CN109150090A - 一种基于分光原理的聚光光伏热电联产装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于分光原理的聚光光伏热电联产装置，装置包括聚光透镜、凹透镜、滤光片、聚光太阳能电池、陶瓷基板、导热胶、真空管、隔热层、高温热吸收管和低温热吸收管。聚光透镜置于整个装置的最上方，聚光透镜置于整个装置的最上方；凹透镜放在聚光透镜正下方；滤光片置于凹透镜下方，用于将凹透镜校准的平行光分为两部分；一部分光经滤光片截止之后反射到高温热吸收管进行光热利用，高温热吸收管安装在真空管里面；另一部分透射过滤光片照射到聚光太阳能电池上进行光电转化。本发明提出了聚光光伏的分频利用，起到了太阳能光热——光电一体化作用，提高了聚光光伏装置太阳能利用率和聚光太阳能电池的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于分光原理的聚光光伏热电联产装置，属于太阳能高效利用技术领域。
背景技术
随着环境问题和能源短缺问题日益严重，太阳能作为一种洁净的可再生的能源具有很大的利用前景，其有效利用是解决环境问题和能源问题的主要途径之一。到达地表的太阳全波辐射波谱范围为280——4000nm。太阳能电池只能将300—1200nm波段的能量转换成电能，而大部分未被太阳能电池利用的能量作为热量被耗散。随着光伏装置运行过程中，温度不断增加，特别是在聚光条件下，温度将会更高。随着温度的升高，太阳能电池的光电转化效率将会降低。
发明内容
本发明通过分光原理将太阳能波段划分为两部分，一部分用于聚光太阳能电池进行光电转化，另外一部分被热吸收管道内的传热流体吸收进行光热转化。
通过分光原理对太阳能分频利用，一方面减轻聚光太阳能电池的热负荷，避免聚光太阳能电池过热，保持其在较低的温度运行，保证光电转化效率。另一方面，传热流体不再受太阳能电池工作温度的限制。
本发明的目的是提供一种基于分光原理的聚光光伏热电联产装置。在现有的技术上提出了太阳能分频利用，达到太阳能光电——光热的综合利用，从而提高太阳能的利用率和太阳能电池的光电转换效率。
本发明的技术方案如下：
一种基于分光原理的聚光光伏热电联产装置，所述装置包括聚光透镜、凹透镜、滤光片、聚光太阳能电池、陶瓷基板、导热胶、真空管、隔热层、高温热吸收管和低温热吸收管；
所述聚光透镜置于整个装置的最上方，用于将太阳光集中；所述凹透镜放在聚光透镜正下方，用于校准太阳光；所述滤光片置于凹透镜下方，用于将凹透镜校准的平行光分为两部分；一部分光经滤光片截止之后反射到高温热吸收管进行光热利用，所述高温热吸收管安装在真空管里面；另一部分透射过滤光片照射到聚光太阳能电池上进行光电转化，所述聚光太阳能电池安装在滤光片下方并通过导热胶粘贴在陶瓷基板的正面；所述隔热层包裹在低温热吸收管外侧，所述隔热层通过导热胶粘在陶瓷基板的背面，用于吸收聚光太阳能电池产生的热量。
优选地，上述聚光透镜为半球形菲涅尔聚光透镜，制作材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
优选地，上述凹透镜为平凹透镜，一面是球面，一面是平面。
优选地，上述滤光片为二向色镜，制作材料为TiO2-Nb2O3/SiO2。
优选地，上述二向色镜与水平面呈45度倾斜放置。
优选地，上述二向色镜对于波长大于1200nm的光反射率大于90%，透射率小于1%，对于波长在300——1200nm之间的光，透射率大于90%，反射率小于1%。
优选地，上述高温热吸收管安装在真空管里面，高温热吸收管内的传热流体为硅油。
优选地，上述聚光太阳能电池为三结砷化镓电池，该电池材料分别为GaInP/GaInAs/Ge。
优选地，上述陶瓷基板的材料为Al2O3。
优选地，上述粘在聚光太阳能电池背面的低温热吸收管内的传热流体为水。
优选地，上述用于聚光电池与低温热吸收管连接的导热胶材料为Sn95Ag5。
优选地，上述隔热层材料为真空板。
本发明所达到的有益效果：
1、通过聚光装置提高整个光伏系统的太阳能流密度，提高装置的输出能量。
2、通过二向色镜将太阳光分为两部分，不能用于聚光电池光电转化的光波反射到热吸收管上直接进行光热转化，能用于光电转化的光波透射到电池上进行光电转化，提高太阳能利用率。
3、将不能用于光电转化的光波进行分离，可以有效降低光伏电池热量，提高电池发电效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是光伏电池组件示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种基于分光原理的聚光光伏热电联产装置，所述装置包括聚光透镜1、凹透镜2、滤光片3、聚光太阳能电池4、陶瓷基板5、导热胶6、真空管7、隔热层8、高温热吸收管9和低温热吸收管10；
