CN106982026A - 混合式能源转换系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种混合式能源转换系统，能够快速动态调整可应用于聚光型太阳能的混合式光伏/热能(Photovoltaic/Thermal，PV/T)的生产能量的分配，其借由调控一猎光组件、镜面或透镜的光穿透或光反射的状态，将高度集中的太阳光由能量转换装置传递至其他接收端的装置，如一集热器、一光伏接收器或一垂直多接面太阳能电池数组。借此提高回馈至一电力公司的电力质量，增加电厂的电力生产收益，并结合多重条件来满足迫切的分布式发电厂的工程要求。

Description

混合式能源转换系统

技术领域

本发明关于混合式聚光型太阳能发电厂，亦可被称为热光伏电厂，其为使用传统拋物线聚光槽(parabollic trough)的聚光型太阳能(Concentrated Solar Power，CSP)结合聚光型光伏(photovoltaics)的太阳能发电厂。

背景技术

现今的聚光型太阳能(Concentrated Solar Power，CSP)转换系统利用反射镜面或透镜将太阳光聚集至一小区域，借此达到高能量密度、高效率以及节省成本的目的。此外，若急需电能，则被聚集的太阳光可转换为热能，并用以驱动一热引擎(heat engine)，形成如同蒸气涡轮机(steam turbine)的动能转换电能的热力循环处理机制。

聚光型太阳能(Concentrated Solar Power，CSP)系统与聚光型光伏(Concentrated Photovoltaics，CPV)系统截然不同，聚光型光伏系统通过光伏效应直接将所聚集的太阳光转换为电能。在这两种系统中，入射太阳光的性质取决于转换器的效率。

近年来，借由不同半导体或客制化不同掺杂的多接面晶格结构的材料，能针对不同波段的光线做能量转换，因此转换效率已大幅提升。半导体材料的开发与光伏技术的增进，如垂直多接面(Vertical Multijunction, VMJ)太阳能电池，可用于聚集太阳光伏。

在结构方面，VMJ电池是由多组微小硅单元的垂直接面串连组成的数组，其优点为设计简单和成本低廉，并且可控制光线的吸收与转换的程度，借此提高混合式聚光型太阳能发电厂的能源输出。虽然单接面光伏电池具有较高的单位成本，但对于处理和转换集中的太阳光具有较佳的效能，且其所产生的高电压可与产生预逆流(upstream)或反馈光伏回到电力电网传输网络的空调系统(conditioning systems)具有较高的电性兼容(compatible electrically)。

在混合式系统的制作流程中，分配集热器和光伏接收器所吸收光量的分光技术影响混合适能量转换的重要因素。一般而言，低频率的太阳光用以驱动需要热能运转的系统，而高频率的太阳光，例如可见光和高能量的红外光，则用于电路转换的光伏系统。在利用此方法的情况下，由MH Solar Co. (Kaohsiung City, Taiwan)所制造的VMJ太阳能电池，针对400 nm到1100 nm波段的光线(不包括其他波段或长波长的红外光)执行能源转换，其整体的能源转换效率可达到甚至超过35%。

在制作可分别转换热能与太阳光谱的可见光部分的混合式光伏/热能系统时，先前技术利用能改变所吸收光量的适应型(adaptive)聚光槽，来达到热电联产的的效果。

如Escher所申请的美国专利2013/0255753，揭露一光伏/热能混合式系统，其中一光伏模块及/或集热器可移动式的配置，该光伏/热能混合适系统建构一定位装置，其用以移动该光伏模块及/或该集热器，使该光伏模块与该集热器所接收的辐射强度比率可自由控制。然而，该系统的组件繁重导致移动缓慢，且又必须高频率地转换位置。

一般而言，太阳能发电系统安置于具有高日照度的辽旷区域，其必须考虑季节与气候等环境因素，以及是否允许泄掉(“dumping”)多余的能量，仍需与当地电力公司进行沟通。

本发明的一目标提供具有高可靠性与可调度性、决策迅速、具有交互控制能力的发电系统，并且能满足所有上述的工程目标。本发明的另一目标整体能源转换效率、反馈电力的高收益，以及文中将提及的各项目标。

发明内容

本发明主要目的通过调整猎光组件(capture element)的型态，借此控制混合光伏/热能(Photovoltaic/Thermal，PV/T)的分布式发电系统所产生的能量。本发明所揭示的发电系统，可提供电力公司借此产生实质上不同类型的一混合式光伏/热能发电器，其可通过立即性的运算，并利用电力加以控制该发电系统，使其转换成不同型态的混合式光伏/热能发电系统。

