CN105634397A - 用于光伏系统的免跟踪聚光装置 - Google Patents

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宋贺伦
茹占强
王秋阳
戴高环
张耀辉
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Abstract

本发明公开了一种用于光伏系统的免跟踪聚光装置，包括：反射式二次光学元件(10)，具有第一端口(11)和第二端口(22)两个端口的漏斗状结构；主聚光器(20)，连接于反射式二次光学元件(10)的第一端口(11)，包括聚光透镜(21)和支撑元件(22)，聚光透镜(21)固定于支撑元件(22)上，用于将太阳光进行初次会聚；透射式二次光学元件(30)，连接于反射式二次光学元件(10)的第二端口(12)，用于将经主聚光器(20)初次会聚的太阳光和经反射式二次光学元件(10)反射后的太阳光进行再次会聚，并将再次会聚的太阳光传输至太阳电池表面。所述聚光装置通过简单的组合，即可达到降低光伏发电成本的目的。

Description

用于光伏系统的免跟踪聚光装置
技术领域
本发明属于光电技术领域，具体地讲，涉及一种用于光伏系统的免跟踪聚光装置。
背景技术
随着化石能源的储量不断降低，以及化石能源的成本不断上涨，人们开始重视可再生能源的开发与利用。太阳能是地球上最丰富的可再生能源，而光伏发电作为一种开发新型无污染的太阳能资源的技术获得了极大的发展。其中，聚光型光伏发电技术作为光伏发电领域的一个分支，以其超高的发电效率和较大的成本降低空间而受到人们越来越多的重视。
在光伏发电技术中，能否经济高效地利用太阳能的关键就在于能否提高聚光比和跟踪精度，因此当前高倍聚光型光伏发电系统必须配备高精度的机械跟踪系统。但据相关资料显示，高精度的机械跟踪系统成本将占到整个高倍聚光型光伏系统总成本的30％左右，这严重阻碍了聚光光伏发电成本的进一步降低。为此，各国的研究机构开始竞相研制免跟踪聚光型光伏发电装置。虽然这些光伏发电装置的结构都比较新颖，但是在当前技术水平下，其无法满足市场化应用的需求，因此目前急需一种新型的组合式免跟踪聚光光学系统来突破这一局限，藉以满足使用要求。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于光伏系统的免跟踪聚光装置，该装置结构简单，且在无高精度跟踪系统的前提下可确保聚光光伏系统高效运行，从而降低了光伏发电成本。
为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种用于光伏系统的免跟踪聚光装置，其特征在于，包括：反射式二次光学元件，具有第一端口和第二端口两个端口的漏斗状结构；主聚光器，连接于所述反射式二次光学元件的第一端口，包括聚光透镜和支撑元件，所述聚光透镜固定于所述支撑元件上，用于将太阳光进行初次会聚；透射式二次光学元件，连接于所述反射式二次光学元件的第二端口，用于将经所述主聚光器初次会聚的太阳光和经所述反射式二次光学元件反射后的太阳光进行再次会聚，并将再次会聚的太阳光传输至太阳电池表面。
进一步地，所述反射式二次光学元件包括四个侧板，所述四个侧板拼接形成具有第一端口和第二端口的漏斗状结构，所述第一端口的面积大于所述第二端口的面积。
进一步地，所述四个侧板拼接形成的反射式二次光学元件的横截面为矩形。
进一步地，所述反射式二次光学元件的材料为高反射性镜面铝膜。
进一步地，所述聚光透镜为菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜的锯齿面朝向所述反射式二次光学元件内部。
进一步地，所述菲涅尔透镜的材料为有机硅胶，所述支撑元件包括透明钢化玻璃基板。
进一步地，所述透射式二次光学元件位于所述反射式二次光学元件的内部，所述透射式二次光学元件的朝向所述反射式二次光学元件外部的端面与所述第二端口平齐。
进一步地，所述透射式二次光学元件为尖劈形三角棱镜，且所述三角棱镜的尖劈朝向所述反射式二次光学元件的内部，所述三角棱镜的底面与所述反射式二次聚光元件的第二端口平齐。
进一步地，所述聚光透镜的焦点位于所述尖劈形三角棱镜的底面。
进一步地，所述三角棱镜的材料为光学玻璃。
本发明通过在漏斗状的反射式二次光学元件的第一端口和第二端口处分别设置主聚光器和透射式二次光学元件，使平行的太阳光经主聚光器进行初次会聚，进而反射式二次光学元件对经主聚光器会聚的太阳光进行反射，最后经透射式二次光学元件将经主聚光器会聚的太阳光及经反射式二次光学元件反射的太阳光进行再次会聚，并将再次会聚的太阳光传输至太阳电池表面。所述聚光装置通过简单组合即可达到大幅度提高传统聚光光学系统的接收角的目的，进而确保了聚光光伏系统在无高精度跟踪系统的前提下可高效运行，降低了光伏发电成本。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1是根据本发明的实施例的用于光伏系统的免跟踪聚光装置的剖面示意图；
