CN101635537A - 聚光型太阳能发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种聚光型太阳能发电装置，包括一组背向太阳光的矩形太阳能电池组，一组两块或以上矩形反射镜面组合。矩形太阳能电池组的长宽比大于10，其长边方向沿东西水平方向，短边方向沿南北方向放置；矩形反射镜面的长边不小于太阳能电池组的长边且与太阳能电池组长边平行；反射镜面的反射面朝向太阳及太阳能电池方向，反射面与太阳能电池受光面的夹角θ满足：θ＝atan(D/H)/2；矩形反射镜面的短边不小于(太阳能电池组短边×COS(2θ)/COS(θ))。太阳能电池和反射镜面均固定于同一支架上，该支架至少有一平行于太阳能电池长边的旋转轴，旋转角度范围不小于47度，使得过太阳能电池与长边平行的中心轴线且与受光面垂直的平面可以平行于太阳光线。

Description

聚光型太阳能发电装置
技术领域：
本发明涉及一种聚光型太阳能发电装置，特别是利用反射镜面聚光的低聚光倍数的太阳能光伏发电装置。
背景技术：
太阳能光伏发电大规模应用的一个主要障碍在于其发电成本太高暂时无法与传统能源发电成本抗衡。如何降低成本就成为太阳能发电应用研究的主要方向，聚光型太阳能发电作为降低成本的有效方法已成为业界研究的热点。
目前，聚光型太阳能光伏发电主要应用透镜聚光或凹面镜反射聚光，这一类聚光方案聚光性能好，聚光倍数可以达到数百倍以上，适合于应用高倍能量太阳能电池的装置中。但是高倍能量太阳能电池价格也是非常昂贵，所组成的太阳能发电系统与非聚光型太阳能光伏系统相比并没有明显的成本优势，而且这种电池对环境也不够友好，所以应用有限。如果应用普通太阳能光伏电池，所能承受的光能仅为太阳光的数倍最多数十倍，采用上述聚光装置反而会因为聚光性能太好而大材小用。同时普通太阳能电池要求受光面积较大，应用在一般聚焦型的透镜或凹面反射镜所形成的点或线聚焦系统中反而要适当偏离焦区才能承受，由此又可能带来聚光区光分布不均匀，且位置控制要求较高。
发明内容：
本发明的目的在于利用普通的、容易获取的较低成本的太阳能光伏电池，通过简易的低倍数聚光获得较直射性太阳能光伏发电装置数倍电能输出的低成本聚光太阳能光伏发电装置，以降低太阳能电池的使用量。
本发明的另一个目的在于，通过使用长宽比较大的矩形太阳能电池板和矩形反射镜且合理排列布局，使得会聚光在全天有效日照时间内都汇聚在太阳能电池的受光面上。从而省去日跟踪装置。
本发明的另一个目的是通过降低设计和加工的精度要求有效降低加工成本。
为实现本发明的目的，本发明将一组太阳能电池在同一个平面排列为长宽比很大的矩形，且长边方向沿东西方向，受光面背朝太阳方向，两组以上的矩形反射平面镜，其法线指向镜面中心与太阳能电池受光面中心连线与太阳光线的角平分线上。
为使得每个反射镜面反射的太阳光能够全部覆盖太阳能电池的受光面，要求反射镜面的长度不小于太阳能电池受光面的长度，考虑到太阳的东西向的运动，如果要求太阳光线在东西向-δ到+δ范围内全部覆盖太阳能电池受光面，则反射镜面的长度应比电池受光面长度长2×H×tan(δ)且等分向东西向延伸，其中H为反射镜面与长边平行的中心轴线与太阳能电池受光面所处平面的距离，即电池受光面高度；反射镜面的宽度不小于(太阳能电池组受光面宽度×COS(2θ)/COS(θ))。适当增加反射镜面宽度可以大大增加聚光系统的容差范围，降低精度要求。
为使得本发明的聚光装置能够跟踪随季节变化的太阳光，应将太阳能电池和反射镜面均固定于同一支架上，该支架至少有一平行于太阳能电池长边的旋转轴，旋转角度范围不小于47度，当本发明所涉及的装置安装地的纬度为β时，旋转范围应使得其太阳能电池受光面的法线与竖直线的夹角在β-23.5°到β+23.5°范围变化。季节跟踪可以由人工跟踪或使用自动跟踪装置实现。
本发明的优点有：
1、应用低倍数聚光可以使用普通的太阳能电池成倍的提高其输出能量，从而将同样输出功率的太阳能发电系统的太阳能电池片的使用量降低；
2、受光面上光照均匀；
3、使用平面镜反射聚光使得系统实施方案非常简便，加工难度降低从而降低加工成本；
4、无需日跟踪就可以实现全天聚光，使得系统可以进一步降低成本。
5、聚光系统对精度要求较低，由此也可以降低加工精度要求，同时可以增加季节跟踪的调节周期，降低人工跟踪的人力成本。
附图说明：
图1为实施例的聚光装置结构示意图；
图2是实施例的镜面组和受光面排列位置关系示意图；
图3为实施例的聚光光路示意图；
下面结合附图对本发明最佳实施例作进一步说明。
具体实施方式：
图1是本发明应用于4块反射镜面聚光装置结构示意图，包括太阳能电池板1，反射镜2、3、4、5，散热器6，可旋转支架7，固定底座8。
太阳能电池板1固定于散热器6上，位于反射镜上方，受光面朝向反射镜面组，4块反射镜面对称分布于过太阳能电池受光面长对称轴的法平面的两边，固定于旋转支架上，固定底座支撑整个聚光系统。
图2是实施例的镜面组和受光面排列位置关系示意图，根据反射光出射角等于入射角的定理，可以推算第n个反射镜面与受光面得夹角为：
θn＝atan(Dn/Hn)/2；
为加工与定位方便，本实施例的反射镜面的内边位于但不限于同一平面，这样做的另一个好处是使得相邻镜片间留出了一定的空隙，有利于增加本实施例装置的抗风性。
由于太阳能电池本身遮挡了太阳光，所以，最里边的反射镜内边之间的距离应不小于太阳能电池片宽度。实际距离应根据系统容差范围来考虑，适当增加距离会使得系统容差较大，从而降低加工精度和跟踪精度要求。本实施例的实际距离比电池片宽度增加的距离为电池片高度的1/30，可以允许±0.8°的跟踪误差，使得纬度跟踪调整周期可以达到6天。
在多镜面聚光的情况下，太阳能电池的温度明显高出非聚光状态，由此需要对太阳能电池加装散热的装置。实际测量表明，对于4倍以下的聚光，使用空气对流的散热片就可以符合散热要求，更高倍数的聚光就需要采用更加高效的散热方案，如液体循环散热或其他热管散热。
图3为本实施例沿南北方向截面的光路图，为达到聚光的目的，本发明所涉及装置需要跟踪纬度方向太阳光入射光随季节的变化，所以其聚光部分必须能够沿纬度角方向旋转，以保证受光面过长轴的法平面与入射太阳光平行。如上所述，本实施例跟踪调整周期可达6天，完全可以由人工调节。

