CN108692466A - 一种智能砷化镓高倍聚光热电联产模组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能砷化镓高倍聚光热电联产模组，包括外箱、至少一组砷化镓聚光及接收装置，砷化镓聚光及接收装置包括设置在外箱上表面的菲涅尔透镜以及设置于菲涅尔透镜下方箱体内的接收器；接收器包括自上而下依次设置的二次光学元件、砷化镓太阳能电池芯片和集热装置，集热装置中空且腔体内装导热介质，集热装置的内部设置有集热通道；箱体背面设置有电路结构，电路结构包括盒体和设置于盒体内的电压测量电路、比对电路、定位装置，电压测量电路的信号输出端与比对电路的信号输入端相连，定位装置、比对电路与控制中心都是有线连接或者通过无线信号收发装置相连。本发明对太阳能的利用率高，方便监测和维修，适用于光伏发电技术领域。
Description
技术领域
本发明属于太阳能发电技术领域，用于将太阳能转化为电能和热能，具体地说是一种智能砷化镓高倍聚光热电联产模组。
背景技术
随着科学技术的进步和经济的发展，人们的环保意识日益增强，太阳能作为可再生能源，以其总能量大、长久、普遍、无污染等诸多优点受到广泛的青睐，将太阳能进行光电、光热转化并加以利用是现在人们利用太阳能的普遍的技术手段。
如何提高太阳能的有效利用率成为制约光伏发电行业发展的一个主要因素，很多人选择砷化镓聚光及接收装置作为光电转换器件，但是现有的砷化镓聚光及接收装置对太阳能的利用率依然不够高。此外由于每个太阳能光伏板上有多个区块，每个区块又不止包含一个砷化镓聚光及接收装置，因此当某一个砷化镓聚光及接收装置损坏不易被发现，即使判断出有模组损坏也很难查找出其具体位置，这些不但严重影响了太阳能的转化效率还增加了维修人员的工作强度，从而增加了维护成本，延长了成本回收期。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能利用率高、维修方便的智能砷化镓高倍聚光热电联产模组。
本发明为实现上述目的，所采用的技术方案如下：
一种智能砷化镓高倍聚光热电联产模组，包括至少一个外箱、与所述外箱对应的至少一组砷化镓聚光及接收装置，所述砷化镓聚光及接收装置包括设置在外箱的箱盖上表面的菲涅尔透镜以及设置于菲涅尔透镜下方箱体内的接收器；
所述接收器包括自上而下依次设置的二次光学元件、砷化镓太阳能电池芯片和集热装置，所述菲涅尔透镜、二次光学元件、砷化镓太阳能电池芯片的纵向中心轴线在同一直线上，二次光学元件的下表面在水平面上的投影落在砷化镓太阳能电池芯片在水平面上的投影之内，所述集热装置中空且腔体内装导热介质，集热装置的内部设置有集热通道；
所述箱体背板上设置有电路结构，所述电路结构包括盒体和设置于盒体内的用于测量砷化镓聚光及接收装置输出电压的电压测量电路、比对电路、定位装置，所述电压测量电路的信号输出端与比对电路的电压信号输入端相连，定位装置、比对电路与控制中心都是有线连接或者通过无线信号收发装置相连，所述比对电路内预置有与自身对应的唯一ID。
作为限定：所述砷化镓太阳能电池芯片与集热装置之间设置有导热基板。
作为进一步限定：所述导热基板与集热装置之间设置有温差发电元件。
作为更进一步限定：所述二次光学元件与砷化镓太阳能电池芯片之间通过光学胶粘接，所述砷化镓太阳能电池芯片使用真空回流焊技术焊接在导热基板上，所述导热基板与温差发电元件之间通过导热胶粘接，温差发电元件与集热装置之间通过导热胶粘接。
作为对导热基板的另一种限定：所述导热基板为三层复合结构，其上层和下层均为铜覆金材质、中间层为Al2O3或者Al2N3材质。
作为第二种限定：所述外箱为长方体，沿箱体底边长边方向设置有M行、N列砷化镓聚光及接收装置，
所述M×N个接收器的电压输出端的连接结构为下列两种结构中的一种，
（一）所述M×N个接收器的电压输出端的连接结构为串并联结构，所述串并联结构即，每行的N个接收器的电压输出端依次串联，第一列、第N列各自所包含的M个接收器的电压输出端依次串接，所述M×N个接收器的电压输出端形成的串并联结构的总的输出端与电压测量电路的电压输入端相连；
