用于太阳能应用的光学结构和制造方法技术

提供了一种薄且平的反射器解决方案，其包括：完全平面的基底元件(106、206)；以及至少一个平面的载体元件(104、204)，该至少一个载体元件设置有布置为至少一个图案的多个空腔(110、210)，其中，载体元件(104、204)、并且可选地基底元件(106、206)基本上是光学透明的，其中，所述至少一个载体元件(104、204)与基底元件(106、206)层压在一起，使得在这些元件之间的界面处建立至少一个嵌入的光学功能空腔图案(110、210)，并且其中，通过调节每个所述嵌入图案内和/或每个所述载体元件(104、204)内的空腔(110、210)的轮廓来使光学结构(100、200)具有光学功能，其中，该光学功能选自：光反射、光折射和光重定向。光折射和光重定向。光折射和光重定向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于太阳能应用的光学结构和制造方法


[0001]本专利技术总体上涉及光学器件。特别地，本专利技术涉及具有改进的太阳辐射捕获、反射和吸收性质的光学结构。

技术介绍

[0002]图1A示出了白色背板反射器结构10的典型解决方案，其将到太阳能电池板(太阳能电池103)上的入射光(1)的大约44％反射离开太阳能电池板。已知的解决方案包括叠层，其中，光伏材料(PV/太阳能电池103)层压在背板16(在本情况下为白色背板)和具有传统粘合剂(例如乙烯
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乙酸乙烯酯(EVA)粘合剂15)的盖玻璃12之间。到电池板上的入射光1直接和/或由于内反射而到达太阳能电池103；然而，由于光从电池板反射出去，损失了大量的能量。到达PV电池103的内部反射光由参考数字2表示；而从结构10反射出去的光由参考数字3表示。从另一方面来说，在具有黑色背板的典型反射器结构中(参见图2)，黑色表面中的光吸收水平为大约95％，其中此太阳能损失。
[0003]由单晶硅(单晶Si)制成的典型光伏(PV)电池板1001(图2)具有围绕PV电池103并覆盖PV电池板表面的大约5％至大约10％的无源区域。在传统的解决方案中，此无源表面区域具有朗伯反射率，并且由于光反射(回到环境中)和遮蔽而引起能量损失，因此减少了由电池板产生的能量的量。因此，图2示出了用于太阳能电池板1001和相关太阳能电池板模块1002的多个最通用的反射器解决方案，其中背板层106配置为例如板、片或膜，并且以白色、黑色或透明解决方案提供。包括多个具有电池103的电池板1001的示例性太阳能电池板模块1002(右侧)可以具有大约40％透明度的背板层106。
[0004]下面进一步描述与传统背板布置所经历的光能损失相关联的问题。图3A示出了代表现有技术水平的背板模块结构10A，通常为白色或黑色。模块结构10A包括通常层压到太阳能(PV)电池103的底部的背板层16。通常，使用光学透明粘合剂15，例如EVA粘合剂，来利用热量和压力层压。其他材料和白色EVA也可以用作粘合剂。模块结构10A包括覆盖层12，例如玻璃板。不管背板是否是白色的，其都形成各向同性反射器，该各向同性反射器具有朗伯漫射功能。其反射率通常在80％
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90％之间。
[0005]通常，超过40％的光被反射出太阳能电池板。然而，由于内部光被捕获在底部区域，将背板定位在结构10A的底部上将光(能量)损失增加到大于60％。黑色背板的反射率最大为大约5％，于是光仅被吸收到材料中而没有任何能量增益。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是至少减轻由相关技术的限制和缺点引起的每个问题，并且提供用于制造各种光学功能结构的可行替代方式。
[0007]通过根据独立权利要求1和24中限定的光学功能分层(层压)结构和相关制造方法的各种实施方式来实现该目的。
[0008]光学结构有利地配置为用于太阳能应用的内部反射器结构解决方案。
[0009]本专利技术提供了一种光学结构100、200，其具有完全集成的嵌入式空腔光学器件，例如体积光学器件，以及平且薄的光学元件，例如反射器元件，在下文中称为反射器，其配置为所述光学结构。光学结构可以配置为基本上光学透明。光学结构可作为太阳能电池的背板层提供。然而，在本公开中，提及“背板层”意味着光学结构的基底元件层(在下文中，是106、206)。所述基底元件层可以被赋予预定的颜色，例如黑色或白色。事实上，基层可以被赋予任何期望的颜色。基层进一步与光学透明图案层(载体元件层)层压以形成空腔光学器件。光学结构可以配置为具有与光伏表面的最佳对准的条纹解决方案。
[0010]在本说明书中，术语“光学结构”可以与术语“反射器元件”或“反射器结构”互换使用。此外，就术语“平的”(与“平面的”可互换)而言，我们是指完全平的(平面的)层元件。因此，不管层压层是否包括图案，其仍然是平的和平面的。
[0011]本专利技术的效用通常由取决于实施方式的多个问题引起。特别地，本专利技术提供了以下优点：
[0012]基于所述光学结构的反射器可适于独立于背板颜色或实施方式而有效地捕获太阳能(光)，例如用于白色、黑色和透明解决方案中的任何一种，以及用于单面和双面解决方案。根据本专利技术的(具有任何颜色的)背板反射器结构可以分配以较大角度(以超过全内反射角度的入射角；入射角＞TIR角)入射到其上的光，并且在太阳能电池板模块(1002，图2)内回收光，从而使电池板效率增加大约4.0％
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5.5％(白色背板)和大约5.0％
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6.5％(黑色背板)。
