口宽度 与光伏电池组件宽 度的比值， 过高的聚光倍数虽然能降低电池成本， 但一般情况下聚光倍率超过 3.5倍后， 电池成本的继续下降对系统成本的影响已经很 不明显， 而且较高倍数的聚光会对光伏电 池提出一些特殊要求，从而造成价格上升，同 时较高倍数的聚光光学系统容差角度很小， 一旦入射光线偏离设计聚光光轴的角度稍微大 一点（例如几度甚至零点几度）， 入射光线 就无法汇聚到电池上， 难以实现非运动跟踪的有效聚光； 同时， 解决较高倍数的聚光带 来的散热问题也会造成系统成本上升。

优选地， 所述复合抛物聚光系统的聚光倍率为 1.6〜2.5倍； 在该聚光倍率下采用普通 光伏电池材料及普通工艺生产的单晶或多晶硅 电池即可完全满足使用要求， 从而可大幅 度降低聚光光伏组件中的电池成本； 并且此时低倍聚光系统可以设计的容差角度范 围较 大， 例如 ±20°~±30。（低倍聚光光伏组件的非运动跟踪 β值范围角度差为 40°~60°)， 此范 围能够基本覆盖主要光照时间或光照能量范围 内太阳光线在高度方向的角度变化区间， 可获得较好的非运动跟踪的有效聚光效果， 同时散热良好， 因此整体系统的成本较低。

优选地， 对所述复合抛物聚光系统的光学抛物反射面进 行优化设计， 即， 采用一个 以上的平面反射镜面形成的多折平面组合反射 镜面拟合替代， 使汇聚到光伏电池上的光 线不至于过分集中， 分布较为均勾， 达到较好的勾光效果， 保护光伏电池免受损伤， 提 高发电效率。

优选地，所述多折平面组合反射镜面由一个以 上的平面玻璃镜片拼接 (例如粘接)形成， 其结构简单、 强度高、 制作成本较低并且具有很好的反射率。

进一步地， 所述平面反射镜面具有镜前反射膜层， 例如所述平面玻璃镜片具有镜前 反射膜层， 其可减少太阳光透射吸收， 保护反射镜基体， 并提高反射率， 减少由于镜体 厚度造成的漏光，增加光伏电池组件接收到的 反射光线，提高光伏电池组件的发电效率。

进一步地， 由于太阳光线入射角度在高度角度方向变化范 围较小， 在东西方位角度 方向变化较大， 所述低倍聚光光伏组件整体东西轴方向安装， 例如固定布置， 并且所述 低倍聚光光伏组件的光学中心轴面与东西方向 垂直面形成一定的倾斜角度， 使光伏电池 组件受光面向阳， 例如在北半球向南侧斜上方布置， 在南半球向北侧斜上方布置， 对高 度角度范围实施非运动跟踪聚光， 以便接收更多的太阳光辐射， 使全年累计光照接收数 值或全年累计发电量达到最优化。

进一步地， 所述低倍聚光光伏组件的光学中心轴面与东西 方向垂直面形成的角度接 近当地纬度角度。

进一步地， 所述低倍聚光光伏组件的光学中心轴面与东西 方向垂直面形成的角度范 围为当地纬度角度值加 5°和减 10°之间。

进一步地， 所述玻璃管外壳的两个端头位置或靠近两个端 头位置的管壁上包括两个 引出电极， 所述两个引出电极从所述玻璃管外壳的两个端 头位置或靠近两个端头位置的 管壁上引出。

进一步地， 一个以上的所述低倍聚光光伏组件平行阵列布 置， 形成串联、 并联或串 并联的组串连接方式， 即一个以上的所述低倍聚光光伏组件平行阵列 布置， 以串联、 并 联或串并联的组串连接方式形成一种低倍聚光 光伏组件阵列， 在此组串连接方式 （即所 述阵列） 中， 所述低倍聚光光伏组件的相邻端部由所述引出 电极直接连接， 连接电缆的 尺寸很短， 可以节省光伏发电系统的连接电缆成本。