本发明揭示一种混合式的能源转换系统，该系统可于复数太阳能转换装置与光伏接收器中执行智能需求的选择，并实时分配被聚集的太阳辐射，该系统包括︰一聚光槽，其尺寸、位置、方向及形状的设计用以聚集该太阳辐射，并产生一光线的一聚集角度分布，该光线的该聚集角度分布具有至少一聚焦长度与一传送长度，该长度由该聚光槽的表面至高度集中的太阳光的相对最大值的距离；一第一太阳能转换装置，其选自一集热器，且该光伏接收器的尺寸、位置、方向及形状的设计经由该光线的该聚焦角度分布内的该高度集中的太阳光，用以接收来自于该聚光槽的至少部分该太阳辐射；以及一选择性布署的猎光组件，其尺寸、位置、方向及形状的设计用以选择性猎光所需的至少部分聚焦角度分布的光线，其光线被反射、部分反射、导向至一第二太阳能转换装置，且该第二太阳能转换装置的选择对应于其他的该光伏接收器与该集热器。其中，该猎光组件通过选择性布署的方式捕捉光线，其采用的至少一项光学性质选自反射与穿透，且该猎光组件的整体调变所跨越的一空间变量包含至少一猎光角度范围与一猎光平移范围。

该系统的该猎光组件的尺寸、位置、方向及形状的设计于该光线的聚焦角度分布中，用以选择性布署于距离该相对最大值的一短路径长度内，且该短路径长度需小于该聚光槽相关的聚焦长度或传送长度的0.45倍，进一步该短路径长度需小于该聚光槽相关的聚焦长度或传送长度的0.25倍，甚至该短路径长度需小于该聚光槽相关的聚焦长度或传送长度的0.15倍。

