技术领域

本发明涉及一种管状光伏电池组件， 尤其涉及通过多倍聚光、 可靠封装及高散热效 果来降低成本、 提高使用寿命及发电效率的光伏电池组件。 背景技术

在众多发电方式中， 太阳能光伏发电是新能源和可再生能源中最具 技术含量和发展 前途的方式之一， 目前市场化的平板太阳能光伏电池组件是将玻 璃、 光伏电池、 导线、 接线装置、 粘结材料等组合形成一个整体结构， 在太阳光的照射下将光能转化为电能的 装置。 然而， 该种平板太阳能光伏电池组件采取直接太阳光 照射的方式， 由于正常的光 照功率密度较低， 因此其所需组件电池数量较多， 电能转换的单位功率成本较高； 鉴于 此， 为了使用较少的电池得到较多的电能而发展出 了太阳能聚光光伏系统（Concentrating Photovoltaic-CPV), 例如现有技术中的一种太阳能聚光光伏系统为 ： 通过在电池单元上 部布置的菲涅尔反射镜，将入射的太阳光以 20倍以上的聚光倍数聚集于小面积的电池单 元上， 从而减少电池使用量， 降低成本； 但是， 由于聚光倍数导致的光照强度增加， 电 池单元的温度会急剧上升， 这反而降低了电能转换效率， 并且通常设计方案的这些聚光 光学系统成本较高、 运行较为复杂， 影响了 CPV技术的推广。

传统的光伏电池组件的加工制作采用层压 （加压和抽真空） 的工艺。 通过层压机， 在一定温度、 压力和时间的作用下， 将粘结材料如聚乙烯 -醋酸乙烯酯 （EVA) 熔化， 然 后固化， 使玻璃、 电池片和背膜等其它材料成为一个整体， 再加上边框完成组件的加工 制作。 但是此种制作方法存在一些弊端： （1 ) 由于电池片较薄， 层压过程中， 电池片容 易破碎， 并且， 如果光伏电池组件的尺寸较大， 层压过程中的粘结材料熔化产生的气泡 也不易排出， 造成成品率低。 （2) 封装步骤复杂， 耗时较长。 （3 ) 层压工艺不能制作曲 面形状的光伏电池组件， 不能满足建筑物中的特殊部位的要求。 （4) 封装工序人工及能 源费用较高。 （5 ) 层压过程中使用的粘结材料在长时间的光照后 ， 易出现变色等问题， 使太阳光的入射率变小， 严重影响电能转换效率， 光伏电池的更换周期相应缩短。 （6) 除电池片外， 盖板玻璃、 背膜、 边框等原料使用成本很难进一步压缩， 模组成本降低空 间有限。 （7) 片状的模组受风力影响很大， 自支撑能力有限， 还需要较多的支架钢材进 行补强安装， 造成系统成本增高。

因此， 如何获得一种低成本、 高可靠性、 电能转换效率高、 使用寿命长的光伏电池 组件制作方法， 成为业界关注的问题之一。 发明内容

本发明的目的在于克服以上描述的技术问题而 提供一种管状聚光光伏组件 （也称为 管状聚光光伏电池组件）。

本发明提供的一种管状聚光光伏组件包括玻璃 管、 布置于玻璃管内的聚光光学系统 和光伏电池阵列， 其特征在于， 所述光伏电池阵列包括若干阵列布置的光伏电 池阵列单 元， 其中光伏电池阵列单元包括至少 1片光伏电池和热扩散结构， 所述热扩散结构与光 伏电池背部导热接触， 且紧贴玻璃管内壁布置， 将光伏电池阵列单元的热量扩散至更大 面积的玻璃管壁上， 通过玻璃管壁将热量传递至玻璃管外环境中。

进一步地， 所述热扩散结构布置于对入射光透过玻璃管影 响小或无影响的管壁部 分； 例如热扩散结构布置于紧贴玻璃管相对于光线 入射方向的侧壁和底部管壁的部分区 域； 该热扩散结构可将热量低热阻地传导至较大面 积的玻璃管壁， 同时保证对聚光光学 系统的遮光产生较小影响。

