[发明专利]太阳能收集装置

说明书

背景技术

本发明涉及一种太阳能收集装置、包含所述装置的能源系统和利用所述装置收集太阳能的方法。本发明的一项特别应用(但不限于此)是家用或工业用屋顶安装式太阳能收集系统，为便于说明，将参考这一应用进一步描述本发明。本发明可以应用于收集太阳能的其它方法和系统中，包括壁挂式和地面式“大面积”(broad acre)系统。

现有技术

现有技术装置的以下实例只是公共知识，不应认为它们是本领域通用知识的形成部分。

目前，存在多种不同的太阳能系统，包括安装在诸如住宅等建筑物屋顶上、通过太阳能电池获取可以转化为其它形式的能量的太阳能以提供热水或电等的太阳能系统。

许多屋顶安装式太阳能系统在现有技术中都曾描述过。通常，太阳能电池模块通过互相连接各个太阳能电池并将互相连接的电池层压为整体式太阳能电池模块而形成。更具体而言，模块一般包含由聚合物或玻璃材料制成的硬质透明覆盖层和粘合覆盖材料和多个互相连接的太阳能电池的透明的前密封剂。模块还具有可以是透明的或任何其它颜色的后密封剂、保护模块后表面的硬质后壳、覆盖模块边缘的保护密封件和覆盖所述密封件的铝制周边框架。当前盖由玻璃制成时，所述框架起到保护模块边缘的作用。

在安装框架之前，先在热和压力下层压模块。这些条件会使密封剂材料层熔融，粘合于邻近表面，并确确实实地“封装”太阳能电池。由于晶体硅太阳能电池通常较脆，因此当模块在现场使用过程中遭受机械应力时，密封剂可以起到保护太阳能电池和减少破损的作用。从上述表 述中可以看出，模块是一个比较复杂的构造。

在另一个实例中，美国专利5,986,203号公报公开了一种太阳能电池屋顶瓦及其形成方法。该专利描述了包含前支撑层、透明密封剂层、多个互相连接的太阳能电池和后壳层的太阳能电池屋顶瓦。其中前支撑层由光传输材料形成，并具有第一和第二表面。透明密封剂层位于前支撑层的第二表面附近。互相连接的太阳能电池具有与透明密封剂层相邻布置的第一表面。后壳层具有与互相连接的太阳能电池的第二表面相邻布置的第一表面，其中一部分后壳层环绕并接触前支撑层的第一表面，从而形成边界区域。

对于无定形硅太阳能电池模块，成型的热塑性材料的聚合物框架被广为采用。可以利用反应注射成型来成型无定形硅模块周围的聚氨酯框架。以此方式制成的模块往往较小(例如5瓦～10瓦的规模)，而高于50瓦～80瓦的模块通常利用铝框架配置。由于模具成本较高并且获得的具有整体式安装孔的聚合物框架的强度有限，因此模块倾向于小型化。

对于晶体硅模块，后壳材料成本通常都很高。有两种广为使用的后壳材料，它们都比较昂贵。最常用的材料是 /聚酯/乙烯乙酸乙烯酯层压板，另一种广为使用的后壳材料是玻璃。在模块中的太阳能电池和后壳之间通常配置有两个附加的材料层，这进一步提高了制造成本。可以提供一个与透明密封剂(例如乙烯乙酸乙烯酯，Ethylene VinylAcetate)材料相同的后板。

无定形硅模块和晶体硅模块都包含安装在后壳材料上的接线盒，所有外部电连接都通过该接线盒实现。

安装模块的劳动密集型方法会显著增加太阳能发电的总成本。模块的安装通过将螺丝、螺母和螺栓装配到铝框架的适当安装孔上而实现。然而，太阳能电池模块经常位于没有其它电源的边远地区。因此，安装过程经常涉及到将构件安装在诸如崎岖地带或者屋顶等费劲、别扭和不易安装的位置。前述讨论表明，太阳能电池模块的制造往往成本过高，并且涉及过多的劳动，以至于无法实现使太阳能具有成本竞争优势的目标。现有技术提出了可以用作屋顶瓦的低成本太阳能模块。

美国专利6,294,724号公报公开了一种太阳能电池模块和发电装置，所述装置包含太阳能电池元件、设置在所述太阳能电池元件的受光表面侧的正面组件和设置在所述太阳能电池元件的后表面侧的背面组件。正面组件和背面组件以可拆卸的状态相连。至少正面组件和太阳能电池元件紧密接触，或者正面组件与固体层紧密接触，而固体层与太阳能电池元件紧密接触。