CN101359699B - 多功能聚光太阳能光电板及用途 - Google Patents

Abstract

一种多功能聚光太阳能光电板及用途，它包括至少一个光电转换体，每个光电转换体由两个形状相同且由透明材料制成的长条状的直角三棱体与固定于两个三棱体之间的光伏电池板构成，两个直角三棱体的短直角面对称设置于光伏电池板两侧，两个直角三棱体的斜面镀为反射镜面，两个直角三棱体的各两个直角面为透光面。本发明多功能聚光太阳能光电板可用作建筑物外墙墙面、房屋顶面及受阳光照射的设施表面。本发明能大幅度降低光电转换成本，同时具有其它多种用途，不易损坏，且使用安装方便可靠，易于维护。

Description

多功能聚光太阳能光电板及用途

【技术领域】

本发明涉及太阳能利用技术，特别是涉及一种以较低成本将太阳能转换为电能的多功能聚光太阳能光电板。

【背景技术】

众所周知，太阳能是取之不尽，用之不竭，但人们尚未能大规模利用的重要能源。随着煤、石油、天然气等化石能源的减少及价格的不断上涨，人类直接从太阳能中获取能量已变得越来越重要。目前已有各种各样的太阳能利用设备被使用，如光电转换及光热转换设备等。其中，光电转换设备已用于人造卫星、太阳能汽车等设备上。其所应用的光伏电池板能将太阳能转化为电能，但因光伏电池板造价高昂，易损坏，且只具有单一的发电用途，不便安装使用，不能大规模应用。

【发明内容】

本发明旨在克服现有太阳能光电转换设备的缺陷，而提供一种能大幅度降低光电转换成本，同时具有其它多种用途，不易损坏，且使用安装方便可靠，易于维护的多功能聚光太阳能光电板。

本发明的目的还在于提供该多功能聚光太阳能光电板的用途。

为实现上述目的，本发明提供一种多功能聚光太阳能光电板，它包括至少一个光电转换体，每个光电转换体由两个形状相同且由透明材料制成的长条状的直角三棱体与固定于两个三棱体之间的光伏电池板构成，两个直角三棱体的短直角面对称设置于光伏电池板两侧，两个直角三棱体的斜面镀为反射镜面，两个直角三棱体的各两个直角面为透光面。

光电转换体的两个直角三棱体的短直角面相对的锐角α₁须满足 ${\mathrm{\α}}_1>\frac{1}{2}\arcsin \frac{1}{n},$ 其中n为三棱体透明材料相对于空气的折射率。

α₁的取值范围为 $1.1~1.4\×\frac{1}{2}\arcsin \frac{1}{n}.$

两个直角三棱体与光伏电池板由导热透明胶粘接固定。

透明胶凝固后相对空气的折射率n₁须满足n₁＞nsin(90°-2α₁)。

该多功能聚光太阳能光电板由多个光电转换体粘贴于基材上表面而形成。

基材为板状体，其上表面设有多条与光电转换体的斜面相吻合的凹槽，其下表面为平面。

本发明也提供了该多功能聚光太阳能光电板的用途，它可用作建筑物外墙墙面、房屋顶面及受阳光照射的设施表面。

本发明的贡献在于，由于太阳光通过反射和全反射而聚集，使得光伏电池板的用量仅占普通光伏电池的1/4～1/7，因而有效降低了太阳能光电转换设备的成本。又因本发明的光伏电池板置于两个三棱体之间，避免了与空气的直接接触，因此不易损坏，寿命较长且易于或免于维护。

【附图说明】

图1是本发明的结构示意图，其中，图1A为整体立体示意图，图1B为光电转换体立体示意图，图1C为光电转换体平面示意图，图1D为垂直于三棱体透光面的剖面图。

图2是本发明的聚光原理图。

图3是光线垂直于三棱体采光面与端面的交线，但倾斜于采光面的聚光原理图。

图4是光线倾斜于三棱体采光面与端面的交线的聚光原理图。

【具体实施方式】

下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。

参阅图1，本发明的多功能聚光太阳能光电板包括至少一个光电转换体10，每个光电转换体10由两个形状相同且由透明材料制成的长条状的直角三棱体11、12与固定于两个三棱体之间的光伏电池板13构成，如图1B所示，所述直角三棱体11、12由玻璃、有机玻璃、透明树脂等透明材料制成，优选折射率高的玻璃材料，其长度可以根据实际需要而确定。更具体地说，如图1A～图1D所示，该直角三棱体11、12为直角三棱体，两个直角三棱体11、12的斜面111、121镀为反射镜面，两个直角三棱体的各两个直角面112、113、122、123为透光面。图1D中，两个直角三棱体11、12的短直角面对称设置于光伏电池板13两侧。具体地说，两个直角三棱体11、12与光伏电池板13由导热透明胶粘接固定，所述透明胶凝固后相对空气的折射率n₁须满足n₁＞nsin(90°-2α₁)，本例中，n₁为1.45。

如图1D所示，所述光电转换体10的两个直角三棱体11、12由玻璃制成，其短直角面相对的锐角α₁须满足 ${\mathrm{\α}}_1>\frac{1}{2}\arcsin \frac{1}{n},$ 其中n为三棱体透明材料相对于空气的折射率。具体地说，α₁的取值范围为 $1.1~1.4\×\frac{1}{2}\arcsin \frac{1}{n},$ 本例中，n为1.8，α₁的值为18°。