其中，该猎光组件包含一智能玻璃，且该智能玻璃可通过调整其形状与位置，借此允许其光学性质的转换并达成近乎全反射与全穿透的效果。

附图说明

图1所示为通过一聚光槽以光线的一聚焦角度分布聚焦太阳光的示意图；

图2所示为本发明的一实施例的结构示意图，其显示一集热器、一猎光组件以及一光伏接收器的位置；；

图3所示为借由一个监控器来控制一个猎光组件的剖面图；

图4所示为图2的概略示意图，其显示一集热器、一猎光组件以及一光伏接收器的位置；

图5所示为本发明所揭示的一猎光组件的位置变量与相应影响的示意图；

图6所示为一猎光组件的位置变量与一可能入射光量的关系图；

图7所示为本发明所揭示的一混合光伏/热能分布式发电厂的装置运作示意图；

图8所示为本发明所揭示的一转换装置的局部立体图，其显示一聚光槽、一集热器、一猎光组件以及一光伏接收器；

图9所示为图8中的该转换装置的特写立体图，其显示在一监控器的转动控制下的该猎光组件；

图10所示为本发明所揭示的一较佳实施例的特写立体图，其显示在光的一聚焦角度分布入射光的发电模式下，一聚光槽、一猎光组件以及一光伏接收器；

图11所示为一类似图10的特写立体图，其中该猎光组件固定于仅允许执行一热电转换模式的一位置；

图12所示为一类似图10的特写立体图，其说明本发明的另一实施例，其中该猎光组件具备调整热能与光伏能量转换的效能；

图13所示为一类似图11的特写立体图，其显示该猎光组件底部的可动面板以及仅可储存热能的该猎光组件；

图14与图15所示为本发明所揭示的一实施例的近距离侧视图，其显示该猎光组件的两种不同配置位置与一猎光角度范围变量；

图16所示为本发明所揭示的一实施例的一光伏接收器结构示意图，其采用一垂直多接面光伏电池数组热耦合至一散热器；

图17所示为图16的一垂直多接面光伏电池数组的一子数组的局部放大特写立体图；

图18所示为本发明所揭示的另一较佳实施例的侧视图，其显示两组猎光组件及光伏接收器可通过一平移变量改变位置；

图19所示为图18的特写立体图，其中该猎光组件可转换为一完全光伏模式，并遮蔽该集热器；

图20所示为图19中混合式光伏/热能系统的广角图，其显示该聚光槽以及光线的聚焦角度分布；

图21与图22所示为本发明所揭示的另一实施例的斜面侧视图，其显示一猎光组件的尺寸、位置、及形状的设计将可通过旋转允许广角度部署；

图23所示为本发明所揭示的另一聚光槽的广角侧视图，该聚光槽包含数组个别且分离的聚光器；

图24所示为一类似图10的特写侧视图，其显示本发明的另一实施例，其中一机械式抖动配置于一猎光组件的上方；

图25所示为一类似图3的特写剖面图，其中该猎光组件由一个监控器通过一转动控制管理该机械式抖动加以控制；

图26与图27所示为类似图3的特写剖面图，其显示本发明的另一较佳实施例，并说明具有光反射与光穿透两种型态的智能玻璃；

图28所示为类似图26与图27的特写侧剖面图，其显示本发明的另一较佳实施例，并说明通过导入抖动信号，使该智能玻璃分别具有光反射与光穿透两种型态。

图中：

110太阳光 ；

120聚光槽；

130光线的聚焦角度分布；

140高度集中的太阳光；

210集热器；

220猎光组件；

230光伏接收器；

231波导管；

310监控器；

320转轴；

330机动性组件；

400混合光伏/热能(Photovoltaic/Thermal，PV/T)分布式发电厂；

410拋物线型的聚光槽；

411个别且分离的聚光器；

420热转换储藏槽；

421热转换涡轮机；

422储热槽；

423涡轮机；

424冷凝器；

430转换器；

431变压器；

432电力电网；

510第一照射处；

520支柱；

530第二照射处；

540散热器；

550散热支架；

610猎光角度范围；

620猎光平移范围；

630通道；

640机械性抖动；

700垂直多接面光伏电池数组；

710垂直多接面光伏接收器；

711间质区域；

720智能玻璃。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

为了实现本发明的目标，光线的一聚焦角度分布的制定将用以提供辐射强度和操作自由度，如图1所示，其说明大约1/4角度宽的太阳光110(solar light)将由一聚光槽120(collector trough)所聚集，而该聚光槽120的设计必须考虑其拋物线弧度、已知反射特性或其他的光学特性，而该聚光槽120内将形成一光线的聚焦角度分布130(concentratedangular distribution of light)，其包含所聚焦的高度集中的太阳光140。该高度集中的太阳光140具有比其它地方的高斯(Gaussian)或是其他数据强度更高的相对最大值。大部分的聚光型光伏系统都是利用此高集中度的光束来产生电力。

现请参阅图2，其根据本发明的一实施例，说明一集热器210、一猎光组件220以及一光伏接收器230的位置。本发明提出一集热器210，其通过先前已知技术所制作而成，其被放至于靠近焦点或高度集中的太阳光230的相对最大值之处。该聚光槽亦可采用各种本发明未揭示的形式，而该集热器210与该光伏接收器230的制作与结构，目前已有很纯熟的技术，以下将详细讨论。该集热器210的配置用以于距离该聚光槽面的一距离长度L处形成一焦点(FOCUS)。在一较佳实施例中，一猎光组件220放置于距离该焦点的一短路径长度s处。其中，该猎光组件220可依据需求变更其型态，该猎光组件220用以作为一分配装置或闸门，可调整将由该光线的聚焦角度分布330所移除的能量，而该能量借由光伏接收器230所转换。而该高度集中的太阳光230的强度可达到数十倍、数百倍、甚至数千倍的AM1.5的太阳光强度。此外，该猎光组件220可用以将该光线的该聚焦角度分布130内所有的太阳光导向至另一太阳能转换装置，如图中所示的光伏接收器230。通过调整该猎光组件220的位置可有效将所反射的高度集中的太阳光230导向至该光伏接收器230。

现请参阅图3，其显示本发明中，借由一个监控器310(SITE CONTROLLER)来控制一个猎光组件220的剖面图。该猎光组件220相似于一分色镜面或标准镜面，其包含一平面玻璃板或具有光学反射、折射与感光的调制材料。在本实施例中，来自于一聚光槽的高度集中的太阳光230将照射于该猎光组件220底部的一表面，且将经由反射或全反射而照射于该光伏接收器230。

由本实施例所示，借由聚光槽(图中未显示)所聚集形成的高集中度的太阳光140，可经由猎光组件220反射到下方的光伏收器230。该猎光组件220可通过衬垫、金属扣、隔离物、支架或是拖架固定于一转轴320及一机动性组件330(Motive Element)，使得该猎光组件220可经由该监控器310的控制而转向不同的物理方向，而图中所显示的角度变量θ为零度。

在另一施例中，该猎光组件220亦可包含一光伏接收器230。现请参阅图4，其显示该另一实施例的一猎光组件220包含一光伏接收器230，且其放置于距离FOCUS或相对最大值为短路径长s之处。在本实施例中，该猎光组件220仍可通过转动造成相同的影响，其通过该监控器(图中未显示)的调整，使得该光线照射至该光伏接收器230上。

在本发明的一较佳实施例中，该猎光组件220可经由转动或移动而转换其型态。现请参阅图5，本发明所揭示的一猎光组件220的位置变量与相应影响的示意图。根据先前技术所揭示的几何学布局规划与机械式设计，调整该猎光组件220的位置变量y(如角度变量θ)将可控制该光线的入射量，甚至可遮盖该光伏接收器230；而该光伏接收器230的安装必须避免遮蔽该光线的聚焦角度分布130或该高度集中的太阳光140；允许该光线的聚焦角度分布130或该高度集中的太阳光140部分入射至该光伏接收器230；或允许该光线完整入射至该光伏接收器230。若采用先前技术的设计来操作该猎光组件220的部分入射光线，则该光伏接收器230所接收的入射量将具有一连续变动范围，如图6所示，其中该位置变动量y的调整范围由0至最大值ymax。其中，该猎光组件220任何位置变量的改变，皆会得到相对应的光线入射量，包括入射角度的跃动，因此必须加速整体系统的运作效能。

