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Patent Searching and Data


Title:
TUBULAR TRACKING CONCENTRATION PHOTOVOLTAIC MODULE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/018132
Kind Code:
A1
Abstract:
A tubular tracking concentration photovoltaic module, comprising a concentration system (102), a photovoltaic battery pack (103), and a heat dissipation device (104) in good heat conduction contact with the photovoltaic battery pack (103); characterized in that, the tubular tracking concentration photovoltaic module (103) has a glass tube shell (101) having two closed ends, and the concentration photovoltaic battery pack (103) conducts tracking with a light-receiving surface facing the sun so as to implement efficient concentration power generation. The tubular tracking concentration photovoltaic module has low cost, good sealing property and weatherability, high mechanical strength, strong self-supporting force and long service life.

Inventors:
LIU QINGYUN (CN)
Application Number:
PCT/CN2013/085658
Publication Date:
February 12, 2015
Filing Date:
October 22, 2013
Export Citation:
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Assignee:
LIU QINGYUN (CN)
International Classes:
H01L31/048; H01L31/052; H02J7/00
Foreign References:
CN102589159A2012-07-18
CN102080882A2011-06-01
Attorney, Agent or Firm:
LEADER PATENT & TRADEMARK FIRM (CN)
北京同立钧成知识产权代理有限公司 (CN)
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Claims:
权利 要 求

1. 一种管状跟踪聚光光伏组件, 包括聚光系统、 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, 所述管状跟踪聚光光伏组件具有两端封闭的 玻璃管外壳, 并且所述管状跟踪聚光光伏电池组件实施受光面面向阳光跟踪, 以实施高 效聚光发电。

2. 根据权利要求 1所述的一种管状跟踪聚光光伏组件, 其特征在于, 所述玻璃管外 壳长度超过 2.5米。

3. 根据权利要求 1或 2所述的一种管状跟踪聚光光伏组件, 其特征在于, 所述玻璃 管外壳长度超过 5米。

4. 根据权利要求 1或 2所述的一种管状跟踪聚光光伏组件, 其特征在于, 所述玻璃 管外壳直径范围为 45毫米〜 150毫米。

5. 根据权利要求 1所述的一种管状跟踪聚光光伏组件, 其特征在于, 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。

6. 根据权利要求 5所述的一种管状跟踪聚光光伏组件, 其特征在于, 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。

7. 根据权利要求 1所述的一种管状跟踪聚光光伏组件, 其特征在于, 所述聚光系统 为低聚光倍率的复合抛物聚光系统。

8. 根据权利要求 7所述的一种管状跟踪聚光光伏组件, 其特征在于, 所述复合抛物 聚光系统为一维复合抛物聚光系统, 可实现一维的线性聚光。

9. 根据权利要求 7所述的一种管状跟踪聚光光伏组件, 其特征在于, 所述复合抛物 聚光系统的聚光倍率为 2.5~5倍。

10. 根据权利要求 7所述的一种管状跟踪聚光光伏组件,其特征在于,所述复合抛物 聚光系统的光学抛物反射面为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。

11. 根据权利要求 10所述的一种管状跟踪聚光光伏组件, 其特征在于, 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形成。

12. 根据权利要求 10所述的一种管状跟踪聚光光伏组件, 其特征在于, 所述平面反 射镜面具有镜前反射膜层。

13. 根据权利要求 1所述的一种管状跟踪聚光光伏组件,其特征在于,所述管状跟踪 聚光光伏组件的光伏电池组件受光面向阳布置, 整体南北轴方向布置, 实施东西方向跟 踪太阳光线。

14. 根据权利要求 1所述的一种管状跟踪聚光光伏组件,其特征在于,所述管状跟踪 聚光光伏组件受光面向阳布置,且玻璃管外壳的旋转轴线与水平面成当地纬度角度布置。

15. 根据权利要求 1所述的一种管状跟踪聚光光伏组件,其特征在于,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。

16. 根据权利要求 15所述的一种管状跟踪聚光光伏组件, 其特征在于, 所述引出电 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。

