[發明專利]一種太陽能聚光分頻光伏光熱綜合利用裝置

無效

• 申請號: 201310134896.8
• 申請日: 2013-04-17
• 公開（公告）號: CN103236463A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 胡芃;劉陽;張謙;陳則韶
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01L31/052
• 分類號: H01L31/052;H01L31/058;F24J2/46
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;顧煒

技術領域

本發明涉及太陽能利用、新能源開發技術領域，具體涉及一種太陽能聚光分頻光伏光熱綜合利用的裝置。

背景技術

太陽能是重要的可再生能源，其高效利用已成為研究的重要課題。傳統上，太陽能利用方式主要有光伏轉換和光熱轉換。這兩種方式均受制于較低的太陽能能流密度（約1000W/m²）。采用聚光方式提高太陽能的輻射能流密度，光熱利用時可提高集熱溫度，提高有效能效率；光伏轉換時則可減少光伏電池用量，降低成本。同時，聚光電池具有比平板光伏電池更高的光電轉換效率，例如美國Amonix公司生產三結聚光電池組件的光電轉換效率已高達33.5%(Progress?in?Photovoltaics:Research?and?Applications.2012，20:606–614)。因此，太陽能的聚光利用具有良好的前景。

聚光光伏發電的聚光倍數為數十至數百，又由于光伏電池僅能利用太陽光譜中的特定波段（如硅電池為400-1200nm，砷化鎵電池為400-900nm），其余波段的光子能量在電池內部耗散為熱量，造成熱負荷很大，對散熱器件的性能提出很高要求。一旦散熱不良，造成電池工作溫度過高，將嚴重影響轉換效率。另外，某些類型的聚光光伏系統（如碟式系統、拋物槽式系統），其聚光光斑的能流分布不均會造成電池表面“熱斑”，影響電池光電轉換效率。專利CN201725081U（胡芃，張謙，陳則韶一種平板型平面玻璃鏡反射太陽能聚光器）提出了一種平板型平面玻璃鏡反射太陽能的聚光器，抗風阻能力強，加工工藝簡單，且聚光光斑光強分布均勻，不會造成光伏電池表面的“熱斑”，但為了避免相鄰玻璃鏡之間的反射光線遮擋而存在一定間隙，使得聚光器的面積利用率隨聚光器跨度和聚光比的增大而下降很快。

光伏熱水系統，如專利CN201758374U（于勤勇.一種一體式太陽能光伏光熱板）和專利CN101408342（胡廣良，季杰，周天泰.光伏熱水模塊）將太陽能光伏和光熱綜合起來利用：流體（水）流經電池背側，帶走多余熱量，降低電池工作溫度；另一方面，流體被加熱成生活熱水以資利用。這種系統提高了太陽能的綜合利用效率，但光伏電池的工作溫度與流體溫度相耦合，電池工作效率受流體溫度影響，熱水溫度也不能很高，熱利用部分有效能效率低。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種太陽能聚光分頻光伏光熱綜合利用裝置，解決聚光太陽電池電池表面過熱、表面能流分布不均的問題，提高電池轉換效率和熱利用部分的有效能效率。

本發明技術解決方案：一種太陽能聚光分頻光伏光熱綜合利用裝置，包括：聚光器、光伏組件4、光譜分頻器3、熱接收器5及再反射鏡6；所述聚光器由傾斜布置的多個平面玻璃鏡2和以傾角θ₂布置的聚光器框架1構成；平面玻璃鏡2以傾斜方式聚焦于安裝在聚光器框架1上方的光伏組件4表面；光伏組件4以傾角θ₁安裝；光伏組件4與熱接收器5分別布置于光譜分頻器3的上、下兩側；再反射鏡6布置在熱接收器5正下方。

所述聚光器框架1的傾角θ₂范圍為10°-20°，減小了聚光器兩相鄰平面玻璃鏡的間隙，提高了聚光器面積利用率。

所述光伏組件4的安裝傾角θ₁為30°-45°。

所述多個平面玻璃鏡2中任一平面玻璃鏡的寬度6-15cm及安裝角度為1-45°，使得反射光正好覆蓋光伏電池接收面（寬度為6-12cm），且各平面玻璃鏡的反射光均勻疊加，從而獲得能流密度分布均勻的焦斑。

所述光譜分頻器3采用真空鍍膜的方法將高折射率材料（折射率>2.0，如TiO2，Nb2O5）和低折射率材料（折射率<1.6，如SiO2、MgF2）交替鍍膜在透明基底上而成。

所述熱接收器5采用真空管式熱接收器，吸收不利于光伏轉換波段的太陽能，轉換為熱能并傳遞給管內流體。

本發明與現有技術相比的優點在于：

（1）本發明由于采用傾斜布置的平面玻璃鏡反射聚光器，各平面玻璃鏡的反射光束的寬度與光伏電池寬度相等，且在光伏電池表面均勻疊加，保證了電池表面能流分布的均勻性。在綜合考慮太陽形狀（4.65mrad）、平面玻璃鏡面傾斜誤差（0.95mrad）、鏡面平整度（0.2mrad）、聚光器跟蹤誤差（1.75mrad）等光學誤差的情況下，光伏電池表面能流密度均勻性仍高達0.96，適合聚光太陽電池的工作。