进一步地， 所述光伏电池组件搭接， 互相遮住汇流母线， 提高汇聚光线利用率， 提 高发电效率。

进一步地， 所述散热装置为热导率良好的材料制成， 例如铝片， 该铝片与所述电池 组件形成良好的导热接触， 如将铝片紧贴布置于光伏电池组件背部， 其延伸部分布置于 玻璃管外壳不受光部分的内壁面上， 将光伏电池热量有效扩散传递到玻璃管外壳壁 上。

本发明还提供一种低倍聚光光伏组件阵列， 其由上述的一个以上的所述低倍聚光光 伏组件平行阵列布置， 以串联、 并联或串并联的组串连接方式形成， 所述低倍聚光光伏 组件的相邻端部由所述引出电极直接连接。 附图说明

图 1为低倍聚光光伏组件的横截面结构的示意图� �

图 2为低倍聚光光伏组件散射光线接收示意图；

图 3为低倍聚光光伏组件的内部结构示意图；

图 4-1和图 4-2为聚光系统对光伏电池组件勾光的影响对比 示意图；

图 5为低倍聚光光伏组件的光伏电池组件搭接示� �图；

图 6本发明的低倍聚光光伏组件的光伏电池组件� �联的连接方式示意图；

图 7-1为低倍聚光光伏组件东西轴非运动跟踪倾斜 角度布置结构示意图；

图 7-2为图 7-1的局部放大示意图；

图 8-1为低倍聚光光伏组件阵列第一例的结构示意 图；

图 8-2为低倍聚光光伏组件阵列第二例的结构示意 图。 具体实施方式

图 1为低倍聚光光伏组件的横截面结构的示意图� � 如图 1所示， 本发明中的低倍聚 光光伏组件包括低倍聚光系统，例如一维低倍 聚光系统 102、光伏电池组件 103及布置于 光伏电池组件 103背部的与光伏电池组件 103具有良好导热接触的散热装置， 例如散热 铝片 104; 所述低倍聚光光伏组件具有玻璃管外壳 101。 以传统的东西轴布置单轴跟踪一 维线性聚光为例，定义传统槽式抛物面聚光光 伏组件绕东西轴向旋转需要跟踪的角度为 β， 本发明所述的 β值可具体为太阳光线投影至南北垂面的光线� ��量与水平面法向量之间的 夹角， 如单轴跟踪为南北轴布置， 则 β值可具体为太阳光线投影至东西垂面的光线� ��量 与水平面法向量之间的夹角。 以聚光光伏组件布置地点为北纬 40°为例， 根据时间累计， 10°〜70°的 β值范围的光照时间占全年光照时间的 80%以上； 根据太阳光线能量累积， β 值范围在 10°〜70°之间的光照能量占全年光照量的 85%以上。本发明的低倍聚光光伏组件 可高效实现非运动跟踪接收较大 β值范围（例如 10°〜70°)的入射太阳光线， 即本发明的 低倍聚光光伏组件的非运动跟踪 β值范围可以包含 10°〜70°； 该非运动跟踪 β值范围如 10°〜70°也可描述为低倍聚光系统的容差角度� ��围， 因低倍聚光系统设计成关于光学中心 轴对称结构， 所以容差角度关于光学中心轴具有对称性， 故低倍聚光系统的容差角度为 ±30°， 在该角度范围内， 该低倍聚光光伏组件可高效完成低成本的聚光 光伏发电。

一维低倍聚光系统 102对称地分布于光伏电池组件 103的两侧， 散热铝片 104与所 述光伏电池组件 103具有良好的导热接触， 如将散热铝片 104紧贴布置于光伏电池组件 103背部，其延伸部分布置于玻璃管外壳 101不受光部分的内壁面上，将光伏电池热量有 效扩散传递到玻璃管外壳 101壁上以达到冷却效果。 具体地， 玻璃管外壳 101两端密封 成为密闭结构， 其透光率高， 自支撑强度好， 成本低， 使用寿命长， 可良好的隔绝外界 环境对内部器件（一维低倍聚光系统 102、光伏电池组件 103及散热装置等）的影响及破 坏。

