專利名稱:太陽能模組裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型通常涉及太陽能技術(shù)，尤其涉及一種用于形成太陽能模組的方法和結(jié)構(gòu)。更具體地，本實(shí)用新型提供一種用于大面積太陽能模組的高沖擊集光太陽能玻璃。僅通過實(shí)例的方式，本實(shí)用新型的實(shí)施方式已應(yīng)用于太陽能電池板，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到本實(shí)用新型具有更廣的應(yīng)用范圍。
背景技術(shù)：
隨著世界人口的增加，工業(yè)發(fā)展導(dǎo)致相應(yīng)的能量消耗增加。能量通常來源于包括煤和石油的化石燃料、水電站、核能等。僅作為實(shí)例，國(guó)際能源機(jī)構(gòu)提出石油消耗將繼續(xù)增長(zhǎng)，而諸如中國(guó)和印度等發(fā)展中國(guó)家占這種增長(zhǎng)的大部分。我們?nèi)粘Ｉ畹膸缀趺總€(gè)元素都部分地依賴于日益稀缺的石油。隨著時(shí)間的進(jìn)一步發(fā)展，石油“便宜”和儲(chǔ)量充足的時(shí)代即將結(jié)束。因此，發(fā)展了其他替代能源。
除了石油，我們還依賴于其他非常有用的能源，例如水電、核能等，以滿足我們的電力需求。例如，我們傳統(tǒng)的家用和商業(yè)用電需求中的大部分來自于靠煤或其他形式的化石燃料運(yùn)轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)、核能發(fā)電站和水電站、以及其他形式的可再生能源。一般而言，家用和商業(yè)用電穩(wěn)定且分布廣泛。
最重要地，如果不是所有也是大部分的地球上已發(fā)現(xiàn)的有用能源來自于太陽。普遍地，地球上所有普通的植物通過陽光進(jìn)行光合作用獲得生命。諸如石油的化石燃料也來自于與太陽有關(guān)的能源生成的生物材料。對(duì)于包括“太陽崇拜者”的人類而言，陽光非常重要。對(duì)于行星地球上的生命而言，太陽已成為現(xiàn)代日常太陽能的最重要的能量來源。
太陽能具有很多令人滿意的特征，它可再生、干凈、儲(chǔ)量豐富、并且通常分布廣泛。已開發(fā)的一些技術(shù)經(jīng)常用于捕獲、集中、儲(chǔ)存太陽能，并將它轉(zhuǎn)換為其他有用的能量形式。
已開發(fā)了太陽能電池板來將陽光轉(zhuǎn)換為能量。例如，使用太陽能熱面板將來自太陽的電磁輻射轉(zhuǎn)換為熱能，用于家庭供暖、運(yùn)行某些工業(yè)過程、或驅(qū)動(dòng)高級(jí)渦輪機(jī)來發(fā)電。作為另一個(gè)實(shí)例，使用太陽能光伏板將陽光直接轉(zhuǎn)換為電，用于各種應(yīng)用。太陽能電池板通常包括相互連接的太陽能電池的陣列。這些太陽能電池通常串聯(lián)布置和/或以串聯(lián)地平行電池組布置。因而，太陽能電池板具有巨大的潛力來有益于我們的國(guó)家、安全及人類。它們甚至能夠使我們的能源需求多樣化并降低世界對(duì)石油和其他潛在的有害能源的依賴性。
盡管太陽能電池板已經(jīng)成功適用于一些應(yīng)用上，但仍存在某些限制。太陽能電池通常昂貴。依據(jù)地理區(qū)域，通常有來自政府部門的財(cái)政補(bǔ)貼用于購買太陽能電池板，這通常不能與直接從公共電力公司購買電相競(jìng)爭(zhēng)。此外，太陽能電池板通常由昂貴的支承光伏硅的晶圓材料構(gòu)成，這些材料很難高效地大規(guī)模生產(chǎn)并且原料有限。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型通常涉及太陽能技術(shù)，并且尤其涉及一種用于形成太陽能模組的方法和結(jié)構(gòu)。更具體地，本實(shí)用新型提供一種用于大面積太陽能模組的高沖擊集光太陽能玻璃。通過實(shí)例的方式，本實(shí)用新型的實(shí)施方式已應(yīng)用于太陽能電池板，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到本實(shí)用新型可具有更廣的應(yīng)用范圍。
盡管定向不是本實(shí)用新型的一部分，但應(yīng)理解的是當(dāng)使用太陽能模組時(shí)，太陽能模組的一側(cè)面向太陽，而相反側(cè)背對(duì)太陽。盡管模組能夠定向于任何方位，但方便的是指定一個(gè)方向，其中“上”或“頂”表示面向太陽一側(cè)，并且“下”或“底”表示相反側(cè)。因此，所說的疊置在另一個(gè)元件上的元件將比該元件疊置的元件更接近于“上”側(cè)。
本實(shí)用新型涉及一種太陽能模組裝置，包括:具有表面區(qū)的基底；一個(gè)或多個(gè)光伏區(qū)，疊置在所述基底的表面區(qū)上；抗沖擊玻璃構(gòu)件，具有以平行配置方式在空間上布置的多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的集光元件，并且所述抗沖擊玻璃構(gòu)件能夠相應(yīng)地耦接至所述多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的集光元件。
優(yōu)選地，所述一個(gè)或多個(gè)光伏區(qū)是對(duì)應(yīng)的光伏條帶，所述多個(gè)光伏條帶中的每個(gè)由光伏電池切割而成。
