CN112885916A - 基于晶硅电池及环形菲涅尔聚光镜的高倍聚光光伏装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于太阳能光伏应用领域的基于晶硅电池及环形菲涅尔聚光镜的高倍聚光光伏装置。所述方法包含了对高倍形菲涅尔聚光器以及适用于该聚光器光斑形状的高倍聚光晶硅电池。高倍环形菲涅尔聚光器为高倍点式聚光器，成本上低于传统的碟式聚光器，也没有菲涅尔透镜聚光器对于外形大小的限制，聚光倍数也高于一般的线式聚光器，在高倍聚光光伏领域有着较高的应用前景；高倍聚光晶硅电池相较于传统的晶硅电池，本发明对单块晶硅电池的面积进行了优化，同时优化了晶硅电池组件中晶硅电池片的组合方式。
Description
技术领域
本发明属于太阳能光伏利用领域，特别涉及到高倍聚光晶硅电池以及相应的高倍环形菲涅尔聚光器。
背景技术
太阳能光伏技术是太阳能利用的主要形式之一，在目前能源利用趋势越发紧张的情况下，光伏技术的研发对能源可持续利用有着极大的作用。高倍聚光光伏具有较高的转化率和效率，除了高转化率之外，高倍聚光光伏还具有温度系数小、电网匹配性好（日发电量高）、对环境友好（占地少、土地可综合利用）、效率可提升性强等特点。现存的高倍聚光太阳能电池都有着成本极高的缺点，例如三结电池等。晶硅电池有着廉价的成本以及较高的利用效率，但是晶硅电池的工作效率会随着温度的升高而降低；此外，传统的晶硅电池在较高的太阳辐照情况下产生的电流会有一定的上限，限制了晶硅电池的最高功率。浸没式的散热器有着很高的散热效率，可以解决晶硅电池温度高的问题；晶硅电池的面积与电流之间呈正比关系，小面积的晶硅电池片有着较小的电流，串联起来可以达到同样的功率，在功率不变的情况下降低了电流，此种方法可以有效解决晶硅电池电流上线问题。
发明内容
本专利提出的基于晶硅电池及环形菲涅尔聚光镜的高倍聚光光伏装置主要目的是实现高倍光伏发电。本专利聚光器使用的是环形菲涅尔聚光器，本专利通过将镜片优化为镀漆玻璃，有效提高了反射镜片的反射率，从而使太阳能利用率提高；聚光器的透镜部分，本专利对透镜的位置进行了优化，防止反射镜部分光线与透镜发生重叠，此外焦距和透镜半径进行了优化，提高了聚光器光斑的均匀度。均匀度优化主要为反射镜镜片聚焦点位置的优化设计以及反射镜镜片宽度的调整，将反射镜聚焦点位置由中心向外偏移，同时减小反射镜宽度，在稍微降低聚光器整体聚光比的前提下将焦点位置光斑的光强向外转移，从而环形菲涅尔高倍聚光器更适用于光伏电池的特性。
晶硅电池方面，由于晶硅电池的IV特性，随着聚光倍数的提升，单位面积电池产生的电流逐渐增大，但是电池片之间连接的汇流带有一定的传输上限，辐照达到一定程度时，电流很难再有所增加，本专利将电池面积根据聚光器聚光倍数进行优化设计，减小单片电池的面积，将同一半径范围内的电池片串联，减小了同等辐照情况下产生的电流，但是功率并未降低，从而使晶硅电池组件可以承受更高的太阳能辐照。同时光斑分布为中心对称型，同一半径范围内光强分布接近，产生电流值相近；不同半径范围内的光强分布不同，电池片产生的电流也不相同，根据电流源的特性，不同电流的电流源串联输出电流为最低值，所以不同半径范围内的电池片需要并联处理。
散热装置方面，本专利设计的散热装置为浸没式散热器，针对每一个晶硅电池片阵列都有相应的散热流道，使晶硅电池组件的温度保持均匀，防止电池组件出现受热不均匀的现象，从而产生组件背板的损坏。
