CN103825545B - 一种基于砷化镓电池组的太阳能发电光能聚焦系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于砷化镓电池组的太阳能发电光能聚焦系统，包括：聚光器，其具有旋转抛物面的形状；太阳能光线准直单元，其包括平凸透镜和收光漏斗；砷化镓电池组阵列，其包括a个砷化镓电池组和a个倒梯形棱镜，每个砷化镓电池组还设置在一个倒梯形棱镜的下端面一侧；架体，其包括一固定部分和四个可动部分，四个可动部分分别枢接在固定部分的四个边上；每个可动部分相对固定部分枢转，以使该可动部分对应的第二平面与所述平凸透镜的光轴成一角度β，β=90°+α，5°≤α≤14°，从而使每个可动部分对应的第二平面上的照度都与所述固定部分对应的第一平面上的照度一致。本发明彻底解决光的均匀性问题，保证砷化镓电池组阵列的发电效率。

Description

一种基于砷化镓电池组的太阳能发电光能聚焦系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能发电系统，尤其涉及一种基于砷化镓电池组的太阳能发电光能聚集系统。

背景技术

随着社会经济的发展，能源和资源的消耗速度越来越快。新型能源因其对环境友好，可持续发展，越来越受到各国政府及有识之士的重视。其中光伏发电是最具发展前景的方向之一，聚光光伏发电具有污染小、耗能少、转换效率高等特点，近年来越来越受到关注。

目前，主要利用单一的砷化镓电池组进行发电，这种发电系统的结构较为简单，但发电效率会比较低。

发明内容

本发明设计开发了一种太阳能发电光能聚焦系统，其基于多个砷化镓电池组进行发电，可以获得较高的发电效率；同时，本发明还解决了光均匀性的问题，使多个砷化镓电池组获得相同的光量。

本发明提供的技术方案为：

一种基于砷化镓电池组的太阳能发电光能聚焦系统，包括：

聚光器，其具有旋转抛物面的形状；

太阳能光线准直单元，其包括平凸透镜和收光漏斗；

所述平凸透镜的平面一侧朝向光线入射方向，所述平凸透镜的平面到所述聚光器的焦点的距离等于所述平凸透镜的焦距，所述平凸透镜的光轴与所述聚光器的光轴重合；

所述收光漏斗为中空筒状结构，且所述收光漏斗的内壁具有光反射表面，所述收光漏斗包括彼此连接成为一个整体的第一筒状部分和第二筒状部分，所述第一筒体部分的纵截面为梯形，所述第二筒体部分的纵截面为矩形，所述第一筒体部分的直径较小的一侧与所述第二筒体部分连接，所述第一筒体部分的直径较大的一侧靠近所述平凸透镜的凸面，所述平凸透镜与所述收光漏斗同轴；

砷化镓电池组阵列，其包括a个砷化镓电池组和a个倒梯形棱镜，每个砷化镓电池组还设置在一个倒梯形棱镜的下端面一侧，所述砷化镓电池组阵列位于所述第二筒体部分的外侧；

架体，其包括一固定部分和四个可动部分，所述固定部分呈矩形，四个可动部分分别枢接在所述固定部分的四个边上；

其中，a个砷化镓电池组中，b个砷化镓电池组设置在所述固定部分，每c个砷化镓电池组设置在一个可动部分，则a＝b+4c，b个砷化镓电池组对应的b个倒梯形棱镜的下端面位于第一平面上，并且第一平面与所述平凸透镜的光轴垂直，位于同一可动部分上的c个砷化镓电池组对应的c个倒梯形棱镜的下端面位于一个第二平面上，每个可动部分相对所述固定部分枢转，以使该可动部分对应的第二平面与所述平凸透镜的光轴成一角度β，β＝90°+α，5°≤α≤14°，从而使每个可动部分对应的第二平面上的照度都与所述固定部分对应的第一平面上的照度一致。