（二）所述M×N个接收器的电压输出端依次串接；
所述M×N个集热装置的腔体的连接结构为下列两种结构中的一种，
①所述M×N个接收器的集热装置的连接结构为串并联结构，所述串并联结构即，每行的N个集热装置的腔体通过管道依次串接，第一列、第N列各自所包含的M个集热装置的腔体分别通过管道依次串接；
②所述M×N个集热装置的腔体通过管道依次串接；
所述外箱的数量为S个，第一外箱～第S外箱的箱体背板上均设置有总的导热介质的出口和总的导热介质的入口，S个外箱通过各自的总的导热介质的出口和总的导热介质的入口依次串接，S个外箱形成的串接结构的两端与一个主动泵相连；
所述M≥2，N≥2，S≥2。
作为第三种限定：所述二次光学元件下表面的形状与所述砷化镓太阳能电池芯片光电转换的区域的形状相同。
作为进一步限定：所述二次光学元件分为上部和下部，其上部为自上而下横截面直径逐渐变大的球缺/球带、下部为上大下小的圆锥/圆台/棱台；
所述上部与下部一体成型，二者的连接处圆滑过渡，下部外表面镀有反光材料。
作为第四种限定：所述菲涅尔透镜上表面自上而下涂有纳米材料制成的减灰膜、减反膜。
作为第五种限定：所述集热装置的腔体外表面设置有保温涂层或者阻燃保温材料层。
作为第六种限定：所述砷化镓太阳能电池芯片并联有反向旁路二极管。
作为对集热通道的限定：所述集热通道的结构采用以下任意一种结构，
Ⅰ、所述腔体内设置有多个彼此平行的隔板，相邻两隔板之间的空间形成集热通道，与隔板垂直的两侧壁上开设导热介质的出口、入口；
Ⅱ、所述腔体内设置有多个彼此平行的隔板，每个隔板上分别开设有供导热介质流过的小孔，与隔板平行的侧壁开设导热介质的出口、入口；
Ⅲ、所述腔体内设置有多个垂直于箱体底面的导热柱，侧壁开设有导热介质的出口、入口；
Ⅳ、所述腔体内设置有多个彼此平行并形成梳状交叉结构的隔板，与隔板平行的侧壁开设有导热介质的出口、入口。
作为对集热装置的另一种限定：所述总的导热介质的出口设置有第一流量计和温度计，总的导热介质的入口设置第二流量计，第一流量计、第二流量计的信号输出端分别与比对电路的第一流量信号输入端、第二流量信号输入端一一对应相连，温度计的信号输出端与比对电路的温度信号输入端相连。
本发明由于采用了上述的技术方案，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
（1）本发明设置的电路结构，通过测量砷化镓聚光及接收装置的输出电压并与设定值比对，以判断是否有砷化镓太阳能芯片损坏或老化，同时结合定位装置和信号发射装置将自身位置、监测结果发送至控制中心，方便监测和维修，降低了维护成本；
（2）本发明在导热基板和集热装置之间设置温差发电元件，能够提高1%～3%的发电量；
（3）本发明不但可以实现光电转换，还能实现热电转换，同时将多余热量交换给集热装置腔体内的导热介质从而为用户提供生活用热水或者暖气热量，这有利于提高太阳能的利用率，满足用户的用电及用暖多种需求，尤其适用于偏远山区，海岛哨所等地；
（4）本发明的二次光学元件上部设置为球带状或者球缺状，能够增大光吸收面积；
（5）本发明的二次光学元件设定为特定形状，能够优先保证散部分射光的二次汇聚，最后将光线均匀射在砷化镓太阳能电池芯片上，从而可以增大砷化镓太阳能电池芯片的寿命，还有利于集热装置快速将热量导出，同时上述结构还降低了对系统在跟踪太阳光直射方面的精确度的要求；
（6）本发明的菲涅尔透镜表面涂有纳米材料制成的减反膜、减灰膜，能够增加透光率，减少灰尘沉降，降低维护成本、时间和难度；
（7）本发明的集热装置外表面设置保温层，减少了热量损耗；
（8）本发明提供了多种结构的集热通道，有利于导热介质与集热装置进行充分的热交换，进一步提高了对太阳能的利用率；
（9）本发明的流量计实时监测其所对应的外箱的导热介质的出口的水流量，有利于使用者及时发现是否存在集热装置腔体堵塞的情况发生，避免因堵塞之后集热装置过热进而损坏整个设备的情况发生，同时设置温度计实时检测总的导热介质的出口的导热介质的温度，进一步降低了因堵塞之后集热装置过热进而损坏整个设备的情况发生；
