CN109087966A - 聚光光伏发电玻璃贴 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏发电设备技术领域，具体涉及一种聚光光伏发电玻璃贴。本发明所述聚光光伏发电玻璃贴，包括第一玻璃板、第二玻璃板及薄膜太阳能电池板。本发明具备以下优点和积极效果中的至少之一：在第一玻璃板与第二玻璃板之间设置V形槽，是一种设置在现有玻璃表面的聚光产品，以实现太阳光在V形槽斜面折射进入玻璃内部、并在玻璃内部实现全反射最终到达太阳能电池板。所述聚光光伏发电玻璃贴结构简单、绿色清洁、在保证聚光效率的同时也节约了成本，且可视性高、便于移动拆卸、操作便捷，具有较高的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电设备技术领域，具体涉及一种聚光光伏发电玻璃贴。
背景技术
太阳能作为目前可以使用的新能源中最经济、最清洁、最环保的可持续能源，越来越受到人们的关注。然而大部分地区太阳辐照能量密度较低，直接利用效率不高，并且现有的光伏玻璃大都存在成本较高的问题，不利于普遍推广到居民用户。
在现有技术中，光伏发电玻璃幕墙是用树脂将太阳电池粘贴在玻璃上，镶嵌于两片玻璃之间，通过电池可将光能转化成电能。但是其价格较高、可视性较差，在高温和弱光条件下表现较差。而碲化镉发电玻璃是通过在绝缘的半导体玻璃上，均匀涂抹仅4微米厚的(相当于头发丝的百分之一)碲化镉光电薄膜，让“小玻璃”实现“大变身”，成为可发电的建筑材料。由于碲原料稀缺，无法保这种电池不断增产的需求。镉作为重金属是有毒的，在碲化镉太阳能电池生产和使用的过程中可能会排放污染影响环境。
为此，我们提出了一种聚光光伏发电玻璃贴，以解决上述问题。
发明内容
本发明的一个主要目的在于克服现有技术中的至少一种缺陷，提供一种聚光光伏发电玻璃贴，所述聚光光伏发电玻璃贴结构简单、绿色清洁、在保证聚光效率的同时也节约了成本，且可视性高、便于移动拆卸、操作便捷，具有较高的实用价值。
为了实现上述技术方案，本发明采用以下技术方案：
根据本发明的一个方面，提供聚光光伏发电玻璃贴，包括第一玻璃板、第二玻璃板及薄膜太阳能电池板；
其中，所述第一玻璃板、第二玻璃板及薄膜太阳能电池板依次设置，所述第一玻璃板与第二玻璃板之间设有一凹槽，所述第一玻璃板、第二玻璃板为光线的传播介质，光线在所述第一玻璃板、第二玻璃板内传播最终到达所述薄膜太阳能电池板，所述薄膜太阳能电池板对光线进行收集。
根据本发明的一实施方式，优选为，所述凹槽为V形槽。
根据本发明的一实施方式，优选为，所述第一玻璃板的横截面呈三角形，所述第一玻璃板包括第一底面、第一左侧面及第一右侧面。
根据本发明的一实施方式，优选为，所述第一底面与第一右侧面的夹角为0～90°。
根据本发明的一实施方式，优选为，所述第一底面与第一右侧面的夹角为25°。
根据本发明的一实施方式，优选为，所述第一玻璃板的横截面呈直角三角形。
根据本发明的一实施方式，优选为，所述第二玻璃板的横截面呈梯形，所述第二玻璃板包括上底面、下底面，及分居所述上底面、下底面两侧的第二左侧面、第二右侧面；其中所述第二右侧面垂直于所述上底面、下底面。
根据本发明的一实施方式，优选为，所述第二左侧面与下底面的夹角为0～90°。
根据本发明的一实施方式，优选为，所述第二左侧面与下底面的夹角为25°。
根据本发明的一实施方式，优选为，所述聚光光伏发电玻璃贴设置于建筑玻璃墙外侧。
由上述技术方案可知，本发明具备以下优点和积极效果中的至少之一：
本发明中，在第一玻璃板与第二玻璃板之间设置V形槽，是一种设置在现有玻璃表面的聚光产品，以实现太阳光在V形槽斜面折射进入玻璃内部、并在玻璃内部实现全反射最终到达太阳能电池板。所述聚光光伏发电玻璃贴结构简单、绿色清洁、在保证聚光效率的同时也节约了成本，且可视性高、便于移动拆卸、操作便捷，具有较高的实用价值。
本发明所述的聚光光伏发电玻璃贴收集的能量，通过光电转换模块实现光电转换，以及通过稳压输出模块将电能输出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述聚光光伏发电玻璃贴的单体结构示意图；
