CN102638199B - 一种太阳能点聚光光伏发电装置 - Google Patents

一种太阳能点聚光光伏发电装置 Download PDF

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Abstract

本 发明 公开了一种太阳能点聚光光伏发电装置，包括聚光透镜、聚光电池、电池基体、减反射罩体。聚光透镜的焦点位于聚光透镜和聚光电池之间。减反射罩体固定在电池基体上，聚光电池在减反射罩体内部。减反射罩体包括球面壳体、支撑壳体，内部有反射层。其中球面壳体中心有入射孔，聚光光线通过入射孔进入减反射罩体内部，照射在聚光电池上，部分光线被聚光电池表面反射射向球面壳体内表面，经反射层反射，由原入射路径照射至聚光电池表面，提高了聚光光线的利用率。经减反射罩体内部的反射，聚光电池表面形成均匀的叠加辐射。有益效果是：能够进一步降低光伏电池表面的反射损失，提高对聚光光线的利用率，并且不改变原有聚光辐射分布均匀性。

Description

一种太阳能点聚光光伏发电装置
技术领域
本发明涉及太阳能利用技术领域，特别是涉及一种对太阳光进行聚光光伏发电利用的装置。
背景技术
太阳能是一种清洁无污染的可再生能源，取之不尽，用之不竭，充分开发利用太阳能不仅可以节约日益枯竭的常规能源，缓解严峻的资源短缺问题，而且还可以减少污染，保护人类赖以生存的生态环境。
在众多的太阳能利用技术中，最为常见的有太阳能光伏发电、太阳能热发电、太阳能热水器等。其中，太阳能聚光光伏发电也是利用太阳能的一种重要形式。太阳能聚光光伏发电一般是利用透镜或反射聚焦方式，将太阳光聚焦在一块较小的光伏电池表面。对于实际应用来说，点聚焦的菲涅尔透镜的应用较为普遍。但由于目前用于高倍聚光的包括砷化镓电池、Ⅲ-V族半导体多结太阳能电池等的光伏电池的成本较高，阻碍了太阳能聚光光伏发电的推广应用。因此，相关技术人员也在孜孜以求地不断提高光伏电池的聚光倍数和光电转换效率，从而提高了单位面积上的光伏电池的电能转换量，相对降低了光伏电池的使用成本，从而使发电成本有所降低。
当太阳能聚焦在光伏电池表面上时，会发生反射损失。为了减少反射损失，通常采用多种措施：一种是在电池表面使用减反膜。这层膜通过干涉作用，理论上将膜的上表面的与半导钵界面处反射回来的光相互抵消，其两者的相位差180。，所以前者在一定程度上抵消了后者。一种措施是通过表面制绒减少反射。任何粗糙的表面能增加反射光再弹回表面的概率，而不是将光直接反射到空气中，这样就减少了反射。这些减少反射的技术的工艺都十分复杂，成本较高，并仍有一部分光线会被反射。
发明内容
为了克服在点聚光光伏发电技术中，使光伏电池表面减少反射损失的技术措施存在的缺点和不足，本发明提供一种太阳能点聚光光伏发电装置，能够进一步降低光伏电池表面的反射损失，提高对聚光光线的利用率，提高聚光光线的利用率，并且不改变原有聚光辐射分布的均匀性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种太阳能点聚光光伏发电装置，包括聚光透镜、聚光电池、电池基体、减反射罩体。聚光电池安装在电池基体上，聚光电池上表面与聚光透镜表面平行，聚光透镜将太阳入射光线聚焦形成太阳聚光光线，太阳聚光光线通过透镜焦点照射在聚光电池上，聚光透镜的透镜焦点位于聚光透镜和聚光电池之间。减反射罩体固定在电池基体上，聚光电池在减反射罩体内部。
减反射罩体包括球面壳体、支撑壳体，其中球面壳体中心位置有入射孔，支撑壳体为圆柱型，减反射罩体内部有反射层。
透镜焦点以聚光电池的表面为对称镜像面形成镜像焦点，镜像焦点是球面壳体内表面的球心。根据几何和光学知识可知，球面壳体内表面的半径是透镜焦点到聚光电池的表面距离的2倍，透镜焦点正好位于球面壳体上入射孔的中心，太阳聚光光线全部通过入射孔进入减反射罩体内部，照射在聚光电池上，部分光线被聚光电池表面反射后形成反射光线射向球面壳体内表面，经过反射层的反射，再由原入射路径照射至聚光电池的表面用于光电转换，提高了聚光光线的利用率。
太阳聚光光线全部通过入射孔进入减反射罩体内部，照射在聚光电池表面上的辐射强度是均匀的。由聚光电池表面形成的反射光线再由球面壳体内表面的反射层反射至聚光电池表面上的辐射强度也是均匀的，由光学知识可知，两次均匀的辐射叠加后的辐射强度也是均匀的。均匀的辐射强度的聚光光线在聚光电池上形成的光电转换效率也是相同的，从而使聚光电池具有最佳的光电转换性能。