Claims (3)

1、一种聚光型太阳能发电装置，其特征在于：一组背向太阳光的矩形太阳能电池组，一组两块或以上矩形反射镜面组合：
矩形太阳能电池组的长宽比大于10，其长边方向沿东西水平方向，短边方向沿南北方向放置；
矩形反射镜面的长边不小于太阳能电池组的长边且与太阳能电池组长边平行；
反射镜面的反射面朝向太阳及太阳能电池方向，反射面与太阳能电池受光面的夹角θ满足：
θ＝atan(D/H)/2；
其中，H为反射镜面与长边平行的中心轴线与太阳能电池受光面所处平面的距离，D为反射镜面与长边平行的中心轴线与太阳能电池受光面中心垂直线的距离；
矩形反射镜面的短边不小于(太阳能电池组短边×COS(2θ)/COS(θ))。
太阳能电池和反射镜面均固定于同一支架上，该支架至少有一平行于太阳能电池长边的旋转轴，旋转角度范围不小于47度，使得过太阳能电池与长边平行的中心轴线且与受光面垂直的平面可以平行于太阳光线。
2、如权利要求1的太阳能发电装置，其特征在于：反射镜面数量为偶数，以过太阳能电池与长边平行的中心轴线且与受光面垂直的平面对称排列，最靠近中心处的两块反射镜面的内边之间距离大于等于太阳能电池组受光面的短边。
3、如权利要求1、2的太阳能发电装置，其特征在于：其太阳能电池背面有一散热装置。
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