CN102427092A

CN102427092A - 一种两次聚光光伏发电模组

Info

Publication number: CN102427092A
Application number: CN2011103604809A
Authority: CN
Inventors: 吴志浩; 汪敢; 陈长清; 方妍妍; 戴江南; 余金中
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2012-04-25

Abstract

本发明公开一种两次聚光光伏发电模组，其特征在于：该发电模组包括一级环形聚光透镜组、二次光线收集系统、太阳能电池片、散热片、模组盒体。本发明的优点在于：聚光光伏模块紧凑简单，系统厚度得到降低，用料和重量大量减少，装配方便，系统效率高，降低了整个模块的成本；可以实现高聚光比，并且降低对跟踪器精度的要求。

Description

一种两次聚光光伏发电模组

技术领域

本发明涉及光伏技术领域，尤其是一种两次聚光光伏发电模组。

背景技术

由于煤、石油等不可再生能源的逐渐枯竭及其不断造成的环境恶化，人类迫切需要使用绿色能源为人们解决所面临的巨大问题。利用光电转换技术制造的太阳能电池可将太阳能直接转换为电能，这在很大程度上减少了人们生产生活对煤炭、石油及天然气的依赖，成为利用绿色能源的最有效方式之一。

聚光光伏技术通过将一块面积较大的太阳光进行高倍率聚光、浓缩后照射到一个面积比较小的太阳能光伏电池上发电，从而大规模节约太阳能电池晶片。该装置利用大面积、便宜的聚光装置来代替昂贵而且供应紧张的电池芯片，进而达到大幅度降低太阳能光伏发电成本的目的，使太阳能光伏发电具有跟常规能源竞争的能力。目前，太阳能光伏系统聚焦一般采取通过阵列菲涅耳透镜将光线聚焦至相应的太阳能电池表面。由于这种传统的聚光系统对需要太阳的正入射，才能保证聚焦点在太阳能电池的表面上，因此对太阳跟踪的精度要求极高。而且这种聚光模组往往比较厚重，对机械安装提出了巨大的挑战。另外太阳光相对于聚光器并非平行光，同时由于追踪精度的问题，无法保证太阳光在电池表面的光强分布平整，尤其对于多结太阳能电池系统，由于色散问题导致太阳能电池工作效率降低，不利于降低整个系统的成本，提高效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种两次聚光光伏发电模组，对传统菲涅尔阵列直接聚光到电池表面带来的光强分布不均，色散问题，以及对太阳跟踪精度要求过于严苛等问题进行改善。

本发明的技术方案为：一种两次聚光光伏发电模组，其特征在于：该发电模组包括一级环形聚光透镜组、二次光线收集系统、太阳能电池片、散热片、模组盒体；其中一级聚光透镜组安装在盒体的顶部，太阳能电池片在模组盒体底部，一级聚光透镜组与二级光线收集系统都成圆形，中间留有一个小洞，用圆柱形支撑物直接连到顶端，二级光线收集系统处于一级聚光透镜组合电池之间，与圆柱形支撑物连接在一起，圆柱体则与模组底部相连接，这样就形成一个整体紧凑结构。所述的一级聚光透镜组，其材料是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），其构成是将几个焦距从小到大的线聚型菲涅尔透镜结构切面组合在一起，经过360度旋转而成的立体结构，所起到的作用是把入射光线会聚成几个环形光斑，投射到二次光线收集系统的环形反射斜面上。材料是PMMA，与一级聚光透镜组相对应的形成几个环形反射面，每个反射面到一级聚光透镜组的距离与相应透镜结构焦距相一致，在每个反射面背后都镀上一层银质，反射面的设计角度与一级聚光透镜组每一级的会聚角度相对应，正好能够接受到会聚下来的光线，通过镜面全反射无损的射入电池表面。模组盒体顶部长度大于底部长度，模组盒体四周即为最外的一组模块的二级聚光透镜的侧壁，模组盒体底部适当的地方开孔。

本发明的优点在于：聚光光伏模块紧凑简单，系统厚度得到降低，用料和重量大量减少，装配方便，系统效率高，降低了整个模块的成本；可以实现高聚光比，并且降低对跟踪器精度的要求。