優(yōu)選地，所述抗沖擊玻璃構(gòu)件包括平面區(qū)和集光區(qū)，所述集光區(qū)包括以平行配置方式在空間上布置的所述多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的集光元件，所述抗沖擊玻璃構(gòu)件由低鐵含量玻璃制成，每個(gè)所述細(xì)長(zhǎng)的集光元件的曲率半徑為5_或更小且厚度大于5_，至少兩個(gè)所述細(xì)長(zhǎng)的集光元件包括位于兩個(gè)或多個(gè)所述細(xì)長(zhǎng)的集光元件之間的溝槽結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地，還包括設(shè)置在所述基底的表面區(qū)與所述一個(gè)或多個(gè)光伏區(qū)之間的第一密封劑材料以及設(shè)置在所述抗沖擊玻璃構(gòu)件與所述一個(gè)或多個(gè)光伏區(qū)之間的第二密封劑材料。
優(yōu)選地，所述多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的集光元件分別是多個(gè)溝槽集光器。
優(yōu)選地，所述集光器具有大于IOOOmm的長(zhǎng)度和大于1700mm的寬度。
優(yōu)選地，所述抗沖擊玻璃構(gòu)件的放大率為1.5倍或更大。
優(yōu)選地，每個(gè)所述光伏區(qū)包括硅太陽能電池。
優(yōu)選地，所述太陽能模組裝置安裝在追蹤系統(tǒng)上。
優(yōu)選地，一個(gè)或多個(gè)所述光伏區(qū)以偏移配置方式可操作地耦接至對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的集光元件。
優(yōu)選地，所述多個(gè)光伏區(qū)中的每個(gè)具有1.5mm至12mm的寬度以及156mm至IOOOmm
的長(zhǎng)度。
優(yōu)選地，所述多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的集光元件中的每個(gè)包括截平的孔區(qū)。
優(yōu)選地，還包括設(shè)置成保護(hù)所述太陽能裝置的框架構(gòu)件。
在一具體實(shí)施方式
中，太陽能模組包括基底構(gòu)件、以陣列配置疊置在基底構(gòu)件上的多個(gè)光伏條帶、疊置在光伏條帶上的集光器結(jié)構(gòu)、以及優(yōu)選地在集光器結(jié)構(gòu)上的涂層。光伏條帶通常沿縱向延伸并沿橫向相互隔開。光伏條帶的中心到中心的間距優(yōu)選地大于條帶的橫向尺寸，從而存在沒有光伏材料的居間(intervening)基底部分。
集光器結(jié)構(gòu)形成有沿光伏條帶的縱向延伸的多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的集光器元件(有時(shí)稱為透鏡元件)。至少對(duì)于集光器元件位于同一平面中的那些實(shí)施方式，它們的中心到中心的間距大致等于光伏條帶的間距。每個(gè)集光器元件沿給定條帶的方向縱向延伸并且橫向地交叉各條帶的方向。形成給定的集光器元件，使得平行光入射在集光器元件的頂面上，當(dāng)光到達(dá)下面的光伏條帶平面時(shí)被限制在橫向尺寸小于集光器元件的橫向尺寸并且也可小于光伏條帶的橫向尺寸的區(qū)域中。在示出的實(shí)施方式中，集光發(fā)生在上表面，但集光可發(fā)生在集光器的下表面。事實(shí)上，在普通透鏡的情況下，可使兩個(gè)表面具有集光性。
通常指的集光器元件能夠提供放大率，因?yàn)橥高^集光器元件觀看光伏條帶時(shí)呈現(xiàn)為比實(shí)際寬。換句話說，當(dāng)透過集光器觀看光伏條帶時(shí)，光伏條帶優(yōu)選地填充集光器元件間隙。因此，從入射光的角度來看，太陽能模組呈現(xiàn)為光伏材料貫穿它的整個(gè)橫向區(qū)域。在示例性實(shí)施方式中，每個(gè)細(xì)長(zhǎng)的凸面區(qū)配置成具有的放大率在約1.5至約5的范圍內(nèi)。諸如自清潔涂層的涂層材料疊置在多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的凸面區(qū)上。
盡管使用了術(shù)語放大率，但在某種意義上指集光的多少，并且因此可等同于集光性。放大率/集光性有時(shí)也定義為節(jié)省的光伏材料的量，并且該數(shù)字通常小于光學(xué)放大率/集光性，因?yàn)楣夥鼦l帶的通常稍寬于光的寬度，尤其是在捕獲以不同角度入射的光時(shí)。通常使用的術(shù)語是放大率。
提供放大率的集光器元件的表面部分具有的橫截面可包含一個(gè)或多個(gè)圓形、橢圓形、拋物線或直線部分，或此類形狀的組合。雖然集光器元件的放大(通常為上)表面部分可以是平的，但方便的是設(shè)想并指定放大表面為凸面，即，曲面或拱形面。對(duì)于橫截面是半圓形的實(shí)施方式，集光器元件的放大部分的表面為半圓柱形。然而，通常使用對(duì)向(subtending)小于180。的圓弧。盡管凸面在以上所引證的美國(guó)專利申請(qǐng)第61/154，357號(hào)中被稱為“環(huán)形”部分，但在此處不使用術(shù)語“環(huán)形”。在一些實(shí)施方式中，集光器結(jié)構(gòu)為擠出型玻璃，但也可以使用其他制造技術(shù)(例如，模制)和其他材料(例如，聚合物)。
在領(lǐng)域?qū)嵤┓绞街校柲苣＝M包括至少部分地由擠出型玻璃材料形成的集光器結(jié)構(gòu)以及以陣列布置形式可操作地耦接至集光器結(jié)構(gòu)的多個(gè)光伏條帶。多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的凸面區(qū)配置在集光器結(jié)構(gòu)內(nèi)部。在一具體實(shí)施方式