现请参阅图7，本发明所揭示的一混合光伏/热能(Photovoltaic/Thermal，PV/T)分布式发电厂400的装置运作示意图。图中亦分别标示热流、电力、数据与控制、光线所代表的线条。而该聚光槽则标示为拋物线型的聚光槽410(parabollic trough)，其包含未标示于图中的集热器210，该集热器210的设计双向引导该热能流动。且该热能源自于该拋物线型的聚光槽410，其分别流向一热转换储藏槽420(Heat Exchanger Storage)以及一热转换涡轮机421(Heat Exchanger Turbine)。该热转换储存槽420可允许热能流向一储热槽422(Thermal Storage)，其包含已知的储热媒介，例如岩石、水、乙二醇、类似的流体、或可通过已知技术放置与管理的熔盐。根据设计的需求，在一监控器550的管理下，该热能可传递至该热转换涡轮机421，并与来自于该拋物线型的聚光槽410的热能相互结合。该热转换涡轮机421包含类似于天然气燃烧机的替代系统，其经由一监控器550的管理下，该热能将可导向至该涡轮机423(Turbine)。借此使得该混合光伏/热能分布式发电厂400所生成的热能可获得有效的利用，或者将该热能用以驱动一机械式负载(如水力发电的帮浦站)或一发电机器，用以产生所需的电力。根据设计的需求，该热能可经由一冷凝器424重新导回至该热转换涡轮机423。

为达本发明的各项目的，在本发明所揭示的该光伏系统的结构与操作中，该光线经由可变路径传递至该光伏接收器230，如一多面光伏接收器、一光伏垂直多接面光伏接收器或者其他光伏接收器所转换，且在经由一转换器430(Inverter)执行电力转换后，所生成的电力将与该涡轮机所生成的电力一同传送至一变压器431(Transformer)。该变压器431包含如电力反应炉、电力电容器等类似的辅助装置，并用以将所产生的电能转馈至该电力电网432(Electrical Power Grid)。

现请参阅图8，本发明所揭示的一转换装置的局部立体图，其显示一拋物线型的聚光槽410、一集热器210、一猎光组件220以及一光伏接收器230。其中，该图亦显示由镜面所组成的一拋物线型的聚光槽410，而太阳光110则照射于该拋物线型的聚光槽410上。上方的该太阳光110照射于该拋物线型的聚光槽410的一镜面，并经由该拋物线型的聚光槽410的反射K而形成一高度集中的太阳光140，且其经由设计后将照射于该集热器的一第一照射处510。该拋物线型的聚光槽410可根据已知技术的定日镜与太阳能数组，以变更角度或移动等方式加以追踪太阳光的方位。该集热器210通过已知框架或支柱520加以固定，且其尺寸、位置、方向及形状的设计用以产生先前所述的光线的该聚焦角度分布，且其具有一聚焦长度与一传送长度，该长度由该拋物线型的聚光槽410的表面至高度集中的太阳光140的相对最大值的距离。该高度集中的太阳光140于该第一照射处510将具有最大强度。该聚光强度可达到数十倍、数百倍、甚至数千倍的AM1.5的太阳光强度。该高度集中的太阳光140可通过各种因素进行调整，如本发明所揭示的猎光组件220、对称的玻璃条板或金属条板、伴随该光伏接收器230且可转动的支柱520、以及该拋物线型的聚光槽410的距离。下方的该太阳光110照射于该拋物线型的聚光槽410，并经由拋物线型的聚光槽410的反射K而形成一高度集中的太阳光140，且其经由设计后将照射于该光伏接收器230的一第二照射处530。其中，该猎光组件220可选择性布署，其尺寸、位置、方向及形状的设计用以选择性猎光所需的至少部分聚焦角度分布的光线，其光线被反射、部分反射、导向至一第二太阳能转换装置，且该太阳能转换装置将包含于本专利多次揭示的一光伏数组中。其中，该集热器210与该光伏接收器230可切换操作。

现请参阅图9， 图8中的该转换装置的特写立体图，其显示在一监控器310的转动控制下。根据智能需求的指令，一监控器310(Site Controller)将通过工程信号驱使一机动性组件330(Motive Element)，使其转动该猎光组件220。该机动性组件330可为一螺线管(solenoid)、控制杆(lever)、液压或气压式活塞(hydraulic or pneumatic piston)或者任何机电性装置，其用以使该猎光组件220能延着转轴320转动，使该猎光组件220同步或近乎同步产生一转动变量r(Y)。当该猎光组件220以顺时针转动时，则将有较少的光能照射至先前所述的照射处，借此可动态控制该集热器210与该光伏接收器230的能量分配。其中，该猎光组件220具有相当快速的响应，包含云层覆盖变量的因应。此外，该监控器310亦可通过现场操作员或线路维修员执行人工操作。

现请参阅图10，本发明所揭示的一较佳实施例的特写立体图，且聚光槽120并未显示于图中。该集热器210利用导管或U型夹固定于一支柱520的上方。该集热器210的最佳位置设置于该光线的聚焦角度分布的聚焦处，且该猎光组件220固定于支柱520上，该猎光组件220可转动且与该聚焦处的距离为一短路径长度。该光伏接收器230设置于该猎光组件220的下方，其包含一多接面光伏接收器或垂直多接面光伏接收器的数组。一散热器540配至于该光伏接收器230的下方，其经由一散热支架550所支撑，且该散热支架550的末端固定于该支柱520的一点。

在一较佳实施例中，该猎光组件220为包含两种或多种型态的玻璃，此实施例在图28和图29中会详细说明。该玻璃(或是任何其它具有相似操作特性的适当材料)能借由该监控器310所传达的信号或其它输入决定该玻璃的反射率。如图所示的K(Y)信号，可使该玻璃由光反射性转变为光穿透性。此外，该转变可于极短时间内产生反应，而不需转动该镜面或该猎光组件220。通过该猎光组件220的型态操作，该猎光组件220可反射更多或更少的该高度集中的太阳光140，且其位于该猎光组件220的角度范围内并重新导向至该垂直多接面光伏接收器230。

