CN114584065B - 光伏发电系统及电能存储系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏发电系统及电能存储系统，沿光线传播方向，光伏发电系统包括依次设置的聚光反射镜、聚光透射镜和光伏电池，聚光透射镜设置于聚光反射镜与聚光反射镜焦点之间；聚光反射镜和光伏电池之间设置有滤光组件，滤光组件包括第一管，第一管为透明管，用于流通光谱导热流体介质，以吸收非响应波段光线。光在传播过程中，依次经聚光反射镜、聚光透射镜会聚，再经光谱导热流体介质选择性地吸收光线，以对会聚光线筛选，电能存储系统包括光伏发电系统、蓄电池组、电量监测组件和供电切换开关，本发明所提供的光伏发电系统和电能存储系统，能够提高光伏电池的做功能力、发电效率及电能的使用率。

Description

光伏发电系统及电能存储系统

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，具体而言，涉及一种光伏发电系统及电能存储系统。

背景技术

聚光光伏(concentrated photovoltaic systems，CPV)技术是一种利用透镜或镜子等光学元件将大面积阳光集中在小面积上，利用光伏效应发电的发电技术。现有的光伏发电系统中，虽然利于聚光光伏技术一定程度上发电效率，但是，由于聚焦倍数较低，因此，现有的光伏发电系统中，仍然存在光伏电池做功能力不足，发电效率很低的技术问题。此外，聚集的阳光投射在太阳能电池板上，焦点处会产生很高的热量，一方面会产生热量损失，另一方面会使光伏电池表面温度急剧升高，光伏电池局部温度升高，会导致光伏电池的光电转换效率降低，并且长时间的高温会给光伏电池带来不可逆的损伤，从而降低转换效率，影响使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光伏发电系统及电能存储系统，以解决现有的光伏发电系统中聚焦倍数低而导致的光伏做功力不足、发电率低、电能使用效低的技术问题。

本发明提供了一种光伏发电系统，沿着光线的传播方向，该光伏发电系统包括依次设置的聚光反射镜、聚光透射镜和光伏电池，所述聚光透射镜设置于所述聚光反射镜与聚光反射镜焦点之间；所述聚光反射镜和所述光伏电池之间设置有滤光组件，所述滤光组件包括第一管，所述第一管为透明管，且用于流通光谱导热流体介质，以吸收非响应波段光线；

其中，所述第一管设置于所述聚光反射镜与所述聚光透射镜之间，来自所述聚光反射镜的光线依次透射所述第一管和所述聚光透射镜后，入射至光伏电池发电；或者，所述第一管设置于所述聚光透射镜与所述光伏电池之间，来自所述聚光反射镜的光线依次透射所述聚光透射镜和所述第一管后，入射至光伏电池发电。

