CN102130199B - 太阳光波波长转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳光波波长转换装置，包括一个内部真空绝热的盒体，该盒体壁内部涂有防辐射的涂层，盒体一侧装有供太阳光进入的第一滤波片，对于射入的光线无阻碍作用，但对于射出的光波，有阻碍作用；盒体另一侧装有一个供太阳光出去的第二滤波片，对于太阳能电池发电效率最高的光波波长透射率高，对其它波段的光波透射率较低；盒体内部中间设有具有高吸收率耐高温的材料，用来吸收高能光波的能量，并根据太阳能电池的分光感度特性来确定其能达到的最高温度。利用太阳能电池的分光感度特性设计的太阳光波波长转换装置，具有适应能力强，加工、操作、控制和使用简便的特点，并适用于单晶硅、多晶硅等各种规格的太阳能电池上，使其发电效率大大提高。

Description

太阳光波波长转换装置
技术领域
本发明涉及一种波长转换装置，特别是涉及一种太阳光波波长转换装置。
背景技术
随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。目前找到的新能源主要有两种，一是太阳能，二是燃料电池。另外，风力发电也可算是辅助性的新能源。照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源，而且太阳能发电绝对干净，不产生公害，所以太阳能发电被誉为是最理想的能源。
太阳能的利用有被动式利用(光热转换)和光电转换两种方式。太阳能发电是一种新兴的可再生能源，其生产过程不会产生环境污染，又不会消耗其它地球资源或导致地球温室效应。从太阳能获得电力，需通过大阳电池进行光电变换来实现，它同以往其它电源发电原理完全不同，具有以下特点：①无枯竭危险；②绝对干净(无公害)；③不受资源分布地域的限制；④可在用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥获取能源花费的时间短。不足之处是：①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总的说来，太阳能发电具有极大优点，因此受到世界各国的重视。
要使太阳能发电真正达到实用水平，一是要提高太阳能光电变换效率并降低其成本，二是要实现太阳能发电同现在的电网联网。目前，太阳能电地主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳电池变换效率最高，已达20％以上，但价格也最贵。非晶态硅太阳电池变换效率最低，但价格最便宜，今后最有希望用于一般发电的将是这种电池。一旦它的大面积组件光电变换效率达到10％，每瓦发电设备价格降到1-2美元时，便足以同现在的发电方式竞争。当然，特殊用途和实验室中用的太阳电池效率要高得多，如美国波音公司开发的由砷化镓半导体同锑化镓半导体重叠而成的太阳能电地，光电变换效率可达36％，快赶上了燃煤发电的效率。但由于它太贵，目前只能限于在卫星上使用。
对于太阳能电池来说，不同的光照射时所产生的电能是不同的。一般用光的颜色(波长)与所转换生成的电能的关系，即用分光感度特性来表示。各种太阳能电池的分光感度特性分别如图1a、1b、1c、1d所示，由图可知，多晶硅太阳能电池的分光感度一般在300～1200nm，非晶硅太阳能电池的分光感度一般在300～800nm，CdS/CdTe太阳能电池的分光感度一般在500～900nm，二层串联非晶硅非晶硅太阳能电池的分光感度一般在300～800nm。造成太阳能电池发电时效率不高、稳定性低、适应能力差、体积庞大且系统复杂等缺点。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种太阳光光波转换装置，采用光学元件将太阳光波转换成太阳能电池发电峰值时波长的转换器。
本发明的技术方案如下：
一种太阳光波波长转换装置，其特征在于，包括一个内部真空绝热的盒体，该盒体壁内部涂有防辐射的涂层，盒体一侧开有一窗口，装有供太阳光进入的第一滤波片，盒体的另一侧开有另一窗口，装有供太阳光出去的第二滤波片，该二个窗口与第一、第二滤波片的接触处分别用耐高温密封胶密封，盒体内部中间设有波长转换体，以隔绝该盒体左右两层为两个真空层；
所述的光第一滤波片，对于射入的光线无阻碍作用，但对于射出的光波，有阻碍作用；
所述的第二滤波片，对于太阳能电池发电效率最高的光波波长透射率高，对其它波段的光波透射率较低；