17. 根据权利要求 1所述的一种管状跟踪聚光光伏组件,其特征在于,一个以上的所 述管状跟踪聚光光伏组件平行阵列布置, 并联跟踪驱动。

18. 根据权利要求 15所述的一种管状跟踪聚光光伏组件, 其特征在于, 一个以上的 所述管状跟踪聚光光伏组件平行阵列布置, 形成串联或并联或串并联的组串连接方式, 所述管状跟踪聚光光伏组件的相邻端部由所述引出电极直接连接。

19. 根据权利要求 1所述的一种管状跟踪聚光光伏组件,其特征在于,所述光伏电池 组件互相遮住汇流母线。

20. 根据权利要求 1所示的一种管状跟踪聚光光伏组件,其特征在于,所述光伏电池 组件包括多个光伏电池单元, 各光伏单元底部的散热装置之间绝缘布置。

21. 根据权利要求 1所述的一种管状跟踪聚光光伏组件,其特征在于,所述散热装置 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能受光部分的内壁面上。

22. —种管状跟踪聚光光伏组件阵列,其特征在于, 由权利要求 1所述的一个以上的 管状跟踪聚光光伏组件平行阵列布置, 并联跟踪驱动形成。

23. —种管状跟踪聚光光伏组件阵列, 其特征在于, 由权利要求 15所述的一个以上 的管状跟踪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, 所述管状跟踪聚光光伏组件的相邻端部由所述引出电极直接连接。

Description:
一种管状跟踪聚光光伏组件

技术领域

本发明涉及一种光伏发电组件,尤其涉及一种 可跟踪太阳光线的管状聚光光伏组件。 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, 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, 其可以节省大量电池成本。 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, 太阳光线经聚光系统 聚光后, 光伏电池组件接收的光照密度大幅增加, 为保持光伏电池组件发电效率, 必须 增加光伏电池组件的散热量。 有数据表明, 光伏电池温度每升高 rc, 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, 影响聚光光伏电池组件的寿命及效率。

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, 经过这类聚光系统的散射光 由于偏离聚光光轴角度较大, 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。

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 本低、 密封性能优异、 耐候性好、 自支撑力强及使用寿命长等优点。 发明内容

本发明目的在于克服以上描述的传统平板光伏 组件使用的电池较多, 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 种管状跟踪聚光光伏组件。

本发明提供的一种管状跟踪聚光光伏组件包括 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, 所述管状跟踪聚光光伏组件具有两 端封闭的玻璃管外壳, 并且所述管状跟踪聚光光伏组件实施受光面面 向阳光跟踪, 以实 施高效聚光发电。

以传统的南北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 件绕南北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东 西垂面的光线向量与水平面法向量之间的夹角 (如单轴跟踪为东西轴布置, 则 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)。

进一步地, 所述管状跟踪聚光光伏组件的玻璃管外壳长度 超过 2.5米; 优选地, 所述 管状跟踪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形成聚光效果; 光伏电池组件直接面对太阳光线入射方向, 可不经聚光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, 从而提高本聚光 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 2.5〜5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, 降低散热装置设计难度, 实施高效接收 太阳光线等优点, 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。 较高的聚光倍数虽然能降低电池成本, 但较高倍的聚光会对光伏电池提出一些特 殊要求, 一般情况下聚光超过 5倍后, 电池成本的继续下降对系统成本的影响已经不 明 显, 同时较高倍数的聚光光学系统容差角度很小。

优选地, 所述复合抛物聚光系统的聚光倍率为 2.5〜3.5倍; 在该聚光倍率下采用光伏 电池材料及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。该聚光系统仍具有 较好的跟踪容差性,具有很好的聚光效果, 同时散热良好, 系统的整体成本降低。

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, 所述管状跟踪聚光光伏组件的光伏电池组件受 光面向阳布置, 且所述管 状跟踪聚光光伏组件南北轴方向布置, 实施东西方向跟踪太阳光线。

进一步地, 所述管状跟踪聚光光伏组件受光面向阳布置, 且玻璃管外壳的旋转轴线 与水平面成一定角度布置, 例如在北半球高纬度区域, 呈南北轴方向固定, 且呈南低北 高布置。

