CN105577105A - 一种可固定安装的非对称聚光光伏光热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能利用技术领域，尤其涉及一种可固定安装的非对称聚光光伏光热系统，包括非对称棱镜式复合抛物面聚光器、太阳能电池和微型换热器，所述非对称棱镜式复合抛物面聚光器的底部与所述太阳能电池连接，所述太阳能电池通过所述微型换热器固定于建筑物的外墙上。相对于现有技术，本发明创新性地提出非对称结构棱镜式复合抛物面聚光器，该结构可以减少聚光结构的材料成本，利用该聚光器的折射和反射达到聚光的目的，光学效率较高。非对称棱镜式复合抛物面聚光器既保证了与墙面安装时光线接收角可以满足要求，而且实现了与建筑的固定安装，无需复杂的跟踪装置。
Description
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，尤其涉及一种可固定安装的非对称聚光光伏光热系统。
背景技术
随着人类社会的不断发展，生活水平的日益提高，人们对能源的需求也越来越大。特别是建筑用能还在持续的高速增长中，可以预见在未来的社会中，建筑用能将会达到一个相当庞大的地步。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，如果很好的将其加以利用，与建筑相结合起来可以解决人类很大一部分的能源需求。
目前因为光伏组件的价格居高不下，成本回收周期很长，为了实现太阳能的有效利用，很多专家学者提出了聚光条件下的光伏光热（Concentratingphotovoltaic/thermal，CPV/T）综合利用。借助于聚光器提高太阳光的能量密度，虽然聚光器会带来成本的提高，但是聚光器的使用也大大减少了光伏组件的面积，降低了成本。对此，很多学者提出了各种各样的聚光方式，复合抛物面型聚光器（CPC）就是其中一种。
复合抛物面型聚光器（CPC）是一种依据边缘光线原理设计的低聚光比非成像聚光器，分为实体和镜面两种。镜面CPC具有结构简单、光线接收半角较大的优点。但由于CPC的聚光比与光线接收半角成反比的关系，采用较大的聚光比与建筑相结合的时候，为了接收更大范围的光线，需要随季节调整几次方位。这样会带来很多的麻烦，需要匹配一些调整装置，这就导致成本提高。实体CPC的提出，在一定程度上解决了这个问题，这是因为介质材料的折射作用相当于增加了光线的最大接受半角。但是又会出现其他的一些问题，介质材料的大量使用，使得整个结构变得笨重，同时介质材料的性能越好，所需的材料成本越高。另一方面，研究表明传统的镜面CPC为典型的非均匀聚光器。而实体CPC在增大接收半角的同时并没有改变光线之间的平行关系，即没有改进CPC聚光光强分布。而作为聚光器，尤其与光伏结合时，不均匀的光照强度将严重影响电池的输出效率。为了避免以上问题，同时降低成本，有专家学者设计了棱镜式复合抛物面聚光器。
但是如果仅仅将棱镜式复合抛物面聚光器直接与建筑相结合，既要保证接收最大范围内的光线，又要实现固定安装，对称的结构显然有很多的不足。
有鉴于此，确有必要提供一种可固定安装的非对称聚光光伏光热系统，其采用非对称结构的棱镜式复合抛物面聚光器，可以保证很大的光线接收范围，而且能够提高光的利用率。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种可固定安装的非对称聚光光伏光热系统，其采用非对称结构的棱镜式复合抛物面聚光器，可以保证很大的光线接收范围，而且能够提高光的利用率。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可固定安装的非对称聚光光伏光热系统，包括非对称棱镜式复合抛物面聚光器、太阳能电池和微型换热器，所述非对称棱镜式复合抛物面聚光器的底部与所述太阳能电池连接，所述太阳能电池通过所述微型换热器固定于建筑物的外墙上。
作为本发明可固定安装的非对称聚光光伏光热系统的一种改进，所述非对称棱镜式复合抛物面聚光器由第一棱镜式反射抛物面和第二棱镜式反射抛物面组成，所述第一棱镜式反射抛物面和所述第二棱镜式反射抛物面呈非对称结构，所述第一棱镜式反射抛物面和所述第二棱镜式反射抛物面的聚光比不同。
作为本发明可固定安装的非对称聚光光伏光热系统的一种改进，所述第一棱镜式反射抛物面的开口大于所述第二棱镜式反射抛物面的开口。
