[實用新型]一種基于CPC設計的三平面復合平面聚光器

有效

• 申請號: 201520979230.7
• 申請日: 2015-12-01
• 公開（公告）號: CN205160460U
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發明（設計）人: 唐潤生;張啟超;李嘯宇;袁俊寶;唐鳳
• 申請（專利權）人: 云南師范大學
• 主分類號: H02S40/22
• 分類號: H02S40/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種基于復合拋物面聚光器（CPC）設計的每年只需調整兩次傾角 的三平面復合平面聚光器，屬于非跟蹤低倍率太陽能聚光技術領域。

背景技術

一直以來，太陽電池成本較高是光伏系統在實際應用中大規模推廣的阻力，太陽 電池作為光伏系統的主要元件，其高昂的造價，也使得光伏發電的成本居高不下。 Whitfield等人經研究發現，聚光太陽電池在高于正常太陽光輻照的光強下其光電轉化效 率比在自然太陽光輻照的光強下的光電轉化效率要高得多。由于太陽輻射的密度較低，為 增強太陽輻射強度，太陽能聚光技術由此應運而生，同時亦可以借助聚光技術來實現對太 陽能高溫領域的利用。另一方面，若輸出功率相同，采用聚光系統的光伏系統所需的太陽電 池的數量要少于常規的光伏系統所需的太陽能電池的數量，這也降低了光伏發電的系統成 本。當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 聚光系統為跟蹤式聚光系統，雖然有更高的聚光比，但是結構復雜，成本較高，難以維護且 跟蹤系統會消耗一定的電能導致系統發電效率減小。而CPC不用跟蹤，只需做季節性的傾角 調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性質，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電效率。針對這些缺陷，本專利中的三平 面復合平面聚光器，使用三組平面反射面代替復合拋物面反射面，通過計算及實驗優化得 到最優化的尺寸結構，使得其年采光量達到相應理想聚光器的99.7%，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電效率，并且平面較拋物面更 易于制造，成本更低。

發明內容

本實用新型旨在克服現有的CPC聚光器存在的一些不足，提出一種基于CPC設計的 三平面復合平面聚光器，該復合平面聚光器可達到優異的光學性能，并且可以較大程度的 降低制造難度，節約材料，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。

本實用新型的技術方案為：一種基于CPC設計的三平面復合平面聚光器，由三平面復合平面聚光反射板（1）、太陽電池板（3）、支架（4）和玻璃蓋板（2）組成。其特征在于：所述三平面復合平面聚光反射板（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，以便于通風散熱；而涉及光線通過的光路部分應封閉，以減少灰塵進入；所述入射角（）為太陽光線（5）與聚光器采光面的的法線（6）的夾角。

上述的三平面復合平面聚光反射板（1）基于CPC反射面（7）設計，其特征在于：每個三平面復合平面聚光反射板（1）具有三個平面反射面；CPC反射面（7）是一個拋物曲面，是所述三平面復合平面聚光反射板（1）的結構來源，但不是所述三平面復合平面聚光反射板（1）的結構；所述三平面復合平面聚光反射板（1）的上下端點（8、9）與對應的CPC反射面（7）的上下端點重合；所述三平面復合平面聚光反射板（1）的三個平面反射面的交點（10、11）在對應的CPC反射面（7）上；所述三平面復合平面聚光反射板（1）的上端點（8）的臨界角（）在51°~51.5°范圍內，組成三平面復合平面聚光反射板（1）的三個平面反射面中的上反射面與中反射面的交點（10）的臨界角（）在64.1°~64.3°范圍內，中反射面與下反射面的交點（11）的臨界角（）在77.1°~77.3°范圍內；在直角坐標系中，單體三平面復合平面聚光反射板（1）對應的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=(1.95~2.0)的聚光比截短，所述C_t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。

上述的三平面復合平面聚光器，每年須調整傾角（β）兩次，其特征在于：傾角（β）為 作為吸收體的太陽電池板（3）與水平面的夾角；每年春分到秋分間調整其傾角為λ-18°(± 1°)；而秋分到下一年的春分間調整其傾角為λ+18°(±1°)，其中λ為當地地理緯度，具體調 整日期可以根據實際情況提前或延后。