[其他]太陽能收集器中與初級聚光器配合使用的光電池罩

無效

• 申請號: 87106958
• 申請日: 1987-08-03
• 公開（公告）號: CN87106958A
• 公開（公告）日: 1988-07-27
• 發明（設計）人: 馬克·J·奧尼爾
• 申請（專利權）人: 恩泰克公司
• 主分類號: H01L25/02
• 分類號: H01L25/02;H01L31/04;H01L31/02;F24J2/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 李強

本申請是申請號為752023，申請日為1985年7月5日專利申請的后續申請;后者又是申請號為653148，申請日為1984年9月24日專利申請的后續申請。

本發明敘述了一個太陽能收集器，更確切地說是一個光罩，它與收集器的一個初級聚光器共同提高太陽能電池的效率。

光電池也稱為太陽能電池正日益廣泛地被用來擴大光電轉換的應用。這種電池通常由硅或其它半導體材料的受光面附近形成一個PN結所組成。電池的上下兩部分之間，在太陽光的照射下，產生一個電位差。為了利用這種電能，需要借助于電路使光致電流從電池的頂部流過某一負載傳導到電池的底部。構成這種電路的一般方法是在電池的受光面上放置導電元件或金屬導線網。因為太陽能電池的生產目前比較昂貴，所以提高太陽能系統光電轉換效率的方法是利用一個裝有所謂初級聚光器的太陽光收集器把一個大區域上的太陽光聚焦在較小的太陽能電池上。這樣的聚光器可以是一個US.4069812所述的條狀菲涅爾透鏡。另一個高效率的聚光器是US.4545366中描述的雙聚焦太陽能聚集器。由于這類裝置的使用，增大了會聚在太陽能電池上的入射能量，電池的輸出電流會提高許多倍。對于有初級聚光器的太陽能收集器，為了有效地傳導這樣的大電流，與無聚光器太陽能收集器相比，需要有更粗的柵條或更寬大的導體元件與電池一起使用。

但是由于這種柵條被安置在太陽能電池的頂部，它會妨礙部分太陽光入射到半導體材料上進行光電轉換。因此，目前的太陽能電池設計都基于一個電阻損耗與柵條遮擋損耗兩者折衷的辦法，前者取最小值，則需要大和多的柵條;后者取最小值，則需要細而少的柵條。目前電池的設計由于這些導體元件的存在，電轉換效率受到限制。典型的情況是，電池的5%-25%光照區域被不透明的柵條遮擋，引起電轉換效率成比例地降低。

另一個與光電太陽能轉換系統相聯系的損耗是由電池的密封引起的。為了防止潮濕、灰塵、大氣給電池帶來的損害，現有的電池使用諸如玻璃等光學透明的電介質包層覆蓋在受光的電池表面上。它的缺陷在于這種透明密封劑反射了一部分來自其外表面的光線，這是因為介質材料的折射率比周圍空氣的折射率大的緣故。一般地說，有3-5%的入射光由于密封劑外表面的反射被損耗掉了，進而再次降低了電轉換效率。

在太陽能電池上，加一個電池罩使太陽光從柵條處折射到電池的有效區域上去是公知技術。US.4053327就敘述了這樣的結構。這份專利中的電池罩被設計成太陽能收集器的每個電池上的一個平板膜層。有幾個理由都證明這樣的太陽能電池罩是在商業上不可行的。采用普通的平板結構，由于電池罩直接暴露在惡劣的環境之中，暴露的罩子表面會沉積上灰塵，降低其功能。這份專利采用的平板結構電池罩也是不經濟的，因為其能量接收區域上的每一部分都必須罩起來。同時，電池罩必須被模壓在電池上，這除了材料本身的消耗外，還包含了許多勞動力的耗費。

另外一個妨礙該電池罩廣泛使用的難題是太陽能電池的能量接收區域通常有一個固定的取向（如：固定在住宅的屋頂上）。由于入射的太陽光線與太陽能電池的能量收集區域之間的夾角對于固定的平板收集器來說每一年里和每一天內都在不斷地變化，象上述專利所說的電池罩在大部分時間里將不能高效地工作，因為要想使它們高效地工作，就需要使其與光線垂直。

另外，由于太陽能電池原料與電池罩原料熱脹冷縮的特性不相同，上述的電池罩在商業上沒有價值。大多數太陽能電池是硅制成的，硅具有很低的熱膨脹系數，大約為3.0×10^-6/F°。相比之下，現有技術電池罩的材料通常是玻璃或硬塑料，如聚丙烯塑料，它的熱膨脹系數較大，大約為4.5×10^-5/F°。電池與罩子的熱膨脹系數不匹配將導致罩子在正常的工作環境下不能很好對準柵條，這里的正常工作環境包括一個大的溫度變化范圍。由于電池罩脹縮尺寸的變化幅度通常與柵條間隔和柵條的寬度具有相同的量級，因此這個對準偏差是實際存在的。這種對準偏差還將導致效能的嚴重下降。

據此，目前需要一種改進的太陽能收集器，它帶有一個初級聚光器，這個聚光器具備了光電池罩的整個優點。

本發明提供了一種有獨特結構的太陽能電池罩，以此來提高太陽能電池的效率。這個太陽能電池是用在帶有初級聚光器的太陽能收集器內的。上述的太陽能電池罩，通過減小這種聚光收集器的太陽能電池上因導電元件阻擋而引起的光損耗，構成了一個較高效率的太陽能電池轉換系統。實際上，電池罩以前表面對來自罩內光的反射，也減小了光損耗。