[發明專利]均質桿

無效

• 申請號: 200810095348.8
• 申請日: 2002-10-09
• 公開（公告）號: CN101308879A
• 公開（公告）日: 2008-11-19
• 發明（設計）人: 尼古拉斯·約翰尼斯·萊恩;威廉·A·小帕爾昆;英奇·萊恩
• 申請（專利權）人: 尼古拉斯·約翰尼斯·萊恩
• 主分類號: H01L31/0232
• 分類號: H01L31/0232;H01L31/052;G02B17/08
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司
• 代理人: 黨曉林;王小東

本申請是申請日為2002年10月9日、發明名稱為“太陽能發電裝置”、申請號為02820173.6(PCT/EP02/11309)的中國發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及大型的光電太陽能發電站。

背景技術

本發明涉及用于從太陽能直接轉換成電能的裝置，其與間接轉換大不相同，該間接轉換包括產生施加在轉動發電機上的機械扭矩的高溫中間過程。已知當前在加利福尼亞使用的大型太陽能發電裝置。所有這些最大型的發電裝置首先聚集陽光形成高溫熱，接著使用利用燃燒產生熱的發電站的已知方法將其部分地轉換成電能，剩余的為廢熱。當前使用的具有大電力輸出的所有太陽能發電站都覆蓋巨大的區域，這是由于它們的面積生產率低于3％。它們的高費用和相當大的高度使得聚能器模塊的大范圍東西分離。它們的高費用是由于高度所產生的風力荷載所需的大量金屬而導致的，但該高度是必需的，這是為了延長每一個模塊在不被其南方的鄰近模塊遮擋的情況下每天工作的小時數。其他的費用因素是從包含在太陽能熱電生產中的較高維修人工所產生的。

大規模光電發電站僅僅到最近才是經濟可行的，這是由于逐漸降低的光電池費用和逐漸增大的電池效率。但在不聚集的情況下，由成排的單塊太陽能電池覆蓋巨大的地面區域將導致在地面布置大量的特殊金屬，所述金屬以大面板形式被提供因此其自身必須具有防風結構。由于本發明具有能有效地將太陽光聚集在PV電池上的優點，因此本發明相對于現有技術有較大的改進。

在理論上，一些光電池能夠將接近50％的輻照直接轉換成電能，在實驗室測試中實際已經達到接近40％的直接光電轉換，但這些都是用于太陽能聚集。但是太陽能聚集的現有技術仍然具有相同的過度占地的問題，這是由于需要使模塊分離所導致的?，F有技術的用空氣冷卻的PV聚能器仍然很昂貴，以致于需要整天工作以進行實際償還，這是由于它們的聚集度僅是幾十(in?the?tens)。

現有技術存在著不實際的過度占地的問題，這表現為它們的單位面積太陽能效率低，其被定義為電力輸出除以設備所需的所有陽光照射的土地面積。本發明提供了一種在上述現有技術的基礎上進行改進的有益于環境的太陽能發電系統，采用結構緊湊、可維護的、成本適中(resource-modest)以便于制造和安裝的設計。覆蓋87％的劃撥(set-aside)土地而不是5％，每產生十億瓦電力而必須劃撥的土地面積很少。本發明提供伸縮性很大的結構緊湊的太陽能發電設備，改善了安裝、維護和控制的后勤(logistics)并且提高了制造的經濟性和投資回報率。

發明內容

因此，本發明在其直流部分的雙軸跟蹤(two-axis?tracking)中使用陽光的聚集光電轉換，太陽光被光學聚焦到高聚集度(在這里所述的優選實施例中大約為400)并且通過整體水冷保持高效率。

如下面描述的，采用下列措施以達到超過現有技術的一個數量級的面積效率水平。

1.旋光孔(optically?active?aperture)將是地面的一大部分(接近90％的面積使用率)。這里公開的新穎的雙軸跟蹤構造能夠獲得這種效果。

2.在光電池上的輻照將是太陽光的幾百倍以達到理想限度的工作效率，但不能太高(太陽光的幾千倍)以致于縮短可靠的使用壽命。

3.利用交迭的電池進行轉換，這是由于它們的每個結構層都能限定太陽光譜的一部分，這是上述非常理想的轉換效率的根本原因。

4.在小的圓形焦點處(幾千倍的太陽光)很不均勻分布的聚集通量將被更均勻地分布在較大的方形光電池上。由于透鏡焦距隨著波長改變，因此焦點在光譜上也是不均勻的，并且在400納米和1100納米處的焦點比在平均折射率(median?refractive?index)為1.492的通量加權處的寬。但是，當整個電池具有相同的接收的聚集太陽光通量的光譜平衡時，串聯的交迭電池達到最佳工作狀態。

5.由于效率隨著溫度升高而下降，因此設有消除強烈的未轉換的太陽光熱量的散熱器，其效率足以使光電池底部和散熱器之間的溫度差僅為幾℃。在為太陽光的幾百倍時，這意味著要進行水冷。

6.太陽光輻照的直流部分的雙軸跟蹤將能夠以節省成本的形式實施，同時保持低的總高度。

具有競爭性的大規模太陽能發電的進一步要求是與現有技術的太陽能轉換系統相比增強成本效率。本發明通過下列措施來實現：

a)通過利用浮在冷卻水上的聚能器(concentrator)的浮力支撐水平跟蹤，從而能夠減少每瓦所消耗的材料量；