[0013]由此描述的反射器解决方案的背板反射器增益比传统白色反射器解决方案的好，并且比传统黑色反射器或透明解决方案的好大约10倍。
[0014]具有双面解决方案的玻璃
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玻璃层压是最有益的。在这种情况下，本解决方案的增益将在5％
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10％之间，这取决于间隔面积距离。
[0015]本解决方案优化了材料成本和间隔面积，以便使每瓦特的成本最小化。
[0016]在PV模块(60个电池)中由本解决方案提供的最佳增益可以是大约25W
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35W。
[0017]表述“许多”在本文中是指从一(1)开始，例如，到一、二或三的任何正整数。表述“多个”在本文中是指从二(2)开始，例如到二、三或四的任何正整数。
[0018]术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元件与另一个元件区分开。
[0019]术语“光”是指电磁辐射，例如可见光，但是不限于可见光。
[0020]关于(太阳能)电池、相关电池板和模块的术语“太阳能”和“光伏”可互换使用。
[0021]在一些情况下，根据这些实施方式的光学结构被称为“ICS解决方案”或“ICS”。
附图说明
[0022]通过考虑详细描述和附图，本专利技术的不同实施方式将变得显而易见，在附图中：
[0023]图1A示出了传统白色背板反射器解决方案；图1B示出了根据一些实施方式的光学结构(背板反射器结构)。
[0024]图2以背板反射器示出了多种通用太阳能电池板模块颜色。
[0025]图3A示出了传统的光学结构，例如背板反射器。
[0026]图3B至图3G示出了根据各种实施方式的光学结构。
[0027]图4A至图4C示出了根据不同实施方式的具有不同空腔光学器件取向的条纹反射器解决方案，图4D示出了双向图案和单向图案。
[0028]图5A示出了根据一些实施方式的PV电池板中的光学结构的布置。
[0029]图5B示出了PV模块中的光学结构的不同定位。
[0030]图6示出了根据一些实施方式的光学结构，其具有复制的图案和通过粘结产生的气腔。
[0031]图7A至图7E示出了根据各种实施方式的基于光学结构的反射器的模拟概念图。
[0032]图8A示出了根据一些实施方式的用于光学结构的空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学结构(100、200)，包括：完全平面的基底元件(106、206)；以及平面的至少一个载体元件(104、204)，设置有布置为至少一个图案的多个开放空腔，其中，所述载体元件、并且可选地所述基底元件基本上是光学透明的，其中，该至少一个载体元件(104、204)与基底元件(106、206)层压在一起，使得在这些元件之间的界面处建立至少一个嵌入的光学功能空腔图案(110、210)，并且其中，通过调节每个该嵌入图案内和/或每个所述载体元件内的空腔轮廓来使所述光学结构具有光学功能，其中，所述光学功能选自：光反射、光折射、以及光重定向。2.根据权利要求1所述的光学结构，其中，嵌入的所述空腔填充有内部介质，所述内部介质的折射率与围绕所述空腔的介质材料的折射率不同。3.根据权利要求1或2中任一项所述的光学结构，其中，嵌入的所述空腔填充有以流体或固体形式提供的内部介质材料。4.根据前述权利要求中任一项所述的光学结构，其中，流体的内部介质材料选自由以下各项组成的组：空气、气体、以及液体。5.根据前述权利要求中任一项所述的光学结构，其中，所述空腔轮廓在尺寸、形状、取向和周期性中的至少一个方面是可调节的。6.根据前述权利要求中任一项所述的光学结构，其中，所述载体元件、并且可选地基底元件由聚合物材料制成，所述聚合物材料选自由以下各项组成的组：PET、PEN、PC、PMMA、PS、COP、PI、PEI、以及PEEK。7.根据前述权利要求1至5中任一项所述的光学结构，其中，所述载体元件、并且可选地基底元件由玻璃制成。8.根据前述权利要求中任一项所述的光学结构，其中，所述基底元件进一步被赋予预定颜色。9.根据前述权利要求中任一项所述的光学结构，其中，所述基底元件是黑色或白色的。10.根据前述权利要求中任一项所述的光学结构，其中，所述空腔配置为对称的或不对称的凹槽，例如连续的凹槽或离散的凹槽、微透镜、点、凹部、像素、光栅等。11.根据前述权利要求中任一项所述的光学结构，其中，多个嵌入的光学功能图案并排布置，其中，一个图案的空腔轮廓形成邻接图案的空腔轮廓的镜像。12.根据前述权利要求中任一项所述的光学结构，包括层压在所述基底元件(206)的每侧上的两个载体元件(204
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1、204
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2)，其中，在所述基底元件(206)与所述载体元件(204
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1、204
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2)中的每个之间的界面处建立至少一个嵌入的光学功能图案(210
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1、210
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【专利技术属性】
技术研发人员：卡里，
申请(专利权)人：智能控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：