本发明的有益效果为：
1、实现了高倍晶硅电池的高效发电
2、光伏发电的同时也产生了大量热能，提高了太阳能梯级利用效率
3、高倍聚光器结构进行了优化，有效提高了该聚光器的聚光性能。
附图说明
下面根据附图对本发明作进一步详细说明。
附图1为反射镜片的光路设计原理图，附图2为整个装置的三维示意图，附图3为接收器上表面的三维示意图，附图4为接收器下表面的三维示意图。
附图1-4中所示（1）为高倍聚光器透镜；（2）为高倍聚光器反射镜；（3）为高倍聚光器支架；（4）为高倍聚光晶硅电池；（5）为高倍聚光电池汇流带；（6）为冷却流道；（7）为流道入口；（8）为流道出口。
具体实施方式
下面如图和具体实施方式对本发明进行进一步说明：
如图1所示为相邻两块镜片的光线图，图中描述了Q、H、
、
、D的具体定义，公式（1）、（2）、（3）均由附图1推导而得。公式1描述了照射到（2）中心的光线满足的基础原则，即照射到（2）中心的光线会被反射到接收器的中心，对应个半径与高度与
、
值有相关的关系。公式2、3描述了相邻镜片之间高度和半径之间的关系，推导原理为：第N片反射镜的上边缘反射出的光线正好不被第N+1块镜片挡住，第N片镜片的下边缘与第N+1块镜片的上边缘在X坐标上相同。
如图2所示为整个装置的三维示意图，其中（1）与（2）相互配合，提高了整个装置的聚光比，接收器位于透镜和反射镜的焦点处。
如图3所示为接收器上表面的三维示意图，（4）呈环状分布，由（5）串联形成晶硅电池阵列，然后多个晶硅电池阵列并联形成整个晶硅电池组件。
如图4所示为接收器下表面的三维示意图，（6）也呈环状分布，不同电池阵列有不同的散热流道，以此方式来保证整个接收器装置温度的均匀性。
Claims (3)
1.基于晶硅电池及环形菲涅尔聚光镜的高倍聚光光伏装置特征在于：高倍聚光器（1），接收器（2），高倍聚光晶硅电池（3），晶硅电池散热装置（4），装置的追日结构（5）；为了配合高倍聚光器晶硅电池的使用，高倍聚光器进行了结构优化，反射镜片部分采用镀漆玻璃制成，镀漆玻璃相较于柔性镀银镜片有着更高的反射率，但是镜片有着一定的厚度，透镜部分需要与反射镜部分形成耦合，（1）中相邻反射镜片之间的结构参数关系如下：
其中Q、H、
、
、l、D分别为镜片中心点半径、高度（接收器焦点为）、镜片倾角以及镜片的长度、厚度，镜片的编号随着镜片半径的减小而增大，根据第一个镜片的结构参数即可确定所有镜片的结构参数；（1）中透镜与反射镜之间的关系如下：
其中f、R分别为透镜的焦距与半径。
2.根据权利要求1所述的基于晶硅电池及环形菲涅尔聚光镜的高倍聚光光伏装置中的接收器有以下特征：接收器（2）由高倍聚光晶硅电池（3）和散热装置（4）组成，高倍聚光晶硅电池根据聚光器光斑的形状以及聚光倍数进行了设计，由于光斑光强分布为中心对称的锥形分布，晶硅电池片呈环形分布，提高电池片接收的均匀度，每一环中的电池片串联形成一组，每组电池片之间并联形成电池组件；集热装置为浸没式装置，有着很好的散热效果，削弱高倍聚光带来温度过高的现象。
3.根据权利要求1所述的基于晶硅电池及环形菲涅尔聚光镜的高倍聚光光伏装置中的追日结构有以下特征：追日结构由两种电机组成，分别为方位电机与高度电机，方位电机位于接收器下部，高度电机的轴心与接收器处于同一水平线，且接收器会随着高度电机的转动而转动。
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