进一步地，所述聚光透射镜设置于靠近所述聚光反射镜焦点的部位。

进一步地，所述聚光反射镜为塔式、槽式、蝶式和菲涅尔式反射镜中的至少一种或多种的组合；

进一步地，所述聚光透射镜为菲涅尔透镜、凸透镜或具有聚光功能的柱状体透镜。

进一步地，所述滤光组件还包括套设于所述第一管外部的保温层，所述保温层用来透光的部位为透明保温层。

进一步地，所述滤光组件还包括套设于所述第一管外部的第二管，所述第二管为透明管，所述第一管和第二管之间的间隙为真空层，所述真空层形成所述保温层。

进一步地，所述第一管为石英玻璃管；和/或，所述第二管为石英玻璃管。

进一步地，所述光伏电池的背面设置有换热冷却器，所述换热冷却器用于对所述光伏电池进行冷却降温。

进一步地，所述光伏电池包括：晶硅电池、非晶硅电池、钙钛矿电池、砷化镓电池中的至少一种。

本发明所提供的光伏发电系统带来的有益效果是：

本发明所提供的光伏发电系统中，沿着光线的传播方向，由于设置了聚光反射镜和聚光透射镜，光在传播过程中，经聚光反射镜一级会聚，经聚光透射镜又一级会聚，相对于现有技术中的光伏发电系统，能够得到更高聚焦倍数的响应波段光线，进而保证更多响应波段光线入射至光伏电池，提高光伏电池的做功能力，提高发电效率；另一方面，由于本发明实施例所提供的光伏发电系统中，能够得到更高聚焦倍数的响应波段光线，相对于现有技术中的光伏发电系统，在获得同样能量的光时，可以将光伏电池设计的更小，进而降低光伏电池的制作成本；另一方面，本发明所提供的光伏发电系统中，增加了非响应波段光线的选择性吸收环节，即，再经过一级滤光组件的第一管内的光谱导热流体介质进行选择性地吸收光，以对会聚光进行筛选，非响应波段光线被传热流体吸收后能够供应高参数的热能。由于易于造成组件温度升高的非响应波段光被预先过滤，剩下的透射光中，响应波段光占比提高，响应波段光线入射至光伏电池300进行发电，进而提高发电效率，还克服了光伏电池由于局部高温导致的设备发电效率下降和寿命下降问题；总之，本发明所提供的光伏发电系统，有效解决了现有技术中由于聚焦倍数不足导致的高倍聚光光伏电池做功能力不足、发电效率低及寿命低的技术问题。

本发明中，非响应波段光线，指不能产生光伏效应的波段所对应的光线，主要包括热效应较高的光线；响应波段光线，指主要是能够产生光伏效应的波段所对应的光线。

本发明所提供的电能存储系统，包括上述光伏发电系统；

还包括若干蓄电池组、电量监测组件和供电切换开关，所述蓄电池组用于储存所述光伏发电系统所产生的电能，所述电量监测组件用于监测所述蓄电池组的电量，所述供电切换开关用来切换供电方向；

当电量监测组件监测到蓄电池组满电量时，则通过供电切换开关将供电方向切换至市电网。

本发明所提供的光伏发电系统所带来的有益效果是：

本发明所提供发电能存储系统，由于包括了上述光伏发电系统，故具有上述光伏发电系统的所有优点，即：能够提高发电效率，在获得同样能量的光时，降低光伏电池的制作成本，能够供应高参数的热能，具体不再赘述；此外，当蓄电池组为充满电时，将上述光伏发电系统所产生的电能存储于蓄电池组中，当蓄电池组充满电时，通过供电切换开关，将供电方向切换至市电网，依此充分利用自然资源太阳能，提高电能使用率。

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的光伏发电系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的光伏发电系统的塔式布置示意图，其中，未显示聚光透射镜、光伏电池等零部件，A部区域用来放置聚光透射镜、光伏电池等零部件；

图3为本发明实施例所提供的光伏发电系统的槽式布置示意图；

图4为本发明实施例所提供的光伏发电系统的碟式布置示意图，其中，未显示聚光透射镜、光伏电池等零部件，B部区域用来放置聚光透射镜、光伏电池等零部件；

图5为本发明实施例所提供的光伏发电系统的菲涅尔式布置示意图。

附图标记说明：

100-聚光反射镜；

200-聚光透射镜；

300-光伏电池；

400-滤光组件；

410-第一管；420-光谱导热流体介质；430-第二管；440-真空层；

500-换热冷却器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种光伏发电系统及电能存储系统，如图1-图5所示，具体如下所述。

本发明实施例提供一种光伏发电系统，如图1所示，沿着光线的传播方向，该光伏发电系统包括依次设置的聚光反射镜100、聚光透射镜200和光伏电池300，聚光透射镜200设置于聚光反射镜100与聚光反射镜焦点之间。

本发明实施例所提供的光伏发电系统中，沿着光线的传播方向，由于设置了聚光反射镜100和聚光透射镜200，光在传播过程中，经聚光反射镜100一级会聚，经聚光透射镜200又一级会聚，相对于现有技术中的光伏发电系统，能够得到更高聚焦倍数的响应波段光线，进而保证更多响应波段光线入射至光伏电池300，提高光伏电池300的做功能力，提高发电效率；另一方面，由于本发明实施例所提供的光伏发电系统中，能够得到更高聚焦倍数的响应波段光线，相对于现有技术中的光伏发电系统，在获得同样能量的光时，可以将光伏电池300设计的更小，进而降低光伏电池300的制作成本。