优选的是，所述的基于砷化镓电池组的太阳能发电光能聚焦系统，还包括：

四个驱动电机，每个驱动电机连接至一个可动部分，驱动该可动部分相对于所述固定部分枢转；

五个照度传感器，五个照度传感器分别设置在一个固定部分和四个可动部分，其中一个照度传感器设置在第一平面，另四个照度传感器分别设置在每个第二平面；

控制装置，每个照度传感器采集的照度信号都传递给所述控制装置，所述控制装置控制每个驱动电机工作，使该驱动电机连接的可动部分相对所述固定部分枢转，致使每个第二平面的照度都与第一平面的照度一致。

优选的是，所述的基于砷化镓电池组的太阳能发电光能聚焦系统中，a个砷化镓电池组并联或者串联。

优选的是，所述的基于砷化镓电池组的太阳能发电光能聚焦系统中，每个砷化镓电池组还并联有一个旁路二极管。

优选的是，所述的基于砷化镓电池组的太阳能发电光能聚焦系统，还包括：

壳体，所述壳体一端开口，所述壳体的另一端封闭，所述平凸透镜、所述收光漏光、所述砷化镓电池组阵列以及所述架体依次设置在所述壳体内，所述平凸透镜安装在所述壳体的开口端，封闭所述开口。

本发明所述的太阳能发电光能聚焦系统具有以下有益效果：

(1)本发明采用了砷化镓电池组阵列，提高了发电效率；

(2)本发明适用于反射式太阳能发电系统。

对于反射式太阳能发电系统，其主要包括聚光器以及本发明所述的聚焦系统。聚光器将平行的太阳光会聚至焦点位置，平凸透镜再将会聚的太阳光再转化成平行光，但是在这个过程中，平凸透镜并不能将全部的太阳光都转化成平行光，靠近平凸透镜的边缘部分入射的光线经过平凸透镜的折射后，仍然相对于平凸透镜的光轴具有一定的角度，不能被砷化镓电池组阵列所接收，这就导致最终照射在砷化镓电池组阵列上的光分布不均匀。

因此，本发明还设置了收光漏斗，收光漏斗还可以起到反射的作用，改善光分布不均匀的情况。

此外，本发明为了彻底解决光的均匀性问题，改变砷化镓电池组阵列的设置方式，即本发明设计了一个架体，通过调整可动部分，可以改变倒梯形棱镜的下端面相对于平凸透镜的光轴的角度，进而使得可动部分上的砷化镓电池组也能够获得足够的光量。

附图说明

图1为本发明所述的聚焦系统的结构示意图；

图2为本发明所述的砷化镓电池组阵列的主视图(四个可动部分未发生相对于固定部分的枢转)；

图3为本发明所述的架体的主视图；

图4为图3的剖面视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1、图2、图3以及图4所示，本发明提供一种基于砷化镓电池组的太阳能发电光能聚焦系统，包括：聚光器，其具有旋转抛物面的形状；太阳能光线准直单元，其包括平凸透镜6和收光漏斗7；所述平凸透镜6的平面一侧朝向光线入射方向，所述平凸透镜的平面到所述聚光器的焦点的距离等于所述平凸透镜的焦距，所述平凸透镜的光轴与所述聚光器的光轴重合；所述收光漏斗7为中空筒状结构，且所述收光漏斗的内壁具有光反射表面，所述收光漏斗包括彼此连接成为一个整体的第一筒状部分8和第二筒状部分9，所述第一筒体部分8的纵截面为梯形，所述第二筒体部分9的纵截面为矩形，所述第一筒体部分的直径较小的一侧与所述第二筒体部分连接，所述第一筒体部分的直径较大的一侧靠近所述平凸透镜的凸面，所述平凸透镜6与所述收光漏斗7同轴；砷化镓电池组阵列1，其包括a个砷化镓电池组2和a个倒梯形棱镜10，每个砷化镓电池组还设置在一个倒梯形棱镜的下端面一侧，所述砷化镓电池组阵列位于所述第二筒体部分的外侧；架体3，其包括一固定部分5和四个可动部分4，所述固定部分5呈矩形，四个可动部分4分别枢接在所述固定部分的四个边上；其中，a个砷化镓电池组中，b个砷化镓电池组设置在所述固定部分，每c个砷化镓电池组设置在一个可动部分，则a＝b+4c，b个砷化镓电池组对应的b个倒梯形棱镜的下端面位于第一平面上，并且第一平面与所述平凸透镜的光轴垂直，位于同一可动部分上的c个砷化镓电池组对应的c个倒梯形棱镜的下端面位于一个第二平面上，每个可动部分相对所述固定部分枢转，以使该可动部分对应的第二平面与所述平凸透镜的光轴成一角度β，β＝90°+α，5°≤α≤14°，从而使每个可动部分对应的第二平面上的照度都与所述固定部分对应的第一平面上的照度一致。

