專利名稱：布置太陽(yáng)能電池和反射器的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池板，特別地涉及一種改進(jìn)的太陽(yáng)能電池和反射器在一個(gè)模塊或面板中的布置。
背景技術(shù)：
在太陽(yáng)能商業(yè)化的應(yīng)用中有很大的利益。推廣太陽(yáng)能使用的主要障礙之一是太陽(yáng)能設(shè)備的高成本，尤其太陽(yáng)能光生伏打電池。這是因?yàn)橛糜谵D(zhuǎn)換太陽(yáng)能材料的相對(duì)高成本。在這技術(shù)領(lǐng)域中使用太陽(yáng)能電池來(lái)截取陽(yáng)光并產(chǎn)生熱能或電能(或?qū)烧呓M合)是眾所周知的。太陽(yáng)能電池通常是指一個(gè)接收器或熱吸收板(為太陽(yáng)能熱應(yīng)用)或一個(gè)太陽(yáng)能光電池(用于太陽(yáng)能電應(yīng)用)電池經(jīng)常被連接或結(jié)合到其它電池或是并聯(lián)或者串聯(lián)在一個(gè)單個(gè)平面中像地板上的瓷磚一樣，且一旦許多的太陽(yáng)能電池被組合，他們通常是被包含在通常所說(shuō)的模塊中。 一個(gè)模塊通常有一透明的蓋片，平行于并在太陽(yáng)能電池平面之上，其允許太陽(yáng)光進(jìn)入模塊并擊中太陽(yáng)能電池。模塊通常有數(shù)條邊和一個(gè)后板來(lái)組成一個(gè)防風(fēng)雨蓋片，用來(lái)幫助防止太陽(yáng)能電池受氣候影響?，F(xiàn)有技術(shù)包括將太陽(yáng)能電池布置在一個(gè)模塊中的例子。反射器經(jīng)常用來(lái)使運(yùn)行的太陽(yáng)能電池之間的區(qū)域最小化，由于進(jìn)入這些區(qū)域的太陽(yáng)能不產(chǎn)生能量。許多現(xiàn)有技術(shù)采取將太陽(yáng)能電池布置在一個(gè)垂直于進(jìn)入的太陽(yáng)光的單一平面中，并平行于透明蓋片，如美國(guó)專利第6，528，716號(hào)和4，316，448號(hào)。這些類型的布置的缺點(diǎn)主要包括無(wú)效率或浪費(fèi)使用了昂貴材料。現(xiàn)有技術(shù)還包括更多復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的例子，致使有相當(dāng)一部分入射的太陽(yáng)光被電池上的一個(gè)或多個(gè)表面反射。這種布置中的一些些例子正如美國(guó)專利第5，538，563號(hào)、第4，471，763號(hào)和第2，904，612號(hào)所述。這種布置的缺點(diǎn)是復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)或要求機(jī)械追蹤系統(tǒng)中增加了系統(tǒng)制造和維持的花費(fèi)。Espy在美國(guó)專利第4，120，282號(hào)中，教導(dǎo)了一個(gè)反射器和太陽(yáng)能收集器按一定角度定位。專利第4，120，282號(hào)以此與參考文獻(xiàn)整合。Espy傳授了一種復(fù)雜且易變的幾何體，其依賴于用戶位置，這使得大規(guī)模生產(chǎn)變得困難。此外，由Espy描述的這種布置不包括反射器和收集器表面的保護(hù)。結(jié)果導(dǎo)致這些表面中的一個(gè)或兩個(gè)會(huì)輕易地被氣候影響損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于布置太陽(yáng)能電池和反射器來(lái)替代一個(gè)典型的垂直入射太陽(yáng)光的方向設(shè)置在一個(gè)模塊中的太陽(yáng)能電池的方法和設(shè)備(如平行于一個(gè)模塊的透明蓋板或開口)。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中使用一個(gè)太陽(yáng)能電池與入射太陽(yáng)光成大約45度角，且一個(gè)反射的表面垂直于電池并且與入射太陽(yáng)光成大約45度角。太陽(yáng)能電池和鏡子是同樣的長(zhǎng)度/尺寸并形成一個(gè)V字型形狀，兩斜面間的角度是大約90度。任何落在這種布置上的光將直接地或經(jīng)過(guò)反射后照射在太陽(yáng)能電池上。