本发明实施例中，聚光透射镜200设置于靠近聚光反射镜焦点的部位，如此设置，能够会聚更多的响应波段光线，进一步提高光伏发电系统的做功能力及发电效率。

具体的，聚光反射镜100可以选择多种形式，如图2-图5所示，可以选择为塔式（如图2）、槽式（如图3）、蝶式（如图4）和菲涅尔式反射镜或镜场（如图5）中的至少一种或多种的组合，具有选择方式灵活的优点；聚光透射镜200也可以选择多种形式，例如，可以选择为菲涅尔透镜、凸透镜或具有聚光功能的柱状体透镜（如：截面形状为圆形或椭圆形的柱状透镜），或其他聚光设备，具有选择方式灵活的优点。

本发明实施例中，如图1所示，聚光反射镜100和光伏电池300之间设置有滤光组件400，滤光组件400用于过滤非响应波段光线。该非响应波段光线，指不能产生光伏效应的波段所对应的光线，主要包括热效应较高的光线，即，使被照射件产生热量，且不易或不能产生光伏效应波段所对应的光线，例如，远红外光、紫外光等，当这些光线入射至光伏电池300时，会使光伏电池300产生更多的热量致使其温度升高，影响光伏电池300的发电效率及使用寿命，而，滤光组件400的设置能够将这些非响应波段光线过滤掉，以尽可能保证更大占比的响应波段光线（响应波段光线，指能够产生光伏效应的波段所对应的光线，例如，可见光等）入射至光伏电池300，相对于现有技术，本发明实施例所提供的光伏发电系统，在能提高光伏电池300的发电效率的基础上，降低了光伏电池300温度，进而保证光伏电池300的使用寿命。

具体的，滤光组件400设置于聚光反射镜100与聚光透射镜200之间（图中未示出），滤光组件400包括第一管410，第一管410为透明管，且用于流通光谱导热流体介质420；更具体的，第一管410设置于聚光反射镜100与聚光透射镜200之间（图中未示出），来自聚光反射镜100的光线依次透射第一管410和聚光透射镜200后，入射至光伏电池300发电。或者，如图1所示，滤光组件400设置于聚光透射镜200与光伏电池300之间，滤光组件400包括第一管410，第一管410为透明管，且用于流通光谱导热流体介质420，第一管410设置于靠近聚光透射镜焦点位置处；具体的，第一管410设置于聚光透射镜200与光伏电池300之间，来自聚光反射镜100的光线依次透射聚光透射镜200和第一管410后，入射至光伏电池300发电。

在光的传播过程中，当光入射至第一管410内时，第一管410内的光谱导热流体介质420将非响应波段光线吸收并升温，即光谱导热流体介质420获得了非响应波段光线的能量；由此可知，本实施例中，增加了非响应波段光线的选择性吸收环节，即，经过一级光谱导热流体介质进行选择性地吸收光线，以对会聚光线进行筛选，非响应波段光线被传热流体吸收后能够供应高参数的热能。光透射过聚光透射镜200后，剩下的透射光中，响应波段光占比提高，响应波段光线入射至光伏电池300进行发电，进而提高发电效率，具体的，光谱导热流体介质420可以选择为导热油、硅油、CoCl2、CoSO4、CuSO4等对光谱有选择性吸收功能的有机工质或熔盐所形成的流体介质。

第一管410的截面形状可以选择为具有聚光功能的柱状体结构，例如：圆形、椭圆形，半圆形、半椭圆形，及具有外凸弧形的结构等，如此设置，当光线透射第一管410的过程中，第一管410及其内光谱导热流体介质420具有聚光功能；此时，如果将第一管410设置于靠近聚光透射镜焦点且位于该焦点与聚光透射镜200之间，则在吸收非响应波段光线所产生的热量的同时，第一管410及其内的光谱导热流体介质420还能够进行又一级的聚光，进一步提高聚焦倍数，提高光伏发电效率，降低光伏发电成本，需要说明的是，此时，在聚光焦点与光伏电池300之间，或者，在第一管410和聚光焦点之间，设置光线整流组件（为了简化附图结构示意图，图中未显示光线整流组件，虽然图中未显示光线整流组件，但是并不意味着不具有光线整流组件），以将所会聚的光线整流成适宜光伏电池发电所需要的光束。