图2为图1所述聚光光伏发电玻璃贴中，第一玻璃板与第二玻璃板依次设置的主视图；
图3为图1所述聚光光伏发电玻璃贴呈多组设置于建筑玻璃墙外侧的结构示意图；
图4为图2中第一玻璃板、第二玻璃板之间设置的V形槽满足全反射时的光线路径图；
图5为图4中入射角α与斜面倾角θ的函数关系图；
图6为聚光比γ与斜面倾角θ的函数关系图；
图7为本发明聚光光伏发电玻璃贴的两种光线路径示意图；
图8为将本发明聚光光伏发电玻璃贴导入lighttools软件的模拟仿真图；
图9为变化的入射角下的仿真接收效率示意图；
图10为模拟的薄膜太阳能电池板表面的能量分布图。
附图标记说明如下：
1-第一玻璃板、
11-第一底面、
12-第一左侧面、
13-第一右侧面、
2-第二玻璃板、
21-上底面、
22-下底面、
23-第二左侧面、
24-第二右侧面、
3-薄膜太阳能电池、
4-建筑玻璃墙。
具体实施方式
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
参见图1、2，图1为本发明所述聚光光伏发电玻璃贴的单体结构示意图，图2为图1所述聚光光伏发电玻璃贴中，第一玻璃板与第二玻璃板依次设置的主视图。
本发明所述聚光光伏发电玻璃贴，包括第一玻璃板1、第二玻璃板2及薄膜太阳能电池板3，所述第一玻璃板1、第二玻璃板2及薄膜太阳能电池3板依次设置，所述第一玻璃板1与第二玻璃板2之间设有一凹槽，所述第一玻璃板1、第二玻璃板2为光线的传播介质，光线在所述第一玻璃板1、第二玻璃板2内传播最终到达所述薄膜太阳能电池板3，所述薄膜太阳能电池板4对光线进行收集。
本实施例中，所述凹槽为V形槽。所述第一玻璃板1的横截面呈直角三角形，所述第一玻璃板1包括第一底面11、第一左侧面12及第一右侧面13。所述第一底面11与第一右侧面13的夹角为25°。所述第二玻璃板2的横截面呈梯形，所述第二玻璃板2包括上底面21、下底面22，及分居所述上底面21、下底面22两侧的第二左侧面23、第二右侧面24；其中所述第二右侧面24垂直于所述上底面21、下底面22。进一步地，所述第二左侧面23与下底面22的夹角为25°。
本发明中，在第一玻璃板1与第二玻璃板2之间设有V形槽。所述V形槽结构满足全反射的临界角度Φ＝90°。参见图4、5所示，图4为图2中第一玻璃板、第二玻璃板之间设置的V形槽满足全反射时的光线路径图，图5为图4中入射角α与斜面倾角θ的函数关系图。其中，所述入射角α为太阳高度角，所述斜面倾角即图2中第二左侧面23与下底面22的夹角。
根据全反射公式：nmsin(β+θ)＝nasin(Φ)；
其中，na＝1.0、nm＝1.49，得到β+θ＝42.15°。
根据折射定律：nmsin(β)＝nasin(α-θ)，得到nmsin(42.15°-θ)＝nasin(α-θ)。
由图5所示，随着纬度的降低，V形槽的斜面倾角θ逐渐减小。
本发明所述聚光光伏发电玻璃贴的几何聚光比计算如下：
光的等效接受面长度：λ＝2Htan(θ)；
电池板接受面积：H；
因此，定义几何聚光比：γ＝λ/H，计算得到：
由图6可知，随着纬度降低，聚光比得到显著提高。尤其在海口的聚光比可达25。
以下为不同城市平均太阳高度角、斜面倾角及聚光比的数据表，见下表1。
表1为不同城市平均太阳高度角、斜面倾角及聚光比的数据表
以下为不同城市当地模型角度计算公式：
其中，wi为每天的最大辐照量，αi为每天的最大入射角。关于上述各城市的数据来自2016年全国部分地区太阳辐射数据。
根据上述计算内容，参见图7内容，图7中的两种光线路径均满足上述的参数计算。其中的第一条光线路径为：入射光线通过V形槽折射进入第二玻璃板2，在第二玻璃板2的后内表面完成一次全反射后在V形槽内表面完成第二次全反射，然后反射光线依次在第二玻璃板2前内表面与后内表面再进行全反射，最终到达第二玻璃板2底部的薄膜太阳能电池板3上，在图7中靠上的光线路径为第一条光线路径；而第二条光线路径为：入射光线进入第二玻璃板2后只在第二玻璃板2内部前后平行平面全反射到达底部的薄膜太阳能电池板3处。需要说明的是，此处未示出薄膜太阳能电池板3。
