CN106169909A - 一种太阳能聚光机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能聚光机构，包括聚光箱和聚光模组；聚光模组包括平面滤光镜底座、反射镜固定座、平面滤光镜倾斜调节杆以及平面滤光镜镜架，平面滤光镜镜架通过镜架支撑立柱与设置在平面滤光镜倾斜调节杆上的平面滤光镜倾斜调节支座固连，平面滤光镜镜架上安装有用于调节平面滤光镜旋转角度的平面滤光镜旋转调节杆，平面滤光镜上方对应设有硅电池，正下方设有三结太阳能电池，硅电池通过硅电池支座固定在防护盖上，反射镜固定座上安装有聚集入射光线的抛物柱面反射镜。本发明是利用平面滤光镜对太阳光的波长进行带通滤光，从而使得使三结太阳能电池的各子电池电流匹配，通过硅电池对能量的收集，提高了整个机构对太阳能的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能发电设备领域，具体涉及到一种太阳能聚光机构。
背景技术
目前商业化太阳能电池已经发展到第三代，从第一代的晶硅电池到第二代的薄膜电池，再到目前第三代的多结电池，电池的转换效率也从晶硅的~22%、薄膜的~15%提升到多结的~40%。聚光光伏是利用成本较电池低得多的聚光光学元件将入射太阳光线进行汇聚到太阳能电池上，减少光伏材料使用面积，降低光伏发电度电成本。
由于聚光使得电池单位面积上接收的能量大大提高，会产生很高的温度，因此晶硅电池一般用于低倍聚光，而高倍聚光光伏多采用III-V族多结太电池。虽然III-V族多结太电池可以吸收转化较宽的太阳光谱和承受较高的温度，但是其成本远远高于晶硅电池，而且结数越多，成本越高，因此，目前主要的应用为镓铟磷、砷化镓、锗三结电池。
镓铟磷、砷化镓、锗三结电池由三个子电池（镓铟磷子电池、砷化镓子电池、锗子电池）垂直叠加在锗衬底上，分别吸收不同波段的太阳能，转换的电能串联输出，输出电流将受限于串联子电池输出电流中的最小电流。由于锗电池转换的电流远远超过镓铟磷和砷化镓电池，因此在串联后，其多余的电流将转化成热能消散掉，造成系统光电转换效率降低，同时造成电池片温度升高、寿命降低。
在聚光光伏技术中，由光学聚光镜、光伏电池以及支撑附件组成的聚光模组是聚光光伏系统中的关键部件，其聚光性能的好坏直接决定着光伏发电效率的高低，进而决定了整个光伏系统的发电成本。目前聚光技术主要有反射式和透射式聚光两种方式，目前聚光技术所用的聚光器主要有以下几种：多碟共焦太阳能聚光模组、二次反射的高倍聚统聚光模组、塔式系统聚光模组、多平面镜聚光模组和多重抛物柱面聚光模组。以上这些聚光模组均是针对同一类型的电池设计，由于电池本身因素，在同等条件下，太阳能电池不可能将所有能量进行吸收利用，因此存在巨大的能量损失，因此需要一种能够吸收热量损失的太阳能聚光模组。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能聚光机构，以解决现有太阳能聚光机构因吸收不完全导致能量损失，从而降低了太阳能的利用率问题。
为达上述目的，本发明提供了一种太阳能聚光机构，包括聚光箱以及设置在聚光箱内的聚光模组；聚光箱由下底板、防护盖以及两个侧板构成一封闭箱体，聚光模组包括平面滤光镜底座、抛物柱面反射镜、铰接在平面滤光镜底座上的平面滤光镜倾斜调节杆以及与平面滤光镜倾斜调节杆固定连接且用于安装平面滤光镜的平面滤光镜镜架，平面滤光镜镜架通过镜架支撑立柱与设置在平面滤光镜倾斜调节杆上的平面滤光镜倾斜调节支座固连，平面滤光镜镜架上安装有用于调节平面滤光镜旋转角度的平面滤光镜旋转调节杆，平面滤光镜上方对应设有硅电池，正下方设有三结太阳能电池。