该猎光组件220同时具备可变更型态与可转动特性，可任意装载或卸除该光伏接收器230数组或任意部件。

现请参阅图11，一类似图10的特写立体图，其中该猎光组件220固定于仅允许执行一热电转换模式的一位置。先前所述的一变动角度θ为接近90度，使该猎光组件220折迭而不会影响该高度集中的太阳光140，该高度集中的太阳光140将不会照射至该聚光槽120，其直接照射至该集热器210的该第一照射处510。现请参阅图13，一类似图11的特写立体图，其显示该猎光组件的底部可动面板。其中，跨越该猎光组件220的中央附着支架可包含拖架、金属扣眼或是高分子聚合物，其用以支撑使用于该猎光组件220的活动玻璃或金属，且该附着支架亦具有光反射性，可避免其吸收太阳光而上升温度，借此将能量损失降到最低。此外，猎光组件220可固定于一周边式框架，其足以承受由于该猎光组件220散佚能量所造成的热膨胀。

该集热器210与该猎光组件220的高度集中的太阳光140的分配，根据一监控器310所选择的一位置变量或者采用两种型态或多种型态的玻璃所决定。

现请参阅图12，一类似图10的特写立体图，其说明本发明的另一实施例，其中该猎光组件220具备调整热能与光伏能量转换的效能。若猎光组件220包含一已知的冷镜(ColdMirror)，则热辐射可穿透该冷镜至该集热器210，且短波常的红外光与可见光可被反射至该光伏接收器230。

此外，该猎光组件220可经由位置与型态的变更，有效分配该光线的聚焦角度分布130，并于该集热器210与该光伏接收器230之间形成高度集中的太阳光140。在图12中，左方的高度集中的太阳光140穿透该猎光组件220并照射至该集热器210，而右方的高度集中的太阳光140将反射至下方的光伏接收器230。

现请参阅图14与图15，本发明所揭示的一实施例的近距离侧视图，其显示该猎光组件220的两种不同配置位置与一猎光角度范围变量。在图14中，该猎光组件220固定于转轴320，并且向左翻转将近90度，而在图15中，该猎光组件220则大约为0度。为了减少能量的损失，该光伏接收器230的底部具有光反射的特性，借此可将部分照射于该光伏接收器230的底部的光线重新导向至该聚光槽120。其中，该猎光组件220具有一猎光角度范围610，其用以于该猎光角度范围610内捕捉该高度集中的太阳光140。此外，可将多组猎光组件220组成一数组于该聚光槽120内，借此捕捉更多的高度集中的太阳光140，并将其重新导向至该光伏接收器230。

现请参阅图16，本发明所揭示的一实施例的一光伏接收器结构示意图，其采用一垂直多接面光伏电池数组700热耦合至一散热器540。图17所示为图16的一垂直多接面光伏电池数组700的一子数组的局部放大特写立体图。其中，一垂直多接面光伏接收器710通过已知热接合技术与材料连接至一散热器540。而一组电池接收器模块可包含六组单独电池，其尺寸可由半导体生产线控管，例如，单独电池的尺寸为2.1 cm×5.5 cm将可组成尺寸为12 cm×9.5 cm的一数组模块。若以三组垂直多接面电池并联相接而形成一电池模块，再以两组该电池模块串联相接将可产生数百伏特的电压，例如仅以30倍至40倍太阳光强度照射至该垂直多接面数组，则将可产生约300伏特的电压。该数组可包含保护玻璃、透光黏着剂、热接口材料、线盖、波导管以及电路板。

该猎光组件220通过选择性布署的方式捕捉光线，该方式包含[1] 采用的至少一项光学性质选自反射与穿透；以及[2] 该猎光组件220的整体调变所跨越的一空间变量包含至少一猎光角度范围610与一猎光平移范围620。且该猎光组件220自身即包含一光伏接收器230，而不需重新将光线导向至该光伏接收器230。

现请参阅图18，本发明所揭示的另一较佳实施例的侧视图，其显示两组猎光组件及光伏接收器可通过一平移变量改变位置。该集热器210固定于该支架520的上方，而该猎光组件220则包含不同相对位置的两组组件，其本身即包含一光伏接收器230与相关的散热器540(图中未显示)。此外，该猎光组件220的设置位置必须避免暴露于能量过高的高度集中的太阳光140。其中，该猎光组件220亦可经由一监控器310的控制，沿着导向信道630以一般垂直方向向上移动，且该猎光组件220将于一猎光平移范围620内进行光线捕捉。其中，该猎光平移范围620的平移变量一般以实际长度值或者参数化形式表示。