进一步地, 所述管状跟踪聚光光伏组件的玻璃管外壳的旋 转轴线与水平面成当地纬 度角度布置 (极轴布置), 例如在北半球高纬度区域, 呈南北轴方向固定, 且呈南低北高布 置。

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, 一个以上的所述管状跟踪聚光光伏组件平行阵 列布置, 形成串联或并联 或串并联的组串连接方式, 即一个以上的所述管状跟踪聚光光伏组件平行 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,所述管状跟踪聚光光伏 组件的相邻端部由所述引出电极直接连接, 其尺寸很短, 可以节省光伏发电系统的连接电缆成本。

进一步地, 将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, 该铝片与所述光伏 电池组件具有良好的导热接触, 如铝片紧贴布置于光伏电池组件背部, 铝片的延伸部分 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到玻璃管外壳壁上。

本发明还提供一种管状跟踪聚光光伏组件阵列 , 由上述的一个以上的管状跟踪聚光 光伏组件平行阵列布置, 并联跟踪驱动形成。

本发明还提供一种管状跟踪聚光光伏组件阵列 , 由上述的一个以上的管状跟踪聚光 光伏组件平行布置, 以串联、 并联或串并联的组串连接方式形成, 所述管状跟踪聚光光 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为管状跟踪聚光光伏组件的横截面结构的示 图; 图 2为管状跟踪聚光光伏组件散射光线接收示意 ;

图 3为管状跟踪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为管状跟踪聚光光伏组件的光伏电池组件搭 示意图;

图 6为管状跟踪聚光光伏组件的光伏电池组件串 连接的示意图;

图 7-1为管状跟踪聚光光伏组件南北轴方向呈角度 布置结构示意图;

图 7-2为图 7-1的主视方向结构示意图;

图 7-3为图 7-2的局部放大示意图;

图 8为管状跟踪聚光光伏组件阵列统一旋转结构 意图;

图 9-1为管状跟踪聚光光伏组件阵列第一例结构示 意图;

图 9-2为管状跟踪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为管状跟踪聚光光伏组件的横截面结构的示 图。 如图 1所示, 本发明中的管 状跟踪聚光光伏组件包括聚光系统,例如一维 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 良好导热接触的散热装置, 例如散热铝片 104; 所述管状跟踪聚光光伏组件具有玻璃管外壳 101 ; 以传统的南北轴布置单轴跟踪一 维线性聚光为例, 定义传统槽式抛物面聚光光伏组件绕南北轴方 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东西垂面的光线 量与水平面法向量 之间的夹角 (如单轴跟踪为东西轴布置, 则 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)。

一维聚光系统 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 良好导热接触, 如散热铝片 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到玻 璃管外壳 101内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, 所述管状跟踪聚光光伏组件的玻璃管外壳 101长度超过 2.5米; 优选地, 所述管状跟踪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, 减小玻璃管外壳壁 厚度, 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为管状跟踪聚光光伏组件散射光线接收示意 。 如图 2所示, 玻璃管外壳 201 的内部布置有聚光系统 202, 所述聚光系统 202 可以为复合抛物聚光系统 (Compound Parabolic Collector, CPC系统), 所述复合抛物聚光系统可以为低聚光倍率的复 合抛物聚 光系统。 聚光系统 202的光学反射面布置在光伏电池组件 203两侧, 其能将一定角度范 围内的入射光全部反射到光伏电池表面, 达到聚光效果, 该角度范围称为聚光系统 202 的容差角度范围 (即, 因跟踪精度或其他原因造成未直接入射至光伏 电池组件表面的部分 太阳光线的入射角度若在该角度范围内, 可经过一次或大于一次的反射后将这部分太阳 光重新入射至光伏电池组件表面), 光伏电池组件直接面对太阳光线入射方向, 可不经聚 光光学系统的反射就能接收相当高比例的直射 光线和散射光线, 提高管状跟踪聚光光伏 组件的光线利用率, 增加发电量。 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。 而本发明的聚光系统实施太阳光线精确跟踪, 直射 光及大部分的散射光线均可被有效接收并进行 高效发电, 如此可以推论在散射光线较多 的情况下, 本发明的管状跟踪聚光光伏组件也能有效接收 密度较高的散射光线, 进行发 电。 在大部分地区, 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, 对散射光的极少量接收将会对单位功率模组的 年发电量影响较大, 整体上 降低了年发电效率, 也增加了单位光伏电池组件的发电成本。