中，多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的凸面區(qū)分別耦接至多個(gè)光伏條帶。多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的凸面區(qū)中的每個(gè)包含長(zhǎng)度和以曲率半徑為特征的凸表面區(qū)。每個(gè)細(xì)長(zhǎng)的凸面區(qū)配置為具有的放大率在約1.5至約5的范圍內(nèi)。涂層材料疊置在多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的凸面區(qū)上。后蓋構(gòu)件罩住多個(gè)光伏條帶。
在一具體實(shí)施方式
中，本實(shí)用新型提供一種太陽能模組裝置。該裝置包括帶有表面區(qū)的基底。該裝置具有疊置在基底的表面區(qū)上的一個(gè)或多個(gè)光伏區(qū)。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，每個(gè)光伏條帶通過將太能電池切割成每個(gè)條帶而形成。每個(gè)條帶是功能性太陽能電池。該裝置還包括抗沖擊玻璃構(gòu)件，該玻璃構(gòu)件具有以平行配置方式空間地布置的多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的集光元件，并且可操作地相應(yīng)耦接至多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的集光元件。優(yōu)選地，抗沖擊玻璃具有的強(qiáng)度至少為鈉鈣玻璃(例如，用于傳統(tǒng)太陽能電池的傳統(tǒng)鈉鈣玻璃，例如，低鐵含量鈉鈣玻璃)的3X (3倍)。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，抗沖擊玻璃構(gòu)件包括平面區(qū)和集光區(qū)，集光區(qū)包括以平行配置方式空間地布置的多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的集光元件。
在一具體實(shí)施方式
中，太陽能模組具有其他特征。該模組具有設(shè)置在基底的表面區(qū)與一個(gè)或多個(gè)光伏區(qū)之間的第一密封劑材料以及設(shè)置在抗沖擊玻璃構(gòu)件與一個(gè)或多個(gè)光伏區(qū)之間的第二密封劑材料。在一具體實(shí)施方式
中，多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的集光元件是多個(gè)對(duì)應(yīng)的溝槽集光器。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，強(qiáng)度至少為鈉鈣玻璃的5X和更大或者強(qiáng)度至少為鈉鈣玻璃的7X和更大。作為實(shí)例，鈉鈣玻璃是厚度約為3.2mm或者略多或略少的傳統(tǒng)鈉鈣玻璃，也可為低鐵含量玻璃，例如由Asahi玻璃公司生產(chǎn)的玻璃、Saint Gobin玻璃等。
通過本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)很多益處。例如，本太陽能模組為生產(chǎn)工藝提供一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方式的太陽能模組消除了一些材料(例如，丙烯酸)的使用并且減少了用于集光器結(jié)構(gòu)的玻璃材料的量。本太陽能模組可利用較少的工藝步驟而制成，因而成本低，并且由于材料的熱膨脹系數(shù)很少不匹配，所以提高了產(chǎn)品的可靠性。
通過參考本說明書的其余部分和附圖可進(jìn)一步理解本實(shí)用新型的本質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是使用傳統(tǒng)集光元件的太陽能模組的分解圖；
圖2A和圖2B是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方式的太陽能模組的一部分的截面圖和斜視圖；
圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的替代實(shí)施方式的太陽能模組的一部分的截面圖；
圖4A、圖4B和圖4C是光學(xué)示意圖，示出了根據(jù)傾斜角等于緯度而優(yōu)化的本實(shí)用新型實(shí)施方式的太陽能模組在夏至、春分或秋分、冬至?xí)r的入射光；
圖5A、圖5B和圖5C是光學(xué)不意圖，不出了根據(jù)傾斜角與纟韋度不同而優(yōu)化的本實(shí)用新型實(shí)施方式的太陽能模組在夏至、春分或秋分、冬至?xí)r的入射光；
圖6是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的太陽能模組的簡(jiǎn)圖；
圖7是用于根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方式的本太陽能模組的測(cè)試結(jié)果的簡(jiǎn)圖；
圖8是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方式的本太陽能模組的輸出功率的簡(jiǎn)圖；
圖9是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方式的本太陽能模組的抗沖擊測(cè)試的簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的實(shí)施方式提供用于太陽能模組的結(jié)構(gòu)和制造方法，例如可運(yùn)用于太陽能電池板的太陽能模組。更具體地，本實(shí)用新型提供一種用于大面積太陽能模組的高沖擊集光太陽能玻璃。本實(shí)用新型的實(shí)施方式使用集光器元件來減少所需的光伏材料量，從而降低整體成本。值得注意的是示出的具體實(shí)施方式