所述聚光透镜1置于整个装置的最上方，用于将太阳光集中；所述凹透镜2放在聚光透镜正下方，用于校准太阳光；所述滤光片3置于凹透镜2下方，用于将凹透镜2校准的平行光分为两部分；一部分光经滤光片3截止之后反射到高温热吸收管9进行光热利用，所述高温热吸收管9安装在真空管7里面；另一部分透射过滤光片2照射到聚光太阳能电池4上进行光电转化，所述聚光太阳能电池4安装在滤光片3下方并通过导热胶6粘贴在陶瓷基板5的正面；所述隔热层8包裹在低温热吸收管10外侧，所述隔热层8通过导热胶粘6在陶瓷基板5的背面，用于吸收聚光太阳能电池产生的热量。
优选地，上述聚光透镜1为半球形菲涅尔聚光透镜，制作材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
优选地，上述凹透镜2为平凹透镜，一面是球面，一面是平面。
优选地，上述滤光片3为二向色镜，制作材料为TiO2-Nb2O3/SiO2。
优选地，上述二向色镜与水平面呈45度倾斜放置。
优选地，上述二向色镜对于波长大于1200nm的光反射率大于90%，透射率小于1%，对于波长在300——1200nm之间的光，透射率大于90%，反射率小于1%。
优选地，上述高温热吸收管9安装在真空管7里面，高温热吸收管9内的传热流体为硅油。
优选地，上述聚光太阳能电池4为三结砷化镓电池，该电池材料分别为GaInP/GaInAs/Ge。
优选地，上述陶瓷基板5的材料为Al2O3。
优选地，上述粘在陶瓷基板5背面的低温热吸收管内的传热流体为水。
优选地，上述用于聚光电池4与低温热吸收管10连接的导热胶6材料为Sn95Ag5。
优选地，上述隔热层8材料为真空板。
本发明的工作原理如下：
在本发明中，如图1所示，太阳光首先经过聚光透镜1将光线集中入射到凹透镜2上，光线经凹透镜2校准成平行光之后入射到滤光片3上。在滤光片3上，太阳光被分为两部分。一部分为波长大于1200nm（这部分光波聚光太阳能电池无法进行光电转化）的光波被滤光片3截止反射到真空管7的表面，在真空管7内的高温热吸收管9将滤光片3上反射到真空管7上的光能进行吸收转化为热能。另一部分波长小于1200nm的光波透射过滤波片3入射到聚光光伏电池4上进行光电转化。随着电池的运行再加上光能不能被充分的利用，电池也会产生部分热量，通过在电池底座陶瓷基板5背面安装低温热吸收管10吸收这部分热量，并且在低温热吸收管10上包裹隔热材料8，防止热量的散失，从而达到太阳能的高效利用和给电池降温的作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于分光原理的聚光光伏热电联产装置，其特征在于所述装置包括聚光透镜、凹透镜、滤光片、聚光太阳能电池、陶瓷基板、导热胶、真空管、隔热层、高温热吸收管和低温热吸收管；
所述聚光透镜置于整个装置的最上方，用于将太阳光集中；所述凹透镜放在聚光透镜正下方，用于校准太阳光；所述滤光片置于凹透镜下方，用于将凹透镜校准的平行光分为两部分；一部分光经滤光片截止之后反射到高温热吸收管进行光热利用，所述高温热吸收管安装在真空管里面；另一部分透射过滤光片照射到聚光太阳能电池上进行光电转化，所述聚光太阳能电池安装在滤光片下方并通过导热胶粘贴在陶瓷基板的正面；所述隔热层包裹在低温热吸收管外侧，所述隔热层通过导热胶粘在陶瓷基板的背面，用于吸收聚光太阳能电池产生的热量。
2.根据权利要求1所述的一种基于分光原理的聚光光伏热电联产装置，其特征在于：所述聚光透镜为半球形菲涅尔聚光透镜，制作材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
3.根据权利要求1所述的一种基于分光原理的聚光光伏热电联产装置，其特征在于：所述凹透镜为平凹透镜，一面是球面，一面是平面。
4.根据权利要求1所述的一种基于分光原理的聚光光伏热电联产装置，其特征在于：所述滤光片为二向色镜，制作材料为TiO2-Nb2O3/SiO2。
5.根据权利要求4所述的一种基于分光原理的聚光光伏热电联产装置，其特征在于：所述二向色镜与水平面呈45度倾斜放置。
6.根据权利要求1所述的一种基于分光原理的聚光光伏热电联产装置，其特征在于：所述高温热吸收管安装在真空管7里面，高温热吸收管内的传热流体为硅油。
7.根据权利要求1所述的一种基于分光原理的聚光光伏热电联产装置，其特征在于：所述聚光太阳能电池为三结砷化镓电池，该电池材料分别为GaInP/GaInAs/Ge。
8.根据权利要求1所述的一种基于分光原理的聚光光伏热电联产装置，其特征在于：所述陶瓷基板的材料为Al2O3。
9.根据权利要求1所述的一种基于分光原理的聚光光伏热电联产装置，其特征在于：所述低温热吸收管内的传热流体为水。
10.根据权利要求1所述的一种基于分光原理的聚光光伏热电联产装置，其特征在于：所述导热胶为Sn95Ag5。
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