CN103367511A - 棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了：一种棱镜阵列，该阵列由平行棱镜组成且来自各个方向的入射光线经过该棱镜阵列后的各路出射光线都与该棱镜阵列的中垂面相交；一种阳光接收器，阳光接收器主体为外表面分布太阳能电池的中空柱状体，中空柱状体内有冷却介质流通，阳光接收器一端连接冷却介质进管，另一端连接冷却介质出管。使用该一种棱镜阵列和阳光接收器及其附加装置可组成一种棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统。将该混合式电热系统串联可组成一种棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统组。该混合式发电、发热系统及其发电、发热系统组具有将太阳能光热能和光电效应发电的各自优点结合起来的优势。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能发电发热领域，特别涉及一种棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统。
背景技术
太阳能发电在我国的战略地位正在变得愈加重要。开发利用以太阳能为代表的新能源已经成为人类解决能源危机的有效途径，也是我国可持续发展战略的基本能源决策。太阳能作为一种绿色可再生能源，取之不尽用之不竭。
现有的透镜发电装置为点聚光式，光线透过透镜把焦点聚集在太阳能电池上，这样可以提高光照强度，可显著提高太阳能电池的发电效率，并利用风冷方法对太阳能进行冷却。
但是，采用点聚光照射太阳能电池的方法有其局限性，它的光线聚焦处的温度会很高，使太阳能电池面板的受热不均匀，且在散热不佳的情况极容易损坏太阳能光伏电池。而风冷的手段降温效率不高，在夏季或风速不高的情况下，采用自然风冷的降温效率更低，而且被太阳能电池散失掉的大量热能也不能被合理的利用。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明的目的在于解决传统透镜太阳能发电系统太阳能电池受热不均，散热不佳，容易损坏太阳能电池的问题。
（二）技术方案
本发明采用以下技术方案：
一种棱镜阵列，该阵列由平行棱镜组成且来自各个方向的入射光线经过该棱镜阵列后的各路出射光线都与该棱镜阵列的中垂面相交。
优选的，该平行棱镜阵列相邻棱镜无缝隙相连，各棱镜的入射光面组成一组或多组光滑面，平行棱镜阵列为整体式结构。
优选的，该平行棱镜阵列在横截面方向的入射光面为平面、多面和弧面中的一种或多种组合。
优选的，该棱镜阵列的各路出射光线都与该棱镜阵列的中垂面相交，各路出射光线都具有相同的相交线。
一种阳光接收器，其特征在于，阳光接收器主体为外表面分布太阳能电池的中空柱状体，中空柱状体内有冷却介质流通，阳光接收器一端连接冷却介质进管5，另一端连接冷却介质出管6。
优选的，所述太阳能电池分布在中空柱状体外表面的方式为粘贴，焊接，层压，挂壁，卡扣或镀层附着。
优选的，所述太阳能电池分布在中空柱状体外表面的角度为与水平夹角成10-170度的部分或全部区域。
优选的，所述太阳能电池为砷化镓或硅基薄膜太阳能电池或碲化镉薄膜太阳能电池。
一种棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统，其特征在于，该系统包括安装架2、以上任意一项所述特征的棱镜阵列，和以上所述任意一项所述特征的阳光接收器，安装架2两端与棱镜阵列固定，阳光接收器安装在安装架2上，阳光接收器延伸方向与棱镜阵列延伸方向相同，且阳光接收器安装在棱镜阵列各路出射光线汇聚在安装架2表面最密集处。
优选的，所述的棱镜阵列出射光相交线在棱镜阵列延展方向的中垂面上，安装架2的中心线与所述棱镜阵列的中垂面相交，且阳光接收器上太阳能电池的中心夹角的中垂面方向与所述棱镜阵列的中垂面重合。
一种棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统组，所述的混合式发电系统组由至少两个以上任一所述特征的棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统串联组成。
（三）有益效果
本发明采用平行棱镜阵列，可将传统的透镜式焦点集光改为线式集光，可减少太阳能电池的局部温度，改善太阳能电池的受热分布，并且采用可中通冷却介质的阳光接收器，可进一步降低太阳能电池的温度，并且将产生的热水利用，利用热水的热能，使传统单一的太阳能发电装置升级为复合型发电发热装置。
附图说明
图1是本发明的一种棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统的剖面结构、原理示意图；