（10）本发明的砷化镓太阳能电池芯片并联有反向旁路二极管，当某个砷化镓太阳能电池芯片损坏后，电流可通过其并联的旁路二极管继续传递；
（11）本发明对太阳能的利用率高，从而占地面积小，所采用的材料对高温的耐受性高，总体上对环境更加友好。
本发明适用于太阳能发电设备技术领域。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1为本发明实施例的总体结构示意图；
图2为本发明实施例的箱体背面结构示意图；
图3为本发明实施例的砷化镓聚光及接收装置结构示意图；
图4为本发明实施例的二次光学原件上部为球缺状的砷化镓聚光及接收装置结构示意图；
图5为本发明实施例的第一种结构的集热通道结构示意图；
图6为本发明实施例的第二种结构的集热通道结构示意图；
图7为本发明实施例的第三种结构的集热通道结构示意图；
图8为本发明实施例的第四种结构的集热通道结构示意图；
图9为本发明实施例的各个集热装置连接示意图。
图中：1、外箱，11、箱盖，12、箱体，13、盒体，2、菲涅尔透镜，3、接收器，31、二次光学元件，32、砷化镓太阳能电池芯片，33、导热基板，34、集热装置。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例 一种智能砷化镓高倍聚光热电联产模组
如图1，本实施例包括长方体形状的外箱1以及设置于外箱1上的八行、十列结构相同的砷化镓聚光及接收装置。
如图1所示，砷化镓聚光及接收装置包括设置在箱盖11上表面的菲涅尔透镜2以及设置于菲涅尔透镜2下方箱体12内的接收器3。
如图3和4所示，接收器3包括自上而下依次设置的二次光学元件31，砷化镓太阳能电池芯片32、导热基板33、温差发电元件和集热装置34，二次光学元件31与砷化镓太阳能电池芯片32之间通过光学胶粘接，砷化镓太阳能电池芯片32使用真空回流焊技术焊接在导热基板33上，导热基板33与温差发电元件之间通过导热胶粘接，温差发电元件与集热装置34之间通过导热胶粘接；二次光学元件31，砷化镓太阳能电池芯片32、导热基板33、温差发电元件和集热装置34的纵向中心轴线在同一直线上。温差发电元件采用碲化铋温差发电组件，能够提升1%-3%的发电效率。
菲涅尔透镜2上表面自上而下涂有纳米材料制成的减灰膜、减反膜。
如图3和4所示，二次光学元件31分为上部和下部，其上部为自上而下横截面直径逐渐变大的球缺/球带，下部为上大下小的圆台，上部与下部一体成型，二者的连接处圆滑过渡，下部外表面镀有反光材料，二次光学元件31下表面的形状与砷化镓太阳能电池芯片32光电转换的区域的形状相同。
砷化镓太阳能电池芯片32并联有反向旁路二极管。
导热基板33为三层复合结构，其上层和下层均为铜覆金材质、中间层为Al2O3或者Al2N3材质或其它基板材料。
集热装置34中空且内装导热介质，如图5所示，集热通道的结构可按照如图5所示结构设置，腔体内设置有多个彼此平行的隔板，相邻两隔板之间的空间形成集热通道，与隔板垂直的两侧壁上开设导热介质的出口、入口；也可按照如图6所示的结构设置，腔体内设置有多个彼此平行的隔板，每个隔板上分别开设有供导热介质流过的小孔，与隔板平行的侧壁开设导热介质的出口、入口；还可按照如图7所示的结构设置，腔体内设置有多个垂直于箱体底面的导热柱，侧壁开设有导热介质的出口、入口；又可按照如图8所示的结构设置，腔体内设置有多个彼此平行并形成梳状交叉结构的隔板，与隔板平行的侧壁开设有导热介质的出口、入口，集热装置34壳体外部设置有保温涂层或者阻燃保温材料层；如图9所示，八十个接收器3的集热装置的连接结构为串并联结构，即，每行的十个集热装置34的腔体通过管道依次串接，第一列、第十列各自所包含的八个集热装置34的腔体分别通过管道依次串接；八十个集热装置34的腔体形成的串并联结构的总的导热介质的出口设置有第一流量计和温度计，总的导热介质的入口设置第二流量计，第一流量计、第二流量计的信号输出端分别与比对电路的第一流量信号输入端、第二流量信号输入端一一对应相连，温度计的信号输出端与比对电路的温度信号输入端相连。