所述的波长转换体为耐高温材料具有高吸收率，用来吸收高能光波的能量，并根据太阳能电池的分光感度特性来确定其能达到的最高温度。
和现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)利用太阳能电池的分光感度特性设计的太阳光波波长转换装置，可根据用户需要方便地组装成不同形状和大小，适应能力强，加工、操作、控制和使用简便。
(2)由于采用的第一滤波片透射率低、第二滤波片对一定波长的透射率高，且这种光学元件体积小，重量轻，使系统结构紧凑而效率较高，且一旦有光学元件损坏，可单独更换，安装和维修方便。
附图说明
图1a是多晶硅太阳能电池的分光感度特性；
图1b是非晶硅太阳能电池的分光感度特性；
图1c是CdS/CdTe太阳能电池的分光感度特性；
图1d是二层串联非晶硅太阳能电池的分光感度特性。
图2是本发明太阳光波波长转换装置的结构示意图。
图3是本发明太阳光波波长转换装置的工作原理。
图4是本发明第一滤光片的光学性质。
图5是本发明第二滤光片的光学性质。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述，但不限制本发明的保护范围。
请先参阅图2，图2是本发明太阳光波波长转换装置的结构示意图。如图所见，包括一个真空绝热的盒体1，该盒体1壁内部涂有防辐射的涂层，盒体1一侧开有一窗口，装有供太阳光进入的第一滤波片2，盒体的另一侧开有另一窗口，装有供太阳光出去的第二滤波片3，该二个窗口分别与第一滤波片和第二滤波片的接触处用耐高温密封胶密封，盒体内部中间设有波长转换体4，以隔绝该盒体左右两层为两个真空层；
所述的光第一滤波片2，对于射入的光线无阻碍作用，但对于射出的光波，有阻碍作用；
所述的第二滤波片3，对于太阳能电池发电效率最高的光波波长透射率高，对其它波段的光波透射率较低；
所述的波长转换体为耐高温材料具有高吸收率，用来吸收高能光波的能量，并根据太阳能电池的分光感度特性来确定其能达到的最高温度。该耐高温材料物质为铪合金或钨或其它耐高温金属，并根据维恩位移定律(描述最大光谱辐射力的波长λm与温度T之间的关系)计算出各种太阳能电池的分光感度特性所确定的最高温度来控制耐温金属的温度，从而使太阳能电池达到最高的转换效率。
图3是本发明太阳光波波长转换装置的工作原理。如图所示，太阳光经高倍数聚光器6，形成具有高能量的光流，高能光流经过第一滤波片2进入，到达耐高温材料4，耐高温材料4吸收高能光波后发热，达到一定温度，此温度所辐射出的波长即太阳能电池最大转换效率时的工作波长，后经过第二滤波片3，到达太阳能电池表面。
图4是本发明第一滤光片的光学性质，如图所示，其中λ0为中心波长，即太阳能电池最大效率时的工作波长；Tmax为最大允许透射率。第一滤波片2的主要作用是允许高能太阳光进入该转换装置，但对于热源所辐射出的光波具有一定阻碍作用。
图5是本发明第二滤光片的光学性质，如图所示，其中λ0为中心波长，即峰值透射率；Tmax为中心波长的透射率，也即峰值透射率；2Δλ0为透射率降至峰值透射率一半的波长宽度，也即通半宽度。第二滤光片3的主要作用是允许太阳能电池最大效率时的工作波长射出，但对于热源所辐射出的其它波长具有一定阻碍作用。
经实验表明，本发明太阳光波波长转换装置适用于单晶硅、多晶硅等各种规格的太阳能电池上，使其发电效率大大提高，具有适应能力强，安装、操作、控制和使用简便的特点。

Claims (2)

1.一种太阳光波波长转换装置，其特征在于，包括一个内部真空绝热的盒体，该盒体壁内部涂有防辐射的涂层，盒体一侧开有一窗口，装有供太阳光进入的第一滤波片，盒体的另一侧开有另一窗口，装有供太阳光出去的第二滤波片，该二个窗口与第一、第二滤波片的接触处分别用耐高温密封胶密封，盒体内部中间设有波长转换体，以隔绝该盒体左右两层为两个真空层；
所述的第一滤波片，对于射入的光线无阻碍作用，但对于射出的光波，有阻碍作用；
所述的第二滤波片，对于太阳能电池发电效率最高的光波波长透射率高，对其它波段的光波透射率较低；
所述的波长转换体为耐高温材料具有高吸收率，用来吸收高能光波的能量，并根据太阳能电池的分光感度特性来确定其能达到的最高温度；
所述盒体的底部设有孔，以供连接抽真空装置，用耐高温密封盖密封；
该太阳光波波长转换装置还包括放置在所述盒体的第一滤波片正前方的高倍数聚光器。
2.根据权利要求1所述的一种太阳光波波长转换装置，其特征在于，所述的耐高温材料为铪合金或钨物质。
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