进一步地， 所述低倍聚光光伏组件的玻璃管外壳 101长度超过 2.5米； 优选地， 所述 低倍聚光光伏组件的玻璃管外壳 101长度超过 5米， 可充分利用玻璃管外壳 101的强度 和自支撑能力， 简化安装工序， 节省材料及人工成本， 同时尽量减少聚光光伏组件两端 非有效利用部分在整体长度中所占的比例， 降低端部效应影响， 进一步降低成本。 由于 玻璃管外壳 101 的壁厚与直径有一定关系， 一般管径越大壁厚越厚， 为控制壁厚， 节省 材料， 所述玻璃管外壳 101的直径范围为 30毫米〜 200毫米； 优选地， 所述玻璃管外壳 101的直径范围为 45毫米〜 150毫米， 在尽量获得较大受光面积的同时， 减小玻璃管外 壳 101壁厚，尽量控制壁厚在 3毫米以内，优选在 2毫米甚至 1.5毫米以内，以降低成本。

图 2为低倍聚光光伏组件散射光线接收示意图。 如图 2所示， 玻璃管外壳 201的内 部布置有低倍聚光系统 202，所述低倍聚光系统 202可以为低聚光倍率的复合抛物聚光系 统 （Compound Parabolic Collector, CPC), 所述低倍聚光系统 202的光学反射面布置在 底部光伏电池组件 203两侧， 其能将一定角度范围内的全部入射光高效反射 到光伏电池 表面实现聚光， 该角度范围称为低倍聚光系统的容差角度范围 。 光伏电池组件 203直接 面对太阳光线入射方向， 可不经光学系统反射就能接收相当高比例的直 射光线和散射光 线， 提高低倍聚光光伏组件的光线利用率， 增加发电量。 图 2中的复合抛物聚光系统能 将非运动跟踪 β值范围差为 60° (即低倍聚光系统的容差角度范围为 ±30° )范围内的各角 度太阳光线全部有效的反射至光伏电池组件 203受光面。 假定散射光线具备各向同性， 即太阳散射光线入射至光伏电池组件 203的角度从 0〜180°的可能性是均等的， 且低倍聚 光光伏组件能有效接收容差角度为 ±30°的太阳光， 则光伏电池组件 203接收的散射光至 少为入射至聚光系统开口的散射光的 33%。 而实际的太阳散射光线角度与直射光入射角 度成一定的高斯分布， 并非严格的入射角度上的各向同性分布， 绝大部分能量的散射光 的角度均在接近直射太阳光线角度的一定角度 范围内。 而本发明的低倍聚光系统具有较 大的光学容差角度 （例如 ±30°)， 在此角度范围内的光线 （无论直射光还是散射光）均可 以被有效接收并进行高效发电。 如此可以推论在多云天气， 散射量较多情况下， 本发明 的低倍聚光光伏组件能有效接收密度较高的散 射光线进行发电； 而一般聚光光伏组件由 于容差角很小（通常小于几度甚至零点几度） ， 只能靠运动跟踪接收直射光及很少部分散 射光， 无论菲涅尔透射式还是抛物面反射式结构， 只要经过这类光学系统的散射光由于 偏离设计聚光光轴角度稍大， 绝大部分散射光就无法到达光伏电池组件表面 。 在绝大部 分地区， 特别是分布式布置的市区， 太阳光线全辐照中包含较多的散射光， 对散射光的 极少量接收将会对单位功率模组年发电量影响 较大， 降低了整体年发电效率， 也增加了 单位光伏电池组件的发电成本。

