CN101834548A - 一种光导聚光发电装置 - Google Patents

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李智超
张许娜
付勇
王永杰
张兰
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Abstract

本发明公开了一种光导聚光发电装置，由高透光率的导光板与具有干涉和衍射效应的薄膜及光能收集器组成，光能收集器的两侧贴合薄膜，不同入射角度的光线通过导光板入射到光能收集部分两侧的薄膜后，薄膜对入射光的振幅、位相进行调制、改变其传播路线，实现光路的偏折，被偏折后的光线进入导光板，并在导光板内通过全反射进行传导，与光能收集器上方入射的光线共同聚集在光能收集器上。该光导聚光发电装置具有结构简单、接受角度大、成本低、安装方便等优点，可广泛应用在太阳能聚光光伏、光热系统模组及其他光能收集器件上。

Description

一种光导聚光发电装置
技术领域
本发明属于太阳能发电技术领域，具体涉及一种光导聚光发电装置，可广泛应用在太阳能低倍聚光光伏、光热系统模组及其他光能收集领域。
背景技术
目前的低倍聚光发电系统主要有：
1、在传统硅材料模组两侧安装大面积反射镜，通过反射镜反射一部分光线到光伏电池上的办法，增加光伏电池接收的光照强度，提高光伏电池的转换效率。这种低倍聚光方法的不足之处是聚光效率低，若不采用跟踪装置，则一天之中大部分时间反射镜都不能得到充分利用。若采用跟踪装置，则会增加一大笔成本。
2、采用线性聚光系统、低成本光伏电池和单轴跟踪装置。通过实时跟踪太阳来实现光伏电池的稳定发电。这种方法的不足之处在于跟踪装置的使用，使其发电成本居高不下，不利于大面积推广，也限制了其应用领域。
发明内容
为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种结构简单，接收角大，光能利用率高，成本低，安装方便的光导聚光发电装置，该系统发电装置不需要跟踪装置，既适合用于大面积的电站建设，又适合用于家用的小型电站。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：该光导聚光发电装置，由高透光率的导光板、具有干涉和衍射效应的薄膜和光能收集器组成，所述光能收集器的一侧或两侧设有所述薄膜，所述薄膜通过透明封装材料封装在两层高透过率的导光板之间，薄膜上方入射的光线通过薄膜偏折后在导光板内通过全反射进行传导，与光能收集器上方入射的光线同时聚集在光能收集器上。
所述光能收集器与薄膜位于同一平面上。
所述光能收集器位于导光板的下侧。
所述高透过率的导光板可采用无机玻璃或有机聚合物材料，其折射率可与薄膜的折射率相匹配。
所述高透过率的导光板为低铁浮法类型的玻璃。
所述薄膜对光线的偏折采用透射方式或采用反射方式。
所述光能收集器两侧的薄膜对光线的偏折方向相反，均向光能收集器方向偏折。
所述光能收集器可采用硅材料光伏电池、薄膜型光伏电池或者收集太阳光的光热材料、集光设备的装置。
多个光导聚光发电装置可并行排列组成系统模组。
采用上述技术方案的有益效果是：当入射光10以一定角度θin入射该光导聚光发电装置时，先在上层高透过率的导光板1a上表面上发生一次折射，再以角度θin′在平板中传播，到达具有干涉与衍射的薄膜2上表面2a，进入薄膜2后，其相位被薄膜2上记录的相位型干涉图样调制，被调制后的光线方向发生改变，以角度θout从薄膜2下表面2b射出，进入上层1a(采用反射型薄膜)或下层1b(采用透射型薄膜)导光板中，在导光板中通过全反射进行传导，直至和光能收集器上方入射的光线一起被光能收集部分3接收。所述光能收集器3两侧的薄膜对光线的偏折方向相反，均向收集部分3方向偏折。在不需跟踪情况下，接收角增加至±45°，节约半导体光伏材料50-70％，降低成本1/3以上，经济效益显著。与现有技术相比，具有结构简单，接收角大，光能利用率高，成本低，安装方便，该发电装置组成的光导聚光模组不需要跟踪装置，既适合用于大面积的电站建设，又适合用于家用的小型电站。
附图说明
图1是该光导聚光发电装置采用透射式薄膜，单面吸收光伏电池的剖面示意图；
图2是该光导聚光发电装置采用透射式薄膜，双面吸收的剖面示意图；
图3是该光导聚光发电装置采用反射式薄膜，单面吸收的剖面示意图；
图4是该光导聚光模组的组装示意图；
图5是该光导聚光模组的外形图。
具体实施方式
如图1、2、3、4、5所述的光导聚光发电装置，包括高透过率的导光板1、具有干涉与衍射效应的薄膜2、光能收集器3、封装框体4以及一些透明封装材料5和封装胶6、电极引线7。所述具有干涉与衍射效应的薄膜2和光能收集器3裁成条状，一条光能收集器3两边各贴一条薄膜2，通过透明封装材料5封装在一起，置于两层高透过率导光板1之间，周围用密封胶6密封到封装框架4中。或者将薄膜2独自封装在两层高透过率的导光板1之间，电池封装在第二层高透过率的导光板1下面，周围用密封胶6密封到封装框架4中。所述光能收集器3可采用硅材料(多晶硅、单晶硅)光伏电池、薄膜电池等各种适用于低倍聚光的光伏电池，或者光热材料、集光设备等任何能收集太阳光的装置。所述高透过率的导光板可以选用低铁浮法类型的玻璃。所述薄膜2具有干涉与衍射双重效应。即薄膜对光线的偏折既可采用透射方式，也可采用反射方式，所述光能收集器两侧的薄膜对光线的偏折方向相反，均向光能收集器方向偏折。在一个比较大的入射角范围内，该薄膜2可实现对指定光谱段进行透射式或反射式的相位调制技术，以此改变光线的传播方向。其余不能被薄膜2调制的光线，按直线传播原理，穿过发电装置，透射到空气中。鉴于干涉与衍射的光谱带宽限制，薄膜2可采取分层堆叠的技术来实现对宽光谱进行调制的功能。另外，采用可进行多重记录的薄膜材料，通过光谱复用技术、角度复用技术等对该薄膜进行光谱和接收角度扩展。