进一步地，所述热扩散结构材质为铝质、铜质 或铁质或其中两种或三种的组合材质； 热扩散结构与光伏电池的背部良好导热接触， 将光伏电池产生的热量低热阻 (或低温差) 地扩散到更大面积， 以增强散热， 进而降低电池温度， 避免光伏电池由于光线照射而温 度升高过多而导致光电转化效率的明显下降。

进一步地， 所述光伏电池阵列单元中， 热扩散结构上布置至少 1片光伏电池； 光伏 电池与热扩散结构通过粘结剂或焊接进行固定 ， 构成完整的光伏电池阵列单元。

进一步地， 所述光伏电池阵列单元通过粘结剂固定于玻璃 管的内壁面上。

进一步地， 所述热扩散结构采用粘接剂粘接于玻璃管内壁 。

进一步地， 所述粘结剂为光固化粘结剂， 例如光固化胶、 紫外胶等， 以方便组装及 在阳光环境下具有良好的抗老化等优点。

进一步地，所述多个光伏电池阵列单元中的热 扩散结构与光伏电池之间直接或错位 电连接， 实现光伏电池的串联、 并联或串并联连接。

进一步地， 所述光伏电池为单晶硅电池、 多晶硅电池或薄膜光伏电池。 优选为， 所述光伏电池为单晶硅电池， 其成本低廉， 效率高。

进一步地， 所述聚光光学系统为反射式聚光光学系统或透 射式聚光光学系统。 进一步地，所述聚光光学系统根据光线透过玻 璃管壁时发生的折射进行光学修正设 计， 使太阳光线最终能更好地汇聚入射至光伏电池 阵列表面。

进一步地， 所述玻璃管内部为封闭空间， 可有效阻隔对光伏电池有害的气体、 尘埃 和水汽浸入， 从而提高光伏电池的效率和使用寿命。

进一步地， 所述玻璃管内部的封闭空间为真空状态， 以最大限度地提高光伏电池的 使用寿命和使用效率。

进一步地，所述封闭空间填充对光伏电池无害 的气体，以延长光伏电池的使用寿命， 降低成本。

进一步地， 所述封闭空间填充对光伏电池无害的透明液体 ， 以增强散热， 延长光伏 电池的使用寿命， 降低成本。

进一步地， 所述反射式聚光光学系统的反射面为前反射结 构， 在所述反射面上具有 高反射层， 并且在所述高反射层表面无有机防护涂层。

进一步地， 所述光伏电池表面直接接收汇聚光线， 不增加防护涂层。

进一步地，所述管状聚光光伏组件出口或内部 的部分电池两端连续或间隔布置二极 管， 以降低光伏电池阵列因部分光伏电池的破坏或 外部结构的阴影带来的电功率输出带 来的影响。

