CN101807868A - 车载太阳能滤光发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是车载太阳能滤光发电装置，它可以有效提高光电转换效率。它包括太阳能电池组件、风冷系统、有机玻璃滤光罩和散热片，太阳能电池组件安装在壳体的两侧支架上，有机玻璃滤光罩安装在壳体上，太阳能电池组件的上方；太阳能电池组件和有机玻璃滤光罩之间形成冷却风道，太阳能电池组件上连接有电极接线柱，太阳能电池组件下面装有散热片。本发明体积小重量轻，低噪音、零排放、零污染，本发明装置在工作过程中无任何污染气体产生。可广泛地用于建筑机械，交通工具，飞行器和水上船只等领域。

Description

车载太阳能滤光发电装置
技术领域：
本发明涉及太阳能电池发电技术领域，具体地说、它是一种车载太阳能滤(聚)光发电装置。
背景技术：
近年来、世界各国的民众
都能体会到，全球气候变暖对环境带来的变化。2007年7月，南欧各国甚至经历了50℃的高温。很多国家也度过了一个又一个的暖冬。因此，我们有必要控制CO2的排放，最好的方式就是大规模地发展太阳能、风能、电动汽车和节能照明等方面的新能源产业。很多人认为，新能源产业是IT产业之后21世纪最重要的高科技领域。
由于太阳能的光谱和阳光射线受气候(阴天，雨，雪等)和四季(春夏秋冬)的变化以及大气层中存在的杂质的折射，等诸多因素的影响，通过大气层到达地面的光线极不稳定且波长及光谱的差异化极大。为了有效地利用太阳能，使其在发电过程中的光电转换效率最大化，世界各国的科学家，根据不同的要求，研发了多种拥有各自优势的太阳能光伏电池(按材料可分为；单晶硅，多晶硅，非晶硅，铜铟镓跴，碲化镉，薄膜硅，染料敏化电池等)。但是上述电池因为各自存在的缺点，使得在现实环境和实际发电中都不能达到最佳效果，也就不能从根本上改变发电成本过高(是火力发电的3-5倍，需大量的占用发电场地，)的弱点，制约了太阳能发电技术的普及和推广，也使得太阳能发电技术无法在日常生活中的广泛领域进行应用
受到社会关注和资本市场追捧的太阳能产业，仍然有两项重要而艰难的任务：
(1)提高太阳能电池的转换效率，从现在的17％～22％提高到50％以上，使太阳能光伏发电有更广阔的应用前景。
要想使太阳能电池的光电转换效率达到最大化，就必须尽量使太阳光照条件达到或接近业内通行的标准测试条件(standard testcondition，STC)既大气质量(airmass)AM 1.5，辐照度Ps＝1000W/m2，温度25±1℃，而标准操作电池温度(nominaloperating celltemperature，NOCT)要求辐照度Ps＝800W/m2，环境温度25℃，电池板背面实际温度＜50℃，平均风速1m/s，自然条件下很难达到上述标准。
(2)解决太阳能电池因光照而使电池的温度升高导致的光致衰退现象，(该现象使太阳能电池的单位功率发电量下降17％)使太阳能电池发电的性价比有大幅提高，使之从依靠政策扶持的产业逐渐转变成完全靠市场驱动的产业。
目前，应用于汽车行业的有关太阳能的专利申请很多，与本发明接近的有以下几项申请：1申请号为02248584.8的实用新型专利，名称为“车载太阳能供电器(站)”，它的技术方案是“车体顶部连接安装太阳能电池支架，太阳能电池支架板以导轨推入推出形式或折叠平铺形式连接安装太阳能电池板，太阳能电池板输出端连接车内大容量蓄电池，蓄电池经串联或并联切换装置后连接供电输入和供电输出装置”；2申请号为03261562.0的实用新型专利，名称为“可伸缩车载太阳能发电站”它是一种移动发电站，适用于野外作业、军事通讯、野战部队使用，其主要技术特征是“通过装在车体上的举升机构与太阳能电池板架连接，太阳能电池板架上有太阳能电池板组件”。3申请号为200620090044.9的实用新型专利，名称为“车载太阳能空调装置”，它是利用太阳能作为空调的电源4申请号为200910109391.X的发明专利，名称为“车载太阳能罩”，它是即可以为车遮阳，又可为车充电的太阳能装置，其主要技术特征是“该太阳能罩为若干块弧形薄膜太阳能板链接而成的可折叠结构，该每块太阳能板上设有电源接口，两侧设有弧形边框”。以上专利技术还没有解决太阳能发电技术无法在日常生活中的广泛领域进行应用的问题。