图 3为低倍聚光光伏组件的内部结构示意图。 如图 3所示， 低倍聚光光伏组件内部 结构包括光伏电池组件 303及复合抛物聚光系统 302。所述复合抛物聚光系统 302为一维 复合抛物聚光系统； 光伏电池组件 303左右两侧的光学反射面沿玻璃管外壳轴向呈 长条 状布置， 在玻璃管外壳的圆周方向 （或叫作直径方向） 聚光， 在玻璃管外壳的轴向方向 不聚光， 实现一维的线性聚光， 获得较好的经济性和实用性。 优选地， 所述复合抛物聚 光系统 302可以为采用多个平面玻璃镜片顺次呈角度拼 接 (例如粘结)形成的多折平面镜， 其结构简单， 制作成本较低， 具有较好的聚光效果； 平面玻璃镜片具有镜前反射膜层， 可减少太阳光的透射， 提高反射镜的反射率， 减少通过玻璃板厚度断面处的漏光， 增加 光伏电池组件接收到的反射光线， 提高光伏电池组件的发电效率。

图 4-1和图 4-2为聚光系统对光伏电池组件勾光的影响对比 示意图。 如图 4-1所示， 入射至玻璃管外壳内部的太阳光经过光伏电池 组件 403两侧对称布置的聚光系统 411的 汇集， 反射至光伏电池组件 403进行发电。 所述聚光系统 411的聚光倍率设计为 1.5~3.5 倍， 可同时降低光伏电池成本、 又能保持一定的光学容差角度及降低散热装置 的设计难 度。 其中聚光倍率定义为聚光光学系统的入口宽度 比光伏电池组件宽度得到的倍数； 过 高的聚光倍数虽然能降低电池成本，但一般情 况下聚光倍率超过 3.5倍后， 电池成本的进 一步下降对系统成本的影响已经很不明显， 而且较高倍的聚光会对光伏电池提出一些特 殊要求， 从而造成价格上升； 同时较高倍数的聚光光学系统容差角度很小， 难以实现非 运动跟踪聚光， 较高倍数聚光带来的散热问题也会造成系统成 本上升。 优选地， 所述聚 光系统 411的聚光倍率为 1.6~2.5倍；在该聚光倍率下采用普通光伏电池� �料及标准工艺 生产的单晶硅或多晶硅电池即可完全满足使用 要求， 聚光光伏组件中的电池成本已经有 大幅度的下降 (可下降 40%〜60%) ， 同时该倍率聚光系统的容差角度范围较大（有 可能实 现 ±15°〜±30°)， 此范围能够基本覆盖主要光照时间或光照能量 范围内太阳光线在高度方 向的角度变化区间，从而可获得较好的非运动 跟踪聚光效果， 同时散热良好，成本较低。

优选地， 所述聚光系统 411 为复合抛物聚光系统， 并且对所述复合抛物聚光系统的 光学抛物反射面进行优化设计， 即采用一个以上的平面反射镜面形成的多折平 面组合反 射镜面拟合替代， 使汇聚到光伏电池上的光线不至于过分集中， 分布较为均勾， 达到较 好的勾光效果， 保护光伏电池免受损伤， 提高发电效率。 从图 4-1 可以看出， 经过平面 反射镜面形成的某角度入射光线反射至光伏电 池组件 403面上的宽度为 dl _; 其入射至光 伏电池组件 403的光线为平行入射光线。图 4-2显示复合抛物聚光面进行精确会聚情况， 相同光线入射至相同位置的复合抛物聚光面 412上， 在光伏电池组件 403上接收的光线 宽度为 d2， 很明显 d2小于 dl。 图 4-2中光伏电池组件 403接收的是一个会聚的光线， 焦斑很小， 对光伏电池组件 403的散热是一个巨大的考验， 且光伏电池组件 403对非均 勾的太阳光吸收效果并不好， 会造成局部电池温度过高， 形成亮斑， 使电池失效甚至将 光伏电池组件 403变成负载， 输出功率不稳定且大幅减小。