僅用于說明目的并表示實(shí)例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到其他變化、修改和替代。
圖1是傳統(tǒng)太陽能模組100的分解圖。如圖所示，傳統(tǒng)太陽能模組通常從后往前地包括以下元件:后蓋構(gòu)件102 ;多個(gè)光伏條帶104，多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的集光器元件106與光伏條帶對(duì)齊并通過光學(xué)透明的粘接劑108固定至光伏條帶；以及蓋構(gòu)件110，通過光學(xué)透明的粘接材料112附接至集光器透鏡。后蓋構(gòu)件102可由玻璃或聚合物材料制成，并且蓋構(gòu)件110可由玻璃或透明的聚合物材料制成。集光器透鏡106可以是玻璃或聚合物，并且如圖所示具有等腰梯形的橫截面，但也可以是已知的其他橫截面形狀，包括具有一個(gè)或多個(gè)曲線部分的橫截面。
這種類型的結(jié)構(gòu)受到某些限制。例如，不同的材料通常以不同的熱膨脹系數(shù)為特征，這會(huì)導(dǎo)致降低產(chǎn)品可靠性的機(jī)械應(yīng)力。此外，當(dāng)集光器透鏡由諸如丙烯酸的某種聚合無材料制成時(shí)，在環(huán)境或溶劑的影響下集光器透鏡會(huì)損壞。
示例件結(jié)構(gòu)
圖2A和圖2B是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方式的太陽能模組200的一部分的截面圖和斜視圖?；讟?gòu)件202支撐多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的光伏區(qū)206。集光器透鏡結(jié)構(gòu)208 (有時(shí)簡(jiǎn)稱為集光器或集光器結(jié)構(gòu))疊置在光伏區(qū)上，并且包括與光伏區(qū)對(duì)齊的多個(gè)集光器元件210。在該實(shí)施方式中，光伏區(qū)相對(duì)于集光器兀件居中，但以下描述的其他實(shí)施方式具有的光伏區(qū)相對(duì)于集光器兀件偏置。
集光器可利用光學(xué)彈性體粘接至光伏條帶，光學(xué)彈性體如乙烯醋酸乙烯酯共聚物，例如DuPont Elvax EVA樹脂等。在一具體實(shí)施方式
中，光伏條帶被封裝在聚氟乙烯(PVF)材料中，例如DuPont Tedlar 聚氟乙烯。在另一個(gè)具體實(shí)施方式
中，通過層疊集光器、EVA薄膜、光伏條帶和PVF背板來形成模組。背板封裝光伏條帶和相關(guān)的布線，并且可考慮成限定基底。典型的背板結(jié)構(gòu)可包含三層，其中聚酯薄膜夾于兩層PVF之間。然后可將這種層疊結(jié)構(gòu)安裝至框架(未示出)中。
給出的集光器元件的橫截面包括向下看為凸?fàn)畹纳喜?12以及下面的矩形底部。如圖所示，橫截面的上部是圓弧形的，但也可以是其他形狀。如上所述，橫截面的上部可包括一個(gè)或多個(gè)圓形、橢圓形、拋物線或直線部分，或此類形狀的組合。上表面有時(shí)被稱為凸面。
如圖2A以及示出已注出相關(guān)的光伏區(qū)的單個(gè)集光器元件210的圖2B的斜視圖所示，給出的光伏區(qū)以寬度214為特征，而給出的集光器元件以高度216、沿橫向的寬度218、以及沿縱向的長(zhǎng)度220為特征。由于多個(gè)集光器元件整合地形成集光器結(jié)構(gòu)的各部分，所以寬度對(duì)應(yīng)于光伏區(qū)的橫向間距，以及類似地對(duì)應(yīng)于集光器元件的間距。高度216也對(duì)應(yīng)于集光器的厚度。如果集光器元件橫截面的上部包括圓弧，則這部分以曲率半徑為特征。
基底構(gòu)件202可由玻璃、聚合物或任何其他合適的材料制成。光伏區(qū)206優(yōu)選地配置為條帶，并且可基于硅，例如，單晶硅、多晶硅或非晶硅材料。即，利用劃線和/或鋸切工藝從功能性的傳統(tǒng)硅基太陽能電池中切割出每個(gè)條帶。作為實(shí)例，這種傳統(tǒng)太陽能電池可來自于SunPower公司、中華人民共和國(guó)的Suntech Power公司等。替代地,光伏條帶可由薄膜光伏材料制成。該薄膜光伏材料可包含CIS、CIGS、CdTe等。根據(jù)實(shí)施方式的不同，每個(gè)光伏條帶可具有的寬度范圍為約2_到約10_。在典型的實(shí)施方式中，光伏條帶是從晶圓上切割的，而在其他實(shí)施方式中，光伏條帶可設(shè)置在基底上(盡管可能非常困難)。
集光器結(jié)構(gòu)可由具有適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)特性的玻璃材料制成，例如，具有低鐵含量的太陽能玻璃。在一具體實(shí)施方式
中，還將玻璃回火以將它配置為應(yīng)變狀態(tài)。除此之外，也可使用其他玻璃材料，例如石英、石英玻璃。在一些實(shí)施方式中，利用擠出工藝來制造集光器結(jié)構(gòu)，使得集光器元件沿著玻璃板的移動(dòng)方向延伸。在其他實(shí)施方式中，集光器結(jié)構(gòu)由透明聚合物材料制成，例如丙烯酸、聚碳酸酯等，它們也能被擠出成型。在一些實(shí)施方式中，也可能希望模制集光器結(jié)構(gòu)。
集光器元件的上部的凸形配置提供聚光效應(yīng)，由此入射到集光器元件的頂面上的平行光聚合。因此，當(dāng)光到達(dá)下面的光伏條帶的平面時(shí)，光被限制在橫向尺寸小于集光器元件的橫向尺寸并且也可能小于光伏條帶的橫向尺寸的區(qū)域中。集光器元件的聚光特性可以以放大率為特征。在具體實(shí)施方式