箱体12的背面上设置有电路结构，电路结构包括盒体13和设置于盒体13内的用于测量砷化镓聚光及接收装置输出电压的电压测量电路、比对电路、定位装置和信号发射装置，电压测量电路的信号输出端与比对电路的电压信号输入端相连，定位装置、比对电路与控制中心都是有线连接或者通过无线信号收发装置相连，比对电路内预置有与自身对应的唯一ID，太阳能电池芯片632的电压输出端与温差发电元件的电压输出端短接形成砷化镓聚光及接收装置的电压输出端，本实施例中，接收器3的电压输出端的连接结构为串并联结构，即，每行的八个接收器3的电压输出端依次串联，第一列、第八列各自所包含的十个接收器3的电压输出端依次串接，八十个接收器3的电压输出端形成的串并联结构的总的输出端与电压测量电路的电压输入端相连。
本实施例中，外箱1的个数为二十个，第一外箱～第二十外箱背板上均设置有总的导热介质的出口和总的导热介质的入口，二十个外箱1通过各自的总的导热介质的出口和总的导热介质的入口依次串接，二十个外箱1形成的串接结构的两端与一个主动泵相连。
本实施例中，二次光学元件31的下部还可为上大下小的棱台或者棱锥，本实施例中，八十个砷化镓聚光及接收装置的电压输出端还可设置为依次串接的连接方式；八十个集热装置34的腔体还可设置为通过管道依次串接的连接方式。
本实施例中，比对电路采用以LM339集成块为核心的比对电路，箱体12采用一体化成形工艺制作。
本实施例的工作原理：太阳光被菲涅尔透镜2汇聚后，进入二次光学元件31，在二次光学元件31内部经过反射、折射的过程形成饱和的、均匀的太阳光束，并投射到砷化镓太阳能电池芯片32上，砷化镓太阳能电池芯片32吸收收到的太阳光能量并将其转化为电能，导热基板33将太阳光的热能传到给集热装置34，集热装置34将收到的热量交换给内部的导热介质并以此给用户提供生活用热水或者热气；导热基板33和集热装置34之间的温差发电元件将多余的热量转化为电能；在上述过程中，电路结构中的电压测量电路测量所有砷化镓聚光及接收装置发电的总电压，并将电压测量结果发送到比对电路，第一流量计、第二流量计将测得的流量结果发送至比对电路，温度计将检测导热介质的出口的导热介质的温度并将结果发送至比对电路，比对电路将收到的电压测量结果、流量测量结果和温度测量结果与其内部的预设的标准值比对并将比对结果、自身ID信息发送到控制中心，定位装置通过信号发射装置将自身的位置信息发送到控制中心；控制中心的管理人员可以实时查看是否存在电压异常或者流量异常的情况，并及时获知电压异常、流量异常或者温度异常的砷化镓聚光及接收装置所处的位置。
Claims (13)
1.一种智能砷化镓高倍聚光热电联产模组，其特征在于：包括至少一个外箱、与所述外箱对应的至少一组砷化镓聚光及接收装置，所述砷化镓聚光及接收装置包括设置在外箱的箱盖上表面的菲涅尔透镜以及设置于菲涅尔透镜下方箱体内的接收器；
所述接收器包括自上而下依次设置的二次光学元件、砷化镓太阳能电池芯片和集热装置，所述菲涅尔透镜、二次光学元件、砷化镓太阳能电池芯片的纵向中心轴线在同一直线上，二次光学元件的下表面在水平面上的投影落在砷化镓太阳能电池芯片在水平面上的投影之内，所述集热装置中空且腔体内装导热介质，集热装置的内部设置有集热通道；
所述箱体背板上设置有电路结构，所述电路结构包括盒体和设置于盒体内的用于测量砷化镓聚光及接收装置输出电压的电压测量电路、比对电路、定位装置，所述电压测量电路的信号输出端与比对电路的电压信号输入端相连，定位装置、比对电路与控制中心都是有线连接或者通过无线信号收发装置相连，所述比对电路内预置有与自身对应的唯一ID。
2.根据权利要求1所述的一种智能砷化镓高倍聚光热电联产模组，其特征在于：所述砷化镓太阳能电池芯片与集热装置之间设置有导热基板。
