[發(fā)明專利]用于聚光太陽能板的交錯(cuò)開的光收集器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980140104.X
• 申請(qǐng)日: 2009-09-04
• 公開（公告）號(hào): CN102177591A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 約翰·保羅·摩根;埃里克·安德烈斯·摩根
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 摩根陽光公司
• 主分類號(hào): H01L31/052
• 分類號(hào): H01L31/052;F24J2/38;H01L31/042
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 康建峰;陳煒

對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2009年9月4日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/094,168號(hào)的優(yōu)先權(quán)，通過引用將該申請(qǐng)整體合并于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般地涉及太陽能。更具體地，本發(fā)明涉及針對(duì)安裝了跟蹤器的太陽能系統(tǒng)、尤其是針對(duì)聚光式光伏系統(tǒng)降低風(fēng)荷載和改進(jìn)熱耗散。

背景技術(shù)

聚光式光伏(CPV)系統(tǒng)是已知的，目前由包括Amonix、Concentrix和Sol3g的世界上多家公司生產(chǎn)。聚光式光伏系統(tǒng)基于如下思想：使用諸如透鏡或面鏡的光學(xué)器件制作太陽能模塊，以大面積地收集光并將該光聚集到小光伏(PV)電池上，然后小光伏電池將該光轉(zhuǎn)換成電。

該光學(xué)器件可以是在有或沒有次級(jí)光學(xué)器件的情況下工作的菲涅耳透鏡、卡塞格倫(cassegrain)光學(xué)器件、拋物面鏡、光導(dǎo)太陽能光學(xué)器件或其它任何聚焦光學(xué)器件。為了能工作，所有這些光學(xué)系統(tǒng)都要求光應(yīng)從某一指定方向入射；通常，入射角垂直于模塊上表面，這被稱作法向入射。為了維持光從太陽法向入射，CPV模塊被某種類型的跟蹤機(jī)構(gòu)傾斜并定向，使得CPV模塊面向太陽。該跟蹤機(jī)構(gòu)必須持續(xù)地調(diào)整CPV模塊的位置以使得模塊隨著太陽掠過天空而跟隨太陽。還有可能使用有源電光層改變光在CPV模塊上的入射角，所述有源電光層被電子地控制并且改變光的入射角以使得光學(xué)器件能工作。

在使用跟蹤器的傳統(tǒng)CPV系統(tǒng)中，模塊被排列成網(wǎng)格以覆蓋大的面積。跟蹤器可容納200平方米量級(jí)的很大面積的模塊。為了使所產(chǎn)生的能量最大化，模塊被靠攏地包裝在一起，彼此之間有小的間隙；這對(duì)于給定跟蹤器使所采集的光最大化。然而，它對(duì)迎面而來的風(fēng)來說是大而扁平的墻，該風(fēng)可將可觀的力施加到跟蹤器上。因風(fēng)或風(fēng)荷載而產(chǎn)生的力對(duì)于任何太陽能跟蹤系統(tǒng)來說是首要的設(shè)計(jì)考慮。例如，10米×10米跟蹤器上的傳統(tǒng)板對(duì)于以20米/秒迎面入射的風(fēng)將經(jīng)受因風(fēng)產(chǎn)生的42千牛頓的力。由于跟蹤器需要將板精確地定向?yàn)槌枺渲性诖蠖鄶?shù)情況下使入射陽光與板法向的偏離保持在小于0.1°以內(nèi)，所以跟蹤器不能大程度地彎曲或變形，因而必須由足夠的鋼制成以便足夠硬以阻擋風(fēng)。

在任何CPV系統(tǒng)中，大量光能聚集于PV電池。在市場(chǎng)上可獲得的高效率電池具有約37％的轉(zhuǎn)換效率，這意味著入射在電池上的光的37％被轉(zhuǎn)換成電能。其余光的大部分被轉(zhuǎn)換成熱。因此，每產(chǎn)生一瓦可用電能，幾乎產(chǎn)生1.7瓦的熱。該熱必須被耗散。PV電池性能隨著溫度的升高而降低，且過熱可能導(dǎo)致模塊的永久損壞，因此需要有效的熱散發(fā)來使CPV工作。

某些系統(tǒng)采用主動(dòng)冷卻，這涉及到通過熱交換器抽運(yùn)水或其它熱交換流體以從PV電池中去除熱。然而，大多數(shù)系統(tǒng)采用被動(dòng)冷卻，其中熱僅通過輻射和對(duì)流機(jī)構(gòu)離開系統(tǒng)進(jìn)入周圍空氣。熱耗散的首要模式是對(duì)流；散發(fā)的熱的輻射成分相比之下可忽略。對(duì)流是當(dāng)空氣分子與模塊相接觸、變熱、然后從模塊散開時(shí)發(fā)生的。

在基于菲涅耳透鏡的和基于卡塞格倫光學(xué)器件的系統(tǒng)中，光學(xué)器件位于PV電池上方且PV電池處于模塊的底部。PV電池一般安裝在某種電介質(zhì)襯底如氧化鋁上，該電介質(zhì)襯底又附著到熱沉。模塊的外殼經(jīng)常被用作熱沉。當(dāng)模塊面向正上方且PV電池處于外殼的底部時(shí)，加熱了的空氣上升并變得部分地被外殼截留。這導(dǎo)致低程度的空氣循環(huán)并可能導(dǎo)致系統(tǒng)的過熱。

將各模塊間隔開并在它們之間留有間隙可解決風(fēng)荷載高和熱耗散差這兩個(gè)問題。其有害后果是減小模塊的光采集面積，從而降低總體效率。

因此，希望對(duì)太陽能模塊的風(fēng)荷載和熱耗散方面進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容