CN102628613A - Cpc太阳能聚集与光伏发电联合应用装置 - Google Patents

Abstract

CPC太阳能聚集与光伏发电联合应用装置，它涉及一种太阳能聚集与光伏联合应用技术装置，属于太阳能应用技术领域。本发明的目的是将太阳辐射能中的红外和可见光区别利用，具有更好的利用效率。该装置在CPC的内表面依次布置太阳光伏电池，泡沫石英玻璃，适应玻璃。石英玻璃镀盖透可见光，反射红外的特征薄膜。被反射的红外波进入吸热器转变成热能，可见光透过石英玻璃，经泡沫石英玻璃多次反射、折射，均匀入射到太阳电池表面，输出电功率。根据太阳光入射角度变化，系统的光热和光电量分配比例有所调整。本发明综合利用太阳能，既可提供热能量，又可提供电功率，且加工、运行简单，具有重大应用潜力。

Description

CPC太阳能聚集与光伏发电联合应用装置

技术领域

本发明涉及一种太阳能聚集与光伏联合应用技术装置，属于太阳能应用技术领域。

背景技术

太阳能资源丰富，清洁易得，开发太阳能高效利用技术对节能减排，改善环境，以及满足空间飞行器功率需求具有重要意义。传统的太阳能应用系统是单一的光热或光电转换系统，没有根据太阳能的光谱特点进行综合性开发，利用效率较低。CPC具有较好的接收特性，不需要精确跟踪太阳，在海水淡化，规模制氢，热动力发电等太阳能高温领域有重要应用潜力。然而现有太阳能应用系统没有将太阳辐射能中的红外和可见光区别利用，利用效率较低。现有装置加工成较高、运行费用高。

发明内容

本发明提供了一种CPC太阳能聚集与光伏发电联合应用装置，以将太阳辐射能中的红外和可见光区别利用，具有更好的利用效率。本发明在对入射的太阳光进行聚集反射的同时，将部分可见光透过石英玻璃到达太阳电池表面，输出电功率。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明所述的CPC太阳能聚集与光伏发电联合应用装置包括CPC太阳能聚光器、镀膜石英玻璃层、太阳能光伏电池和泡沫石英介质层，在CPC太阳能聚光器的内腔(或内表面)中设置镀膜石英玻璃层，在镀膜石英玻璃层与CPC太阳能聚光器的内壁面之间布置太阳能光伏电池，镀膜石英玻璃层与太阳能光伏电池之间填充有泡沫石英介质层；所述镀膜石英玻璃层由石英玻璃层和选择性涂层构成，选择性涂层镀在石英玻璃层的内面表上；镀膜石英玻璃层上的的选择性涂层用于透过太阳能中的可见光，反射红外光。

本发明的技术思路是在CPC的内壁面安装一层石英玻璃，玻璃内表面镀盖透射可见光、反射红外的特征薄膜。玻璃外表面布置一层菱角毛玻璃，太阳电池布置在CPC内壁面上，入射到玻璃内表面的太阳辐射能，可见光部分会透过石英玻璃，经泡沫石英介质多次折射和反射，均匀到达太阳电池表面，输出电功率，太阳辐射能中的红外波谱以及部分可见光波普经石英玻璃反射聚集，到达吸热器完成光热转换。本发明装置技术基于谱带特点，将太阳辐射能中的红外和可见光区别利用，具有更好的利用效率。且整个装置与CPC聚光器自承一体，加工成本低、运行费用少，具有较好的开发应用潜力。

本发明的有益效果是：

1.可同时获得太阳热能和电能

飞行太阳辐射能中的可见光波段的辐射能透过石英玻璃到达太阳电池表面，输出电功率。红外波段的辐射能经反射聚集进入吸热器，得到中高温度的热能。即本发明装置充分利用太阳光的谱带特性，可同时获得热能和电能，太阳能综合利用效果好。

2.太阳电池发电效率高

透过石英玻璃的可见光波，经泡沫石英介质多次反射和折射，可以较均匀地到达太阳电池表面，改善太阳电池组的输出性能。同时将不能转变成电能的红外光波反射，降低了太阳电池的热负荷。

3.加工运行简单

CPC是依据边缘光线原理设计，具有较好的接收性能，不需要实时跟踪太阳，运行成本低。石英玻璃由单元块拼接而成，降低石英玻璃CPC曲面的加工难度，具有较好的技术可实现性。

4.灵活的结构设计

CPC聚光器既可以是二维或三维结构。二维CPC加工运行性较好，可用于太阳能海水淡化等领域，三维CPC即可单独使用，也可以布置在吸热器的太阳光入射口上，提高太阳能的聚集效果和减少截取损失。

本发明主要针对太阳能应用系统中的太阳辐射的光谱特点，进行区别开发转换，太阳能利用效率高。可应用于太阳能高温海水淡化，太阳能规模制氢，太阳能高温发电等太阳能应用技术领域。本发明综合利用太阳能，即可提供热能量，又可提供电功率，且加工、运行简单，具有重大应用潜力。