图2是根据本发明的实施例的主聚光器的结构示意图；
图3是根据本发明的实施例的反射式二次光学元件的结构示意图；
图4是根据本发明的实施例的透射式二次光学元件的结构示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。
图1是根据本发明的实施例的用于光伏系统的免跟踪聚光装置的剖面示意图，图2是根据本发明的实施例的主聚光器的结构示意图，图3是根据本发明的实施例的反射式二次光学元件的结构示意图，图4是根据本发明的实施例的透射式二次光学元件的结构示意图。
参照图1和图2，根据本发明的用于光伏系统的免跟踪聚光装置包括：反射式二次光学元件10，具有第一端口11和第二端口12两个端口的漏斗状结构；主聚光器20，连接于反射式二次光学元件10的第一端口11，包括聚光透镜21和支撑元件22，所述聚光透镜21固定于所述支撑元件22上，用于将太阳光进行初次会聚；透射式二次光学元件30，连接于反射式二次光学元件10的第二端口12，用于将经主聚光器20初次会聚的太阳光和经反射式二次光学元件10反射后的太阳光进行再次会聚，并将再次会聚的太阳光传输到太阳电池40的表面。
在根据本发明的用于光伏系统的免跟踪聚光装置中，透射式二次光学元件30位于反射式二次光学元件10的内部，且透射式二次光学元件30的朝向反射式二次光学元件10外部的端面与第二端口12平齐。
在本实施例中，聚光透镜21为非成像线聚焦菲涅尔透镜，非成像线聚焦菲涅尔透镜的锯齿面朝向反射式二次光学元件10内部，且其材料为有机硅胶；非成像线聚焦菲涅尔透镜的使用可满足降低成本且减轻重量的要求；同时，透过非成像线聚焦菲涅尔透镜的太阳光还不会存在光亮降低的现象，且可把平行的太阳光会聚成条形焦斑并照射至反射式二次光学元件10内部。支撑元件22为透明钢化玻璃基板，支撑元件22对聚光透镜21起到支撑固定的作用，但本发明并不限制于此；支撑元件22与非成像线聚焦菲涅尔透镜平齐的一面相固定，而非成像线聚焦菲涅尔透镜的锯齿面朝向反射式二次光学元件10内部。
根据本发明的实施例的用于光伏系统的免跟踪聚光装置中的反射式二次光学元件10具有漏斗状结构，且具有第一端口11和第二端口12两个端口；反射式二次光学元件10包括四个侧板，其中两个相等的矩形侧板相对设置，两个相等的等腰梯形侧板相对设置，如此四个侧板拼接形成具有第一端口11和第二端口12两个端口的漏斗状结构，且第一端口11的面积大于第二端口12的面积；同时，四个侧板拼接形成的反射式二次光学元件10的横截面为矩形，如图3所示，第二端口12的横截面为矩形可恰好吻合条状的太阳电池40。
在本实施例中，反射式二次光学元件10的材料为高反射性镜面铝膜；高反射的性能符合其作为反射式二次光学元件10的性能要求，可将经主聚光器20会聚的太阳光进行反射，并到达透射式二次光学元件30，并经透射式二次光学元件30将会聚的太阳光传输至太阳电池40表面。
根据本发明的用于光伏系统的免跟踪聚光装置中的透射式二次光学元件30为尖劈形三角棱镜，如图4所示，且所述三角棱镜的尖劈朝向反射式二次光学元件10内部，同时三角棱镜的底面与反射式二次聚光元件10的第二端口12平齐。
在本实施例中，三角棱镜的材料为光学玻璃，但本发明并不限制于此。
在根据本发明的用于光伏系统的免跟踪聚光装置中，主聚光器20连接于反射式二次光学元件10的第一端口11，透射式二次光学元件30尖劈状三角棱镜连接于漏斗状反射式二次光学元件10的第二端口12，且三角棱镜的底面与反射式二次聚光元件10的第二端口12平齐，因此对漏斗状反射式二次光学元件10的深度需要求聚光透镜21的焦点位于尖劈形三角棱镜的底面。
当一束平行的太阳光照射至根据本发明的用于光伏系统的免跟踪聚光装置时，主聚光器20首先将太阳光进行初次会聚，并部分传输至反射式二次光学元件10表面，部分传输至透射式二次光学元件30表面；然后反射式二次光学元件10将经主聚光器20初次会聚的太阳光进行反射，传输至透射式二次光学元件30表面；最后，透射式二次光学元件30将经主聚光器20进行初次会聚的太阳光及经反射式二次光学元件10进行反射的太阳光进行再次会聚，并将再次会聚的太阳光传输至太阳电池40表面，从而完成光电转换。
根据本发明的用于光伏系统的免跟踪聚光装置通过对主聚光器20、反射式二次光学元件10及透射式二次光学元件30进行简单的组合，即可大幅度提高传统聚光光学系统的接收角，进而确保了聚光光伏系统在无高精度跟踪系统的前提下高效运行，降低了光伏发电成本。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (10)

