[實用新型]一種基于CPC設(shè)計的兩平面復(fù)合平面聚光器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520919982.4
• 申請日: 2015-11-18
• 公開（公告）號: CN205123673U
• 公開（公告）日: 2016-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐潤生;張啟超;唐鳳;袁俊寶;李嘯宇
• 申請（專利權(quán)）人: 云南師范大學(xué)
• 主分類號: H02S40/22
• 分類號: H02S40/22;G02B19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種基于復(fù)合拋物面聚光器（CPC）設(shè)計的每年只需調(diào)整四次傾角的兩平面復(fù)合平面聚光器，屬于非跟蹤低倍率太陽能聚光技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

一直以來，太陽電池成本較高是光伏系統(tǒng)在實際應(yīng)用中大規(guī)模推廣的阻力，太陽電池作為光伏系統(tǒng)的主要元件，其高昂的造價，也使得光伏發(fā)電的成本居高不下。Whitfield等人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，聚光太陽電池在高于正常太陽光輻照的光強下其光電轉(zhuǎn)化效率比在自然太陽光輻照的光強下的光電轉(zhuǎn)化效率要高得多。由于太陽輻射的密度較低，為增強太陽輻射強度，太陽能聚光技術(shù)由此應(yīng)運而生，同時亦可以借助聚光技術(shù)來實現(xiàn)對太陽能高溫領(lǐng)域的利用。另一方面，若輸出功率相同，采用聚光系統(tǒng)的光伏系統(tǒng)所需的太陽電池的數(shù)量要少于常規(guī)的光伏系統(tǒng)所需的太陽能電池的數(shù)量，這也降低了光伏發(fā)電的系統(tǒng)成本。當(dāng)前較為人們所熟悉和研究較多的幾種太陽能聚光器有：槽式聚光器、碟式聚光器、塔式聚光器、菲涅爾聚光器以及以復(fù)合拋物面聚光器（CPC）為代表的非成像聚光器。而前四種聚光系統(tǒng)為跟蹤式聚光系統(tǒng)，雖然有更高的聚光比，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，難以維護且跟蹤系統(tǒng)會消耗一定的電能導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)電效率減小。而CPC不用跟蹤，只需做季節(jié)性的傾角調(diào)整即可達到很好的聚光效果，是比較理想的低倍聚光器。但是復(fù)合拋物面聚光器反射面弧度難以制造，增加了成本，并且由于聚光器本身的光學(xué)性質(zhì)，其匯聚在吸收體即太陽能電池上的光通量并不均勻，這也降低了太陽電池的發(fā)電效率。針對這些缺陷，本專利中的兩平面復(fù)合平面聚光器，使用兩組平面反射面代替復(fù)合拋物面反射面，通過計算及實驗優(yōu)化得到最優(yōu)化的尺寸結(jié)構(gòu)，使得其年采光量達到相應(yīng)理想聚光器的99.5%，而且改善了太陽電池上的光通分布，使得光強分布更加均勻，從而提高了電池的發(fā)電效率，并且平面較拋物面更易于制造，成本更低。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型旨在克服現(xiàn)有的CPC聚光器存在的一些不足，提出一種基于CPC設(shè)計的兩平面復(fù)合平面聚光器，該復(fù)合平面聚光器可達到優(yōu)異的光學(xué)性能，并且可以較大程度的降低制造難度，節(jié)約材料，還能大幅提高聚集到太陽電池板上的光的均勻程度，使得太陽電池效率提高。

本實用新型的技術(shù)方案為：一種基于CPC設(shè)計的兩平面復(fù)合平面聚光器，由復(fù)合平面聚光反射板（1）、太陽電池板（3）、支架（4）和玻璃蓋板（2）組成。其特征在于：所述復(fù)合平面聚光反射板（1）固定在支架（4）上，所述太陽電池板（3）設(shè)置在聚光器吸收體位置即聚光器底部，且太陽電池板的受光面朝向聚光器的入口，所述玻璃蓋板覆蓋在所有聚光器的采光面上方，兩相鄰反射板間非光路部分為中空，以便于通風(fēng)散熱；而涉及光線通過的光路部分應(yīng)封閉，以減少灰塵進入；所述入射角（θ）為太陽光線（5）與聚光器采光面的的法線（6）的夾角。

上述的復(fù)合平面聚光反射板（1），基于復(fù)合拋物面聚光反射面設(shè)計，其特征在于：復(fù)合平面聚光反射板（1）為圖中實線，每個復(fù)合平面聚光反射板（1）具有兩個平面反射面，CPC反射面（7）為圖中虛線；CPC反射面（7）是一個拋物曲面，是所述復(fù)合平面聚光反射板（1）的結(jié)構(gòu)來源，但不是所述復(fù)合平面聚光反射面板（1）的結(jié)構(gòu)；所述復(fù)合平面聚光反射板（1）的上下端點（8、9）與對應(yīng)的CPC反射面（7）的上下端點重合；所述復(fù)合平面聚光反射板（1）的拐點（10）在對應(yīng)的CPC反射面（7）上，其拐點（10）的臨界角（）應(yīng)在70.7°~73°范圍內(nèi)。復(fù)合平面聚光反射板（1）對應(yīng)的CPC反射面（7）的方程為：

其中為CPC反射面的接收半角，，并按C_t=(1.89~1.99)的聚光比截短；所述為CPC聚光器截短后的聚光比，即聚光器上開口的寬度與下方吸收體的寬度的比值。

上述的復(fù)合平面聚光器每年須調(diào)整傾角（β）至少四次，在每年的春分和秋分前后22~24天調(diào)整其傾角（β）為當(dāng)?shù)氐乩砭S度（λ），在其余日期的夏半年調(diào)整其傾角（β）為λ-22°(±1°)，冬半年調(diào)整其傾角（β）為λ+22°(±1°)；其中λ為當(dāng)?shù)氐乩砭暥?；具體調(diào)整日期可根據(jù)具體情況提前或延后。

上述的復(fù)合平面聚光反射板可使用玻璃鏡面或鏡面不銹鋼制成；玻璃蓋板可采用透射率高的超白玻璃或鋼化玻璃；電池板采用聚光太陽電池；支架可采用其他形式，但都應(yīng)可以調(diào)節(jié)傾角。