图 3为管状跟踪聚光光伏组件的内部结构示意图 如图 3所示, 管状跟踪聚光光伏 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, 平面玻璃镜为镜前反射膜层, 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 2.5~5 倍, 可降低光伏电池成本, 保持一定的光学容差角度, 降低散热装置设计难度等。 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; 过高的聚光倍率虽然 能降低电池成本, 但较高倍的聚光会对光伏电池提出一些特殊要 求, 同时较高倍数的聚 光光学系统容差角度很小, 一般情况下聚光倍率超过 5倍后, 电池成本的下降对系统成 本的影响已经不明显, 此外, 为解决较高倍数聚光带来的散热问题, 需增加性能较好的 散热装置,从而造成系统成本上升。优选地, 所述聚光系统 411的聚光倍率为 2.5〜3.5倍; 在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 , 同时散热良好, 聚光 光伏组件的成本较低。 另外, 光伏电池的标称效率是在标准光照条件下测量 获得的光伏 电池发电效率, 在实际应用过程中, 正常光照强度一般低于标准光照强度, 特别是在适 合分布式安装光伏系统的城市, 绝大部分时间的光照强度都远低于标准光照强 度, 光伏 电池在低于标准光照强度下的实际发电效率要 比标准光照条件下的标称效率低一些, 而 在比标准光照强度适当高一些的光照强度条件 下的实际发电效率要比标称效率高一些。 本发明所述管状跟踪聚光光伏组件提供的 2.5〜5倍, 特别是 2.5〜3.5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, 在 普通光照强度很好 (达到标准光照强度) 时不会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,提高聚光光伏组件的发电效率。

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顺次呈角度粘 结形成的 多折平面反射镜面拟合替代, 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, 某角度入射光线经平面反射镜面反射至光伏电 池组件上的宽度为 dl, 其入射至光伏电池 组件的光线为平行入射光线。 图 4-2 显示复合抛物聚光系统的光学抛物反射面进行 精确 会聚情况, 相同角度的光线入射至相同位置的复合抛物聚 光系统的光学抛物反射面 412 上, 经光学抛物反射面反射至光伏电池组件 403, 在光伏电池组件 403上形成的宽度为 d2, 很明显 d2小于 dl, 光伏电池组件 403接收的是一个会聚的光线, 焦斑很小, 在光伏 电池组件 403 的较小面积内会产生较多的热量, 这对光伏电池组件的散热是一个巨大的 考验; 且光伏电池组件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变成负载, 输出功率不稳定且大幅减小。

图 5为管状跟踪聚光光伏组件的光伏电池组件搭 示意图。 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 的利用率,提高发电效率。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。 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是本发明的管状跟踪聚光光伏组件的光伏电 组件串联连接的示意图。 当光伏 电池组件为由多个光伏电池单元形成的串联组 合结构时, 各串联单元沿所述玻璃管外壳 长度方向排布。 如图 6所示, 光伏电池组件包括多个光伏电池单元, 各单元底部的散热 装置之间绝缘布置。 所述光伏电池单元包括光伏电池 603和散热铝片 604, 光伏电池 603 的上部为负极, 下部为正极, 例如光伏电池 603与散热铝片 604非绝缘, 即散热铝片 604 为正极。 所述散热铝片 604与下一个光伏电池单元的光伏电池 613的上部通过连接结构 608连接,按照此方式布置光伏电池组件中的各 光伏电池单元,使光伏电池组件的各光伏 电池单元之间串联, 电能由光伏电池组件两端输出。

