CN104916724A - 一种用于碟式高倍聚光系统的太阳能光伏接收器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于碟式高倍聚光系统的太阳能光伏接收器，包括透明板、绝缘光学流体、聚光太阳电池组件和金属基板，透明板具有碟式抛物面部分，在透明板的碟式抛物面部分的外表面设置有涂层，透明板通过侧壁与金属基板固定连接形成流道，流道内充满绝缘光学流体，侧壁上设置有流体进口和流体出口，金属基板包括碟式抛物面部分和平面部分，电池组件设置在金属基板的碟式抛物面部分，采用绝缘光学流体浸没聚光电池组件，既提高了碟式高倍聚光光伏系统的聚光比和光学效率，又解决了系统的散热难题，同时把固定安装电池组件的金属基板部分设计成碟式抛物面状，提高了焦斑处光强分布的均匀度，从而提高系统发电效率，降低光伏发电成本。
Description
技术领域
本发明属于太阳能光伏发电技术领域，具体涉及一种用于碟式高倍聚光系统的太阳能光伏接收器。
背景技术
太阳能光伏发电是近年来太阳能众多利用方式中发展最快、最具活力的研究领域。然而，由于缺乏有竞争力的装机成本和上网电价，光伏产业一直没有取得突飞猛进的发展。从技术上解决光伏发电的成本问题，已经成为制约光伏发展的根本性问题。其中，采用聚光光伏技术来提高光电转换效率、降低光伏发电成本被寄予厚望。尤其是近年来随着III–V族多结太阳电池效率的不断提升，采用此类电池的高倍聚光光伏系统逐步成为探索和研究的前沿。
但是，即使III–V族多结电池在实际系统中有近40％的转换效率，仍然有近60％左右的能量转化为热，而且热量会随着聚光比的增加而增加。温度的升高会使太阳电池开路电压急剧降低以及转换效率的下降，长时间的高温还会缩短电池的使用寿命。另一方面由于构成电池组件的不同材料具有不同的热膨胀系数，长期热应力的作用会使组件结构永久破坏。因此，研发具有高散热能力的冷却技术来保证聚光太阳电池在较高效率下可靠工作，进而对降低光伏发电成本有重要意义。特别是对于碟式高倍聚光光伏系统，因为该系统中的电池上的所有热量只能通过与电池等大小的表面且垂直的方向散去。目前，碟式高倍聚光光伏系统多采用间壁式的主动冷却方式，这样只能利用电池的背面来散热且很难进一步降低电池和散热器间的热阻以满足更高聚光比和电池散热均匀性的要求。
此外，现有的碟式高倍聚光光伏系统存在的另一个问题是焦斑处的光强通常呈高斯分布，即光强分布不均匀。而该系统采用的传统接收器中的聚光电池组件又是由多个电池经过串并联而成的平面方形结构。所以光强分布不均匀就会导致接收器中的各个电池的温度、电流和电压存在不同，从而导致系统发电效率下降。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的不足，提供一种用于碟式高倍聚光系统的太阳能光伏接收器，解决碟式高倍聚光光伏系统的散热难题和焦斑处光强分布不均匀导致的系统发电效率下降的问题，提高整个系统的发电效率，降低光伏发电成本。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种用于碟式高倍聚光系统的太阳能光伏接收器，包括透明板、绝缘光学流体、聚光太阳电池组件和金属基板，其特征在于：所述透明板至少包括受光的碟式抛物面部分，在所述透明板的受光的碟式抛物面部分的外表面设置有在聚光太阳电池工作波段内透光的涂层，所述金属基板包括碟式抛物面部分和平面部分，所述透明板、金属基板与侧壁围成一个流道，所述聚光太阳电池组件设置在所述金属基板的碟式抛物面部分、且位于流道内，流道内充满所述绝缘光学流体，侧壁上设置有绝缘光学流体进口和绝缘光学流体出口。
优选地，所述绝缘光学流体采用具有高折射率的硅油或矿物油。
优选地，所述聚光太阳电池组件采用聚光硅太阳电池组，所述涂层透光波段为400～1200nm。
优选地，所述聚光太阳电池组件采用聚光III–V族多结太阳电池组，所述涂层透光波段为300～1800nm。
优选地，所述透明板采用超白玻璃或石英玻璃。
优选地，所述透明板还包括平面部分。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)采用绝缘光学流体浸没聚光太阳电池组件，一方面，增大了聚光电池的散热面积和消除了聚光电池和散热器间的热阻，从而大幅度降低了电池的温升，提高了电池的光电转换效率；另一方面，光线经过具有高折射率的绝缘光学流体后到达电池组件，可以增大电池组件接收的有效聚光比和提高系统的光学效率。
(2)把透明板设计成碟式抛物面和平面两部分，并让光线通过碟式抛物面部分，这样透明板不仅可以起到组成绝缘光学流体流道的作用，其碟式抛物面部分还具备透镜的功能，进一步把来自碟式高倍聚光器的汇聚太阳光聚焦到聚光电池组件上，提高了电池组件上的光强，降低了光伏发电成本。