Claims (9)

1.一种光导聚光发电装置，其特征在于：所述聚光发电装置由高透光率的导光板、具有干涉和衍射效应的薄膜和光能收集器组成，所述光能收集器的一侧或两侧设有所述薄膜，所述薄膜通过透明封装材料封装在两层高透过率的导光板之间，薄膜上方入射的光线通过薄膜偏折后在导光板内通过全反射进行传导，与光能收集器上方入射的光线同时聚集在光能收集器上。
2.根据权利要求1所述的光导聚光发电装置，其特征在于：所述光能收集器与薄膜位于同一平面上。
3.根据权利要求1所述的光导聚光发电装置，其特征在于：所述光能收集器位于导光板的下侧。
4.根据权利要求1所述的光导聚光发电装置，其特征在于：所述高透过率的导光板可采用无机玻璃或有机聚合物材料，其折射率可与薄膜的折射率相匹配。
5.根据权利要求1所述的光导聚光发电装置，其特征在于：所述高透过率的导光板为低铁浮法类型的玻璃。
6.根据权利要求1所述的光导聚光发电装置，其特征在于：所述薄膜对光线的偏折采用透射方式或采用反射方式。
7.根据权利要求1所述的光导聚光发电装置，其特征在于：所述光能收集器两侧的薄膜对光线的偏折方向相反，均向光能收集器方向偏折。
8.根据权利要求1所述的光导聚光发电装置，其特征在于：所述光能收集器可采用硅材料光伏电池、薄膜型光伏电池或者收集太阳光的光热材料、集光设备的装置。
9.根据权利要求1所述的光导聚光系统，其特征在于：多个光导聚光发电装置可并行排列组成系统模组。
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