图 7-1为管状跟踪聚光光伏组件南北轴方向呈角度 布置的结构示意图。如图 7-1所示, 管状跟踪聚光光伏组件 720包括玻璃管外壳 713、 玻璃管外壳 713两端布置的密封接头 714 及中间位置布置的光伏电池组件 711。 所述管状跟踪聚光光伏组件的光伏电池组件 711受光面向阳布置,且管状跟踪聚光光伏组件 整体呈南北轴方向布置, 实施东西方向的 太阳光线跟踪, 且玻璃管外壳 713 的旋转轴线与水平面成一定角度布置, 例如在北半球 高纬度区域, 呈南北轴方向固定, 且呈南低北高布置。 优选地, 管状跟踪聚光光伏组件 的玻璃管外壳 713 的旋转轴线与水平面夹角成当地纬度角度布置 , 此时管状跟踪聚光光 伏组件的跟踪能与时角具有同步性; 例如当天的时角 ω (时角 ω是当地时间、 经度和时 差的函数, 随着时间勾速变化, 每小时勾速变化 15 ° ), 即跟踪角度 β值从数值上等于时 角 ω, 每小时需要旋转 15°, 自东向西旋转。

图 7-2为图 7-1的主视方向结构示意图。 如图 7-2所示, 图中显示的是管状跟踪聚光 光伏组件旋转到某一个瞬间的状态, 对管状跟踪聚光光伏组件的复合抛物聚光系统 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顺次呈角度粘 结形成的多 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。 图中还显示了光伏电池组件的宽度为 Α, 聚光光伏系 统的宽度为 3.5Α,此时该管状跟踪聚光光伏组件的聚光倍 为 3.5,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, 同时散热良好, 成本很低, 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, 在普通光照强 度很好 (达到标准光照强度) 时不会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, 提高聚光光伏组件的发电效率。

图 7-3为图 7-2的局部放大示意图。 如图 7-3所示, 所述平面反射镜面(具体为平面 玻璃镜片) 具有镜前反射膜层, 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, 增加光伏电池接收到的反射光线, 提高光伏电池组 件的发电效率。 如图 7-3 所示, 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 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 线反射成光线 f,入射至光伏电池组件表面, 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, 致使光伏电池组件接收不到此部分太阳光线。

图 8是本发明的管状跟踪聚光光伏组件阵列统一 转结构示意图。 如图 8所示, 该 实施例的阵列包括若干个管状跟踪聚光光伏组 件,各组件平行阵列布置,并联跟踪驱动, 例如管状跟踪聚光光伏组件的组数为 6组, 即管状跟踪聚光光伏组件 821〜管状跟踪聚光 光伏组件 823。该多个阵列的管状跟踪聚光光伏组件整体 呈水平东西布置或水平南北轴布 置或南北轴倾斜角度布置, 优选为南北轴倾斜角度为当地纬度角度, 且向阳布置。 图中 显示以南北轴倾斜当地纬度角度向阳布置为例 , 所述管状跟踪聚光光伏组件 821〜管状聚 光光伏组件 823平行布置于同一旋转支架上, 绕同一个旋转中心轴 807旋转, 实施太阳 光线追踪, 将入射的太阳光转化为电能并输出。 该管状跟踪聚光光伏组件阵列设置在驱 动装置的驱动下, 各个管状跟踪聚光光伏组件绕自身的中心旋转 轴旋转。 这种统一跟踪 实施方式, 可简化跟踪机构, 降低跟踪成本。

图 9-1为管状跟踪聚光光伏组件阵列第一例结构示 意图。如图 9-1所示,所述管状跟 踪聚光光伏组件的两个电极分别从所述玻璃管 外壳 901 的两端头位置或靠近两个端头位 置的管壁上引出电源线 908和电源线 909。进一步地,一个以上的所述管状跟踪聚光 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, 所述管状跟踪聚 光光伏组件的相邻端部由所述电极直接连接, 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, 每个管状跟踪聚光光伏发电组件的玻璃管外壳 901 的长度 为 5m, 外径为 70mm, 玻璃管外壳厚度为 2mm; 每两个管状跟踪聚光光伏发电组件形成 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 完整的管状跟踪聚光光伏发电组件阵列; 多个类似的管状跟踪聚光光伏发电组件并列汇 流总线上, 实施小量电缆线的电量输送。

图 9-2为管状跟踪聚光光伏组件阵列第二例的结构 示意图。如图 9-2所示,每两个以 上的管状跟踪聚光光伏发电组件串联布置, 两组以上相同串联布置的管状跟踪聚光光伏 发电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 共同输送至系统外部。

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。