作为本发明可固定安装的非对称聚光光伏光热系统的一种改进，所述非对称棱镜式复合抛物面聚光器的折射率大于1，透射率大于0.9。
作为本发明可固定安装的非对称聚光光伏光热系统的一种改进，所述第一棱镜式反射抛物面的聚光比为所述第二棱镜式反射抛物面的聚光比的（1.5-5）倍。
作为本发明可固定安装的非对称聚光光伏光热系统的一种改进，所述第一棱镜式反射抛物面和所述第二棱镜式反射抛物面的反射面均镀有金属反射膜，所述金属反射膜的材质为铝或银。
作为本发明可固定安装的非对称聚光光伏光热系统的一种改进，所述非对称棱镜式复合抛物面聚光器设置为若干个，并且每个非对称棱镜式复合抛物面聚光器均对应连接一个太阳能电池，所述太阳能电池依次串联。
作为本发明可固定安装的非对称聚光光伏光热系统的一种改进，所述非对称棱镜式复合抛物面聚光器的高度小于3cm，若干个所述非对称棱镜式复合抛物面聚光器呈矩阵排列。
作为本发明可固定安装的非对称聚光光伏光热系统的一种改进，所述微型换热器内部设置有若干槽道，所述槽道的两端连接供暖系统和/或供热水系统。
作为本发明可固定安装的非对称聚光光伏光热系统的一种改进，所述建筑物的外墙为建筑物的南面墙壁。
相对于现有技术，本发明创新性地提出非对称结构棱镜式复合抛物面聚光器，该结构可以减少聚光结构的材料成本，利用该聚光器的折射和反射达到聚光的目的，光学效率较高。非对称棱镜式复合抛物面聚光器既保证了与墙面安装时光线接收角可以满足要求，而且实现了与建筑的固定安装，无需复杂的跟踪装置。
将非对称棱镜式复合抛物面聚光器与建筑的南面墙壁相结合，充分考虑到了中国建筑朝向的特点，可以有效经济的实现太阳能光伏光热综合利用。本发明在非对称棱镜式复合抛物面聚光器的底部贴上太阳能电池实现光电转换；为保证太阳能电池工作在理想的温度下，在电池的底部加装微型槽道换热器带走电池过多的热量，既降低了电池的温度又实现了光热利用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中非对称棱镜式复合抛物面聚光器的收集光线光路示意图。
图3为将本发明安装在南面墙壁时的结构示意图。
其中：
1-非对称棱镜式复合抛物面聚光器；
11-第一棱镜式反射抛物面；12-第二棱镜式反射抛物面；
2-太阳能电池；
3-微型换热器；
31-槽道；
4-外墙。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但是，本发明的具体实施方式并不限于此。
如图1至图3所示，本发明提供的一种可固定安装的非对称聚光光伏光热系统，包括非对称棱镜式复合抛物面聚光器1、太阳能电池2和微型换热器3，非对称棱镜式复合抛物面聚光器1的底部与太阳能电池2连接，太阳能电池2通过微型换热器3固定于建筑物的外墙4上。本发明中，建筑物的外墙4为建筑物的南面墙壁。
非对称棱镜式复合抛物面聚光器1由第一棱镜式反射抛物面11和第二棱镜式反射抛物面12组成，第一棱镜式反射抛物面11和第二棱镜式反射抛物面12呈非对称结构，第一棱镜式反射抛物面11和第二棱镜式反射抛物面12的聚光比不同。
本发明利用非对称棱镜式复合抛物面聚光1对光线进行收集，第一棱镜式反射抛物面11和第二棱镜式反射抛物面12将光线反射到太阳能电池2上，达到太阳能光伏利用的目的。而太阳能电池2底部所耦合的微型换热器3，则可以带走太阳能电池2上蓄积的过多热量，这样既能保证电池一直工作在比较理想的温度条件下，又能实现太阳能光热利用，提高了太阳能的利用率。由于聚光器的非对称结构，同时充分利用了棱镜折射作用，与建筑南面墙相结合安装时，可以大大增加光线的接收范围，无需跟踪装置。同时，由于微型换热器3，光热性能得到了提升。
第一棱镜式反射抛物面11的开口大于第二棱镜式反射抛物面12的开口。固定安装上，第一棱镜式反射抛物面11在第二棱镜式反射抛物面12的上方。
非对称棱镜式复合抛物面聚光器1的折射率大于1，透射率大于0.9，其由高透光性的材料制成，折射率越大，聚光器的接收角越大。而且非对称棱镜式复合抛物面聚光器1与光伏组合时光照强度较为均匀。
第一棱镜式反射抛物面11的聚光比为第二棱镜式反射抛物面12的聚光比的（1.5-5）倍。
第一棱镜式反射抛物面11和第二棱镜式反射抛物面12的反射面均镀有金属反射膜，金属反射膜的材质为铝或银，以起到反射折射光线的作用，以增强其聚光能力。
非对称棱镜式复合抛物面聚光器1设置为若干个，并且每个非对称棱镜式复合抛物面聚光器1均对应连接一个太阳能电池2，太阳能电池2依次串联，形成太阳能电池组。