现请参阅图19，其图18的特写立体图，其中该猎光组件220可转换为一完全光伏模式，并遮蔽该集热器210。在该完全光伏模式中，全部或近乎全部的光线的聚焦角度分布130与高度集中的太阳光140将无法照射至该集热器210，且将允许一混合分布式太阳能转换系统执行快速光电转换，并以约0.5秒的时间终止热能产生。现请参阅图20，其图19中混合式光伏/热能系统的广角图，其显示该拋物线型的聚光槽410与该光线的聚焦角度分布130的照射处位于该猎光组件220的上方，且该猎光组件220包含光伏接收器230。

现请参阅图21与图22，本发明所揭示的另一实施例的斜面侧视图。在该实施例中，该猎光组件220的尺寸、位置、及形状的设计将可通过旋转允许广角度部署。在图22的布置中，该猎光组件220将翻转部分角度，借此遮蔽部分热能。当该监控器310提供一转动指令的后，上述的转动流程将可于1/4秒的时间内完成。

现请参阅图23，本发明所揭示的另一拋物线型的聚光槽410的广角侧视图，该拋物线型的聚光槽410包含数组个别且分离的聚光器411。该拋物线型的聚光槽410包含数组个别且分离的聚光器411。先前技术将可搭配本发明所揭示的方法，并且利用几何变异来满足区域性的需求与工程要求。其中，本发明所揭示的方法及技术亦可应用于实现小规模发电系统，其包含较小型的聚光槽与猎光组件。

在本发明中，热导管可作为集热器使用，其中包含Schott所制作的管状接收器以及Schott PTR® 70高级接收器，其用以将氢气导入接收槽的空装置中，借此解决热流传导液体分解的问题。该些接收器的尺寸长为4公尺、内直径约为70 mm、外直径约为125 mm，而该外直径的硼硅酸盐(borosilicate)玻璃镀有一层抗反射层，使其达到约97%的透光率。在完全热能模式中，对于7.3公尺线性宽度的各拋物线型的聚光槽410，若2300瓦的太阳能照射于该拋物线型的聚光槽410上，则将有高于6000瓦的太阳能将照射至该接收器导管。如图12中所使用的猎光组件220，其包含一已知冷镜可提供分光光谱，借此将实质太阳光能量导向至光伏接收器230以进行光伏能量转换。在本方法所建立的7.3公尺的拋物线型的聚光槽410中，在持续生产热能的条件下，每一线性公尺将可产生超过500瓦的电能。在一较佳实施例中，该猎光组件220可为一25公分宽度的冷镜，其位置相当靠近该集热器210，且与该拋物线型的聚光槽410的该焦点的距离约为30公分。

在本发明中，该猎光组件220的尺寸、位置、方向及形状的设计于该光线的聚焦角度分布130中，用以选择性布署于距离该相对最大值的一短路径长度内，且该短路径长度需小于该拋物线型的聚光槽410相关的聚焦长度或传送长度的0.45倍，进一步该短路径长度需小于该拋物线型的聚光槽410相关的聚焦长度或传送长度的0.25倍，甚至该短路径长度需小于该拋物线型的聚光槽410相关的聚焦长度或传送长度的0.15倍。再依较佳实施例中，该短路径长度的条件必须具备操作简易、小于镜面尺寸以及较佳波束控制，如简易的光学校准以及简易光伏接收器230的对准。

本发明的一目的根据需求于热能与光伏能之间执行智能能生产能源的转换，用以保护系统过载、避免操作涡轮发电机的不稳定性与不安全性、或者延长该集热器210的热导管的使用寿命。其中，当该集热器210局部快速加热或过热时，将导致部分组件过度损耗、疲劳以及故障，例如聚光型太阳能发电厂发生故障的原因即由于该集热器210内的热导管故障所导致。热导管的破裂将导致设备使用的损坏，进而造成阀门关闭且降低能源输出。因此，导热管一般需通过焊接进行固定加工，故需要较高的成本。而造成导热管毁损的原因包含内部导管凹陷导致与外部真空玻璃管碰触，造成外部真空玻璃管破裂。本发明通过监控该内部导管的凹陷，借此调整其温度并避免造成该外部真空玻璃管破裂。

为了达成上述目的，有别于\传统聚光型太阳能发电厂调整入射光的追踪角度，本发明则采用实时分配光伏与热能的方法。例如，通过监控器310的调整，该垂直多接面光伏电池数组700可移动至该太阳光入射的路径，且通过特殊集热槽的遮蔽可阻止该热能的生成。另一方面，可通过设置一冷镜来转移部分的太阳光能量的光能部分至该光伏接收器230，并通过该集热器210吸收该太阳光能量的热能部分。

本发明所揭示的一混合光伏/热能(Photovoltaic/Thermal，PV/T)分布式发电厂，其包含相关的组件、输入、输出及功能。本发明所揭示的一监控器(Site Controller)可利用已知的工程原理、软件分析与工程、以及以往纯熟的工程经验执行微调处理，借此完成各种工程处理的目的。其中，该监控器的操作接口与该混合分布式太阳能转换电场(Plant)将接收各种输入(Inputs)并提供各种输出(Outputs)，且可采用已知的工程技术展现不同操作行为