为了量化对比，通过定义正常户型的家庭内全部安装光伏发电玻璃贴后月发电总量公式，计算结果如表3所示，其中1月份和6月份分别对应月发电总量的最小值和最大值。目前普通家庭月用电量基本在200-300度之间，因此本产品在达到最大月发电量时基本能满足一个家庭一半的用电量，具有很好的经济效益。
本发明中，上述月发电总量计算公式为：
上述公式中，参数说明表见下表2。
表2参数说明表
表3月发电总量表
本发明实施例中，参见图2的示意图制作实物模型后，通过lighttools软件进行仿真，参见图8、9，图8为将本发明聚光光伏发电玻璃贴导入lighttools软件的模拟仿真图，图9为变化的入射角下的仿真接收效率示意图。
在图8中，设置无限大平板光源发出平行光线以模拟太阳光线。将接收器(图中未示)放在本发明图2的右端，模拟薄膜太阳能电池板3对光线进行收集。设置入射光线总能量为1w，因此通过得到接收器接收到的能量，从而获得接收效率。如图9所示，在模拟仿真图中，进一步分析接收效率随太阳高度角(入射角)的动态变化，可以直观看到模型只对一定太阳高度角范围满足全反射条件，因此需要根据理论推导的公式，对不同地区设计不同尺寸的模型。图10为模拟的薄膜太阳能电池板表面的能量分布图，可以反映在电池板上能量分布均匀，从而保证电池板稳定输出功率。
本发明所述的聚光光伏发电玻璃贴是一种能固定在现有玻璃表面的聚光产品，以实现太阳光在V形槽的斜面折射进入玻璃板内部、并在玻璃板内部实现全反射最终到达薄膜太阳能电池板。通过lighttools仿真，其结果与预期设想一致，采用V槽结构，不仅能在保持原有的透光性的情况下进行低倍聚光，而且较大的降低了太阳能电池板的面积和成本，具有较大应用价值。
应可理解的是，本发明不将其应用限制到本文提出的部件的详细结构和布置方式。本发明能够具有其他实施例，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本发明的范围内。应可理解的是，本文公开和限定的本发明延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。本文所述的实施例说明了已知用于实现本发明的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本发明。
Claims (10)
1.聚光光伏发电玻璃贴，其特征在于,包括第一玻璃板、第二玻璃板及薄膜太阳能电池板；
其中，所述第一玻璃板、第二玻璃板及薄膜太阳能电池板依次设置，所述第一玻璃板与第二玻璃板之间设有一凹槽，所述第一玻璃板、第二玻璃板为光线的传播介质，光线在所述第一玻璃板、第二玻璃板内传播最终到达所述薄膜太阳能电池板，所述薄膜太阳能电池板对光线进行收集。
2.根据权利要求1所述的聚光光伏发电玻璃贴，其特征在于,所述凹槽为V形槽。
3.根据权利要求1所述的聚光光伏发电玻璃贴，其特征在于,所述第一玻璃板的横截面呈三角形，所述第一玻璃板包括第一底面、第一左侧面及第一右侧面。
4.根据权利要求1所述的聚光光伏发电玻璃贴，其特征在于,所述第一底面与第一右侧面的夹角为0～90°。
5.根据权利要求4所述的聚光光伏发电玻璃贴，其特征在于,所述第一底面与第一右侧面的夹角为25°。
6.根据权利要求3所述的聚光光伏发电玻璃贴，其特征在于,所述第一玻璃板的横截面呈直角三角形。
7.根据权利要求1所述的聚光光伏发电玻璃贴，其特征在于,所述第二玻璃板的横截面呈梯形，所述第二玻璃板包括上底面、下底面，及分居所述上底面、下底面两侧的第二左侧面、第二右侧面；其中所述第二右侧面垂直于所述上底面、下底面。
8.根据权利要求1所述的聚光光伏发电玻璃贴，其特征在于,所述第二左侧面与下底面的夹角为0～90°。
9.根据权利要求8所述的聚光光伏发电玻璃贴，其特征在于,所述第二左侧面与下底面的夹角为25°。
10.根据权利要求1～9任一项所述的聚光光伏发电玻璃贴，其特征在于,所述聚光光伏发电玻璃贴设置于建筑玻璃墙外侧。
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