[發(fā)明專利]可縮短對光源采光距離的單位面積光通量增量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910127987.2
• 申請日: 2009-03-25
• 公開（公告）號: CN101807866A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李曉陽
• 申請（專利權(quán)）人: 珠海新概念航空航天器有限公司
• 主分類號: H02N6/00
• 分類號: H02N6/00;H01L31/052;G02B3/00;G02B7/02
• 代理公司: 廣州華進聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 李雙皓

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種主要應(yīng)用于太陽能光伏發(fā)電和各種光能回收利用的裝置，尤其是一種能 夠有效縮短對光源采光距離，從而提高受光地點單位面積的光通量和光強度，并且能夠在有 效日照時間內(nèi)提高太陽能收集效率的可縮短對光源采光距離的單位面積光通量增量裝置。

背景技術(shù)

太陽能是人類主要的持久能源和環(huán)保潔凈能源，而太陽能光伏發(fā)電則是目前人類從太陽 獲取能量的基本方法之一。評估某一種太陽能光伏發(fā)電技術(shù)方案效益優(yōu)劣的主要指標(biāo)，是該 方案在地球表面單位面積內(nèi)收集太陽能的效率。地球表面單位面積內(nèi)太陽能的收集效率具體 是指：單位時間內(nèi)，在地球表面某一地點單位球面度所能收集到的太陽光的光通量值和光強 度值。對于太陽能光伏發(fā)電來說，光譜頻率相對穩(wěn)定的太陽光光通量和光強度越大，則越有 利于提高光電轉(zhuǎn)換裝置(例如太陽能電池)產(chǎn)生的光電量，在地球表面單位面積上也就能夠 獲得更多的電能。這是因為：投射到光電轉(zhuǎn)換裝置上的投射光，如果能發(fā)生光電效應(yīng)并且其 光譜頻率(或振幅)相對穩(wěn)定，則所產(chǎn)生的光電流強度飽和值與投射光單位面積的光通量以 及光強度值成正比。

目前世界上現(xiàn)有利用光學(xué)方法來聚集太陽能的技術(shù)方案，主要有凸透鏡聚焦和菲涅爾透 鏡聚焦方案，以及各類平面鏡或拋物面反射鏡聚光方案等。

現(xiàn)有各類凸透鏡、菲涅爾透鏡聚光方案，是利用聚光透鏡的折光特性將通過透鏡面積內(nèi) 的太陽光折射后，聚集在透鏡焦距附近以形成高溫和高亮度的焦斑點。由于聚光透鏡的面積 遠大于聚光后焦斑點的面積，因此這類方案實質(zhì)上并不能夠提高單位面積太陽能的收集量， 只是將通過透鏡面積內(nèi)的太陽光折射聚集以提高焦斑點的光強度而已。這類方法雖然可以減 少太陽能電池的使用量，但由于聚光透鏡折射陽光聚焦后所形成的焦斑點溫度很高，而太陽 能電池的光電轉(zhuǎn)換效率又與溫度成反比，這類聚光鏡式太陽能電池，必須有冷卻裝置才能維 持工作效率和避免燒壞，冷卻裝置需耗費一定能量，因此這類方案的效費比和性價比都比較 低。而且，這類方案的前提是“聚焦”，因此為了確保焦斑點的形成和保證焦斑點的光強度， 不能通過調(diào)節(jié)太陽能電池收集板與透鏡之間的距離，來達到避免過高的溫度的情況發(fā)生。

現(xiàn)有各類平面鏡或拋物面反射鏡聚光方案，其聚光系統(tǒng)龐大的體積需要占用較大的土地 面積和空間容積。而且，這類方案只是從不同的角度將到達各個反光面內(nèi)的陽光，一同反射 聚集在某一個聚光點上，以提高該點的太陽光強度，其采光反射面的總面積，仍然遠大于其 聚光點的面積。因此，這類方法實質(zhì)上也并不具備提高地球表面單位面積太陽能收集效率的 效果，其效費比和性價比也都比較低。

由于地球自轉(zhuǎn)和繞太陽公轉(zhuǎn)，因此相對于地球表面的某一點來說，太陽每天的運動都有 方位角和赤緯角變化。要在每天有效日照時間段的單位時間內(nèi)收集到更多的太陽能，就必須 使太陽能電池的采光面能夠始終追隨太陽運動?，F(xiàn)有各類太陽追蹤方法大多是利用測量傳感 器(例如光敏傳感、熱敏傳感、溫差傳感等)來感應(yīng)太陽光，然后通過相關(guān)裝置分析處理測 量信息后，對伺服傳動機構(gòu)發(fā)出指令使機構(gòu)作出相應(yīng)動作來追蹤太陽。這類方法機構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜 并且需要耗費一定能量。而且，這類方法的裝置受氣象條件的制約較為明顯(例如看不見太 陽的陰天或者多云遮陽天氣)，系統(tǒng)的有效性和可靠性低而容易產(chǎn)生誤動作。此外，現(xiàn)有太陽 追蹤方法中，還有利用計算機編制預(yù)設(shè)程序來指令伺服傳動機構(gòu)追隨太陽運動的裝置。這類 裝置同樣是因為構(gòu)造復(fù)雜和需要耗費能量，所以效費比和性價比仍是比較低。

顯而易見，要進一步發(fā)展人類的太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，就必須根本上改變現(xiàn)有太陽能的 采光集能方案，用更有效的新方法來提高地球表面單位面積的太陽能收集效率，并且需要有 簡約和可靠的新方法來跟蹤太陽二維運動。根據(jù)新的技術(shù)方案制造的裝置產(chǎn)品，還應(yīng)當(dāng)具有較 高的效費比和性價比，以利于廣泛應(yīng)用。

目前人類社會的日常電能耗費，很大部分是消耗在照明上(例如街道照明，公園、廣場、 商店等公共設(shè)施照明，地下交通照明，住宅區(qū)、樓道和家庭照明等等)。如果在不影響照明目的 效果和環(huán)境外觀等的前提下，利用簡單有效的采光集能方法將各種燈光的光能回收再利用， 將能夠節(jié)約大量能源，其重大意義值得人類社會高度關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種主要應(yīng)用于太陽能光伏發(fā)電和各種光能回收利用的技術(shù)方 案，即提供一種可縮短對光源采光距離的單位面積光通量增量裝置，能夠顯著增加單位面積 光通量和出射光強度。