图 5为低倍聚光光伏组件的光伏电池组件搭接示� �图。 如图 5所示， 所述光伏电池 组件 503-1与光伏电池组件 503-2倾斜搭接， 互相遮住汇流母线 509， 提高汇聚光线利用 率， 提高发电效率。进一步地， 构成所述光伏电池组件 503-1或光伏电池组件 503-2的光 伏电池为单晶硅电池、 多晶硅电池、 碲化镉电池或 CIGS 薄膜太阳能电池； 优选地， 所 述光伏电池为采用标准通用材料和工艺制造的 单晶硅电池或多晶硅电池或对上述两种电 池进行切割或组合形成的仅仅尺寸和汇流引线 不同的光伏电池， 以充分消化利用现有光 伏行业产能。 图 6为低倍聚光光伏组件的光伏电池组件串联的� �接方式示意图。 如图 6所示， 光 伏电池组件包括多个光伏电池组件单元 613，各光伏电池组件单元 613对应的散热装置之 间绝缘布置。 光伏电池组件单元 613包括光伏电池 603和与光伏电池 603良好导热接触 的散热铝片 604; 散热铝片 604紧贴布置于玻璃管外壳的内部； 各散热装置之间绝缘， 各 自固定布置在玻璃管内壁进行散热， 因此可以不必考虑各光伏电池 603与其对应的散热 装置之间的电绝缘问题， 降低成本简化工艺， 改善散热效果； 各光伏电池组件单元 613 之间通过连接结构 608实现光伏电池组件单元 613之间的电连接。

图 7-1 为低倍聚光光伏组件东西轴非运动跟踪倾斜角 度布置结构示意图。 如图 7-1 所示，低倍聚光光伏组件包括低倍聚光系统 702、光伏电池组件 703及布置于光伏电池组 件 703背部的散热装置， 例如散热铝片 704。 所述低倍聚光光伏组件布置于玻璃管外壳 701内部， 光伏电池组件 703两侧对称布置低倍聚光系统 702， 散热铝片 704紧贴置于光 伏电池组件 703的背部，并固定于低倍聚光系统 702下部的不受光部分的玻璃管外壳 701 内壁。 进一步地， 由于太阳光线入射角度在高度角度方向变化范 围较小， 在东西方位角 度方向变化较大， 所以对高度角度方向进行非运动跟踪聚光效果 较好， 所述低倍聚光光 伏组件轴线沿东西方向固定布置， 并且使低倍聚光系统光学中心面与东西垂面呈 一定倾 斜角度， 此角度可常年固定， 简单可靠； 也可以根据不同季节太阳高度的不同进行周期 性调节 （例如一年调整一至三次， 在各调整时间点之间， 此角度固定不变， 所述组件非 运动跟踪聚光发电）， 进一步提高聚光发电效果。 总体使光伏电池组件平面向阳布置， 例 如在北半球向南侧斜上方布置， 在南半球向北侧斜上方布置， 以便接收更多的太阳光辐 射， 使辐射面积达到最优化。 优选地， 所述低倍聚光光伏组件的光学中心轴面与东西 方 向垂直面所形成的角度接近当地纬度角度。优 选地，所述角度范围为当地纬度角度值加 5° 和减 10°， 并实施非运动跟踪接收太阳光。 以北纬 40°附近的内蒙古巴拉贡地区为例： 光 伏电池组件轴线沿东西方向上固定， 并且低倍聚光光伏组件的光学中心轴面与东西 方向 垂直面所形成的角度（或光伏电池平面与水平 面的夹角）接近当地纬度角度 40°布置， 或 者所述角度范围为当地纬度角度值加 5°和减 10°， 即所成角度 30°~45°布置， 并实施非运 动跟踪接收太阳光。 以内蒙古巴拉贡地区的光伏电池组件东西轴布 置为例： 聚光光学系 统的开口宽度为光伏电池宽度的 1.85倍， 则反射式聚光光学系统的最高光学倍数为 1.85 倍 （其中光伏电池组件宽度 30.8mm， 上部光学开口宽度 57mm)， 此聚光光伏组件的光 伏电池与水平面的倾斜角度分别为 20°、 25°、 30°、 35°、 40°、 45°及 50°几种情况； 将此 地区全年实际直射光 （DNI ) 的光照数据进行统计， 不同角度下， 相同光伏电池面积 (30.8mm* 1000mm等于 0.0308平方米）的低倍聚光光伏组件的年发电量 分别为 10.36kwh、 11.50kwh、 12.30kwh、 12.85kwh、 12.79kwh、 12.18kwh及 11.34kwh。 综上可知， 光伏电 池平面与水平面夹角接近当地纬度角度或为当 地纬度角度加 5°至减 10°范围时， 可以获 得较为理想的年发电量。 假定光伏电池组件发电效率为 0.18， 散射光发电量不计， 具有 所述低倍聚光系统的光伏电池组件的发电量与 相同光伏电池面积的平板光伏电池组件的 发电量如表 1所示 （光伏电池组件平面与水平面所成倾斜角度 35°)。 由表 1可以看出， 具有所述低倍聚光光学系统的光伏电池组件的 发电量要明显多于普通的平板光伏电池组 件的发电量。 另外， 由于光伏电池组件被封装于玻璃管外壳内， 可减少光伏电池组件的 封装的成本， 延长光伏电池组件的使用寿命。

