[發明專利]高效太陽能聚光光伏系統

無效

• 申請號: 200910218062.9
• 申請日: 2009-12-22
• 公開（公告）號: CN101719738A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發明（設計）人: 荊雷;盧振武;劉華;趙會富;劉英
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H02N6/00
• 分類號: H02N6/00;G02B19/00
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 趙炳仁

技術領域

本發明涉及光伏發電技術，具體涉及一種高效利用太陽能的聚光光伏系 統。

背景技術

太陽能作為未來主要的可再生能源，日益受到各個國家的高度重視，相 關研究顯示出其巨大的應用潛力。然而到目前為止，光伏技術在電子市場上 的應用并未達到人們預想的結果，一個主要的原因就是光伏系統的成本過高。 而光伏系統的成本中又以光伏電池材料和系統跟蹤的成本為主。由此可見， 能否實現大規模地光伏技術產業化，關鍵在于降低電池材料和系統跟蹤的成 本。

一種有效地降低電池材料成本和跟蹤成本的途徑是：在光伏系統中增加 一成本較低的光學聚光鏡，構成聚光光伏系統。然而傳統聚光光伏系統中的 聚光鏡多是基于成像聚焦理論設計而成，如槽型拋物面反射鏡，菲涅爾線聚 焦，點聚焦透射鏡等。其普遍存在的缺點是聚光比不高，接收角較小，光能 傳輸效率低，高寬比較大。

發明內容

本發明的目的是為克服目前太陽能聚光光伏系統存在的上述缺陷，提出 一種基于非成像理論設計的高效太陽能聚光光伏系統，該系統具有大接收角、 高倍聚光、高能量傳遞效率、結構簡單、緊湊的優點。

本發明高效太陽能聚光光伏系統，主要由封裝在外殼中的光學聚光器件、 光伏電池、外接電路，散熱板以及外部跟蹤設備組成，所述的光學聚光器件 由聚光鏡和插置在聚光鏡軸心孔內的勻光棒構成，所述勻光棒的下端直接座 置在所述的光伏電池上，其直徑與光伏電池的口徑相等，其高度為聚光鏡下 表面擬合的高次非球面與光軸的截距；所述聚光鏡的上、下表面是符合下式 的高次非球面鏡：

z=cr21+1-(1+k)c2r2+Σ120airi]]>

式中，z為矢高、c為頂點曲率半徑、k為圓錐系數、r為面型上點到光軸距 離、α_i為多項式的各項系數。

聚光鏡的口徑D根據光學擴展量相等方程E_i＝E_o確定，其中 E_i＝2πDsinθ_i，E_o＝2πnd?sinθ_o，即：

D＝nd?sin(θ_o)/sin(θ_i)

其中，d為光伏電池口徑、θ_i為接收半角、θ_o為勻光棒接收端照射角，n 為聚光鏡材料折射率；聚光鏡下表面上鍍有反射膜。

為進一步提高聚光效果，在聚光鏡上表面的中心區域也鍍有反射膜，該 鍍膜區域的直徑為聚光鏡口徑D的12％-13％。

本發明的工作原理是：太陽光束最先入射到聚光鏡的上表面，經歷一次 折射后到達聚光鏡的下表面，在此經歷一次反射后再次回到聚光鏡的上表面， 經歷一次全反射后到達勻光棒的入射端，太陽光束經過勻光棒勻光后，最終 照射到光伏電池上表面，實現高效光電轉換，產生電流由外接電路導出。為 了避免因長時間照射導致光伏電池過熱，而造成系統的光電損失，我們在光 伏電池背面接散熱裝置。最終該裝置安裝在跟蹤設備上對太陽實施實時跟蹤。

本發明的關鍵技術在于對光學部件的設計，設計時聚光鏡與勻光棒先分 開設計，加工時再整體加工，這樣有利于系統的裝調(避免裝調誤差引入)， 減小系統復雜性，也更利于降低整個系統成本。