本发明的有益效果是：能够进一步降低光伏电池表面的反射损失，提高对聚光光线的利用率，并且不改变原有聚光辐射的分布的均匀性。
附图说明
图1是本发明的立体剖面结构应用示意图。 
图2是本发明的通过对称轴的剖面结构及部分光路示意图。
图3是本发明的减反射罩体的三视结构示意图。
图中标号说明如下：
1-聚光透镜、2-聚光电池、3-电池基体、4-减反射罩体、5-球面壳体、6-入射孔、7-反射层、8-支撑壳体、10-太阳入射光线、11-太阳聚光光线、12-反射光线、13-透镜焦点、14-镜像焦点。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明提供一种太阳能点聚光光伏发电装置，包括聚光透镜1、聚光电池2、电池基体3、减反射罩体4。聚光电池2安装在电池基体3上，聚光电池2上表面与聚光透镜1表面平行，聚光透镜1将太阳入射光线10聚焦形成太阳聚光光线11，太阳聚光光线11通过透镜焦点13照射在聚光电池2上，聚光透镜1的透镜焦点13位于聚光透镜1和聚光电池2之间。减反射罩体4固定在电池基体3上，聚光电池2在减反射罩体4内部。
如图2、图3所示，减反射罩体4包括球面壳体5、支撑壳体8，其中球面壳体5中心位置有入射孔6，支撑壳体8为圆柱型，有利于在受热时尺寸变化均等，也有利于注塑加工时使减反射罩体4一次成形。减反射罩体4内部有反射层7。
如图3所示，透镜焦点13以聚光电池2的表面为对称镜像面形成镜像焦点14，镜像焦点14是球面壳体5内表面的球心。根据几何和光学知识可知，球面壳体5内表面的半径是透镜焦点13到聚光电池2的表面距离的2倍，透镜焦点13正好位于球面壳体5上入射孔6的中心，太阳聚光光线11全部通过入射孔6进入减反射罩体4内部，照射在聚光电池2上，部分光线被聚光电池2表面反射后形成反射光线12射向球面壳体5内表面，经过反射层7的反射，再由原入射路径照射至聚光电池2的表面用于光电转换，提高了聚光光线的利用率。经聚光电池2表面第二次反射的光线，由太阳聚光光线11的入射路径，经过入射孔6反射至减反射罩体4以外而不被利用。
如图3所示，太阳聚光光线11全部通过入射孔6进入减反射罩体4内部，照射在聚光电池2表面上的辐射强度是均匀的。由聚光电池2表面形成的反射光线12再由球面壳体5内表面的反射层7反射至聚光电池2表面上的辐射强度也是均匀的，由光学知识可知，两次均匀的辐射叠加后的辐射强度也是均匀的。均匀的辐射强度的聚光光线在聚光电池2上形成的光电转换效率也是相同的，从而使聚光电池2具有最佳的光电转换性能。
如图3所示，假设聚光电池2表面的反射率为10%，反射层7的反射率为100%，则聚光电池2对太阳聚光光线11的利用率由90%，提高到利用减反射罩体4后的99%，只有约1%的聚光光线经入射孔6向外辐射而未被利用。
    如图1所示，一个聚光透镜1、一个聚光电池2对应一个减反射罩体4。

Claims (2)

1.一种太阳能点聚光光伏发电装置，包括聚光透镜(1)、聚光电池(2)、电池基体(3)，其特征在于：还包括减反射罩体(4)，聚光透镜(1)的透镜焦点(13)位于聚光透镜(1)和聚光电池(2)之间，减反射罩体(4)固定在电池基体(3)上，聚光电池(2)在减反射罩体(4)内部；减反射罩体(4)包括球面壳体(5)、支撑壳体(8)，其中球面壳体(5)中心位置有入射孔(6)，支撑壳体(8)为圆柱型，减反射罩体(4)内部有反射层(7)；透镜焦点(13)以聚光电池(2)的表面为对称镜像面形成镜像焦点(14)，镜像焦点(14)是球面壳体(5)内表面的球心；球面壳体(5)内表面的半径是透镜焦点(13)到聚光电池(2)的表面距离的2倍，透镜焦点(13)位于球面壳体(5)上入射孔(6)的中心。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能点聚光光伏发电装置，其特征在于：一个聚光透镜(1)、一个聚光电池(2)对应一个减反射罩体(4)。
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