表 1为北纬 40°内蒙古巴拉贡地区，不同月份的低倍聚光� �统的光伏电池组件的单位 发电量和相同光伏电池面积 （1平方米） 平板光伏电池组件的单位发电量数据， 其中光伏 电池组件平面与水平面的倾斜角度均为 35°， 发电效率均取 0.18计算。

从表 1中可以看出， 当低倍聚光系统的聚光倍率为 1.85时 （其中聚光倍率为聚光光 学系统的开口宽度比光伏电池组件宽度得到的 倍数），光伏电池面积为 lm ² 的低倍聚光光 伏组件利用太阳光直辐射的年发电量为 414.36kwh，而相同面积的平板光伏电池组件年发 电量为 243.19kwh。 宽度为 A的低倍聚光光伏电池组件全年累计直辐射获� �的发电量为 宽度为 1.85A的平板光伏电池总发电量的 0.927倍；例如在光伏电池组件平面与水平面的 倾斜角度相同的情况下， 低倍聚光光伏电池组件的宽度 A为 30.8mm， 则该低倍聚光光 伏电池组件单位面积 （30.8mm* 1000mm) 的年发电量为 12.85Kwh; 宽度为 1.85A的平 板光伏电池宽度为 57mm， 则该平板光伏电池单位面积 （57mm* 1000mm) 的年发电量为 13.86kwh。 则低倍聚光光伏电池组件接收太阳光转化成电 量的能力为相同宽度或相同面 积的平板光伏电池接收太阳光转化成电量的能 力的 0.927倍，两者差别不大，但成本会有 较大差距， 所述低倍聚光光伏组件具有很强市场竞争力。

具有不同聚光倍率聚光系统的光伏电池组件每 年接收太阳光线的发电量与相同面积 的平板光伏电池组件接收太阳光线的发电量如 表 2所示； 其中聚光系统的聚光倍率分别 为 1.85、 2禾 Π 2.2; 低倍聚光系统的开口尺寸相同， 均为 57mm， 不同聚光倍率对应的光 伏电池组件的宽度分别为 30.8mm、 28.5mm和 25.4mm， 组件长度均为 1000mm 。

表 2为北纬 40°内蒙古巴拉贡地区，不同月份的不同聚光� �率的聚光系统的光伏电池 组件的单位发电量和同面积平板光伏电池组件 的单位发电量数据； 其中， 低倍聚光光伏 组件的光学中心轴面与东西方向垂直面的角度 为 30°，平板光伏电池组件平面与水平面成 30°， 发电效率均取 0.18。

