CN101304055B - 太阳能聚光型高效发电制热器 - Google Patents

太阳能聚光型高效发电制热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能聚光型高效发电制热器，包括聚光透镜、薄膜太阳能电池片、金属电池衬底、换热水管、保温层、固定支架和平面透明玻璃，换热水管外表面由保温层包覆，金属电池衬底设于换热水管表面，薄膜太阳能电池片设于金属电池衬底上表面，薄膜太阳能电池片露出保温层，固定支架设于换热水管上面，固定支架与换热水管表面形成中空腔体，固定支架上面设有平面透明玻璃，平面透明玻璃下面设有聚光透镜，聚光透镜处于中空腔体中，聚光透镜的聚光焦点处于对应薄膜太阳能电池片上。本例将太阳能发电装置和太阳能热水器功能合二为一，减少了占地空间，节约了材料成本，是今后发展大规模太阳能热电联供装置的核心部件。

Description

太阳能聚光型高效发电制热器
技术领域
本发明涉及一种太阳能发电制热器，尤其是一种利用太阳能量进行光伏发电和制热水的太阳能聚光型高效发电制热器。
背景技术
太阳能作为一种可再生能源，已被各国普遍重视和应用。市场上利用太阳能的产品不外乎利用太阳能光伏特性发电的太阳能电池和太阳红外光及辐射原理设计的太阳能热能利用的太阳能热水器。太阳能电池由于转换效率低约为10-20％左右，再加上价格昂贵，目前很难普及应用。太阳能热水器仅能把太阳光中的热量吸引被人们应用，但不能把太阳可见光中的光能量转化为电能。如果能在很低成本的基础上开发出一种既能利用太阳光发电又能提供热能的器具将会使绿色环保的太阳能应用更为广泛，是人类迫切需要的。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供一种太阳能聚光型高效发电制热器，该太阳能聚光型高效发电制热器发电量高且能制热又成本较低易于普及。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种太阳能聚光型高效发电制热器，包括聚光透镜、薄膜太阳能电池片、金属电池衬底、换热水管、保温层、固定支架和平面透明玻璃，换热水管外表面由保温层包覆，金属电池衬底设于换热水管表面，薄膜太阳能电池片设于金属电池衬底上表面，薄膜太阳能电池片露出保温层，固定支架设于换热水管上面，固定支架与换热水管表面形成中空腔体，固定支架上面设有平面透明玻璃，平面透明玻璃下面设有聚光透镜，聚光透镜处于中空腔体中，聚光透镜的聚光焦点处于对应薄膜太阳能电池片上。
本发明的进一步技术方案是：
所述聚光透镜为菲涅尔聚光透镜且设有多个，多个聚光透镜)均匀间隔设于平面透明玻璃下面。
所述聚光透镜由透明玻璃制成。
所述聚光透镜由透明塑料制成。
所述平面透明玻璃的上面镀有TiO2和SiO2减反射膜中的一种。
所述薄膜太阳能电池片为非晶硅多片层电池和III/V族半导体层组成的高效电池中的一种。
各薄膜太阳能电池片间相互串接。
所述金属电池衬底为不锈钢、铝和紫铜中的一种，且与紫铜换热水管用银焊接在一起。
所述保温层为玻璃纤维和聚胺脂发泡塑料中的一种材料制成。
所述换热水管两端分别为进水口和出水口。
所述固定支架相对换热水管可上下伸缩和旋转。
本发明的有益效果是：结构简单，制造成本低，发电量大，传热效果好等优点。菲涅尔聚光透镜和高效太阳能电池片的组合应用，节约了大量的薄膜太阳能电池片，并且使薄膜太阳能电池片的发电效率显著提高。紫铜换热水管传热技术代替太阳能热水器的真空集热管，减少了因爆管问题带来的维修麻烦，将太阳能发电装置和太阳能热水器功能合二为一，减少了占地空间，节约了材料成本，是今后发展大规模太阳能热电联供装置的核心部件。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的结构剖视图；
图3为本发明的组合应用图。
具体实施方式
实施例：一种太阳能聚光型高效发电制热器，包括聚光透镜1、薄膜太阳能电池片2、金属电池衬底3、换热水管4、保温层5、固定支架6和平面透明玻璃7，换热水管4外表面由保温层5包覆，金属电池衬底3(起导热作用)设于换热水管4表面，薄膜太阳能电池片2设于金属电池衬底3上表面，薄膜太阳能电池片2露出保温层5，固定支架6设于换热水管4上面，固定支架6与换热水管4表面形成中空腔体，固定支架6上面设有平面透明玻璃7，平面透明玻璃7下面设有聚光透镜1，聚光透镜1处于中空腔体中，聚光透镜1的聚光焦点处于对应薄膜太阳能电池片2上。
所述聚光透镜1为菲涅尔聚光透镜且设有多个，多个聚光透镜1均匀间隔设于平面透明玻璃7下面。
所述聚光透镜1由透明玻璃制成。
所述聚光透镜1由透明塑料制成，(如聚烯烃)。
所述平面透明玻璃7的上面(为朝阳光的一面)镀有TiO2和SiO2减反射膜中的一种，这样能够增加入射光的接收和表面自洁功能。
所述薄膜太阳能电池片2为非晶硅多片层电池和III/V族半导体层组成的高效电池中的一种。
各薄膜太阳能电池片2间相互串接，便于电流的产生和输出。
所述金属电池衬底3为不锈钢、铝和紫铜中的一种(当然还有多种)，且与紫铜换热水管4用银焊接在一起，便于热交换。
所述保温层5为玻璃纤维和聚胺脂发泡塑料中的一种材料制成。
所述换热水管4两端分别为进水口和出水口。(进水口、出水口设计为快装接口8，便于安装和拆卸维修清理，及便于连接进出水管或组件的串并联，扩大发电制热容量)
所述固定支架6相对换热水管4可上下伸缩和旋转(为常用技术)，以此调节聚光透镜相对薄膜太阳能电池片2的距离和角度，使聚光透镜的聚焦点始终处于薄膜太阳能电池片2的上面。
按以上实施方式技术方案设置发电制热器，如要增加电量和增加热水供应量，按图3所示的组合应用图进行联接扩容，达到设计需要的发电量和制热量。
本发明专利的工作过程及原理如下：
当太阳光照到太阳能聚光型发电制热器的平面玻璃7上时，平面玻璃7的下方顺序整齐排列的菲涅尔聚光透镜1将阳光聚光后一一对应射在薄膜太阳能电池片2上，这时薄膜太阳能电池片2内部由于光生伏打原理会源源不断发出电流。由于聚焦后的太阳能光束具有很大的能量，因此相同面积的太阳能电池发出的电量是正常太阳光照射时产生电量的数十至数百倍，从而达到了聚光高效发电的目的。同时节约了薄膜太阳能电池片的使用面积，降低了发电装置的制造成本。另一方面，由于红外辐射能量的存在，薄膜太阳能电池片2会快速升温，太阳光中的热量将通过薄膜太阳能电池片2的衬底金属材料7快速传递给紫铜换热水管4，由紫铜换热水管4传递给管内的水，将水加热。加热达到一定温度的水被控制流走，或送入储水箱。这样把聚焦后太阳光中的热能经过水的传递被人们可靠利用。同时水的冷却作用又确保了薄膜太阳能电池片2工作在可靠的温度环境下，达到了高效发电和供热的目的。实现了太阳能聚光型发电制热器的应用功能。