而该监控器包含已知传统部件，例如一电控模块(Electronic Control Module，ECM)、一适性逻辑模块(Adaptive Logic Module，ALM)、一功率调节逻辑(Power ConditioningLogic，PCL)、以及电网附加逻辑(Grid Power Addition Logic，GPAL)。其中，该适性逻辑模块允许该系统学习过去的操作历史。该功率调节逻辑允许将所生成的多余电能回馈至电力公司的传输电网中。该电网附加逻辑可协助该电控模块确认是否将电能回馈并贩卖至该电力公司。

该传感器可根据已知技术加以使用，包括：根据聚光槽上方倾斜计，用以提供追踪角度与相关信息的反馈传感器、电网电压与波形传感器、储热温度传感器、以及各种故障传感器。其中，该各种故障传感器包含电力生成的接地错误感测以及入射太阳能的测量。

本发明所揭示的一方法，其允许快速、机动、精确的方式输出及分配该光伏与热能的转换系统，包含光伏组件的装在与光伏替代热能的转换。其中，该光伏及/或热能转换的增加或减少经由一监控器的控制命令所调整，且该控制命令需考虑下列任何一项的输入，包含先前的速率计量输入、一系统操作员输入、一交互信号、一电路故障侦测输入、一线路电压输入、一反馈程度输入、一变电站高电压信号、一孤岛效应侦测信号、一功率因子程度信号、一峰值抑制信号、一线路频率监控信号、一谐波侦测信号、一反馈被拒绝的信号、一线路维修员搁置信号、选自该集热器的一智能负载信号、以及由一涡轮系统所反馈的一信号。

根据上述的该输入信号，则该系统可呈现的功能包括︰借由一逻辑系统管理太阳能系统的照光与遮蔽，加以管理其太阳能的照射量；降低回馈至一电力公司的电力的线性失真；电力公司控制器，其允许干预性控制系统的功能，如终止该光伏发电；提升该反馈电力的收益；延长系统及相关组件的使用寿命；减少电力公司的生产成本；以及减少区域性电力公司储能设备的过载问题。

为了进一步提升系统运作效能与响应时间更快速并且反应更迅速，一机械性抖动640将应用至该猎光组件220。图24所示为一类似图13的特写侧视图，其显示本发明的另一实施例，其中一机械式抖动640系配置于一猎光组件220的上方。图25所示为一类似图6的特写剖面图，其中该猎光组件由一个监控器310通过一转动控制管理该机械式抖动640加以控制。该机械式抖动640可用以减少该猎光组件220的该反应时间，且可使任意活动与该电力线的频率同步化。在一较佳实施例中，该机械式抖动640的频率为该电力电网432的线性频率的倍数。

现请参阅图26与图27，所示为类似图3的特写剖面图，其显示本发明的另一较佳实施例，并说明具有光反射与光穿透两种状态的智能玻璃720。其中，该猎光组件220可使用该智能玻璃720任意变更状态而不需移动，且不论该智能玻璃720的材料成份，其可通过改变型态或相对型态而变更其光学性质，如穿透、反射、折射或电磁辐射。其中，该效能可通过已知材料或液晶系统所实现，例如向列型液晶系统、流体纤维或转动分子、盲孔侦测系统、光闸与微忙孔侦测系统、以及中性滤光片。当高度集中的太阳光140入射时，则该监控器310将发送状态信号至该猎光组件220，而该猎光组件220所采用的智能玻璃720将可非常快速由反射转换为穿透。该状态信号可经由电性的导体、光学性质的光纤、或者光电特性的材料等方式执行传送。由于本发明采用微观性质建立反射与穿透特性的变化，因此具有可有效降低能源损耗并提升系统反应时间。

现请参阅图28，本发明所使用的猎光组件220的状态变化示意图，其显示本发明的另一较佳实施例，并说明通过导入抖动信号，使该智能玻璃分别具有光反射与光穿透两种状态。电子信号或其他所导入的状态抖动，其用以调变一光反射变量R(t)，同时亦产生光穿透变量T(t)，且各变量皆为时间变量的函数。图28中显示R(t)与时间的对应图与显示T(t)与时间的对应图。由于该些变量代表光照射到猎光组件220的光反射变量与光穿透变量，且由两张图比较之下，若要达到节省能量的目的，则该些抖动或变量必须采用相异的相位，借此使得由该猎光组件220所反射的光线可根据时间加以调整。且由于该光伏接收器230为一光电组件，因此其亦根据电波而产生改变，故可于一周期时间或一非周期时间内完成快速切换，实现另一设计目标，例如利用该机械性抖动640使该光伏接收器230提供一电力输出，且该电力输出为该电力公司或电力电网线性频率的倍数或分数，如60 Hz或50Hz。

当减少电力反馈所需要的逆变器所面临负载处理与过载问题时，尽管每组其它的半波或峰值尚未被反转，该光伏接收器230已产生一个类似的电力波，借此可节省成本。

具有机械性或是由分子组成的该内部结构，可根据该电力公司线路频率进行增加或共振。由于系统长时间闲置将导致反应弛缓的问题，因此电子或其他信号抖动亦可维持系统反应并降低时间误差。先前技术所揭示的类似信号处理方式，其完成更多他良好效应的目标，例如消除光伏接收器230所生成的电力波形，借此允许该逆变器储能、电容回收或电机工程。借由该抖动的振幅调整，则该集热器210与该光伏接收器230的平均时间分配将可任意调整，例如自动化工业所使用的引擎，其燃料混合比例的控制，即为使用工作周期抖动燃料比例产生组件。