1.一种用于光伏系统的免跟踪聚光装置，其特征在于，包括：
反射式二次光学元件(10)，具有第一端口(11)和第二端口(12)两个端口的漏斗状结构；
主聚光器(20)，连接于所述反射式二次光学元件(10)的第一端口(11)，包括聚光透镜(21)和支撑元件(22)，所述聚光透镜(21)固定于所述支撑元件(22)上，用于将太阳光进行初次会聚；
透射式二次光学元件(30)，连接于所述反射式二次光学元件(10)的第二端口(12)，用于将经所述主聚光器(20)初次会聚的太阳光和经所述反射式二次光学元件(10)反射后的太阳光进行再次会聚，并将再次会聚的太阳光传输至太阳电池表面。
2.根据权利要求1所述的聚光装置，其特征在于，所述反射式二次光学元件(10)包括四个侧板，所述四个侧板拼接形成具有第一端口(11)和第二端口(22)的漏斗状结构，所述第一端口(11)的面积大于所述第二端口(12)的面积。
3.根据权利要求2所述的聚光装置，其特征在于，所述四个侧板拼接形成的反射式二次光学元件(10)的横截面为矩形。
4.根据权利要求2所述的聚光装置，其特征在于，所述反射式二次光学元件(10)的材料为高反射性镜面铝膜。
5.根据权利要求1所述的聚光装置，其特征在于，所述聚光透镜(21)为菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜的锯齿面朝向所述反射式二次光学元件(10)内部。
6.根据权利要求5所述的聚光装置，其特征在于，所述菲涅尔透镜的材料为有机硅胶，所述支撑元件(22)包括透明钢化玻璃基板。
7.根据权利要求1-6任一所述的聚光装置，其特征在于，所述透射式二次光学元件(30)位于所述反射式二次光学元件(10)的内部，所述透射式二次光学元件(30)的朝向所述反射式二次光学元件(10)外部的端面与所述第二端口(12)平齐。
8.根据权利要求7所述的聚光装置，其特征在于，所述透射式二次光学元件(30)为尖劈形三角棱镜，且所述三角棱镜的尖劈朝向所述反射式二次光学元件(10)的内部，所述三角棱镜的底面与所述反射式二次聚光元件(10)的第二端口(12)平齐。
9.根据权利要求8所述的聚光装置，其特征在于，所述聚光透镜(21)的焦点位于所述尖劈形三角棱镜的底面。
10.根据权利要求8所述的聚光装置，其特征在于，所述三角棱镜的材料为光学玻璃。
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