附图说明

图1为原理结构示意图；

图2为一级环形菲涅尔透镜的剖面示意图；

图3为单个环形菲涅尔结构与下面反射面形成的反射系统；

图4为多个环形一次菲涅尔透镜系统与下面二次反射面形成的反射系统；

图5为整体封装图。

图中：

1——一级菲涅尔聚光结构，2——二级光反射结构，3——反射镜面，

4——入射光线的边缘光线，5——太阳能电池片，6——散热片。

具体实施方式

一种两次聚光光伏发电模组包括一级聚光透镜组、二次光线收集系统、太阳能电池片、散热片、模组盒体，具体构造原理由图1所示。其中一级聚光透镜组安装在盒体的顶部，太阳能电池片在盒体底部，二级光线收集系统在中间，一级聚光透镜组与二级光线收集系统都成圆形，中间留有一个小洞，用一个锥全反射镜连接，作用是把所有光线传导给电池。整个模块可以与二维或者一维太阳能追踪装置连接固定，也可以用于非追踪系统。

一级聚光透镜组采用环形菲涅尔透镜，在这里把一排聚光焦面不同的环形菲涅尔透镜表面结构放在一起，做成一个圆形聚光面。单个环形菲涅尔透镜的侧面示意图和整体示意图分别如图2和图3所示。多个环形菲涅尔透镜组成的整体由图4所示。图3中，单个环形菲涅尔透镜把平行入射光线在下面的反射面上会聚成一个环形光斑。图4中，多个环形菲涅尔透镜聚把平行光线聚成几个不同的环形光斑，而各自下面的环形反射面也形成一个环形反光面，正好让环形光斑在表面发生反射。菲涅耳透镜材料可以为PMMA也可以是其它一切可以利用的材料，一次性压膜成型组成圆形阵列。光线从菲涅尔透镜入射，形成光斑打在二级光线收集系统的反射面上。反射面的背面涂有反射膜，光线在这里发生镜面全反射。在右边是一个波导系统，光在上下表面发生全反射，到达最后端。

图5是一次聚光系统与二次光线收集系统的整体三维图。二级光线收集系统的反射面正好能接收一级聚光透镜组成像光斑，把一级系统中的光线进行全反射，会聚到中心处。材料用PMMA或其它任何可实施的材料，但在光线入射端的斜面上，应在表面镀一层反射模，可以采用镀铝或者银。在中心空洞处的锥形全反镜，第一是为光接收端，把收集到的光线全部引到太阳能电池处，同时也是一个支架，把一级聚光透镜组与二级光线收集系统进行连接，这样正对连接方式，也保证了菲涅尔透镜的光斑能够与二级光线收集系统中的反射斜面对齐。这里，锥形镜的背面也要用涂一层全反膜，且锥形镜的斜率与二级光线收集系统反射面的斜率相同最后，把整个系统用模组盒体进行封装。在空洞处用一竖直圆柱贯通到顶端，就能实现一级聚光透镜组与二级光线收集系统的对准散热模块位于太阳能电池的背面，用于将太阳能电池工作时产生的热量散失，防止电池的温度过高，影响效率或者对电池造成不可恢复的影响。

模组盒体顶部长度大于底部长度，模组盒体四周即为最外的一组模块的二级聚光透镜的侧壁，这样减少了整体模块所需材料，降低了成本，减少了生产环节。同时在模组盒体底部适当的地方开孔，既可以促进盒体内部空气与外部空气对流，降低模块温度，同时也可以防止水，沙子等进入盒体内部。

Claims

1.一种两次聚光光伏发电模组，其特征在于：该发电模组包括一级环形聚光透镜组、二次光线收集系统、太阳能电池片、散热片、模组盒体；其中一级聚光透镜组安装在盒体的顶部，太阳能电池片在模组盒体底部，一级聚光透镜组与二级光线收集系统都成圆形，中间留有一个小洞，用圆柱形支撑物直接连到顶端，二级光线收集系统处于一级聚光透镜组合电池之间，与圆柱形支撑物连接在一起，圆柱体则与模组底部相连接，这样就形成一个整体紧凑结构。

2.根据权利要求1所述两次聚光光伏发电模组，其特征在于：所述的一级聚光透镜组，其材料是PMMA，其构成是将几个焦距从小到大的线聚型菲涅尔透镜结构切面组合在一起，经过360度旋转而成的立体结构，所起到的作用是把入射光线会聚成几个环形光斑，投射到二次光线收集系统的环形反射斜面上。

3.根据权利要求1或2所述两次聚光光伏发电模组，其特征在于：材料是PMMA，与一级聚光透镜组相对应的形成几个环形反射面，每个反射面到一级聚光透镜组的距离与相应透镜结构焦距相一致，在每个反射面背后都镀上一层银质，反射面的设计角度与一级聚光透镜组每一级的会聚角度相对应，正好能够接受到会聚下来的光线，通过镜面全反射无损的射入电池表面。

4.根据权利要求1或2所述两次聚光光伏发电模组，其特征在于：模组盒体顶部长度大于底部长度，模组盒体四周即为最外的一组模块的二级聚光透镜的侧壁，模组盒体底部适当的地方开孔。