非对称棱镜式复合抛物面聚光器1的高度小于3cm，若干个非对称棱镜式复合抛物面聚光器1呈矩阵排列，与建筑维护结构一体化固定安装，避免跟踪装置带来的高成本和精度以及维护的缺陷。
微型换热器3内部设置有若干槽道31，槽道31的两端连接供暖系统和/或供热水系统，该微型换热器3换热效率较高，能够有效带走太阳能电池2的热量，使得太阳能电池时刻工作在理想温度下。
使用时，如图3所示，将本发明安装在建筑物的南面墙壁上，光线进入非对称棱镜式复合抛物面聚光器1后到达第一棱镜式反射抛物面11和/或第二棱镜式反射抛物面12，经反射到达并汇聚到贴在非对称棱镜式复合抛物面聚光器1底部的太阳能电池2上，其光线的踪迹如图2所示，从而实现了太阳能的光电利用，在阳光的持续照射下，尤其在光照较强的中午时刻，太阳能电池2的温度势必会有显著上升。通过微型换热器3带走太阳能电池2上富集的热量，如此既降低了电池的温度，带走的热量又可以供给生活热水和供暖等，从而实现了太阳能的光热利用。
总之，本发明创新性地提出非对称结构棱镜式复合抛物面聚光器1，该结构可以减少聚光结构的材料成本，利用该聚光器的折射和反射达到聚光的目的，光学效率较高。非对称棱镜式复合抛物面聚光器1既保证了与墙面安装时光线接收角可以满足要求，而且实现了与建筑的固定安装，无需复杂的跟踪装置。
将非对称棱镜式复合抛物面聚光器1与建筑的南面墙壁相结合，充分考虑到了中国建筑朝向的特点，可以有效经济的实现太阳能光伏光热综合利用。本发明在非对称棱镜式复合抛物面聚光器1的底部贴上太阳能电池2实现光电转换；为保证太阳能电池工作在理想的温度下，在太阳能电池2的底部加装微型换热器3带走电池过多的热量，既降低了电池的温度又实现了光热利用。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种可固定安装的非对称聚光光伏光热系统，其特征在于：包括非对称棱镜式复合抛物面聚光器、太阳能电池和微型换热器，所述非对称棱镜式复合抛物面聚光器的底部与所述太阳能电池连接，所述太阳能电池通过所述微型换热器固定于建筑物的外墙上。
2.根据权利要求1所述的可固定安装的非对称聚光光伏光热系统，其特征在于：所述非对称棱镜式复合抛物面聚光器由第一棱镜式反射抛物面和第二棱镜式反射抛物面组成，所述第一棱镜式反射抛物面和所述第二棱镜式反射抛物面呈非对称结构，所述第一棱镜式反射抛物面和所述第二棱镜式反射抛物面的聚光比不同。
3.根据权利要求1所述的可固定安装的非对称聚光光伏光热系统，其特征在于：所述第一棱镜式反射抛物面的开口大于所述第二棱镜式反射抛物面的开口。
4.根据权利要求1所述的可固定安装的非对称聚光光伏光热系统，其特征在于：所述非对称棱镜式复合抛物面聚光器的折射率大于1，透射率大于0.9。
5.根据权利要求1所述的可固定安装的非对称聚光光伏光热系统，其特征在于：所述第一棱镜式反射抛物面的聚光比为所述第二棱镜式反射抛物面的聚光比的（1.5-5）倍。
6.根据权利要求1所述的可固定安装的非对称聚光光伏光热系统，其特征在于：所述第一棱镜式反射抛物面和所述第二棱镜式反射抛物面的反射面均镀有金属反射膜，所述金属反射膜的材质为铝或银。
7.根据权利要求1所述的可固定安装的非对称聚光光伏光热系统，其特征在于：所述非对称棱镜式复合抛物面聚光器设置为若干个，并且每个非对称棱镜式复合抛物面聚光器均对应连接一个太阳能电池，所述太阳能电池依次串联。
8.根据权利要求7所述的可固定安装的非对称聚光光伏光热系统，其特征在于：所述非对称棱镜式复合抛物面聚光器的高度小于3cm，若干个所述非对称棱镜式复合抛物面聚光器呈矩阵排列。
9.根据权利要求1所述的可固定安装的非对称聚光光伏光热系统，其特征在于：所述微型换热器内部设置有若干槽道，所述槽道的两端连接供暖系统和/或供热水系统。
10.根据权利要求1所述的可固定安装的非对称聚光光伏光热系统，其特征在于：所述建筑物的外墙为建筑物的南面墙壁。
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| CN105577105B (zh) | 2018-09-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20180914 Termination date: 20201217 |