(3)把固定安装聚光太阳电池组件的金属基板部分设计成碟式抛物面状，和系统采用的聚光器形状几何相似，可以提高碟式高倍聚光光伏系统焦斑处的光强分布均匀度，从而提高整个系统的发电效率。
(4)在透明板的碟式抛物面部分的外表面采用选择性涂层，可以有选择地透过聚光太阳电池工作波段内的光线，阻挡一部分非工作波段内的光线的透过，这样可以从源头上解决聚光太阳电池过热的可能，使得电池工作效率更高。
附图说明
图1为本发明所述的太阳能光伏接收器的结构示意图。
图中，
1-涂层、2-透明板、3-透明板的碟式抛物面部分、4-透明板的平面部分、5-绝缘光学流体出口、6-侧壁、7-流道、8-绝缘光学流体、9-聚光太阳电池组件、10-金属基板、11-金属基板的碟式抛物面部分、12-金属基板的平面部分、13-绝缘光学流体进口、14-汇聚太阳光。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明所述的太阳能光伏接收器，包括透明板2、绝缘光学流体8、聚光太阳电池组件9和金属基板10，透明板2由受光的碟式抛物面部分3和不受光的平面部分4组成，在透明板2的受光的碟式抛物面部分3的外表面设置有在聚光太阳电池工作波段内透光的涂层1，透明板2通过侧壁6与金属基板10固定连接形成一个流道7，流道7内充满绝缘光学流体8，侧壁6上设置有绝缘光学流体进口13和绝缘光学流体出口5，金属基板10包括碟式抛物面部分11和平面部分12，聚光太阳电池组件9设置在金属基板10的碟式抛物面部分11。
具体地，绝缘光学流体8采用具有高折射率的硅油或矿物油。聚光太阳电池组件9采用聚光硅太阳电池组或聚光III–V族多结太阳电池组。透明板2采用超白玻璃或石英玻璃。
当聚光太阳电池组件9采用聚光硅太阳电池组时，则涂层1透光波段为400～1200nm；当聚光太阳电池组件9采用聚光III–V族多结太阳电池组时，则涂层1透光波段为300～1800nm。
本发明的工作原理为：
来自碟式高倍聚光器的汇聚太阳光14通过采用超白玻璃或石英玻璃的透明板2的碟式抛物面部分3，进一步汇聚到采用聚光硅太阳电池组或聚光III–V族多结太阳电池组的聚光太阳电池组件9上，为了从源头上解决聚光太阳电池组件9过热的可能，在透明板2的受光的碟式抛物面部分3的外表面设置有在聚光太阳电池工作波段内透光的涂层1，涂层1可以阻挡一部分聚光太阳电池非工作波段内的光线的透过；汇聚到聚光太阳电池组件9上的太阳光转变为电能和热量，电能提供给用户使用，电池内的大部分热量传递给由透明板2、金属基板10和侧壁6构造的流道7内的绝缘光学流体8，为了进一步增大聚光太阳电池组件9接收的有效聚光比和提高系统的光学效率，绝缘光学流体8采用具有高折射率的硅油或矿物油，侧壁6上设置有绝缘光学流体进口13和绝缘光学流体出口5；聚光太阳电池组件9设置在金属基板10的碟式抛物面部分11，把固定安装聚光太阳电池组件9的金属基板部分设计成与聚光器的形状几何相似，这样可以提高系统焦斑处光强分布的均匀度，从而提高系统发电效率。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于碟式高倍聚光系统的太阳能光伏接收器，包括透明板(2)、绝缘光学流体(8)、聚光太阳电池组件(9)和金属基板(10)，其特征在于：所述透明板(2)至少包括受光的碟式抛物面部分，在所述透明板的受光的碟式抛物面部分(3)的外表面设置有在聚光太阳电池工作波段内透光的涂层(1)，所述金属基板(10)包括碟式抛物面部分和平面部分，所述透明板(2)、金属基板(10)与侧壁(6)围成一个流道(7)，所述聚光太阳电池组件(9)设置在所述金属基板的碟式抛物面部分(11)、且位于流道(7)内，流道(7)内充满所述绝缘光学流体(8)，侧壁(6)上设置有绝缘光学流体进口(13)和绝缘光学流体出口(5)。
2.根据权利要求1所述的太阳能光伏接收器，其特征在于：所述绝缘光学流体(8)采用具有高折射率的硅油或矿物油。
3.根据权利要求1所述的太阳能光伏接收器，其特征在于：所述聚光太阳电池组件(9)采用聚光硅太阳电池组，所述涂层(1)透光波段为400～1200nm。
4.根据权利要求1所述的太阳能光伏接收器，其特征在于：所述聚光太阳电池组件(9)采用聚光III–V族多结太阳电池组，所述涂层(1)透光波段为300～1800nm。
5.根据权利要求1所述的太阳能光伏接收器，其特征在于：所述透明板(2)采用超白玻璃或石英玻璃。
6.根据权利要求1所述的太阳能光伏接收器，其特征在于：所述透明板(2)还包括平面部分。
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