[發明專利]高壽命光譜分光、聚光一體式光伏熱模塊、系統、方法

在審

• 申請號: 202010080032.2
• 申請日: 2020-02-04
• 公開（公告）號: CN111271882A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 黃橙;李東懋;戴吾然江·薩迪爾;張永慶
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F24S10/40
• 分類號: F24S10/40;F24S10/70;F24S20/20;F24S23/71;F24S70/225;H02S40/22
• 代理公司: 北京君有知識產權代理事務所(普通合伙) 11630
• 代理人: 夏娟娟

高壽命光譜分光、聚光一體式光伏熱模塊，包括交叉復合拋物面玻璃結構構成的聚光器、真空集熱管、分光膜層、光伏電池，其特征為：所述聚光器、分光膜層和光伏電池構成整體的光伏?分光?聚光一體化部件；所述分光膜層以及光伏電池附著在聚光器上；所述真空集熱管安裝于交叉復合拋物面的面型方程。本發明可以進一步通過光伏光熱綜合利用提高太陽能利用效率；所述分光膜層吸收了太陽光中對光伏電池板造成損傷的紫外部分能量，并通過吸收紫外、反射紅外部分的太陽輻照；減小了光伏電池表面的熱耗散，降低電池運行溫度，從而延長了光伏電池板的使用壽命；所采用的交叉式復合拋物面玻璃型聚光器，使得太陽光接收角度大，對入射太陽光的截取效率提高。

技術領域

本發明涉及太陽能應用技術領域，具體的說，本發明涉及一種高壽命光譜分光、聚光 一體式光伏熱模塊、系統、方法。

背景技術

太陽能資源的開發和應用對國家可持續發展戰略具有重要的意義。太陽能光伏發電有 著建設周期短，安裝模塊化，易于根據負荷大小進行建設等優勢，具有非常重要的研究價 值和廣闊的應用前景。預計到2030年，光伏發電在世界的總發電量中將占到5％-20％。

在20世紀70年代，Kern在Kern,E.C.and Russell,M.C.(1978)Combinedphotovoltaic and thermal hybrid collector systems.Proceedings of the 13thIEEE Photovoltaic Specialists,Washington DC,June 1978,1153-1157.中首次提出使用水 或空氣作為載熱介質的PV/T系統的主要概念。PV/T是太陽能利用領域里的一個大趨勢， 該技術將光伏技術和光熱技術結合起來，顯著地提高了整個系統的太陽能利用率。日常生 活中除了對電力和生活熱水或空氣的需求外，還包括建筑供暖、制冷、除濕，這些都需要 更高質量的熱源，PV/T技術在一定程度上可以解決這些問題。因此，太陽能PV/T技術具有良好的開發與應用前景。

目前光伏發電廠大多采用多晶硅光伏發電。一方面，多晶硅光伏電池易受到太陽輻照 的紫外部分、以及光伏電池溫度影響，使電池使用壽命降低，甚至造成損害。另一方面， 太陽能的近紅外部分能量(1000-4000nm范圍)并不能夠被硅基太陽能電池利用，在常規 光伏系統中，這部分能量投射于光伏電池表面，造成光伏電池溫度升高，同樣影響太陽能 板的效率和壽命。若能將這部分能量聚集，以光熱利用的形式轉化為熱能，則可以大幅提 高系統的效率和經濟性。因此，需要有更加優良的設計思路，延長光伏電板的壽命周期，提高太陽能的利用率。

現有其他技術包含數個有關光伏光熱的實例如：

國外文獻Tiong-Keat Yew,Kok-Keong Chong,Boon-Han Lim，Performance studyof crossed compound parabolic concentrator as secondary optics in non-imagingdish concentrator for the application of dense-array concentratorphotovoltaic system. Solar Energy 120(2015)296–309.中分析了一種通過冷卻液冷卻光伏電池至最佳工作 溫度的光伏光熱一體化系統，表明在CPVT系統中，電池的溫度對于發電效率影響顯著。 若能將廢熱利用，進行光熱和光伏的同時利用，則將使系統效率顯著提升。

專利號CN201983472U公開了一種只應用于單一的光熱系統中的復合拋物面聚光器。 在該技術中，只利用了太陽能的近紅外部分進行光熱轉化，故其太陽能利用率將遠低于我 們的系統，可以預見存在較大的損失。

在現有的密集陣列式CPV系統中，沒有被廣泛應用或被充分開發來改進CPV聚光器的 整體性能的系統。最常見的次級光學部件應用僅限于聯結到菲涅爾透鏡并作為初級聚光器 的單個電池CPV模塊，但在聚集日光均勻度上沒有本發明的效果好。