进一步地， 所述管状聚光光伏电池组件绕与玻璃管中心轴 平行的旋转中心轴旋转， 实现入射太阳光线跟踪。

进一步地， 多个所述管状聚光光伏电池组件绕与玻璃管中 心轴平行的旋转中心轴整 体旋转。

进一步地， 多个所述管状聚光光伏组件阵列平行布置， 绕共同或各自的旋转中心轴 旋转。

本发明还提供一种管状聚光光伏组件阵列，其 由多个上述的管状聚光光伏组件阵列 平行布置形成， 所述多个管状聚光光伏组件绕共同或各自的旋 转中心轴旋转。

进一步地，所述管状聚光光伏组件阵列中的多 个管状聚光光伏组件以相同倾斜角倾 斜布置， 绕共同或各自的旋转中心轴旋转。

本发明所述的管状聚光光伏组件的结构设计较 现有的光伏技术具有以下优点： （1 ) 制作方法简单， 克服了常规平板光伏电池压合封装等复杂工艺 和制造的成本高， 耗时长 以及电池片被压碎等问题； （2)管状聚光光伏电池组件中的反射式聚光光� ��系统反射镜面 的高反射层不必增加有机材料防护涂层， 减少了防护成本， 其在长期使用下不会因涂层 透光性下降导致反射率衰退； （3 )聚光使用， 较平板光伏电池使用更少数量的光伏电池， 降低了光伏电池的安装成本； （4) 良好的光伏电池散热结构， 在结构非常简单和极低成 本制造的同时， 还能保证光伏电池的散热效果； （5 ) 自支撑管状结构， 强度高， 聚光追 踪容易， 可高精度完成光伏电池的一维跟踪； （6) 由于玻璃管内为封闭空间， 并且为真 空状态或充满对光伏电池无害的气体， 材料和结构均经济可靠， 低成本的同时有效提高 了光伏组件的使用寿命； （7) 克服了传统光伏电池制作时电池表面的固定胶 层久置后变 黄而影响透光效率的模组效率衰退问题； （8) 管状外形受风力影响小， 方便实现在多种 场合布置。 附图说明

图 1是本发明的管状聚光光伏组件的第 1实施例的结构示意图。

图 2是本发明的管状聚光光伏组件的第 1实施例的侧视示意图。

图 3是本发明的管状聚光光伏组件的第 2实施例的结构示意图。

图 4是本发明的管状聚光光伏组件的实施例 3的结构示意图。

图 5为本发明的管状聚光光伏组件的实施例 3旋转 30度后的状态示意图。

图 6是本发明的管状聚光光伏组件的光伏阵列单� �串联的连接方式示意图。

图 7是本发明管状聚光光伏组件的实施例 4的结构示意图。

图 8是本发明的管状聚光光伏组件的实施例 5的结构示意图。

图 9是本发明的管状聚光光伏组件的实施例 6的结构示意图。 具体实施方式

实施例 1

图 1是本发明的管状聚光光伏组件的第 1实施例的结构示意图； 如图 1所示， 所述 管状聚光光伏组件包括玻璃管 101、布置于玻璃管 101内的至少一组对应布置的聚光光学 系统和光伏电池阵列， 在本实施例中， 所述玻璃管 101 内只有一组对应布置的聚光光学 系统 103。 实施例一中的光伏电池阵列包括若干光伏电池 阵列单元； 光伏电池阵列单元包括至 少 1片光伏电池 104和在该光伏电池 104背部布置的热扩散结构 106， 所述热扩散结构 106与光伏电池 104背部导热接触，且紧贴玻璃管 101内壁布置，将光伏电池阵列单元的 热量扩散至大面积的玻璃管壁上， 通过玻璃管壁将热量传递至玻璃管 101 的外环境中。 所述热扩散结构 106布置于相对入射光方向的玻璃管侧壁和底部 管壁的部分区域， 最大 限度地增加聚光光学系统 103太阳光线的入射宽度； 所述光伏电池单元中的热扩散结构 106的正面与光伏电池 104通过粘结剂粘结或焊接方式组合，背面采用 粘结剂粘结于玻璃 管 101 的内壁面上； 所述粘结剂优选为光感粘结剂， 例如光固化剂、 紫外胶等， 以方便 组装及阳光环境下具有良好的抗老化等优点； 所述热扩散结构 106的材质为铝质、 铜质 或铁质或其中或三种的组合材质； 所述热扩散结构 106与光伏电池 104的背部良好导热 接触， 将光伏电池 104产生的热量低热阻 （或低温度差） 地扩散至更大面积， 以增强散 热效果， 降低光伏电池 104的温度， 避免光伏电池 104由于光线照射而温度升高过多而 导致光伏电池 104效率的明显降低。

光伏电池 104为单晶硅电池、 多晶硅电池或薄膜光伏电池， 优选为单晶硅电池； 所 述光伏电池阵列单元包括 1个热扩散结构 106及在该热扩散结构 106上布置的多个阵列 的光伏电池 104;同一光伏电池阵列单元中光伏电池 104与热扩散结构 106之间可以电绝 缘和 /或电连接， 分别实施串联、 并联或串并联； 多个光伏电池阵列单元之间可串联、 并 联或串并联电连接； 所述光伏电池阵列整体布置于玻璃管内部， 光伏电池 104表面可直 接接收汇聚的太阳光线， 因此不增加防护涂层， 可有效降低光伏电池 104的制作成本； 为了降低光伏电池阵列因部分光伏电池 104的破坏或外部结构的阴影带来的对电功率输 出的影响， 在管状聚光光伏组件出口或内部的部分电池两 端连续或间隔布置二极管。