附图说明

图1是本发明的CPC太阳能聚集与光伏发电联合应用装置结构示意图，图2是二维CPC太阳能聚光器的结构示意图，图3三维CPC太阳能聚光器结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～3所示，本实施方式所述的CPC太阳能聚集与光伏发电联合应用装置包括CPC太阳能聚光器1、镀膜石英玻璃层2、太阳能光伏电池3和泡沫石英介质层4，在CPC太阳能聚光器1的内腔(或内表面)中设置镀膜石英玻璃层2，在镀膜石英玻璃层2与CPC太阳能聚光器1的内壁面之间布置太阳能光伏电池3，镀膜石英玻璃层2与太阳能光伏电池3之间填充有泡沫石英介质层4；所述镀膜石英玻璃层2由石英玻璃层和选择性涂层构成，选择性涂层镀在石英玻璃层的内面表上；镀膜石英玻璃层2上的的选择性涂层用于透过太阳能中的可见光，反射红外光。

本实施方式中，镀膜石英玻璃层2与CPC结构匹配时要留有空隙，以用于布置太阳能电池和填充石英泡沫介质。

填充石英泡沫介质对透过石英玻璃的太阳光进行多次反射、散射，提高太阳电池表面辐射能流分布的均匀性。

本实施方式中的CPC太阳能聚光器1可根据太阳能聚集系统要求，设计二维或三维CPC：实现步骤如下：

给定CPC接收半角θ_c和出射口半径r₁，对二维CPC聚集器，在如图2所示xoy坐标系内，其壳面的描述方程为：

(xcosθ_c+ysinθ_c)²+2r₁(1+sinθ_c)²x

-2r₁cosθ_c(2+sinθ_c)²x-r₁ ²(1+sinθ_c)(3+sinθ_c)＝0

对右侧壳面，x取正值；对左侧壳面，x取负值。

三维CPC是二维CPC旋转产生的，其结构如图3所示，通过理论推导，三维CPC壳体表面的描述方程为：

${[(\sqrt{x^2+y^2}+a^{\′}){\cos \mathrm{\θ}}_c+{z\sin \mathrm{\θ}}_c]}^2=4a^{\′}(1+{\sin \mathrm{\θ}}_c)({z\cos \mathrm{\θ}}_c-\sqrt{x^2+y^2}{\sin \mathrm{\θ}}_c+a^{\′})$

二维或三维CPC的壳体材料可采用不锈钢薄板，铝合金板或硬质塑料等具有一定刚度的材料，通过铸造或锻压等工艺加工制成。

具体实施方式二：本实施方式中，制作石英玻璃层的石英玻璃由单元块拼接组装。这样可降低石英玻璃CPC型曲面的加工难度。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式所述选择性涂层为氟化镁薄膜。这种选择性涂层(0.3μm～0.8μm之间的可见光)反射率小，红外辐射(大于0.8μm)反射率高)。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

本发明所述装置在CPC的内表面依次布置太阳光伏电池，泡沫石英介质，石英玻璃，石英玻璃镀盖透可见光，反射红外的特征薄膜。被反射的红外波进入吸热器转变成热能，可见光透过石英玻璃，经泡沫石英玻璃多次反射、折射，均匀入射到太阳电池表面，输出电功率。根据太阳光入射角度变化，系统的光热和光电量分配比例有所调整。本发明的工作过程(参见图1)：

1.入射太阳光进入三维CPC1腔体投射到镀膜石英玻璃2上，对入射太阳光进行分频，太阳电池响应波段辐射被透射，其余红外波段辐射能被反射；

2.被反射的红外波段辐射能与镀膜石英窗口多次作用，继续向前传输，最后从三维CPC出口射出，进入吸热器或吸热管，完成光热转换利用；

3.被投射的太阳电池响应波段辐射能，进泡沫石英介质内，被石英介质多次折射和散射，均匀地投射到太阳电池板上，完成光热转换。

Claims (3)

1.一种CPC太阳能聚集与光伏发电联合应用装置，其特征在于：所述装置包括CPC太阳能聚光器(1)、镀膜石英玻璃层(2)、太阳能光伏电池(3)和泡沫石英介质层(4)，在CPC太阳能聚光器(1)的内腔中设置镀膜石英玻璃层(2)，在镀膜石英玻璃层(2)与CPC太阳能聚光器(1)的内壁面之间布置太阳能光伏电池(3)，镀膜石英玻璃层(2)与太阳能光伏电池(3)之间填充有泡沫石英介质层(4)；所述镀膜石英玻璃层(2)由石英玻璃层和选择性涂层构成，选择性涂层镀在石英玻璃层的内面表上；镀膜石英玻璃层(2)上的的选择性涂层用于透过太阳能中的可见光，反射红外光。

2.根据权利要求1所述的CPC太阳能聚集与光伏发电联合应用装置，其特征在于：制作石英玻璃层的石英玻璃由单元块拼接组装。

3.根据权利要求1或2所述的CPC太阳能聚集与光伏发电联合应用装置，其特征在于：所述选择性涂层为氟化镁薄膜。

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