一个能改变型态的猎光组件能被用于其中包含光伏接收器230的猎光组件220，借此调整用于光伏转换所接收的光线量，而该方式将可通过智能玻璃720实现。

此外，各光伏数组或猎光组件之间，其电子信号或抖动将交错输出，以符合电子工程技术的需求。而在过去所揭示的信号处理技术中，信号产生器与信号产生电路亦可用以驱动本发明所揭示的猎光组件220。若监控器侦测相位误差时，例如发电时波形产生相位飘移，或是其他参数无法被接收时，则该监控器310可立即执行变动，并于一线性频率周期内修正该错误，此特性对于电力公司具有相当的吸引力。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种混合式能源转换系统，该系统可于多个太阳能转换装置与光伏接收器中执行智能需求的选择，并实时分配被聚集的太阳辐射，其特征在于，该系统包括：

一聚光槽，其尺寸、位置、方向及形状的设计用以聚集该太阳辐射，并产生一光线的一聚集角度分布，该光线的该聚集角度分布具有至少一聚焦长度与一传送长度，该长度由该聚光槽的表面至高度集中的太阳光的相对最大值的距离；

一第一太阳能转换装置，其选自一集热器，且该光伏接收器的尺寸、位置、方向及形状的设计经由该光线的该聚焦角度分布内的该高度集中的太阳光，用以接收来自于该聚光槽的至少部分该太阳辐射；以及

一选择性布署的猎光组件，其尺寸、位置、方向及形状的设计用以选择性猎光所需的至少部分聚焦角度分布的光线，其光线被反射、部分反射、导向至一第二太阳能转换装置，且该第二太阳能转换装置的选择对应于其他的该光伏接收器与该集热器，

该猎光组件通过选择性布署的方式捕捉光线，其采用的至少一项光学性质选自反射与穿透，且该猎光组件的整体调变所跨越的一空间变量包含至少一猎光角度范围与一猎光平移范围。

2.根据权利要求1所述的混合式能源转换系统，其特征在于，其中该猎光组件的尺寸、位置、方向及形状的设计于该光线的聚焦角度分布中，用以选择性布署于距离该相对最大值的一短路径长度s内，且该短路径长度需小于该聚光槽相关的聚焦长度或传送长度的0.45倍。

3.根据权利要求1所述的混合式能源转换系统，其特征在于，其中该猎光组件被放置于有效的位置，借此将高度集中的太阳光转向至该第二太阳能转换装置。

4.根据权利要求1所述的混合式能源转换系统，其特征在于，其中该光伏接收器包含至少一垂直多接面光伏电池。

5.根据权利要求1所述的混合式能源转换系统，其特征在于，其中该集热器为一个导热管，其设置于距离该聚光槽的该聚焦长度的位置。

6.根据权利要求1所述的混合式能源转换系统，其特征在于，其中该猎光组件包含一智能玻璃，该智能玻璃可通过调整其形状与位置，借此允许其光学性质的转换。

7.一种混合式能源转换系统，该系统可于多个太阳能转换装置与光伏接收器中执行智能需求的选择，并实时分配被聚集的太阳辐射，其特征在于，该系统包括：

一聚光槽，其尺寸、位置、方向及形状的设计用以聚集该太阳辐射，并产生一光线的一聚集角度分布，该光线的该聚集角度分布具有至少一聚焦长度与一传送长度，该长度由该聚光槽的表面至高度集中的太阳光的相对最大值的距离；

一第一太阳能转换装置，其选自一集热器，且该光伏接收器的尺寸、位置、方向及形状的设计经由该光线的该聚焦角度分布内的该高度集中的太阳光，用以接收来自于该聚光槽的至少部分该太阳辐射；以及

一选择性布署的猎光组件，其尺寸、位置、方向及形状的设计用以选择性猎光所需的至少部分聚焦角度分布的光线，且借由一第二太阳能转换装置执行该光线的转换，而该第二太阳能转换装置的选择对应于其他的一光伏接收器与一集热器，且该猎光组件包含该第二太阳能转换装置；

该猎光组件通过选择性布署的方式捕捉光线，其采用的至少一项光学性质选自反射与穿透，且该猎光组件的整体调变所跨越的一空间变量包含至少一猎光角度范围与一猎光平移范围。

8.根据权利要求7所述的混合式能源转换系统，其特征在于，其中该猎光组件的尺寸、位置、方向及形状的设计于该光线的聚焦角度分布中，用以选择性布署于距离该相对最大值的一短路径长度内，且该短路径长度需小于该聚光槽相关的聚焦长度或传送长度的0.45倍。

9.根据权利要求7所述的混合式能源转换系统，其特征在于，其中该猎光组件被放置于有效的位置，借此将高度集中的太阳光转向至该第二太阳能转换装置。

10.根据权利要求7所述的混合式能源转换系统，其特征在于，其中该集热器为一个导热管，其设置于距离该聚光槽的该聚焦长度的位置。