[實用新型]一種基于太陽能梯度利用的高效聚光發電裝置

有效

• 申請號: 201420701839.3
• 申請日: 2014-11-20
• 公開（公告）號: CN204216824U
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 李建蘭;喻修成;丁傲霜;黃樹紅
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02S10/30
• 分類號: H02S10/30;H02S40/22;F24J2/10
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術領域

本實用新型屬于太陽能發電裝置領域，更具體地，涉及一種基于太陽能梯度利用的高效聚光發電裝置。

背景技術

太陽能作為新能源開發利用中的一個重要形式，具有廣闊的應用前景。傳統的太陽能利用主要是光熱利用和光伏發電，但是由于太陽能能流密度低導致這兩種方式的利用效率不高。因此，如何高效低成本地開展太陽能利用成為太陽能應用中亟待解決的問題。目前，太陽能熱發電都是采用聚光方式來加熱集熱器內的工質，隨后再將得到的較高溫度的工質送入汽輪機進行發電；對于光伏發電，采用太陽能聚光技術可以節省太陽能電池板使用數量，降低發電成本，但卻會進一步使光伏板工作溫度過高而導致效率急劇下降。

在地面上觀測的太陽輻射的波段范圍大約為0.295～2.5μm，短于0.295μm和大于2.5μm波長的太陽輻射，因地球大氣中臭氧、水氣和其他大氣分子的強烈吸收，不能到達地面。其中0.38～1.1μm波段范圍內的光線比較適合光伏發電，波長大于1.1μm的光譜則作為熱能耗散在光伏板內部，因此造成光伏板過熱，一旦散熱性能達不到要求，光伏電池的發電效率會急劇降低。此外，聚光系統中只有菲涅爾式和塔式聚光系統才是可以通過調節反射鏡傾角來使得光伏電池表明的能流密度均勻，而蝶式以及槽式聚光系統均會導致電池表面產生“熱斑”，降低光伏板效率。一種GaInP/GaAs/Ge三結光伏電池(Luque?A，Hegedus?S.Handbook?of?photovoltaic?science?and?engineering[M].Jorn?Wiley&Sons，2011.)的光譜響應曲線顯示出，該光伏電池已將光伏轉換區間擴展至300～1800nm。多結電池具有超高的轉換效率，但造價昂貴，一般與聚光系統構成HCPV發電系統，在聚光比大于400時具有經濟實用價值。因此，開展聚光光伏發電是具有經濟價值的。

在光伏熱水系統中，如專利CN201758374U(于德勇.一種一體式太陽能光伏光熱板的)，計劃在進行光伏發電的同時，使用流體流過太陽能電池板背面，帶走電池內的熱量，從而降低電池工作溫度；然后收集加熱得到的熱水，加以利用。這種系統從理論上達到了太陽光的綜合利用，但是加熱得到的流體溫度最高不到80℃，屬于低品位溫度熱水，實際有效利用程度低。有文章指出，兩級透射-反射聚光分頻電熱聯產系統具有更高的太陽能利用效率(兩級透射-反射聚光分頻電熱聯產系統設計和分析，王剛等，中國科學技術大學，2012)。因此，開展太陽能聚光分頻光伏光熱協同高效發電是值得研究的。

實用新型內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本實用新型提供了一種基于太陽能梯度利用的高效聚光發電裝置，解決了光伏組件表面過熱和光斑不均，節約了光伏組件的材料，提高了光伏組件轉換效率和熱利用效率。

為實現上述目的，按照本實用新型的一個方面，提供了一種基于太陽能梯度利用的高效聚光發電裝置，包括支架和冷卻裝置，所述支架上安裝有初次反射鏡、圓弧光譜分頻器、光伏組件、再次反射鏡和集熱器，其中

初次反射鏡，相對于水平面傾斜布置，用于反射太陽光；

圓弧光譜分頻器，其開口朝上，用于接收初次反射鏡上反射的太陽光并進行透射和反射；

光伏組件，位于圓弧光譜分頻器的上方，用于接收圓弧光譜分頻器透射的太陽光進行光伏發電，其蓋合在圓弧光譜分頻器上與圓弧光譜分頻器上端的兩邊緣均接觸；

冷卻裝置，用于向光伏組件通風進行冷卻；

再次反射鏡，用于將圓弧光譜分頻器反射的太陽光進行再次反射；

集熱器，位于再次反射鏡的正上方，用于接收圓弧光譜分頻器反射的太陽光及接收再次反射鏡反射的太陽光進行光熱發電。

優選地，光伏組件包括上光伏板和下光伏板，下光伏板蓋合在圓弧光譜分頻器上與圓弧光譜分頻器上端的兩邊緣均接觸，上光伏板能直接利用照射的太陽光進行光伏發電，下光伏板能接受圓弧光譜分頻器透射的太陽光進行光伏發電。

優選地，還包括用于向光伏組件通風進行冷卻的冷卻裝置。

優選地，還包括PID溫度調控裝置，其連接在光伏組件上，用于檢測光伏組件的溫度并向冷卻裝置發出送風調控指令。

優選地，所述PID溫度調控裝置包括多個溫度傳感器，該多個溫度傳感器沿光伏組件的縱向設置。