中，放大率的范圍為約1.5至約5。換句話說，當(dāng)透過集光器元件觀看光伏條帶時(shí)，光伏條帶呈現(xiàn)為實(shí)際寬度的約1.5至5倍。
如圖2A和圖2B所示，集光器元件的上表面與橫向平面相交以限定出對(duì)向角度小于180°的圓弧，但這不是必需的。圓弧的交點(diǎn)通常是圓滑的，以提供圓底溝槽。放大率至少部分地由高度、寬度和曲率定義。增加放大率將需要增加集光器結(jié)構(gòu)的厚度。這將需要更少的光伏材料，但可能導(dǎo)致集光器材料的更大損耗并導(dǎo)致模組更重。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可能會(huì)進(jìn)行權(quán)衡。其他的細(xì)節(jié)可參見以上引證的美國(guó)專利申請(qǐng)第12/687,862號(hào)。
如圖2A中的放大氣球所示，集光器結(jié)構(gòu)設(shè)有涂層225。可選擇涂層材料，以防止在表面上形成灰塵和其他污染物。Saint-Gobain Glass公司銷售他們所稱的注冊(cè)商標(biāo)為SGG B10CLEAN的“自清潔”玻璃。Saint-Gobain Glass網(wǎng)站上的說明描述了以下操作:
玻璃外側(cè)上的透明涂層利用太陽和雨水兩者的能量有效地去除灰塵和污垢。暴露于陽光中存在的紫外線引起有機(jī)污物的分解并防止礦物灰塵粘結(jié)于玻璃表面。它還變?yōu)椤坝H水的”，意思是當(dāng)下雨時(shí)，雨水滑過玻璃，而不形成水滴，沖走破碎的殘余污垢。僅需要少量的陽光就可激活涂層，從而即使在陰天自清洗潔能也起作用。干旱期間簡(jiǎn)單的水沖洗將有助于保持窗戶清潔。
Boire 等人的題為 “Substrate with a Photocatalytic COating(具有光電催化涂層的基底)”的美國(guó)專利第6，846，556號(hào)描述了一種此類玻璃。！^Conservatories有限公司的K2玻璃部門也生產(chǎn)并銷售他們所稱的易清潔系統(tǒng)，即“一種將普通玻璃轉(zhuǎn)換為‘無粘性’易清潔玻璃的系統(tǒng)”。
維基百科提供了多種自清潔玻璃的供應(yīng)商，如下(引文省略):
.Pilkington聲稱該公司的Pilkington Activ品牌是首次出現(xiàn)的自清潔玻璃。它使用厚度為15nm的微晶二氧化鈦透明涂層。通過化學(xué)氣相沉積涂覆該涂層。
`[0061].PPG實(shí)業(yè)公司的SunClean品牌也使用利用專利工藝涂覆的二氧化鈦涂層。
.Cardinal Glass實(shí)業(yè)公司的Neat Glass具有通過磁控管派射涂覆的厚度小于IOnm的二氧化鈦層。
.Saint-Gobain 的 SGG Aquaclean (第一代，僅有親水性，2002)和 Bioclean (第二代，既有感光性又有親水性，2003)。通過化學(xué)氣相沉積涂覆Bioclean涂層。
如以上所描述的涂層可與其他涂層結(jié)合來提高太陽能模組的性能。例如，可使用防反射涂層來增加太陽能模組捕獲的光量。加利福利亞州雷德伍德城城的XeroCoat股份有限公司及其子公司澳大利亞布里斯班的XeroCoat私有有限公司聲稱他們正致力于澳大利亞氣候準(zhǔn)備計(jì)劃的資助，以針對(duì)由聚集的灰塵和泥土以及反射導(dǎo)致的太陽能效率的損失。
圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的替代實(shí)施方式的太陽能模組300的一部分的截面圖。在該實(shí)施方式中，集光器透鏡的凸面被更改，從而能夠更容易地制造，尤其是對(duì)于玻璃材料而言。如圖3的簡(jiǎn)圖中所示，每個(gè)集光器元件的凸面具有平的中央部分325，該中央部分的每側(cè)上為曲面部分。虛線示出可能的連續(xù)曲面。該“截平”輪廓通常在擠出期間確定，而不是通過去除初始曲表的部分而形成。這種“截平”配置會(huì)是有利的。例如，有效地減小了集光器透鏡結(jié)構(gòu)的厚度，減少了所用材料的量，并且因而還減輕了太陽能電池板的最終重量。此外，“截平”配置能夠捕獲更多的散射光，進(jìn)一步提高了太陽能電池板的性能。[0066]角度等于緯度時(shí)的固定或可調(diào)整傾斜
圖4A、圖4B和圖4C是光學(xué)示意圖，示出了用于具有光伏條帶406和集光器元件410的太陽能模組400的固定或可調(diào)整傾斜安裝配置。圖4A示出了夏至?xí)r的入射光；圖4B示出了春分或秋分時(shí)的入射光；圖4C示出了冬至?xí)r的入射光；
該太陽能模組可與圖2A和圖2B所示的模組200相似。模組的每個(gè)光伏條帶406設(shè)置在它們對(duì)應(yīng)的集光器元件410的中心。為了方便，示出的水平面(標(biāo)識(shí)為430)相對(duì)于附圖傾斜一角度(標(biāo)識(shí)為440)，該角度等于緯度，從而在圖中示出的模組是水平的?，F(xiàn)實(shí)中，模組將以等于緯度的傾斜角與水平面傾斜。示意性地示出了安裝結(jié)構(gòu)450，但未示出具體的安裝支架或其他細(xì)節(jié)，并且可遵循任何可接受的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。對(duì)于安裝至具有的傾斜角與緯度不同的斜屋頂，可能需要使用具有的傾斜角在模組的角度與屋頂?shù)慕嵌戎g的安裝結(jié)構(gòu)。對(duì)于屋頂?shù)膬A斜角等于緯度的情況，安裝結(jié)構(gòu)可以為屋頂本身。