从表 2中可以看见， 聚光倍率越高， 对应的聚光光伏组件的年发电量越少； 而聚光 倍率较低时， 获得的单位长度的聚光光伏组件年发电量较高 ； 优选地， 所述聚光倍率为 1.6-2.5倍； 该聚光倍率下采用普通光伏电池材料及工艺生 产的单晶硅电池或多晶硅电池 即可完全满足使用要求， 此时， 聚光光伏组件中的电池成本已经有大幅度下降 ， 同时该 倍率下的聚光系统的容差角度范围较大， 例如 ±30°， 此角度范围能够基本覆盖全年主要 光照时间或光照能量范围内太阳光线在高度方 向的角度变化区间， 从而可获得较好的非 运动跟踪聚光效果， 同时散热良好， 成本很低。 另外， 光伏电池的标称效率是在标准光 照条件下测量获得的， 实际应用过程中， 正常光照强度一般低于标准光照强度， 特别是 适合分布式安装的城市光照强度绝大部分时间 都远低于标准光照强度， 在低光照强度下 的实际电池效率要比标准光照条件下的标称效 率低一些， 而比标准光照强度适当高一些 的光照强度条件下的实际电池效率要比标称效 率高一些。 本发明所述的低倍聚光光伏组 件提供的 1.5〜3.5倍， 特别是 1.6〜2.5倍的聚光效果， 正好可以将普遍低于标准光照的正 常光照强度汇聚提升至超过标准光照强度的合 适水平， 又不会在普通光照强度很好 （达 到标准光照强度） 时由于汇聚倍率过高造成电池损坏， 能够使光伏电池始终工作在达到 和超过标称转换效率的状态， 提高系统发电效率。

图 7-2为图 7-1的局部放大示意图。 如图 7-2所示， 所述平面反射镜面具有镜前反射 膜层， 其能减少太阳光透射吸收， 保护反射镜基体， 并提高反射率， 减少由于镜体厚度 造成的漏光， 增加光伏电池接收到的反射光线， 提高光伏电池组件的发电效率。 图中入 射光线经过所述聚光系统的多个平面玻璃镜片 的连接处， 因为平面反射镜面的镜前反射 膜层将光线反射成 c光线， c光线最终可以到达光伏电池组件表面； 而利用平面反射镜面 的镜后反射膜层会穿过平面玻璃镜片的连接缝 隙变成光线 d，而无法到达光伏电池组件表 面。 相同光线入射靠近光伏电池组件的平面玻璃镜 片时经过平面玻璃镜片的镜前反射膜 层可以将光线反射成 f光线， 从而到达伏电池组件表面； 而经过平面玻璃镜片的镜后反 射膜层则将光线反射成光线 e，入射至光伏电池组件的背部，致使光伏电� �组件接收不到 此部分太阳光线。

图 8-1为低倍聚光光伏组件阵列第一例结构示意图 。如图 8-1所示，所述玻璃管外壳 的两个端头位置或靠近两个端头位置的管壁上 包括两个引出电极； 并且， 所述低倍聚光 光伏组件的两个引出电极分别从所述玻璃管外 壳 801 的两个端头位置或靠近两个端头位 置的管壁上的电极处引出电源线 808和电源线 809。

进一步地， 一个以上的所述低倍聚光光伏组件平行阵列布 置， 以串联、 并联或串并 联的组串连接方式形成阵列， 在此组串连接方式形成的阵列中， 从相邻所述低倍聚光光 伏组件的相邻端部引出的电极直接连接， 其尺寸很短， 可以节省光伏发电系统的连接电 缆成本。 具体实施例为， 每个低倍聚光光伏组件的玻璃管外壳 801的长度为 5m， 外径为 70mm, 玻璃管外壳厚度 2mm _; 每两个低倍聚光光伏组件形成一个 U型结构， 每两个 U 型结构只需 0.2m的自带电缆连接， 每 10个 U型结构组成一个完整的低倍聚光光伏组件 阵列； 多个类似的低倍聚光光伏组件并列汇流至总线 上， 实施小量电缆线的电量输送。

图 8-2为低倍聚光光伏组件阵列第二例的结构示意 图。如图 8-2所示，每两个以上的 低倍聚光光伏组件串联布置， 两组以上串联布置的相同低倍聚光光伏组件相 互并联组成 阵列单元， 多个相同的阵列单元相互并联将光伏电池产生 的电能共同输送系统外部。

显而易见， 在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下， 在此描述的本发明可以有 许多变化。 因此， 所有对于本领域技术人员来说显而易见的改变 ， 都应包括在本权利要 求书所涵盖的范围之内。 本发明所要求保护的范围仅由所述的权利要求 书进行限定。