[發明專利]一種太陽能分波段光伏發電裝置

在審

• 申請號: 201610146120.1
• 申請日: 2016-03-15
• 公開（公告）號: CN105577103A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 樊民革;王欣峰
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: H02S40/20
• 分類號: H02S40/20;H02S40/22
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 雷立康

技術領域

本發明屬于太陽能光伏發電裝置技術領域，具體涉及一種太陽能分波段光伏發電裝置。

背景技術

面對化石能源日益枯竭和環境污染不斷加劇的嚴峻現實，太陽能的高效利用受到關注。目前市場上最常見的太陽能電池的原材料大多采用多晶硅及單晶硅。多晶硅類太陽能電池的轉換效率約為15％，單結晶硅類產品約為20％，工廠規模化生產的單晶硅電池效率僅為12％。太陽能電池轉換效率低下加之太陽能的低能量密度特性，限制了太陽能光伏發電的大規模商業應用。

太陽能轉換為電能比例低的原因在于：從波長較短的紫外線直至較長的紅外線，太陽光由多種波長的光混合而成，而光子能量與波長成反比。當光子能量小于電池半導體材料帶隙時，不能將電子推送到導帶，也就無法產生電能。光子能量中大于帶隙的剩余部分會轉換成熱量損耗，而不能轉化為電能。如果帶隙過大，低于帶隙對應頻率的光波中光子不能轉換為電能，損失的光能會增加，如果帶隙過小，則熱能損失會增加。因此，帶隙決定了太陽能電池光譜敏感最大值，結晶硅類太陽能電池的轉換效率極限大約為30％。

確定的半導體材料有確定的帶隙，因此單一材料構成的太陽能電池只能對其帶隙對應最大光譜敏感值波長附近波段的光輻射高效轉換，無法實現在整個太陽光輻射波段內的高效轉換。

發明內容

本發明的目的是解決現有的太陽能光伏發電裝置存在轉換效率低的技術問題，提供一種太陽能分波段光伏發電裝置。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種太陽能分波段光伏發電裝置，其包括拋物柱面反射鏡、條形線性菲涅爾透鏡、支架、三棱鏡和多波段光電池組，所述拋物柱面反射鏡、條形線性菲涅爾透鏡、三棱鏡和多波段光電池組從左到右依次設在支架上，且使拋物柱面反射鏡的焦線與條形線性菲涅爾透鏡的焦線重合，條形線性菲涅爾透鏡輸出的條形高能量密度平行光射在三棱鏡上，并使三棱鏡分解出來的各波段色光覆蓋在多波段光電池組上面。

本發明采用以上技術方案，將低能量密度的太陽輻射通過拋物柱面反射鏡和條形線性菲涅爾透鏡匯聚為能量密度擴大數十或上百倍的條形高能量密度平行光，此條形高能量密度平行光經三棱鏡分解為各波段色光，在不同波段色光的照射位置布置與其波長匹配度最佳的帶隙材料構成的太陽能電池，所有波段的太陽光均能高效轉換為電能，解決了現有的太陽能光伏發電裝置存在轉換效率低的技術問題。因此，與背景技術相比，本發明具有能將太陽能最高效率地轉化為電能的優點。

附圖說明

附圖1是本發明的結構示意圖。

具體實施方式

如附圖所示，本實施例中的一種太陽能分波段光伏發電裝置，包括拋物柱面反射鏡1、條形線性菲涅爾透鏡2、支架3、三棱鏡4和多波段光電池組5，所述拋物柱面反射鏡1、條形線性菲涅爾透鏡2、三棱鏡4和多波段光電池組5從左到右依次設在支架3上，且使拋物柱面反射鏡1的焦線與條形線性菲涅爾透鏡2的焦線重合，條形線性菲涅爾透鏡2輸出的條形高能量密度平行光射在三棱鏡4上，并使三棱鏡4分解出來的各波段色光覆蓋在多波段光電池組5上面；多波段光電池組5由多個波段的太陽能電池平鋪組成，波段覆蓋太陽能輻射的主要頻譜范圍，不同波段太陽能電池在光電池組5中的位置與三棱鏡4分解出來的各波段色光照射位置一致。

本發明的工作原理為：包含多波段的平行太陽光輻射能經拋物柱面反射鏡1反射在其焦線處匯聚為一條高亮直線，經焦線后繼續前進，遇到條形線性菲涅爾透鏡2，因條形線性菲涅爾透鏡2的焦線與拋物柱面反射鏡1的焦線位置重合，穿過條形線性菲涅爾透鏡2折射而出的光線將為能量密度擴大數十或上百倍的條形高能量密度平行光(其寬度由條形線性菲涅爾透鏡高度決定，應限制在數毫米內)，此高能量密度平行光入射到三棱鏡4的左側棱面上，通過三棱鏡4的折射作用將此高能量密度平行光分解為位置偏移與波長相關的色光分布，在不同色光處放置不同禁帶材料制成的光伏電池，這樣可以做到太陽電池材料帶隙(導帶和禁帶間的寬度)與太陽光譜的最佳匹配，在小波段內高效轉化太陽能，實現整個太陽能波譜范圍內的高效光電轉化。