聚光光学系统 103可以为反射式聚光光学系统或透射式聚光光 学系统； 例如为反射 式聚光光学系统， 优选地该反射式聚光光学系统 103根据光线透过玻璃管壁时发生的折 射进行光学修正设计， 使太阳光最终能更好地汇聚入射至光学电池阵 列表面； 需要特殊 说明的是， 由于玻璃管壁为等厚度的弯曲玻璃， 入射光线在透过此弯曲玻璃时， 会发生 折射， 并且在受光宽度方向 (直径方向)上不同的位置， 光线的折射角度有所不同， 折射光 线路径会偏离原来的方向。 由于光线折射角度在受光宽度方向的不同位置 的数值不同， 但各点具体数值是确定的， 因此可以对聚光反射面型进行修正， 使各反射位置上的入射 光线能够高质量的聚集到设计焦点光伏电池 104表面， 避免因管壁处入射光的折射角度 不同造成的聚光效果不好 (焦点散开）。 所述反射式聚光光学系统 103整体布置于封闭的 玻璃管 101 的内部， 其反射面为前反射结构， 在所述反射面上具有高反射层， 并且在所 述高反射层表面不增加防护涂层， 进一步降低了制造成本。 所述玻璃管 101 为高透过玻 璃管； 材质为高透过超白玻璃， 玻璃管 101 内部为封闭空间， 有效阻隔对光伏电池 104 有害的气体、 尘埃和水汽侵入， 提高光伏电池 104的效率和使用寿命； 进一步地， 所述 玻璃管 104 内部的封闭空间为真空状态， 最大限度地提高光伏电池的使用寿命和使用效 率； 或者封闭空间填充对光伏电池无害的气体或透 明液体， 以延长光伏电池 104的使用 寿命， 降低成本。

该管状聚光光伏组件可整体绕与玻璃管 101 中心轴平行的旋转中心轴旋转， 实现对 入射太阳光线的跟踪； 所述管状聚光光伏组件以一定的倾斜角度向阳 南北轴向布置， 优 选地， 倾斜角度为当地的纬度角度； 再者所述管状聚光光伏组件还可以布置于建筑 的向 阳墙体位置或向阳建筑屋顶位置。

图 2是本发明图 1的侧视示意图；图中显示的旋转中心轴与水� �面成当地纬度角度， 例如 A， 以北半球为例， 该倾斜面的向阳面为南面。

实施例 2

图 3是本发明的管状聚光光伏组件的第 2实施例的结构示意图。 如图 3所示， 所述 管状聚光光伏电池组件包括玻璃管 301、布置于玻璃管 301内的至少一组对应布置的聚光 光学系统 303和光伏电池阵列。 在所述玻璃管 301 内部对称布置两组对应的聚光光学系 统 303和光伏电池阵列； 该光伏电池阵列包括若干阵列布置的光伏电池 阵列单元， 其中 光伏电池阵列单元包括至少一片光伏电池 304 和在该光伏电池背部布置的热扩散结构 306。 实施例二对比实施例一的不同点在于， 在同一玻璃管 301内部布置有相互对称的聚 光光学系统 303及与之对应的光伏电池阵列； 所述热扩散结构 306分别布置于对入射光 透过玻璃管影响较小或无影响的管壁部分， 例如热扩散结构 306布置于玻璃管 301垂直 入射光线的侧壁或聚光光学系统 303 的底部， 在满足将热量传导至玻璃管壁面的最小宽 度的同时， 保证对聚光光学系统 306的遮光产生较小的影响。 该管状聚光光伏组件可以 水平南北轴布置、 水平东西轴布置或者南北轴倾斜一定角度布置 ， 优选为南北轴向阳布 置， 倾斜角为当地纬度角度。