如果将具有会聚光线功能的第一管410设置于靠近聚光透射镜焦点且位于该焦点与光伏电池300之间，则第一管410及其内的光谱导热流体介质420在吸收非响应波段光线所产生的热量的同时，还能够将响应波段光线整流成适宜光伏电池300发电所需要的光束，即具有光线整流功能，此时则不用专门设置光线整流组件，从而简化了光伏发电系统的结构，降低光伏发电系统的制作成本。

当然，第一管410的截面也可以为其他形状，例如矩形，或具有光路调整功能的凹透镜等结构形式。当第一管410的截面形状为具有光路调整功能的凹透镜结构形式时，将第一管410设置于靠近聚光透射镜焦点且位于该焦点与聚光透射镜200之间，则第一管410及其内的光谱导热流体介质420具有光线整流功能。第一光410内流动的光谱导热流体介质420在吸收非响应波段光线所产生的热量的同时，能够将响应波段光线整流成适宜光伏电池300发电所需要的光束，此时则不用专门设置光线整流组件，从而简化了光伏发电系统的结构，降低光伏发电系统的制作成本。

本发明实施例中，滤光组件400还包括套设于第一管410外部的保温层，保温层用来透光的部位为透明保温层。将保温层透光的部分采用透明材质，以实现透光，使光线顺利传播，其他部位既可以设置为透明结构或非透明结构。保温层围设于第一管410的外周，以对第一管410进行保温，极大减少了热量损失，进而获得并储存更多的热量，产生热能品质较高的高温热能，进而解决现有光伏光热一体化系统热能品质低的技术问题。

具体的，如图1所示，滤光组件400还包括套设于第一管410外部的第二管430，第二管430为透明管，第一管410和第二管430之间的间隙为真空层440，真空层440形成保温层。具体的，第一管410和第二管430均为石英玻璃管。如此设置，不仅能够对第一管410及其内光谱导热流体介质420所储存的热量进行有效保温，还能够使光线顺利透过。

本发明实施例中，如图1所示，光伏电池300的背面设置有换热冷却器500，换热冷却器500用于对光伏电池300进行冷却降温。具体的，换热冷却器500可以是管束型、翅片型、印刷电路板型等类型的换热设备。换热冷却器500的设置，能够有效降低光伏电池300温度，进而提高光伏电池300的发电效率，延长光伏电池300的寿命。

具体的，光伏电池300选择为任意一种可以吸收太阳能并产生光生伏打效应（光伏效应）发电的电池，包括：晶硅电池、非晶硅电池、钙钛矿电池、砷化镓电池等中的至少一种。

综上所述，本发明实施例所提供的光伏发电系统中，利用聚光反射镜100将自然光进行一次聚光，利用聚光透射镜200将一次聚焦后的光线进行二次聚光，采用光谱导热流体介质420进行光谱分离，将非响应波段光线的能量转化为热能并由光谱导热流体介质420吸收，产生高温热能储存于滤光组件400（集热管，本实施例中，具体的，主要将高温热能储存于第一管410内光谱导热流体介质420），解决了现有高倍聚光光伏光热一体化系统热能品质不高的问题，响应波段光线透过光谱导热流体介质420相当于进行了光线过滤，过滤后的响应波段光线聚焦进入光伏电池300，利用响应波段光线在光伏电池300产生光生伏打效应产生电能，由于易于造成组件温度升高的非响应波段光被预先过滤，因此，还克服了光伏电池300由于局部高温导致的设备效率下降和寿命下降问题；本发明实施例所提供的光伏发电系统中，主要由反射镜聚光反射与透射镜聚焦透射两级聚焦系统构成，聚焦倍数可高达1000倍以上，有效解决了现有技术中由于聚焦倍数不足导致的高倍聚光光伏电池做功能力不足、发电效率低的技术问题。