在另ー個(gè)實(shí)施方式中，兩個(gè)相鄰的反射器能夠被設(shè)置形成大約60度角，并與蓋片或開ロ形成大約30度的角度。ー個(gè)進(jìn)一歩可選的實(shí)施方式中，包括ー個(gè)被設(shè)置為與太陽(yáng)能電池基底垂直的第二反射器，和一個(gè)仍然與蓋片或開ロ形成大約45度角的第一反射器對(duì)。本發(fā)明尤其涉及ー種用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能或用于加熱液體的太陽(yáng)能收集器，包括一個(gè)有四條邊和一個(gè)保護(hù)內(nèi)部表面免于氣候影響的透明蓋片的框架，所述的透明蓋片被設(shè)計(jì)成用來(lái)最大化收集可用太陽(yáng)光，其中，至少ー個(gè)矩形的光收集表面與透明蓋片成一個(gè)45度角安裝；至少ー個(gè)反射表面鄰近且垂直于太陽(yáng)能收集表面安裝，使得反射表面同樣與透明蓋片形成ー個(gè)45度角。其中光收集表面吸收太陽(yáng)輻射并轉(zhuǎn)換其成工作液體。其中光收集表面包括ー個(gè)光生伏打電池電池用于將光能轉(zhuǎn)化成電能。其中反射表面有一個(gè)涂層主要反射一段利于光生伏打電池有效轉(zhuǎn)換成電能的波長(zhǎng)的光 ，而不反射對(duì)于光生伏打電池而言趨向于加熱的紅外波長(zhǎng)的光。所述的太陽(yáng)能收集器更進(jìn)一歩包括多個(gè)太陽(yáng)能收集表面和反射表面。其中光生伏打電池是半導(dǎo)體材質(zhì)的。其中所述的反射表面是鋁。本發(fā)明還涉及ー種用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能或用于加熱液體的太陽(yáng)能收集器，包括一個(gè)有四條邊和一個(gè)保護(hù)內(nèi)部表面免于氣候影響的透明蓋片的框架，所述的透明蓋片被設(shè)計(jì)成用來(lái)最大地收集可用太陽(yáng)光，其中，至少ー個(gè)矩形的太陽(yáng)能收集表面與透明蓋片成ー個(gè)45度角安裝；ー對(duì)接近太陽(yáng)能收集表面的反射表面,包括ー個(gè)第一反射表面在ー個(gè)于透明蓋片成46度到60度間的角度安裝，并且第一反射表面向下擴(kuò)展至一條垂直于第一反射表面底邊的線與太陽(yáng)能收集表面最上面的邊緣的近乎接觸處，還包括ー個(gè)第二反射表面，鄰近第一反射表面底部邊緣以與第一反射表面安裝角度互補(bǔ)的角度安裝，第二反射表面向下延長(zhǎng)直至它的底部與太陽(yáng)能收集表面相鄰。其中反射表面有ー個(gè)主要反射的一段利于光生伏打電池有效轉(zhuǎn)換成電能的波長(zhǎng)的光，而不反射趨向加熱光電池的紅外波長(zhǎng)的光。本發(fā)明還涉及ー個(gè)光收集系統(tǒng)，其中，包括一個(gè)框架；ー個(gè)第一反射器固定在框架上；至少ー個(gè)第二反射器，固定在框架上并被垂直于第一反射器放置；至少ー個(gè)太陽(yáng)能電池，固定在擔(dān)?？蚣苌喜⒈淮怪庇诘谝缓偷诙瓷淦鞣胖?。所述的光收集系統(tǒng)更進(jìn)一歩包括多個(gè)的第二反射器，每個(gè)都垂直于第一反射器。所述的光收集系統(tǒng)更進(jìn)一歩包括多個(gè)太陽(yáng)能電池，每個(gè)都垂直于第一反射器和第二反射器。其中每個(gè)太陽(yáng)能電池與第二反射器之一相鄰。其中第一和第二反射器是鋁的。其中太陽(yáng)能電池是光生伏打電池。其中至少第一或第二反射器有一個(gè)涂層主要反射一段利于光生伏打電池有效轉(zhuǎn)換成電能的波長(zhǎng)的光，而不反射加熱光生伏打電池的紅外波長(zhǎng)的光。目的和優(yōu)勢(shì)
本發(fā)明有許多優(yōu)勢(shì)在現(xiàn)有技術(shù)之上，包括但不限于
I.一個(gè)簡(jiǎn)單的布置允許更多太陽(yáng)光被太陽(yáng)能電池的同一區(qū)域獲得，或者相同數(shù)量的太陽(yáng)光能夠被得到以ー個(gè)更小的太陽(yáng)能電池獲得。2.大部分現(xiàn)有技術(shù)制造的模塊可以保持與本發(fā)明相同，除了可能需要一個(gè)更深的模塊/框架，以及ー個(gè)在新的定位中支持反射鏡和太陽(yáng)能電池的方式典型地建造成沿著太陽(yáng)能電池背面或者一排太陽(yáng)能電池的。線路或管件，通常不受新朝向的影響。3.本發(fā)明的反射鏡和電池布置被保護(hù)免予氣候影響，且這布置能夠被使用于許多類型的太陽(yáng)能電池技術(shù)，且能均勻地照亮太陽(yáng)能電池表面。