图2是本发明的一种棱镜阵列光电、热能混合式电热系统的结构示意图；
图3是本发明的一种阳光接收器的结构示意图；
图4是本发明的一种棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统组的结构示意图；
图5是本发明的一种棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统组的安装示意图；
图中：1：棱镜阵列；2：安装架；3：阳光接收器；4：太阳光；5：冷却介质进管；6：冷却介质出管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式做进一步描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示的一种棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统的剖面结构、原理示意图和图2所示的该棱镜阵列光电、热能混合式电热系的统结构示意图，该棱镜阵列水平排列，无缝隙相连，各棱镜的入射光面组成一组或多组光滑面，平行棱镜阵列为整体式结构。该平行棱镜阵列在横截面方向的入射光面为平面、多面和弧面中的一种或多种组合。该棱镜阵列的各路出射光线都与该棱镜阵列的中垂面相交、各出射光线都具有相同的相交线。
同时，该棱镜阵列也可为平行裂开式，由各个独立的棱镜组成，但是其聚光效果比一体式的无缝平行排列棱镜阵列差，并且还会提高生产成本和安装难度，故在以下实施例中采用一体式无缝平行排列的棱镜阵列，但并不表明独立式棱镜组不适应于本发明。
如图3所示的一种阳光接收器3的结构图，阳光接收器主体为外表面分布太阳能电池的中空柱状体，有冷却介质流通，经高倍聚光后直接加热冷却介质，然后加冷却水为热水，该热水可加热其它水源，或直接使用被加热的冷却水。阳光接收器一端连接冷却介质进管5，另一端连接冷却介质出管6。太阳能电池分布在中空柱状体外表面的方式为粘贴，焊接，挂壁，卡扣，镀层附着。冷却介质除了起到产生热水的作用外，还起着冷却太阳能电池的作用，通过冷却介质冷却的太阳能电池可提高发电效率，延长太阳能电池的使用时限。经过测试，当太阳能电池分布在中空柱状体外表面的角度为与水平夹角10-170度、由采用本发明的阳光接收器的棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统热-电产出投资性价比最高。太阳能电池可选为砷化镓太阳能电池，砷化镓太阳能电池性价比较高，发电效率较高。
实施例1
单独使用本发明的一种棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统，系统的剖面结构、原理示意图如1所示，系统的结构图如图2所示。
使用上文所述的棱镜阵列，棱镜阵列可以是水平排列，无缝隙相连的，且各棱镜的入射光面组成一组或多组光滑面，平行棱镜阵列为整体式结构。该平行棱镜阵列在横截面方向的入射光面为平面、多面和弧面中的一种或多种组合。该棱镜阵列的各路出射光线都与该棱镜阵列的中垂面相交，各出射光线都具有相同的相交线。
如图3所示的一种阳光接收器3的结构图，阳光接收器主体为外表面分布太阳能电池的中空柱状体，有冷却介质流通，经高倍聚光后直接加热冷却介质，然后加冷却水为热水，该热水可加热其它水源，或直接使用被加热的冷却水。阳光接收器一端连接冷却介质进管5，另一端连接冷却介质出管6。太阳能电池分布在中空柱状体外表面的方式为粘贴，焊接，挂壁，卡扣，镀层附着。冷却介质除了起到产生热水的作用外，还起着冷却太阳能电池的作用，通过冷却介质冷却的太阳能电池可提高发电效率，延长太阳能电池的使用时限。经过测试，当太阳能电池分布在中空柱状体外表面的角度为与水平夹角10-170度、由采用本发明的阳光接收器的棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统热-电产出投资性价比最高。太阳能电池可选为砷化镓太阳能电池，砷化镓太阳能电池性价比较高，发电效率较高。
棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统包括安装架2、上文所述特征的棱镜阵列，和以上所述任意一项所述特征的阳光接收器，安装架2两端与棱镜阵列固定，阳光接收器安装在安装架2上，阳光接收器延伸方向与棱镜阵列延伸方向相同，且阳光接收器安装在棱镜阵列各路出射光线汇聚在安装架2表面最密集处。
所述的棱镜阵列出射光相交线在棱镜阵列延展方向的中垂面上，安装架2的中心线与所述棱镜阵列的中垂面相交，且阳光接收器上太阳能电池的中心夹角的中垂面方向与所述棱镜阵列的中垂面重合。
同时，由于加工的误差或安装时的误差，阳光接收器的安装位置也可以不为安装架2的延展方向的中心线组成的中心面上，但应选在棱镜阵列出射光照射在安装架2上最密集处的位置上。