优选的，聚光箱由下底板、防护盖以及两个侧板构成一封闭箱体。
优选的，下底板的上方设有上底板，平面滤光镜底座、反射镜固定座和三结太阳能电池均设于上底板上，上底板与下底板之间设有一布线层。
优选的，三结太阳能电池下端面设有三结太阳能电池绝缘层，三结太阳能电池绝缘层下端面安装有三结太阳能电池散热器。
优选的，三结太阳能电池的顶部电池为镓铟磷电池、中部电池为砷化镓电池、底部电池为锗电池，镓铟磷电池吸收的波长段为300nm~700nm，砷化镓电池吸收的波长段为600nm~1000nm，锗电池吸收的波长段为800nm~1800nm。
优选的，硅电池的上端面依次设有硅电池绝缘层和硅电池散热器，硅电池吸收滤光光线的波长段为900nm~1100nm，硅电池由硅电池支座固定在防护盖上。
优选的，平面滤光镜旋转调节杆通过平面滤光镜旋转支座活动设于平面滤光镜镜架上。
优选的，平面滤光镜底座为凸型块，凸型块上开凿有一U型槽，平面滤光镜倾斜调节杆设于U型槽的开口上方。
优选的，抛物柱面反射镜由反射镜固定座固定在上底板上。
优选的，聚光模组设有两组，且对称设置在上底板上。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、本发明通过在光线入射处设置抛物柱面反射镜，并在平面滤光镜的背面焦距处的正上方设有硅电池，正下方安装有三结太阳能电池，入射光线经过抛物柱面反射镜内表面进行汇聚并反射，汇聚光线经平面滤光镜进行反射和透射，反射的光由三结太阳能电池吸收，而锗电池光谱范围产生的多余能量由硅电池吸收，从而使得三节太阳电池损失的能量被硅电池吸收，大大提高了太阳能的利用率。
2、通过平面滤光镜反射的光线入射到三结太阳能电池表面，提高了三结太阳能电池对太阳能的吸收率，从而提高了聚光机构对太阳能的吸收效率，降低了成本。
3、分别在三结太阳能电池和硅电池上安装散热器，且散热器的进口和出口均连接有水管，可进行周期循环冷却，从而提高太阳能电池的转化效率。
附图说明
图1为本发明太阳能聚光机构的示意图；
图2为本发明太阳能聚光机构的主视图；
图3为聚光模组部分主视图；
图4为图3的侧视图；
图5为聚光模组的主视图；
图6为聚光模组的侧视图；
图7为光路路径图；
其中，1、抛物柱面反射镜；2、平面滤光镜；3、三结太阳能电池；4、硅电池；5、反射镜固定座；6、上底板；7、平面滤光镜底座；8、平面滤光镜镜架；9、平面滤光镜旋转支座；10、平面滤光镜倾斜调节支座；11、镜架支撑立柱；12、硅电池支座；13、三结太阳能电池散热器；14、三结太阳能电池绝缘层；15、平面滤光镜旋转调节杆；16、防护盖；17、侧板；18、下底板；19、平面滤光镜倾斜调节杆；20、布线层；21、硅电池绝缘层；22、硅电池散热器。
具体实施方式
本发明提供了一种太阳能聚光机构，如图1~7所示，包括聚光箱以及设置在聚光箱内的聚光模组；聚光箱由下底板18、防护盖16以及两个侧板17构成一封闭箱体，聚光模组包括平面滤光镜底座7、反射镜固定座5、铰接在平面滤光镜底座7上的平面滤光镜倾斜调节杆19以及与平面滤光镜倾斜调节杆19固定连接且用于安装平面滤光镜2的平面滤光镜镜架8，平面滤光镜镜架8通过镜架支撑立柱11与设置在平面滤光镜倾斜调节杆19上的平面滤光镜倾斜调节支座10固连，平面滤光镜镜架8上安装有用于调节平面滤光镜2旋转角度的平面滤光镜旋转调节杆15，平面滤光镜2上方对应设有硅电池4，正下方设有三结太阳能电池3，硅电池4通过硅电池支座12固定在防护盖16上，反射镜固定座5上安装有聚集入射光线的抛物柱面反射镜1。