本发明实施例所提供的电能存储系统，包括上述光伏发电系统，以及若干蓄电池组、电量监测组件和供电切换开关，蓄电池组用于储存光伏发电系统所产生的电能，电量监测组件用于监测蓄电池组的电量，供电切换开关用来切换供电方向；当电量监测组件监测到蓄电池组满电量时，则通过供电切换开关将供电方向切换至市电网。

本发明所提供发电能存储系统，由于包括了上述光伏发电系统，故具有上述光伏发电系统的所有优点，即：能够提高发电效率，在获得同样能量的光时，降低光伏电池的制作成本，能够供应高参数的热能，具体不再赘述；此外，当蓄电池组为充满电时，将上述光伏发电系统所产生的电能存储于蓄电池组中，当蓄电池组充满电时，通过供电切换开关，将供电方向切换至市电网，依此充分利用自然资源太阳能，提高电能使用率。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

上述实施例中，诸如“左”、“右”等方位的描述，均基于附图所示。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种光伏发电系统，其特征在于，沿着光线的传播方向，包括依次设置的聚光反射镜（100）、聚光透射镜（200）和光伏电池（300），所述聚光透射镜（200）设置于所述聚光反射镜（100）与聚光反射镜焦点之间；所述聚光反射镜（100）和所述光伏电池（300）之间设置有滤光组件（400），所述滤光组件（400）包括第一管（410），所述第一管（410）为透明管，且用于流通光谱导热流体介质（420），以吸收非响应波段光线；

其中，所述第一管（410）设置于所述聚光反射镜（100）与所述聚光透射镜（200）之间，来自所述聚光反射镜（100）的光线依次透射所述第一管（410）和所述聚光透射镜（200）后，入射至光伏电池（300）发电；或者，所述第一管（410）设置于所述聚光透射镜（200）与所述光伏电池（300）之间，来自所述聚光反射镜（100）的光线依次透射所述聚光透射镜（200）和所述第一管（410）后，入射至光伏电池（300）发电。

2.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述聚光透射镜（200）设置于靠近所述聚光反射镜焦点的部位。

3.根据权利要求2所述的光伏发电系统，其特征在于，所述聚光反射镜（100）为塔式、槽式、蝶式和菲涅尔式反射镜中的至少一种或多种的组合。

4.根据权利要求2所述的光伏发电系统，其特征在于，所述聚光透射镜（200）为菲涅尔透镜、凸透镜或具有聚光功能的柱状体透镜。

5.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述滤光组件（400）还包括套设于所述第一管（410）外部的保温层，所述保温层用来透光的部位为透明保温层。

6.根据权利要求5所述的光伏发电系统，其特征在于，所述滤光组件（400）还包括套设于所述第一管（410）外部的第二管（430），所述第二管（430）为透明管，所述第一管（410）和第二管（430）之间的间隙为真空层（440），所述真空层形成所述保温层。

7.根据权利要求6所述的光伏发电系统，其特征在于，所述第一管（410）为石英玻璃管；和/或，所述第二管（430）为石英玻璃管。

8.根据权利要求1-7任一项所述的光伏发电系统，其特征在于，所述光伏电池（300）的背面设置有换热冷却器（500），所述换热冷却器（500）用于对所述光伏电池（300）进行冷却降温。

9.根据权利要求1-7任一项所述的光伏发电系统，其特征在于，所述光伏电池（300）包括：晶硅电池、非晶硅电池、钙钛矿电池、砷化镓电池中的至少一种。

10.一种电能存储系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的光伏发电系统；

还包括若干蓄电池组、电量监测组件和供电切换开关，所述蓄电池组用于储存所述光伏发电系统所产生的电能，所述电量监测组件用于监测所述蓄电池组的电量，所述供电切换开关用来切换供电方向；

当电量监测组件监测到蓄电池组满电量时，则通过供电切换开关将供电方向切换至市电网。

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