由于太阳光在白天可以默认为是平行光，故对该系统的安装角度不设过于具体的要求，但是为了更好的利用清晨和傍晚的阳光，可以在安装时，根据当地纬度的不同设置相对应的夹角，以更高效的利用太阳能。
实施例2
使用本发明的棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统，将多个该系统串联起来，即可组成棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统组，图如4所示。其系统组发电工作原理与实施1相同。
在使用本发明的棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统组成棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统组的时候，各个棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统不必完全相同，如一部分棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统的棱镜阵列入光面可以为平面，另一部分的棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统的棱镜阵列入光面可以为弧面或为多面，几种不同形状的棱镜阵列可以互相混用组成棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统组。
棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统组在安装时的方法，如图5所示，可与单独棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统相同，也可用棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统组成建筑物的外墙或屋顶。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范畴。
Claims (11)
1.一种棱镜阵列，其特征在于，该阵列由平行棱镜组成且来自各个方向的入射光线经过该棱镜阵列后的各路出射光线都与该棱镜阵列的中垂面相交。
2.根据权利要求1所述的棱镜阵列，其特征在于，所述的平行棱镜阵列相邻棱镜无缝隙相连，各棱镜的入射光面组成一组或多组光滑面，平行棱镜阵列为整体式结构。
3.根据权利要求2所述的棱镜阵列，其特征在于，所述的平行棱镜阵列在横截面方向的入射光面为平面、多面和弧面中的一种或多种组合。
4.根据权利要求1所述的棱镜阵列，其特征在于，各个方向的入射光线经过该棱镜阵列后的各路出射光线都与该棱镜阵列的中垂面相交，各路出射光线具有相同的相交线。
5.一种阳光接收器，其特征在于，阳光接收器主体为外表面分布太阳能电池的中空柱状体，中空柱状体内有冷却介质流通，阳光接收器一端连接冷却介质进管（5），另一端连接冷却介质出管（6）。
6.根据权利要求5所述的阳光接收器，其特征在于，所述太阳能电池分布在中空柱状体外表面的方式为粘贴，层压，焊接，挂壁，卡扣或镀层附着。
7.根据权利要求6所述的阳光接收器，其特征在于，所述太阳能电池分布在中空柱状体外表面的角度为与水平夹角成10-170度的全部或部分区域。
8.根据权利要求7所述的阳光接收器，其特征在于，所述太阳能电池为砷化镓太阳能电池或铜铟镓硒电池或硅基薄膜太阳能电池或碲化镉薄膜太阳能电池。
9.一种棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统，其特征在于，该系统包括安装架（2）、根据权利要求1-4任意一项所述的棱镜阵列，和根据权利要求5-8任意一项所述的阳光接收器，安装架（2）两端与棱镜阵列固定，阳光接收器安装在安装架（2）上，阳光接收器延伸方向与棱镜阵列延伸方向相同，且阳光接收器安装在棱镜阵列各路出射光线汇聚在安装架（2）表面最密集处。
10.根据权利要求9所述的棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统，其特征在于，所述的棱镜阵列出射光相交线在棱镜阵列延展方向的中垂面上，安装架（2）的中心线与所述棱镜阵列的中垂面相交，且阳光接收器上太阳能电池的中心夹角的中垂面方向与所述棱镜阵列的中垂面重合。
11.一种棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统组，其特征在于，所述的混合式发电系统组由至少两个根据权利要求9-10任一所述的棱镜阵列式光电、热能混合式电热系统串联组成。
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