4.反射器能夠被設(shè)計(jì)用于僅反射用來(lái)產(chǎn)生電的太陽(yáng)能光譜(為ー個(gè)PV太陽(yáng)能電池)而不是可能使得電池過(guò)熱并降低性能的紅外線部分。


圖I展示了一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)太陽(yáng)能電池布置在平鋪的與模塊蓋片平行的結(jié)構(gòu)中的透視 圖2展示了反射器和太陽(yáng)能電池互相成90度(在現(xiàn)有技術(shù)基準(zhǔn)之下 的)的側(cè)視 圖3展示了一個(gè)多排反射器和電池(鋸齒形)在一個(gè)模塊中的透視 圖4展示了ー個(gè)反射器(60度和30度)和太陽(yáng)能電池在45度角對(duì)著最初水平的電池平面的側(cè)視 圖5展示了一個(gè)由圖4的實(shí)施方式性工程的陣列的透視 圖6展不了另ー個(gè)可選實(shí)施方式的45度角視 圖7展示了圖6的實(shí)施方式以ー個(gè)更為復(fù)雜的反射器-電池幾何結(jié)構(gòu)通過(guò)ー個(gè)新的太陽(yáng)能電池定位并由ー個(gè)更小的垂直鏡和旋轉(zhuǎn)90度的電池組代替。
具體實(shí)施例方式圖I展示了一個(gè)現(xiàn)有的制作太陽(yáng)能面板的技術(shù)方法。一個(gè)框架(I)被建造并提供或者附屬于ー個(gè)平頂，平鋪的面板(2)包括太陽(yáng)能電池。瓦片可帶有防風(fēng)雨蓋片來(lái)保護(hù)電池。這個(gè)布置不能達(dá)到光照射中電池?cái)?shù)量的最佳效率。圖2展不了一個(gè)本發(fā)明的側(cè)視圖。一個(gè)太陽(yáng)能電池(3)向ー個(gè)模塊蓋板(5)被旋轉(zhuǎn)大約45度角。ー個(gè)反射器(4),同樣與模塊蓋片(5)形成大約ー個(gè)45度角，被定位于大約垂直且相鄰于太陽(yáng)能電池。反射器能夠在長(zhǎng)度和寬度上與太陽(yáng)能電池(3)相等。反射器
(4)和太陽(yáng)能電池(3)在平行于模塊蓋片(5)的開ロ端形成ー個(gè)V字型。光線進(jìn)入垂直于模塊蓋片(5)的模塊將直接地照射中太陽(yáng)能電池(3)(以ー個(gè)45度角)，或在反射離開反射器之后照射到。太陽(yáng)能電池與反射器組合以這種定位能夠收集與如已有技術(shù)圖I中所示的ー個(gè)大30%的平行放置模塊蓋片的電池相同數(shù)量的能源。圖3展示了有一個(gè)框架(I)持有ー排完全填充太陽(yáng)能電池(3 )和反射器(4 )對(duì)的一個(gè)太陽(yáng)能模板的參考視角，且都與模塊蓋片成45度角。雖然每個(gè)反射器(4)是各自展示的(為了清楚)，然而ー個(gè)單個(gè)延長(zhǎng)的反射器能夠被用來(lái)從模塊一端延長(zhǎng)至另一端來(lái)代替如圖3中所示的每行9個(gè)反射器。圖4展示了本發(fā)明ー個(gè)可選實(shí)施方式的ー個(gè)側(cè)視圖。這里，一個(gè)太陽(yáng)能電池(6)通常能夠更長(zhǎng)于如圖3中所示的太陽(yáng)能電池。這太陽(yáng)能電池(6)同樣被旋轉(zhuǎn)至與模塊蓋片
(5)成大約45度。ー個(gè)第一反射器(7)被旋轉(zhuǎn)至與模塊蓋片(5)成大約60度角，且ー個(gè)第ニ個(gè)反射器(8)和模塊蓋片(5)形成ー個(gè)30度角。第一反射器(7)上面的邊緣幾乎與第ニ反射器(8)較低的邊緣相鄰。第一反射器(7)較低的邊緣與太陽(yáng)能電池(6)較低的邊緣相鄰，在第一個(gè)反射器和太陽(yáng)能電池間形成ー個(gè)約105度的角。圖5展示了一排由圖4電池-反射器布置組成的透視圖。框架(I)夾持太陽(yáng)能電池和兩個(gè)反射器部分(7，8)。圖4-5可選的實(shí)施方式提供一個(gè)可替代的幾何結(jié)構(gòu)來(lái)反射光到太陽(yáng)能電池(6)上，否則就可能無(wú)法照射中它。