眾所周知，太陽與水平面的最大年變化角度為47° (是地球的傾斜角23.5°的兩倍)，春分或秋分時(shí)的角度為90°減去緯度。因而，例如在50° N處，在夏至?xí)r太陽與水平面的最大角度為63.5°，在春分或秋分時(shí)為40°，并且在冬至?xí)r為16.5°。相似地，在赤道處，夏至?xí)r，在地平線的北端之上與水平面的最大角度為66.5° ;在春分或秋分時(shí)為90° (即，正頭頂上)；以及在冬至?xí)r，在地平線的南端之上的最大角度為66.5° (B卩，在頭頂?shù)臉O值±23.5°之間變化)。
如圖所示，將模組傾斜與緯度匹配的角度使得整體效率最大化，因?yàn)橥ㄟ^該太陽能模組捕獲全年的直射陽光。太陽在春分或秋分時(shí)以正入射擊中模組，并且在夏至和冬至以相對(duì)正入射±23.5°擊中模組。因而，使光伏條帶相對(duì)于集光器元件居中是最優(yōu)的。然而，不總是能夠?qū)⒛＝M傾斜成與緯度匹配，并且以下的描述是傾斜角不同于緯度的模組配置。
處于不同于緯度的角度的固定傾斜
圖5A、圖5B和圖5C是光學(xué)示意圖，示出了用于具有光伏條帶506和集光器元件510的太陽能模組500的固定傾斜安裝配置。圖5A示出了夏至?xí)r的入射光；圖5B示出了春分或秋分時(shí)的入射光；圖5C示出了冬至?xí)r的入射光。如同圖4A-圖4C的情況，示出的水平面(標(biāo)注為530)相對(duì)于附圖傾斜一角度(標(biāo)注為540)，從而在圖中示出的模組是水平的。
在該實(shí)施方式中，傾斜角不同于緯度。除了光伏條帶506與集光器元件510的中心偏移以使全年收集的太陽能最大化之外，該太陽能模組可與圖2A和圖2B示出的模組200相似。使用與緯度不同的傾斜角通常由將太陽能電池板直接安裝至傾斜角已確定的現(xiàn)有屋頂?shù)男枨笏刂?。屋頂以參考?biāo)號(hào)550示意性地示出。未示出具體的安裝支架或其他結(jié)構(gòu)，并且可遵循將太陽能電池板安裝在傾斜屋頂上的任何可接受的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。
盡管可以設(shè)計(jì)一種建筑使得其屋頂對(duì)于建筑的緯度而言可以最佳的角度傾斜，但應(yīng)當(dāng)理解的是其他限制條件會(huì)控制屋頂?shù)膬A斜。也可以將太陽能模組相對(duì)于屋頂以期望的傾斜角安裝，這會(huì)是以上所描述的傾斜角等于緯度的實(shí)施方式的情況。直接安裝可具有相對(duì)簡(jiǎn)潔和堅(jiān)固的優(yōu)點(diǎn)，在多風(fēng)的環(huán)境下尤其有利。
考慮一個(gè)具體的實(shí)例，屋頂傾斜20°并且緯度為45° N。對(duì)于該緯度，在冬至和夏至之間，太陽與地平線的最大角度在21.5°至68.5°之間變化，并且在春分或秋分時(shí)為45°。這意味著，從正入射到水平面所測(cè)得的入射角從六月21.5°變化到十二月68.5°。假設(shè)屋頂?shù)谋菊鞣较?proper direction)具有20°的傾斜,則從正入射到屋頂?shù)淖畲笕肷浣窃诹碌?.5°到十二月的48.5°之間變化。
在該實(shí)例中，使太陽能模組朝向太陽傾斜20°將改善相關(guān)的方位，在六月太陽幾乎正入射(與模組平面成88.5°或從正入射到模組為1.5° )。在十二月，太陽相對(duì)于模組的角度優(yōu)于沒有傾斜的情況，但在一年中，太陽將總是偏至正入射的一側(cè)。光伏條帶相對(duì)于集光器元件的偏移更有效地捕獲入射輻射。對(duì)于緯度大于傾斜角的該實(shí)例，光伏條帶在向上方向上偏移；如果傾斜角超過緯度，將以向下方向進(jìn)行偏移。
制造方法
在一具體實(shí)施方式
中，制造230瓦特太陽能模組的方法包括:提供包含表面區(qū)域的基底構(gòu)件、在基底的表面區(qū)域上設(shè)置多個(gè)光伏條帶、提供集光器透鏡結(jié)構(gòu)?；讟?gòu)件可為玻璃材料、聚合物材料等?？衫萌》殴に囋O(shè)置光伏條帶并且光伏條帶可以陣列配置進(jìn)行布置。在一具體實(shí)施方式
中，使用合適的粘接材料。
在一具體實(shí)施方式
中，集光器透鏡結(jié)構(gòu)可由玻璃材料或光學(xué)透明的聚合物材料制成。優(yōu)選地，玻璃材料是具有低鐵含量的太陽能玻璃。在一具體實(shí)施方式
中，多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的凸面區(qū)配置在集光器結(jié)構(gòu)內(nèi)部。多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的凸面區(qū)中的每個(gè)配置為提供約1.5至約5的放大率。根據(jù)該實(shí)施方式，多個(gè)光伏條帶可利用諸如單個(gè)化工藝或切割工藝的技術(shù)形成。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，多個(gè)光伏條帶中的每個(gè)可具有范圍為1.5_到約IOmm的寬度。
在一具體實(shí)施方式
中，本方法包括利用諸如EVA或UV固化材料的光學(xué)透明的粘接劑將多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的凸面區(qū)耦接至每個(gè)對(duì)應(yīng)的光伏條帶?？蓪⒃撎柲苣＝M插入一框架構(gòu)件內(nèi)，以進(jìn)一步保護(hù)太陽能模組的邊緣并為太陽能電池板提供剛度。當(dāng)然，也可以有其他的修改、變化和替換。