实施例 3

图 4是本发明的管状聚光光伏组件的第 3实施例的结构示意图。 如图 4所示， 该实 施例具体为一种管状聚光光伏组件阵列， 其包括若干个管状聚光光伏组件， 例如管状聚 光光伏组件的组数为 6组， 即， 管状聚光光伏组件 421〜管状聚光光伏组件 423 ; 该多个 管状聚光光伏组件整体水平东西布置、 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， 所述管状聚光光伏组件 421〜管状聚光光伏组件 423平行布置于同一旋转支 架上， 绕同一个旋转中心轴 407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； 该实施例 3还可以设置成在驱动装置的驱动下， 各个管状聚光光伏组件绕自身 的中心旋转轴旋转。

图 5为本发明的管状聚光光伏组件的第 3实施例旋转 30度后的状态示意图， 根据 图 5中太阳光线路径的示意图可知， 实施例三旋转 30度后管状聚光光伏组件 521〜管状 聚光光伏组件 523依旧可将太阳光线最终反射至光伏电池表面 ， 因此本发明的管状聚光 光伏组件的实施例三可实施对太阳的实时跟踪 ， 始终保持较好的聚光效果和较高的太阳 光利用率。

图 6是本发明的管状聚光光伏组件的光伏电池阵� �单元串联的连接方式示意图。 当 光伏电池阵列为串联组合结构时， 各串联组沿所述玻璃管长度方向排布。 如图 6所示， 各光伏电池阵列单元等间距绝缘布置，避免了 光伏电池单元温度过高而产生的挤压变形。 所述光伏电池阵列单元包括光伏电池 604和热扩散结构 606，光伏电池 604的上部为负极， 下部为正极， 例如光伏电池 604与热扩散结构 606非绝缘， 即热扩散结构 606为正极。 所述热扩散结构 606与下一个光伏阵列单元的光伏电池 614的上部通过连接结构 608相 连接， 按照此方式布置光伏电池阵列中的各单元， 使光伏阵列电池单元之间串联， 电能 由光伏电池阵列两端输出。

实施例 4

图 7是本发明管状聚光光伏组件的第 4实施例的结构示意图， 如图 7所示， 多个管 状聚光光伏电池组件在同一个垂直面中阵列布 置， 所述管状聚光光伏组件 721〜管状聚光 光伏组件 723能独自绕自身的中心旋转轴进行旋转或通过 同一驱动装置绕自身中心旋转 轴旋转。 需要特殊说明的是， 该垂直面可以为建筑物的向阳墙体。

实施例 5

图 8是本发明的管状聚光光伏组件的第 5实施例的结构示意图， 如图 8所示， 管状 聚光光伏电池组件 821〜管状聚光光伏电池组件 823布置于建筑屋顶上， 该建筑屋顶具有 向阳屋面， 且该向阳屋面垂直于南北向垂直面； 所述管状聚光光伏电池组件 821〜管状聚 光光伏电池组件 823沿该向阳屋面布置， 管状聚光光伏组件 821平行于南北向垂直面布 置； 所述管状聚光光伏电池组件 821〜管状聚光光伏电池组件 823能独自绕自身的中心旋 转轴进行旋转或通过同一驱动装置绕自身中心 旋转轴旋转。 需要特殊说明的是， 管状聚 光光伏电池组件 831〜管状聚光光伏电池组件 833还可平行于东西向垂直面布置。

实施例 6

图 9是本发明的管状聚光光伏组件的第 6实施例的结构示意图。 如图 9所示， 所述 玻璃管 901内部布置菲涅尔透射式聚光光学系统 903以及与之对应布置的光伏电池阵列。 所述菲涅尔透射式聚光光学系统 903取代反射式聚光光学系统， 且该菲涅尔透射式聚光 光学系统 903具有两组与之对应的光伏电池阵列； 该管状聚光光伏组件可以东西轴水平 布置、 南北轴水平布置或南北轴倾斜角度布置， 优选为南北轴倾斜， 倾斜角当地纬度角 度布置； 需要特殊说明的是， 该管状聚光光伏组件可以具有多个， 多个组件阵列布置， 此外还可以采取与建筑相结合的实施方式进行 实施。

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。