圖6-7展不一個(gè)本發(fā)明可選的實(shí)施方式,其中電池(3)和反射器(4)被如圖2—樣布置，但被旋轉(zhuǎn)了 90度并包括ー個(gè)額外的終端反射器(9)。這個(gè)布置允許為了框架(I)的不同定位的，從ー組特定的日常太陽(yáng)角度(早上的太陽(yáng)弧度或正午至下午三點(diǎn)左右太陽(yáng)弧度或傍晚太陽(yáng)弧度)更好地收集光線(更高集中的光)。圖6是ー個(gè)額外的反射器(9)上直接俯視的視圖。且圖7是ー個(gè)透視圖。這個(gè)實(shí)施方式有利于獲得更多來(lái)自日常太陽(yáng)角度的光。特別地，這個(gè)實(shí)施方式僅僅在大約半天中，就能夠得到兩倍于現(xiàn)有技術(shù)太陽(yáng)能接收器單位面積的陽(yáng)光。根據(jù)這個(gè)實(shí)施方式建造的一個(gè)太陽(yáng)能面板可能實(shí)際地定位在建筑物上向東或向西面的位置，而已有技術(shù)的板由于晝夜遮蔽變得不切實(shí)際。在所有本發(fā)明的實(shí)施方式中，反射的表面能夠根據(jù)需要任選地被設(shè)計(jì)來(lái)不反射紅外線(熱)太陽(yáng)光波長(zhǎng)在太陽(yáng)能電池上。如果電池是ー個(gè)光生伏打電池時(shí)是尤其有用的，其隨著電池溫度的上升產(chǎn)生更少的電能。這種情況下，只有有用的光波能夠正常地被從反射器導(dǎo)向電池。エ業(yè)應(yīng)用本發(fā)明特別用于以電或熱流體的形式來(lái)為商業(yè)用戶提供太陽(yáng)能。本發(fā) 明體現(xiàn)的提高的效率使得其優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一個(gè)光收集系統(tǒng)，其特征在于，包括 一個(gè)框架(I )，所述的框架(I)包括ー個(gè)透明蓋片(5); ー個(gè)第一反射器(9)固定在框架(I)上； 至少ー個(gè)第二反射器，固定在框架(I)上并被垂直于第一反射器(9)放置并且與透明蓋片(5)成ー個(gè)45度角； 至少ー個(gè)太陽(yáng)能電池，固定在框架(I)上并被垂直于第一(9)和第二反射器放置。
2.如權(quán)利要求I所述的光收集系統(tǒng)，其特征在于，更進(jìn)一歩包括多個(gè)的第二反射器，每個(gè)都垂直于第一反射器(9)。
3.如權(quán)利要求2所述的光收集系統(tǒng)，其特征在于，更進(jìn)一歩包括多個(gè)太陽(yáng)能電池，每個(gè)都垂直于第一反射器(9)和第二反射器。
4.如權(quán)利要求3所述的光收集系統(tǒng)，其特征在于，其中每個(gè)太陽(yáng)能電池與第二反射器之一相鄰。
5.如權(quán)利要求I所述的光收集系統(tǒng)，其特征在于，其中第一(9)和第二反射器是鋁的。
6.如權(quán)利要求I所述的光收集系統(tǒng)，其特征在于，其中太陽(yáng)能電池是光生伏打電池。
7.如在權(quán)利要求6所述的光收集系統(tǒng)，其特征在于，其中至少第一(9)或第二反射器有一個(gè)涂層主要反射一段利于光生伏打電池有效轉(zhuǎn)換成電能的波長(zhǎng)的光，而不反射加熱光生伏打電池的紅外波長(zhǎng)的光。
全文摘要
一種用于布置太陽(yáng)能電池和反射器來(lái)代替一個(gè)典型的垂直入射太陽(yáng)光的方向設(shè)置在一個(gè)模塊中的太陽(yáng)能電池系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中使用一個(gè)太陽(yáng)能電池與入射太陽(yáng)光成大約45度角，且一個(gè)可反射的表面垂直于電池并且與入射太陽(yáng)光成大約45度角。太陽(yáng)能電池和反射器是同樣的長(zhǎng)度/尺寸且形成一個(gè)V字型形狀，兩斜面間的角度大約是90度。任何落在這種布置上的光將直接地或經(jīng)過(guò)反射后照射在太陽(yáng)能電池上。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102683464SQ201210151349
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2007年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月2日
發(fā)明者丹尼爾·西蒙 申請(qǐng)人:丹尼爾·西蒙