本发明的优化实施例，下底板18的上方设有上底板6，平面滤光镜底座7、反射镜固定座5和三结太阳能电池3均设于上底板6上，上底板6与下底板18之间设有一布线层20；三结太阳能电池3下端面设有三结太阳能电池绝缘层14，三结太阳能电池绝缘层14下端面安装有三结太阳能电池散热器13；三结太阳能电池的顶部电池为镓铟磷电池、中部电池为砷化镓电池、底部电池为锗电池，镓铟磷电池吸收的波长段为300nm~700nm，砷化镓电池吸收的波长段为600nm~1000nm，锗电池吸收的波长段为800nm~1800nm；硅电池的上端面依次设有硅电池绝缘层21和硅电池散热器22，硅电池4吸收滤光光线的波长段为900nm~1100nm；由于三结太阳能电池底部锗电池的电流是其他两节电池电流的两倍，而整体电池是串联而成，因此由最小电流决定输出电流；三结太阳能电池的各电池的响应光谱端不同，锗电池的电流产生的热量被损耗，而硅电池4可以将锗电池吸收光谱范围产生的多余的能量进行吸收，从而使三结太阳能电池3的电流匹配；三结太阳能电池3的各电池的响应光谱端不同而且产生的电流不匹配，导致电流失配，太阳能利用率下降，造成能量损失，过高的热量导致器件易老化，降低了使用寿命从而导致成本增加，而硅电池可以将多余的能量吸收，从而使三结太阳能电池的电流匹配，提高太阳能的利用率，从而提高整个装置太阳能的利用率。平面滤光镜旋转调节杆15通过平面滤光镜旋转支座9活动设于平面滤光镜镜架8上；平面滤光镜底座7为凸型块，凸型块上开凿有一U型槽，平面滤光镜倾斜调节杆19设于U型槽的开口上方；聚光模组设有两组，且对称设置在上底板6上；聚光箱由透明材料制成。
通过平面滤光镜倾斜调节杆19调节平面滤光镜2的倾斜角度，平面滤光镜旋转调节杆15旋转平面滤光镜镜架8来调节平面滤光镜2的旋转角度，抛物柱面反射镜1反射的光线通过平面滤光镜2的正面反射到底部的三结太阳能电池3的正面，平面滤光镜2背面的滤光光线入射到硅电池4的正面。
在迪卡尔坐标系中，抛物柱面反射镜1内侧朝Y轴方向，平面滤光镜2的正面沿Y轴倾斜一定的角度朝下放置，抛物柱面反射镜1和平面滤光镜2具有相同的对称面，即YX坐标平面，抛物柱面反射镜1和平面滤光镜在XZ平面内的投影不相交，抛物柱面反射镜1左侧顶点的投影与平面滤光镜右侧边无限接近，三结太阳能电池3的正面在平面滤光镜2反射光线的垂直正下方，硅电池4的正面在平面滤光镜2背面焦距处的垂直正上方。当光线沿着YO方向入射时，即平行于抛物柱面反射镜1的对称面XY平面，经过抛物柱面反射镜1的内侧汇聚并反射光线，平面滤光镜2在焦距处正面反射由抛物柱面反射镜1汇聚过来的光线到其正下方即沿着平行YO方向的三结太阳能电池正面，平面滤光镜2的背面滤光光线在焦距处入射到硅电池4的正面，使光线入射到三结太阳能电池3表面可以提高电池的对太阳能的吸收率，提高装置整体对太阳能的吸收效率，降低成本。抛物柱面反射镜可由金属材料制成，与常规透镜相比，其成本低廉，易于加工。