3.根据权利要求2所述的一种智能砷化镓高倍聚光热电联产模组，其特征在于：所述导热基板与集热装置之间设置有温差发电元件。
4.根据权利要求2或3所述的一种智能砷化镓高倍聚光热电联产模组，其特征在于：所述二次光学元件与砷化镓太阳能电池芯片之间通过光学胶粘接，所述砷化镓太阳能电池芯片使用真空回流焊技术焊接在导热基板上，所述导热基板与温差发电元件之间通过导热胶粘接，温差发电元件与集热装置之间通过导热胶粘接。
5.根据权利要求2所述的一种智能砷化镓高倍聚光热电联产模组，其特征在于：所述导热基板为三层复合结构，其上层和下层均为铜覆金材质、中间层为Al2O3或者Al2N3材质。
6.根据权利要求1所述的一种智能砷化镓高倍聚光热电联产模组，其特征在于：所述外箱为长方体，沿箱体底边长边方向设置有M行、N列砷化镓聚光及接收装置，
所述M×N个接收器的电压输出端的连接结构为下列两种结构中的一种，
（一）所述M×N个接收器的电压输出端的连接结构为串并联结构，所述串并联结构即，每行的N个接收器的电压输出端依次串联，第一列、第N列各自所包含的M个接收器的电压输出端依次串接，所述M×N个接收器的电压输出端形成的串并联结构的总的输出端与电压测量电路的电压输入端相连；
（二）所述M×N个接收器的电压输出端依次串接；
所述M×N个集热装置的腔体的连接结构为下列两种结构中的一种，
①所述M×N个接收器的集热装置的连接结构为串并联结构，所述串并联结构即，每行的N个集热装置的腔体通过管道依次串接，第一列、第N列各自所包含的M个集热装置的腔体分别通过管道依次串接；
②所述M×N个集热装置的腔体通过管道依次串接；
所述外箱的数量为S个，第一外箱～第S外箱的箱体背板上均设置有总的导热介质的出口和总的导热介质的入口，S个外箱通过各自的总的导热介质的出口和总的导热介质的入口依次串接，S个外箱形成的串接结构的两端与一个主动泵相连；
所述M≥2，N≥2，S≥2。
7.根据权利要求1所述的一种智能砷化镓高倍聚光热电联产模组，其特征在于：所述二次光学元件下表面的形状与所述砷化镓太阳能电池芯片光电转换的区域的形状相同。
8.根据权利要求7所述的一种智能砷化镓高倍聚光热电联产模组，其特征在于：所述二次光学元件分为上部和下部，其上部为自上而下横截面直径逐渐变大的球缺/球带、下部为上大下小的圆锥/圆台/棱台；
所述上部与下部一体成型，二者的连接处圆滑过渡，下部外表面镀有反光材料。
9.根据权利要求1所述的一种智能砷化镓高倍聚光热电联产模组，其特征在于：所述菲涅尔透镜上表面自上而下涂有纳米材料制成的减灰膜、减反膜。
10.根据权利要求1所述的一种智能砷化镓高倍聚光热电联产模组，其特征在于：所述集热装置的腔体外表面设置有保温涂层或者阻燃保温材料层。
11.根据权利要求1所述的一种智能砷化镓高倍聚光热电联产模组，其特征在于：所述砷化镓太阳能电池芯片并联有反向旁路二极管。
12.根据权利要求6所述的一种智能砷化镓高倍聚光热电联产模组，其特征在于：所述集热通道的结构采用以下任意一种结构，
Ⅰ、所述腔体内设置有多个彼此平行的隔板，相邻两隔板之间的空间形成集热通道，与隔板垂直的两侧壁上开设导热介质的出口、入口；
Ⅱ、所述腔体内设置有多个彼此平行的隔板，每个隔板上分别开设有供导热介质流过的小孔，与隔板平行的侧壁开设导热介质的出口、入口；
Ⅲ、所述腔体内设置有多个垂直于箱体底面的导热柱，侧壁开设有导热介质的出口、入口；
Ⅳ、所述腔体内设置有多个彼此平行并形成梳状交叉结构的隔板，与隔板平行的侧壁开设有导热介质的出口、入口。
13.根据权利要求6所述的一种智能砷化镓高倍聚光热电联产模组，其特征在于：所述总的导热介质的出口设置有第一流量计和温度计，总的导热介质的入口设置第二流量计，第一流量计、第二流量计的信号输出端分别与比对电路的第一流量信号输入端、第二流量信号输入端一一对应相连，温度计的信号输出端与比对电路的温度信号输入端相连。
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