具体来说，聚光器将太阳光线会聚成一个光斑，光斑所在的位置就是聚光器的焦点位置。平凸透镜的平面到上述焦点位置应该等于平凸透镜的焦距，这样，平凸透镜就可以将斜射的光线转化为平行的光线，但实际上，由平凸透镜的边缘透射的光线并不是平行的，而是相对于平凸透镜的光轴具有一定的角度，这一部分光线不能够照射到砷化镓电池组阵列(以下简称阵列)上，这就使得分布在阵列中间位置的砷化镓电池组(以下简称电池组)接收到的光量要多于分布在阵列边缘位置的电池组。

本发明进一步设置了收光漏斗，收光漏斗包括第一筒体部分和第二筒体部分，第一筒体部分的纵截面呈梯形，也就是说，由平凸透镜的边缘透过光线可能会照射到第一筒体部分的内壁上，并被第一筒体部分的内壁反射，经过这次反射，这部分光线可能就会被电池组接收，从而改善了光的不均匀性，但这种改善仍不是彻底的。

经过进一步研究发现，改变阵列的排布方式，可以彻底解决这种光的不均匀性。本发明设计了一个架体，这个架体包括一个固定部分和四个可动部分，一个固定部分用于固定b个电池组，每个可动部分用于固定c个电池组，并且所有的电池组都是均匀排布的。固定部分对应的b个倒梯形棱镜(以下简称棱镜)的下端面位于第一平面上，一个可动部分对应的c个棱镜的的下端面位于一个第二平面上，而第一平面是始终与平凸透镜的光轴处于垂直状态的；可动部分相对于固定部分是枢接的，这样，当一个可动部分发生枢转时，就改变了第二平面相对于平凸透镜的光轴的角度，即改变该可动部分对应的每个棱镜的下端面所可以接收到的光量。一个棱镜的下端面所可以接收到的光量就是该棱镜所对应的电池组所可以接收到的光量。一个第二平面与平凸透镜的光轴的角度β为β＝90°+α，5°≤α≤14°，即相对第一平面多偏离5～14°。

固定部分对应的b个倒梯形棱镜的上端面的面积占第二筒体部分的纵截面的80～85％。其中，b为49个，c＝4个或8个。

所述的基于砷化镓电池组的太阳能发电光能聚焦系统，还包括：四个驱动电机，每个驱动电机连接至一个可动部分，驱动该可动部分相对于所述固定部分枢转；五个照度传感器，五个照度传感器分别设置在一个固定部分和四个可动部分，其中一个照度传感器设置在第一平面，另四个照度传感器分别设置在每个第二平面；控制装置，每个照度传感器采集的照度信号都传递给所述控制装置，所述控制装置控制每个驱动电机工作，使该驱动电机连接的可动部分相对所述固定部分枢转，致使每个第二平面的照度都与第一平面的照度一致。