光伏电池（镓铟磷电池、砷化镓电池和锗电池）由相应的导线进行导电连接，通过胶膜固定安装在下底板6上；一个散热器上可固定一个以上的光伏电池，并将导线一起封装成一体输出直流电，并通过控制器进行调整，利用逆变器转变成三相交流电，或直接将直流电存储在蓄电池中；抛物柱面反射镜1由可反射的材料制成，如金属材料，玻璃材料，镀膜塑料等制成，其反射率可达90%以上；平面滤光镜2由可进行反射的材料制成并镀膜或者进行反射并能滤光的材料制成。三结太阳能电池3和硅电池4聚光产生的太阳能热量分别由三结太阳能电池散热器13和硅电池散热器22进行散热，三结太阳能电池散热器13和硅电池散热器22由铝制散热板制成，并且中间开设有流道槽，三结太阳能电池散热器13和硅电池散热器22的进口和出口均连接有水管可进行周期循环冷却，三结太阳能电池散热器13和硅电池散热器22的内部工质采用纳米流体Al2O3-H2O，纳米流体Al2O3-H2O的换热系数高、传热性能好，与蒸馏水相比，更能有效地对太阳能电池进行散热，上述采用主动式散热，使散热更加高效，从而提高太阳能电池的转化效率。
Claims (10)
1.一种太阳能聚光机构，其特征在于：包括聚光箱以及设置在聚光箱内的聚光模组；所述聚光模组包括平面滤光镜底座（7）、抛物柱面反射镜（1）、铰接在平面滤光镜底座（7）上的平面滤光镜倾斜调节杆（19）以及与平面滤光镜倾斜调节杆（19）固定连接且用于安装平面滤光镜（2）的平面滤光镜镜架（8），所述平面滤光镜镜架（8）通过镜架支撑立柱（11）与设置在平面滤光镜倾斜调节杆（19）上的平面滤光镜倾斜调节支座（10）固连，所述平面滤光镜镜架（8）上安装有用于调节平面滤光镜（2）旋转角度的平面滤光镜旋转调节杆（15），所述平面滤光镜（2）上方对应设有硅电池（4），正下方设有三结太阳能电池（3）。
2.如权利要求1所述的太阳能聚光机构，其特征在于：所述聚光箱由下底板（18）、防护盖（16）以及两个侧板（17）构成一封闭箱体。
3.如权利要求2所述的太阳能聚光机构，其特征在于：所述下底板（18）的上方设有上底板（6），平面滤光镜底座（7）、反射镜固定座（5）和三结太阳能电池（3）均设于上底板（6）上，所述上底板（6）与下底板（18）之间设有一布线层（20）。
4.如权利要求1所述的太阳能聚光机构，其特征在于：所述三结太阳能电池（3）下端面设有三结太阳能电池绝缘层（14），所述三结太阳能电池绝缘层（14）下端面安装有三结太阳能电池散热器（13）。
5.如权利要求1所述的太阳能聚光机构，其特征在于：所述三结太阳能电池（3）的顶部电池为镓铟磷电池、中部电池为砷化镓电池、底部电池为锗电池，所述镓铟磷电池吸收的波长段为300nm~700nm，所述砷化镓电池吸收的波长段为600nm~1000nm，所述锗电池吸收的波长段为800nm~1800nm。
6.如权利要求1所述的太阳能聚光机构，其特征在于：所述硅电池（4）的上端面依次设有硅电池绝缘层（21）和硅电池散热器（22），所述硅电池（4）吸收滤光光线的波长段为900nm~1100nm，所述硅电池（4）由硅电池支座（12）固定在防护盖（16）上。
7.如权利要求1所述的太阳能聚光机构，其特征在于：所述平面滤光镜旋转调节杆（15）通过平面滤光镜旋转支座（9）活动设于平面滤光镜镜架（8）上。
8.如权利要求1所述的太阳能聚光机构，其特征在于：所述平面滤光镜底座（7）为凸型块，所述凸型块上开凿有一U型槽，所述平面滤光镜倾斜调节杆（19）设于U型槽的开口上方。
9.如权利要求1所述的太阳能聚光机构，其特征在于：所述抛物柱面反射镜（1）由反射镜固定座（5）固定在上底板（6）上。
10.如权利要求1所述的太阳能聚光机构，其特征在于：所述聚光模组设有两组，且对称设置在上底板（6）上。
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