如图1A所示，本发明的多功能聚光太阳能光电板100由多个光电转换体10粘贴于基材20上表面而形成。具体地说，所述基材20为硬泡沫塑料板制成的状体，其上表面设有多条与光电转换体10的斜面相吻合的凹槽21，其下表面为平面，多个光电转换体10嵌入所述凹槽21中，并粘贴固定。多个光伏电池板13通过设于其端部的导电端子相并联到公共输出端。

该多功能聚光太阳能光电板可用作建筑物外墙墙面和房屋顶面，它可代替原有的建筑外墙和屋顶面层材料及保温隔热材料，并可用作太阳能发电装置。它亦可用作受阳光照射的设施，如火车和公共汽车顶面。

本发明的工作原理可以结合图2～图4加以说明，如图2， ${\mathrm{\α}}_1>\frac{1}{2}\arcsin \frac{1}{n},$  光线垂直进入透光面112(图2中仅示了直角三棱体11)，经反射镜面111偏转角度反射至同一透光面112，此时入射角 $x_1=2{\mathrm{\α}}_1>\arcsin \frac{1}{n},$  在透光面112发生全反射，这样光在两个面之间来回反射，最后集中射向中间透光面113上，又有透明粘胶折射率n₁＞nsin(90°-2α₁)，因此光线穿过透光面113及粘胶均匀地射向光伏电池板13产生电能。

若光线垂直三棱体透光面112与端面的交线A’，并倾斜于透光面112，沿光线折射的倾斜方向剖视，得图3，经计算α₁′＞α₁，上述对图1的分析仍然成立，光线最后集中射向光伏电池板13。

若因条件限制，光线与三棱体透光面112与端面的交线A’倾斜，此时要满足光聚集条件为：

$\mathrm{\α}>\frac{1}{2}(\arcsin \frac{1}{n}+\arcsin \frac{\sin \mathrm{\β}}{n})$ (β为光线入射角)，

因此在太阳斜射时只要适当增大α角满足上式条件，光线亦能集中射向光伏电池板，如图4。因此，经设计好的多功能聚光太阳能光电板可以贴在不同朝向的平面上，不受朝向限制(当然为了获得最多的太阳能，在安装时应尽可能使组装后形成的等腰三棱体端面与采光面的交线与光线垂直)。另外经计算可知本发明还可以把透光面收到的70％～90％散射光聚集到光伏电池板13上，产生电能。

另由上可知，本发明的多功能聚光太阳能光电板的光电转换体10的宽高比主要取决于直角三棱体材料的折射率(一般α₁在 $\frac{1}{2}(1.1-1.4)\arcsin \frac{1}{n}$ 之间)。根据普通玻璃及有机玻璃的折射率经计算可知，其宽度可以是高度的4～7倍，因而近似于薄片状。这样光经过4～7倍的聚集大幅度降低了昂贵光伏电池板的用量，大幅降低了成本。

另外，根据光路的可逆性原理本多功能聚光太阳能光电板的外观颜色主要取决于光伏电池板颜色，因此外观颜色可调。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。

Claims (7)

1.一种多功能聚光太阳能光电板，其特征在于，它包括至少一个光电转换体(10)，每个光电转换体(10)由两个形状相同且由透明材料制成的长条状的直角三棱体(11、12)与固定于两个三棱体之间的光伏电池板(13)构成，两个直角三棱体(11、12)的短直角面(113、123)对称设置于光伏电池板(13)两侧，两个直角三棱体(11、12)的斜面(111、121)镀为反射镜面，两个直角三棱体的各两个直角面(112、113、122、123)为透光面，在每个直角三棱体中，经过反射镜面反射的光在长直角面(112、122)发生全反射。

2.如权利要求1所述的多功能聚光太阳能光电板，其特征在于，若光线垂直进入透光面(112)，则所述光电转换体(10)的两个直角三棱体(11、12)的短直角面相对的锐角α₁须满足 

其中n为三棱体透明材料相对于空气的折射率；若光线与三棱体透光面(112)与端面的交线倾斜，光电转换体(10)的两个直角三棱体(11、12)的短直角面相对的锐角α则要满足光聚集条件为：

其中，β为光线入射角。

3.如权利要求2所述的多功能聚光太阳能光电板，其特征在于，所述两个直角三棱体(11、12)与光伏电池板(13)由导热透明胶粘接固定，所述透明胶凝固后相对空气的折射率n₁须满足n₁＞nsin(90°-2α₁)。

4.如权利要求1所述的多功能聚光太阳能光电板，其特征在于，其由多个光电转换体(10)粘贴于基材(20)上表面而形成。

5.如权利要求4所述的多功能聚光太阳能光电板，其特征在于，所述基材(20)为板状体，其上表面设有多条与光电转换体(10)的斜面相吻合的凹槽(21)，其下表面为平面。 

6.如权利要求4所述的多功能聚光太阳能光电板的用途，其特征在于，该太阳能光电板用作建筑物外墙墙面和/或房屋顶面。

7.如权利要求4所述的多功能聚光太阳能光电板的用途，其特征在于，该太阳能光电板用作受阳光照射的设施表面。 

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