发明内容：
本发明是根据光学滤透镜原理和光线折(反)射原理(菲聂耳透镜聚光器)，研发的一种对太阳能光谱射线的聚集过滤装置，该装置可使太阳能电池的光电转换效率提高3～4倍，达到标准操作电池的辐照度Ps＝800W/m2。实验室理论数据可使晶体硅电池的光电转换效率达到63％，非晶硅薄膜电池的光电转换效率达到53％，这一技术突破，将使太阳能发电成本大幅下降。同时，太阳能电池在光照条件下，电池温度会上升到60℃，与标准条件环境温度25℃±1℃高34℃，(使太阳能电池的单位功率发电量会下降17％)。本发明装置的有机玻璃滤光罩中的有机聚合物能将太阳辐射中的红外光(即热能)吸收，同时电池底板网格式散热片散热效果极好，太阳能发电装置壳体中的内置感应风冷系统，当电池环境温度超过25度时，温度传感器将信号传给风冷系统，风冷系统即下达指令，冷却风扇会将冷却流体通过上下风道对有机玻璃滤光罩和电池散热片进行冷却降温，使其环境温度保持在25度的最佳工作范围内，保证太阳能电池能够稳定的工作，使光电转换效率达到最大化。
本发明的目的可通过下述的结构和工作原理来实现：
太阳光(可见光和其他光)通过有机(聚合物)玻璃滤(聚)光罩的过滤后，通过拉曼效应，(Ramaneffect)，隔层板把太阳辐射中的紫外光(ultrariolet\ight，UV light)和短波长的可见光，散射光(Visible，light)，红外光(infrared light，lR light)转化为长波长的可见光、即斯托克斯线(Stokes spectrum)。这是光伏太阳能电池最敏感、最容易吸收的光谱区域，所以其转换效率是晶体硅电池的190％。太阳辐射中的红外光(即热能)被隔板吸收并被风冷淡化，使光伏电池的温度保持在25℃的最佳环境温度内，使光伏电池的发电效率始终保持在稳定的最佳状态。通过有机(聚合物)滤(聚)光玻璃罩对光谱的改变，太阳能滤(聚)光发电装置可将太阳能发电的利用效率提高1.9倍，且可以全天候(太阳光、月光、灯光、弱光等)24小时发电。所产生的电能通过太阳电池上的电极接线柱、防反冲二极管和控制器输送储存到蓄电池组中。
本发明的优点是：
1、体积小重量轻，可广泛地用于建筑，交通工具，飞行器，水上船只。
2、通过对入射光线过滤折射后、将其改变成为最适和太阳能电池吸收的光谱区域，发电装置可将太阳能电池的光电响应的光谱带隙的吸收增强，使其在太阳光、月亮光、弱光下都可发电，进而达到“全天候24小时发电”。
3、低噪音、零排放、零污染、因为不发生化学反应，本发明装置的工作过程中无任何污染气体产生。
4、本发明装置设计结构简单，易于产业化生产、所使用的材料易于购买且价格低廉，对太阳能技术的普及和推广起到积极的作用。
5、对日跟踪系统可确保光照时间内对入射光线垂直接收，光电转换效率提高40％。
附图说明：
图1是小型太阳能滤(聚)光发电装置的结构示意图
图2是图1中A-A轴剖面结构示意图
图3是小型太阳能发电装置工作原理图
图4：是冷却系统工作原理图
图5：是对日跟踪系统工作原理图
图6：是安装在小型乘用车上的车载太阳能滤(聚)光发电装置布置效果图
图7：是单个发电装置总成和路灯组合图
图中1是电动汽车，2是太阳能发电装置总成，3是进风口格栅，4是内置风冷系统，5是装置壳体，6是支撑框架，7是滤(聚)光玻璃罩，8是排风口格栅，9是太阳能电池组件，10是网格式散热片底板，11是电极接线柱，12是蓄电池组，13是边框胶，14是温度传感器，15是冷却风扇，16是冷却风道，17是“对日跟踪”系统，18是灯具，19是灯杆，20是控制器，21是控制器安装门，22是蓄电池，23是混凝土基础。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明，但该实例不应理解为对本发明的限制。
实施例1