為證明本實(shí)用新型的原理和操作，在具體模組樣品上進(jìn)行了試驗(yàn)。作為實(shí)例，我們生產(chǎn)了根據(jù)本實(shí)用新型的具有集光特性的模組。作為實(shí)例，該模組包括基底構(gòu)件、以陣列配置設(shè)于基底構(gòu)件上的多個(gè)光伏條帶(例如，從功能性的太陽能電池切割出的光伏條帶)、設(shè)于光伏條帶上的集光器結(jié)構(gòu)、以及優(yōu)選地位于在集光器結(jié)構(gòu)上的涂層。光伏條帶大致沿縱向延伸并且沿橫向相互隔開。光伏條帶的中心到中心的間距優(yōu)選地大于條帶的橫向尺寸，從而存在沒有光伏材料的居間基底部分。
集光器結(jié)構(gòu)形成有沿光伏條帶的縱向延伸的多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的集光器元件(有時(shí)稱為透鏡元件)。作為實(shí)例，集光器元件可由適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?，諸如低鐵含量玻璃或其他類似的材料。至少對(duì)于集光器元件位于同一平面中的那些實(shí)施方式，它們的中心到中心的間距大致等于光伏條帶的間距。每個(gè)集光器元件沿給定條帶的方向縱向延伸并且橫向地交叉各條帶的方向。形成給定的集光器元件，使得平行光入射在集光器元件的頂面上，當(dāng)光到達(dá)下面的光伏條帶平面時(shí)被限制在橫向尺寸小于集光器元件的橫向尺寸并且也可小于光伏條帶的橫向尺寸的區(qū)域中。在示出的實(shí)施方式中，集光發(fā)生在上表面，但集光可發(fā)生在集光器的下表面。事實(shí)上，在普通透鏡的情況下，可使兩個(gè)表面具有集光性。這種集光器模組的實(shí)例已在本說明書中描述，且下面更詳細(xì)地描述。
在一具體實(shí)施方式
中，集光器元件彼此鄰近并且具有大致相同的形狀。集光器元件的曲面區(qū)以曲率半徑約為3.18_為特征。每個(gè)集光器元件包括平頂區(qū)。例如，該平頂區(qū)約為0.5_。集光器元件的平頂區(qū)和底部之間的厚度約為6_。尤其是，集光器元件的曲率半徑和平頂區(qū)的尺寸特別設(shè)計(jì)成將光有效地集中在光伏條帶上。在一具體實(shí)施方式
中，集光器元件的高度可為5_或更大或者IOmm或更大。當(dāng)然，可以有其他變化、修改和替換。
如上所述，集光器模組大致由玻璃材料制成，例如，低鐵含量玻璃、鈉鈣玻璃。例如，集光器模組可具有約為16IOmmX 16IOmmX 6mm或更大的尺寸。
在各種實(shí)施方式中，以與傳統(tǒng)玻璃生產(chǎn)設(shè)備匹配的工藝生產(chǎn)集光器構(gòu)件。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，透明度至少為90%的低鐵含量玻璃被用作集光器材料。集光器模組被制造成玻璃帶形狀，其中集光器元件通過模制工藝形成。通常，使用旋轉(zhuǎn)類型的模制設(shè)備來形成大致相同的形狀和/或圖案。為了形成圓柱形透鏡作為集光器元件和平邊，使用專門形成的模具。更具體地，特別設(shè)計(jì)制造集光器構(gòu)件時(shí)所使用的專用模具，以形成集光器圖案、平邊和它們的過渡部分。例如，使用兩種類型的模具；一種類型的模具用于形成集光器元件的圓柱形透鏡圖案，并且另一種類型的形狀稍微不同的模具用于形成具有彎曲區(qū)和平直區(qū)的集光器邊緣。
在一些實(shí)施方式中，兩塊或多塊集光器元件由單塊玻璃帶制成。在分離之前，兩個(gè)相鄰的集光器元件由一平直區(qū)隔開。當(dāng)這兩個(gè)相鄰的集光器元件彼此分開時(shí)，之前隔開兩個(gè)集光器構(gòu)件的平直區(qū)形成集光器構(gòu)件的平邊。
如圖所示，集光器玻璃具有大致平坦的第一表面。集光器構(gòu)件在第一表面和帶有花紋的第二表面之間具有至少為6_的厚度。第二表面包括集光器區(qū)以及可選的兩個(gè)邊緣區(qū)。集光器區(qū)布置在兩個(gè)邊緣區(qū)之間。每個(gè)集光器條帶的特征是在具體實(shí)施方式
中大致為半圓柱形且半徑小于5_。本實(shí)用新型的其他細(xì)節(jié)可見于下面的附圖。
圖6是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的太陽能模組的簡(jiǎn)圖。如圖所示，該太陽能模組包含適當(dāng)?shù)牟牧?，包括集光器玻璃、光伏條帶、EVA、帶連接器和背板。一旦制造出模型，將進(jìn)行以下描述的測(cè)試。
`[0089]圖7是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方式的本太陽能模組的測(cè)試結(jié)果的簡(jiǎn)圖。
圖8是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方式的本太陽能模組的輸出功率的簡(jiǎn)圖。如圖所示，輸出功率是令人滿意的并且達(dá)到傳統(tǒng)太陽能電池的性能要求。下面更詳細(xì)地描述玻璃的出乎意料的抗沖擊特性的其他細(xì)節(jié)。如圖所示，包括多個(gè)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的集光器玻璃被證實(shí)比傳統(tǒng)的平坦的太陽能玻璃更堅(jiān)固。雖然認(rèn)為集光器元件容易沿溝槽區(qū)破裂和/或破損，但抗沖擊特性基本上比想象的更高，并且確實(shí)是一個(gè)不顯然的也是意料之外的結(jié)果。表I中示出的是具有230瓦特額定功率的某種太陽能模組。表2還示出了對(duì)于本太陽能模組的分別在注解中的機(jī)械載荷、大雪和機(jī)械載荷下的循環(huán)1、2和3。
表1:本模組的特征
型號(hào)# Pmax Imp Vmp Isc Voc串聯(lián)保險(xiǎn)最大Vsyst.測(cè)量區(qū)