Claims (11)

1.一种太阳能聚光型高效发电制热器，其特征是：包括聚光透镜(1)、薄膜太阳能电池片(2)、金属电池衬底(3)、换热水管(4)、保温层(5)、固定支架(6)和平面透明玻璃(7)，换热水管(4)外表面由保温层(5)包覆，金属电池衬底(3)设于换热水管(4)表面，薄膜太阳能电池片(2)设于金属电池衬底(3)上表面，薄膜太阳能电池片(2)露出保温层(5)，固定支架(6)设于换热水管(4)上面，固定支架(6)与换热水管(4)表面形成中空腔体，固定支架(6)上面设有平面透明玻璃(7)，平面透明玻璃(7)下面设有聚光透镜(1)，聚光透镜(1)处于中空腔体中，聚光透镜(1)的聚光焦点处于对应薄膜太阳能电池片(2)上。
2.根据权利要求1所述的太阳能聚光型高效发电制热器，其特征是：所述聚光透镜(1)为菲涅尔聚光透镜且设有多个，多个聚光透镜(1)均匀间隔设于平面透明玻璃(7)下面。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能聚光型高效发电制热器，其特征是：所述聚光透镜(1)由透明玻璃制成。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能聚光型高效发电制热器，其特征是：所述聚光透镜(1)由透明塑料制成。
5.根据权利要求1所述的太阳能聚光型高效发电制热器，其特征是：所述平面透明玻璃(7)的上面镀有TiO2和SiO2减反射膜中的一种。
6.根据权利要求1所述的太阳能聚光型高效发电制热器，其特征是：所述薄膜太阳能电池片(2)为非晶硅多片层电池和III/V族半导体层组成的高效电池中的一种。
7.根据权利要求1或6所述的太阳能聚光型高效发电制热器，其特征是：各薄膜太阳能电池片(2)间相互串接。
8.根据权利要求1所述的太阳能聚光型高效发电制热器，其特征是：所述金属电池衬底(3)为不锈钢、铝和紫铜中的一种，且与紫铜换热水管(4)用银焊接在一起。
9.根据权利要求1所述的太阳能聚光型高效发电制热器，其特征是：所述保温层(5)为玻璃纤维和聚胺脂发泡塑料中的一种材料制成。
10.根据权利要求1所述的太阳能聚光型高效发电制热器，其特征是：所述换热水管(4)两端分别为进水口和出水口。
11.根据权利要求1所述的太阳能聚光型高效发电制热器，其特征是：所述固定支架(6)相对换热水管(4)可上下伸缩和旋转。
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