在小型太阳能发电装置总成(2)的装置壳体(5)的前端内部配置有进风口格栅(3)和内置风冷系统，(4)风冷系统(4)由温度传感器(14)和冷却风扇(15)组成，装置壳体(5)的尾部及四周配置排风口格栅(8)，在进风口格栅(3)与排风口格栅(8)之间有上下冷却风道(16)，相通，主要为风冷系统(4)的工作提供进风和排风。入射光线通过有机(聚合物)滤(聚)光玻璃罩(7)的聚集过滤后，将适合太阳能电池组件(9)吸收的太阳能光谱(波长射线)聚集增强后输送到太阳能电池组件(9)上，网格式散热片底板(10)与电池组件(9)胶结成一体，可有效散热。支撑框架(6)将电池组件(9)和散热片底板(10)撑托固定在上下冷却风道(16)的中间。将太阳能电池组件(9)的电极接线柱(11)通过底板和壳体引出并与蓄电池组(12)连通。用边框胶(13)将上述部件牢牢的粘合密封成发电装置总成(2)。在装置总成的下方安装“对日跟踪”系统(17)“对日跟踪”系统(17)与装置总成(2)用机械方式联结在一起。“对日跟踪”系统是现有技术，在以前的专利申请中有详细描述，其和装置总成(2)可用多种机械传动方式连接。
将小型太阳能发电装置总成焊接(也可铆接或胶结)在汽车(1)上，可以为电动汽车提供24小时不间断供电、如图1所示、太阳光(可见光和其他光)通过有机(聚合物)玻璃滤(聚)光罩的过滤后，通过拉曼效应，(Ramaneffect)，隔层板把太阳辐射中的紫外光(ultrariolet\ight，UV light)和短波长的可见光，散射光(Visible，light)，红外光(infraredlight，lR light)转化为长波长的可见光、即斯托克斯线(Stokes spectrum)。这是光伏太阳能电池最敏感、最容易吸收的光谱区域，所以其转换效率是晶体硅电池的190％。太阳辐射中的红外光(即热能)被隔板吸收并被风冷淡化，使光伏电池的温度保持在25℃的最佳环境温度内，确保光伏电池的发电效率始终保持在稳定的最佳状态。
通过有机(聚合物)滤(聚)光玻璃罩对光谱的改变，太阳能滤(聚)光发电装置可将太阳能发电的利用效率提高1.9倍，且可以全天候(太阳光、月光、灯光、弱光等)24小时发电。所产生的电能通过太阳电池上的电极接线柱、防反冲二极管和控制器输送储存到蓄电池组中。
本发明装置可以在法律法规的框架内，通过改变电动汽车的充电方式(必须停车充电、一次充电需3小时以上)使电动汽车无需外源电力，依靠车载发电装置达到“24小时自供电，全天候发电，能源零消耗”的目的。
实施例2：
将小型太阳能发电装置总成焊接(也可铆接或胶结)在太阳能路灯上，如图5所示，发电装置的工作原理同上(具体方式同上)，蓄电池连接路灯，路灯可以在任何天气下自供电进行工作。

Claims (8)

1.车载太阳能滤光发电装置，它包括太阳能电池组件、风冷系统、有机玻璃滤光罩和散热片，其特征在于：太阳能电池组件安装在壳体(5)的支撑框架(6)上，有机玻璃滤光罩(7)安装在壳体(5)上面、太阳能电池组件(9)的上方；太阳能电池组件(9)和有机玻璃滤光罩(7)之间形成冷却风道(15)，太阳能电池组件(9)上连接有电极接线柱(11)，太阳能电池组件(9)下面装有散热片(10)。
2.根据权利要求1所述的车载太阳能滤光发电装置，其特征在于：太阳能电池组件(9)与网格式散热片底板(10)胶结成一体。
3.根据权利要求1所述的车载太阳能滤光发电装置，其特征在于：有机玻璃滤光罩(7)是菲涅耳透镜聚光器。
4.根据权利要求1所述的车载太阳能滤光发电装置，其特征在于：支撑框架(6)前端开有进风口隔栅(3)。
5.根据权利要求1所述的车载太阳能滤光发电装置，其特征在于：壳体(5)内装有冷却风扇(15)和温度传感器(14)，温度传感器(14)与太阳能电子组件(9)相连。
6.根据权利要求1所述的车载太阳能滤光发电装置，其特征在于：太阳能电池组件是单个或多块太阳能电池组成的。
7.根据权利要求2所述的车载太阳能滤光发电装置，其特征在于：太阳能电池是单晶硅电池或多晶硅电池或非晶硅电池或铜铟镓跴电池或碲化镉电池或薄膜硅电池或染料敏化电池。
8.根据权利要求1所述的车载太阳能滤光发电装置，其特征在于：装置总成(2)下方配置有对日跟踪系统(17)，对日跟踪系统(17)与装置总成(2)用机械传动装置连接。
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