所述的基于砷化镓电池组的太阳能发电光能聚焦系统中，a个砷化镓电池组并联或者串联。

所述的基于砷化镓电池组的太阳能发电光能聚焦系统中，每个砷化镓电池组还并联有一个旁路二极管。当单个砷化镓电池片出现故障时，利用旁路二极管导通保护阵列的正常使用。

所述的基于砷化镓电池组的太阳能发电光能聚焦系统，还包括：壳体，所述壳体一端开口，所述壳体的另一端封闭，所述平凸透镜、所述收光漏光、所述砷化镓电池组阵列以及所述架体依次设置在所述壳体内，所述平凸透镜安装在所述壳体的开口端，封闭所述开口。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种基于砷化镓电池组的太阳能发电光能聚焦系统，其特征在于，包括：

聚光器，其具有旋转抛物面的形状；

太阳能光线准直单元，其包括平凸透镜和收光漏斗；

所述平凸透镜的平面一侧朝向光线入射方向，所述平凸透镜的平面到所述聚光器的焦点的距离等于所述平凸透镜的焦距，所述平凸透镜的光轴与所述聚光器的光轴重合；

所述收光漏斗为中空筒状结构，且所述收光漏斗的内壁具有光反射表面，所述收光漏斗包括彼此连接成为一个整体的第一筒状部分和第二筒状部分，所述第一筒状部分的纵截面为梯形，所述第二筒状部分的纵截面为矩形，所述第一筒状部分的直径较小的一侧与所述第二筒状部分连接，所述第一筒状部分的直径较大的一侧靠近所述平凸透镜的凸面，所述平凸透镜与所述收光漏斗同轴；

砷化镓电池组阵列，其包括a个砷化镓电池组和a个倒梯形棱镜，每个砷化镓电池组还设置在一个倒梯形棱镜的下端面一侧，所述砷化镓电池组阵列位于所述第二筒状部分的外侧；

架体，其包括一固定部分和四个可动部分，所述固定部分呈矩形，四个可动部分分别枢接在所述固定部分的四个边上；

其中，a个砷化镓电池组中，b个砷化镓电池组设置在所述固定部分，每c个砷化镓电池组设置在一个可动部分，则a＝b+4c，b个砷化镓电池组对应的b个倒梯形棱镜的下端面位于第一平面上，并且第一平面与所述平凸透镜的光轴垂直，位于同一可动部分上的c个砷化镓电池组对应的c个倒梯形棱镜的下端面位于一个第二平面上，每个可动部分相对所述固定部分枢转，以使该可动部分对应的第二平面与所述平凸透镜的光轴成一角度β，β＝90°+α，5°≤α≤14°，从而使每个可动部分对应的第二平面上的照度都与所述固定部分对应的第一平面上的照度一致。

2.如权利要求1所述的基于砷化镓电池组的太阳能发电光能聚焦系统，其特征在于，还包括：

四个驱动电机，每个驱动电机连接至一个可动部分，驱动该可动部分相对于所述固定部分枢转；

五个照度传感器，五个照度传感器分别设置在一个固定部分和四个可动部分，其中一个照度传感器设置在第一平面，另四个照度传感器分别设置在每个第二平面；

控制装置，每个照度传感器采集的照度信号都传递给所述控制装置，所述控制装置控制每个驱动电机工作，使该驱动电机连接的可动部分相对所述固定部分枢转，致使每个第二平面的照度都与第一平面的照度一致。

3.如权利要求1所述的基于砷化镓电池组的太阳能发电光能聚焦系统，其特征在于，a个砷化镓电池组并联或者串联。

4.如权利要求3所述的基于砷化镓电池组的太阳能发电光能聚焦系统，其特征在于，每个砷化镓电池组还并联有一个旁路二极管。

5.如权利要求1所述的基于砷化镓电池组的太阳能发电光能聚焦系统，其特征在于，还包括：

壳体，所述壳体一端开口，所述壳体的另一端封闭，所述平凸透镜、所述收光漏光、所述砷化镓电池组阵列以及所述架体依次设置在所述壳体内，所述平凸透镜安装在所述壳体的开口端，封闭所述开口。