__(W) ⑷ (V)⑷(V) _(V)(m2)
CMT-230 230 6.88 33.4 7.1 42.5 15 600 (UL)/ 1.71________1000 (TUV)__
表2:抗沖擊特性
權(quán)利要求
1.種太陽能模組裝置，其特征在于，包括: 具有表面區(qū)的基底； 一個(gè)或多個(gè)光伏區(qū)，疊置在所述基底的表面區(qū)上； 抗沖擊玻璃構(gòu)件，具有以平行配置方式在空間上布置的多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的集光元件，并且所述抗沖擊玻璃構(gòu)件能夠相應(yīng)地耦接至所述多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的集光元件。
2.據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)光伏區(qū)是對(duì)應(yīng)的光伏條帶，所述多個(gè)光伏條帶中的每個(gè)由光伏電池切割而成。
3.據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于，所述抗沖擊玻璃構(gòu)件包括平面區(qū)和集光區(qū)，所述集光區(qū)包括以平行配置方式在空間上布置的所述多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的集光元件，所述抗沖擊玻璃構(gòu)件由低鐵含量玻璃制成，每個(gè)所述細(xì)長(zhǎng)的集光元件的曲率半徑為5_或更小且厚度大于5_，至少兩個(gè)所述細(xì)長(zhǎng)的集光元件包括位于兩個(gè)或多個(gè)所述細(xì)長(zhǎng)的集光元件之間的溝槽結(jié)構(gòu)。
4.據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于，還包括設(shè)置在所述基底的表面區(qū)與所述一個(gè)或多個(gè)光伏區(qū)之間的第一密封劑材料以及設(shè)置在所述抗沖擊玻璃構(gòu)件與所述一個(gè)或多個(gè)光伏區(qū)之間的第二密封劑材料。
5.據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的集光元件分別是多個(gè)溝槽集光器。
6.據(jù)權(quán)利要求
5所述的裝置，其特征在于，所述集光器具有大于1000_的長(zhǎng)度和大于1700mm的寬度。
7.據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于，所述抗沖擊玻璃構(gòu)件的放大率為1.5倍或更大。
8.據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于，每個(gè)所述光伏區(qū)包括硅太陽能電池。
9.據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于，所述太陽能模組裝置安裝在追蹤系統(tǒng)上。
10.據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)所述光伏區(qū)以偏移配置方式可操作地耦接至對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的集光元件。
11.據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)光伏區(qū)中的每個(gè)具有1.5mm至12mm的寬度以及156mm至IOOOmm的長(zhǎng)度。
12.據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的集光元件中的每個(gè)包括截平的孔區(qū)。
13.據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于，還包括設(shè)置成保護(hù)所述太陽能裝置的框架構(gòu)件。
專利摘要
一種太陽能模組裝置。該裝置包括具有表面區(qū)的基底。該裝置具有疊置在基底的表面區(qū)上的一個(gè)或多個(gè)光伏區(qū)。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，每個(gè)光伏條帶通過將太陽能電池切割成每個(gè)條帶而形成。每個(gè)條帶是功能性太陽能電池。該裝置還包括抗沖擊玻璃構(gòu)件，該玻璃構(gòu)件具有以平行配置方式空間地布置的多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的集光元件，并且可操作地相應(yīng)耦接至多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的集光元件。本太陽能模組為生產(chǎn)工藝提供一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，消除了一些材料(例如，丙烯酸)的使用，并且減少了用于集光器結(jié)構(gòu)的玻璃材料的量。本太陽能模組可利用較少的工藝步驟而制成，因而成本低，并且由于材料的熱膨脹系數(shù)很少不匹配，所以提高了產(chǎn)品的可靠性。
文檔編號(hào)H01L31/052GKCN202930413SQ201190000102
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年10月17日
發(fā)明者阿沛·馬赫什瓦里, 凱文·R·吉柏森 申請(qǐng)人:索拉里亞公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan