CN201563079U - 一种主动散热的太阳能聚光发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种主动散热的太阳能聚光发电装置，包括多个太阳能聚光发电模组以及安装太阳能聚光发电模组的追日跟踪支架系统，太阳能聚光发电模组包括呈矩阵排列的多个太阳能聚光发电单元，太阳能聚光发电单元包括一聚光透镜，一设置在聚光透镜聚光区域的聚光电池；聚光电池下方设置一半导体制冷片，半导体制冷片的冷面与聚光电池紧密贴合，各聚光电池之间串联连接后向外输出电能。本聚光发电装置在聚光电池的下方设置了一半导体制冷片，通过半导体制冷片的热传输作用将聚光电池的热量传输到热面，增强聚光电池的散热效果从而提高太阳能电池的光电转化效率。

Description

一种主动散热的太阳能聚光发电装置

技术领域

本实用新型涉及太阳能聚光发电领域，尤指一种可对聚光电池进行主动散热的太阳能聚光发电装置。

背景技术

如图1所示，现有的太阳能聚光发电装置中，聚光发电装置往往包括一聚光透镜，聚光透镜一般采用平面菲涅尔透镜1，对太阳光进行二次聚光的二次聚光棱镜2，聚光电池3。二次聚光棱镜2的聚光投射到聚光电池3上，从而使聚光电池3产生光电转换，从而进行发电。但是采用二次聚光棱镜2再次聚光时，聚光电池3表面会产生极高的温度，温度一般为200度，不利于聚光电池3进行光电转化从而影响光电转化的效率，因此常采用在聚光电池3下方设置一散热器4进行散热从而降低聚光电池3的温度。但是这样的散热方式采用的是被动散热方式，往往难以在短时间内降低聚光电池的表面温度，从而影响聚光电池的光电转换效率。

半导体致冷也叫温差电致冷是利用半导体材料的温差电效应一即珀尔帖效应来实现致冷的：如图2所示，把不同极性的两种半导体材料(P型、N型)，联接成电偶对，电偶对在通过直流电流时就发生能量的转移；电流由N型元件流向P型元件时便吸收热量，这个端面为冷面，电流由P型元件流向N型元件时便放出热量，这个端面为热面。这样可以在制冷片两端加上直流电源，就可以实现将冷面的热量不断的传输到热面，从而使冷面保持一定的低温。

本领域迫切希望能够设计出一种更为完善的主动散热方式，从而能够使太阳能电池表面保持适宜的温度，从而提高光电转换的效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种主动散热的太阳能聚光发电装置，本聚光发电装置在聚光电池的下方设置了一半导体制冷片，通过半导体制冷片的热传输作用将聚光电池的热量传输到热面，增强聚光电池的散热效果从而提高太阳能电池的光电转化效率。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种主动散热的太阳能聚光发电装置，包括多个太阳能聚光发电模组以及安装所述太阳能聚光发电模组的追日跟踪支架系统，所述太阳能聚光发电模组包括呈矩阵排列的多个太阳能聚光发电单元，所述太阳能聚光发电单元包括一聚光透镜，一设置在所述聚光透镜聚光区域的聚光电池；所述聚光电池下方设置一半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷面与所述聚光电池紧密贴合，所述各聚光电池之间串联连接后向外输出电能。

进一步地，本专利装置中所述聚光透镜为削顶曲面聚光透镜，所述削顶曲面聚光透镜由一平面透镜与一削顶中空曲面菲涅尔透镜组成，所述削顶中空曲面菲涅尔透镜为曲面锥体形，所述平面透镜粘接固定在所述削顶中空曲面菲涅尔透镜的削顶区域形成削顶曲面聚光透镜。

进一步地，本专利装置中所述平面透镜是指平面菲涅尔透镜。

进一步地，本专利装置中所述太阳能聚光发电单元还设有一用于将所述削顶曲面聚光透镜的出射光进行二次聚光的二次聚光棱镜。

进一步地，本专利装置中所述追日跟踪支架系统包括一用于安装所述太阳能聚光发电模组的支架安装面，所述支架安装面安装在一固定立柱上，所述支架安装面上设有一太阳光强传感器，所述立柱上设有用于调整所述支架安装面的调整机构及控制机构，所述控制机构根据所述太阳光强传感器的信号控制所述调整机构调整所述支架安装面转动从而保证所述支架安装面始终正对着太阳。

进一步地，本专利装置中所述调整机构包括一垂直调整机构与一水平调整机构，所述垂直调整机构包括一设置在所述支架安装面上的齿轮，一设置在所述立柱上的电机，所述电机的螺旋传动轴与齿轮啮合；所述水平调整机构包括一套设在所述立柱上可围绕所述立柱转动的转动杆，一安装在所述转动杆一端的电机，所述转动杆的另一端连接在所述支架安装面上。

进一步地，本专利装置中所述聚光电池为III-V族多节太阳能电池。

进一步地，本专利装置中所述聚光电池为砷化镓太阳能电池。

进一步地，本专利装置中所述半导体制冷片的热面与一集热器的吸热面紧密贴合。

本专利的太阳能聚光发电装置工作方式主要是将太阳光经过削顶曲面聚光透镜把太阳光汇聚到二次聚光棱镜上，经过二次聚光棱镜把汇聚后的太阳光均匀化，然后直接照射到砷化镓太阳能电池上，太阳能电池发生光生伏打效应，产生直流电能；同时，在太阳能电池下方设置有半导体制冷片，由于半导体制冷需要保证半导体材料的温度梯度，这样热面必须保证散热，即将冷面传导到热面的热量能够不断的散发出去，才能保证制冷效果，一般采用风冷的方式进行散热，为了保证半导体制冷片的热面的散热，在热面设置一集热器，通过集热器将冷面传导过来的热量带走，这样就可以加快热量传递，迅速的降低太阳能电池的表面温度，从而提高太阳能电池的光电转换效率，同时通过集热器将半导体制冷片的冷面传导过来的热量进行综合利用，如用于热水等。

本专利的效果在于：

(一)一直以来，太阳能聚光发电装置中的太阳能聚光透镜主要采用平面菲涅尔透镜进行聚光，业界虽然已经觉察到平面菲涅尔透镜具有色散、全反射、聚光倍数受限制等缺点，但是一直无法找到改进的办法，而曲面菲涅尔透镜虽然有良好的光学透射效果，但是其曲面形状则对制造提出了更高的难度，采用传统的铸模、冲压等方法，制造难度大，成本高，因此很难大规模推广。本专利巧妙的将平面菲涅尔透镜与曲面菲涅尔透镜结合起来，取平面菲涅尔透镜或凸透镜的制造简单方便、成本低的优点与曲面菲涅尔透镜的光学透射效果好的优点进行结合，巧妙的规避了曲面菲涅尔透镜制作难度及成本的问题，从而为太阳能聚光透镜提供了一种聚光效果更佳、成本更优的聚光透镜。

具体而言，削顶中空曲面聚光透镜，避免了曲面菲涅尔透镜制作过程中顶部曲面带来的脱膜难题，然后形成一个同削顶区域大小相同的平面菲涅尔透镜，这种平面菲涅尔透镜的加工简单方便，工艺也非常成熟。最后将这两者粘接固定在一起，就形成了本专利的削顶曲面聚光透镜。当然平面菲涅尔透镜也可以替换为凸透镜或者其它平面透镜。在制作削顶中空曲面菲涅尔透镜时，可以采用铸模一次成型的方法，也可以采用在削顶中空曲面锥体内粘贴透镜薄膜的方式来制作。本专利的太阳能聚光发电装置较现有技术中采用平面菲涅尔透镜的太阳能聚光发电装置可以显著提高光电转化效率，特别是可以降低高倍聚光太阳能系统对于追日跟踪支架系统的精度要求。

(二)本专利将传统技术中，设置在太阳能电池下方的散热器用半导体制冷片、集热器来代替，通过半导体制冷片使太阳能电池的表面热量能够迅速的传导到半导体制冷片的热面，再通过集热器将热量进行综合利用，通过半导体制冷片的主动散热，能够使太阳能电池表面保持在一定的温度范围之内，从而提高了太阳能电池光电转换的效率。

附图说明

图1为现有技术的太阳能聚光发电装置的工作示意图；

图2为半导体制冷片的工作原理示意图；

图3为半导体制冷片的结构示意图；

图4为本实用新型中削顶曲面聚光透镜的结构示意图；

图5为本实用新型中削顶曲面聚光透镜的第一种结构示意图；

图6为本实用新型中削顶曲面聚光透镜的第二种结构示意图；

图7为本实用新型装置的后视结构示意图；

图8为本实用新型装置的侧视结构示意图；

图9为本实用新型太阳能聚光发电模组的结构示意图；

图10为本实用新型太阳能聚光发电单元的结构示意图；

图11为本实用新型集热器结构示意图；

附图标号说明：

1-平面菲涅尔透镜 2-二次聚光棱镜  3-太阳能电池  40-散热片41-半导体制冷片  42-热 面  43-P型半导体  44-N型半导体45-冷面  46-电连接线  5-追日跟踪支架系统  51-固定立柱52-太阳光强传感器  53-支架安装面  54-垂直调整机构55-水平调整机构  6-太阳能聚光发电单元 61-削顶曲面聚光透镜62-削顶中空曲面菲涅尔透镜  63-削顶区域  64 -平面菲涅尔透镜65-凸透镜  7-太阳能聚光发电模组 21-固定基板  31-固定基板8-集热器  81-吸热层  82-隔热层  83 -水  84-进水口85-出水口

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

如图7为本实用新型装置的后视结构示意图，图8为本实用新型装置的侧视结构示意图；一种主动散热的太阳能聚光发电装置，包括多个太阳能聚光发电模组7以及安装太阳能聚光发电模组7的追日跟踪支架系统5，太阳能聚光发电模组7包括呈矩阵排列的多个太阳能聚光发电单元6(参见图9)，如图10为本实用新型太阳能聚光发电单元的结构示意图；如图3所示为半导体制冷片的结构示意图；太阳能聚光发电单元6包括一削顶曲面聚光透镜61，一设置在削顶曲面聚光透镜61聚光区域的聚光电池即太阳能电池3；聚光透镜61下方设有一用于将削顶曲面聚光透镜61的出射光进行二次聚光的二次聚光棱镜2，太阳能电池3下方设有一半导体制冷片41。半导体制冷片41的具体结构为由多组半导体材料组成制冷器，其中P型半导体43与N型半导体44依次串接在一起，半导体材料的两端分别设有热面42与冷面45，冷面45上设置了两个电连接线46与直流电源直接连接，半导体制冷片41可以直接采用市售的各种成品，譬如河南省安阳市阳光科教能源有限公司生产的各种型号的半导体制冷片或者常山县万谷电子科技有限公司生产的TEC1-TES1型号的半导体制冷片。具体使用时，将半导体制冷片41的冷面45与太阳能电池3紧密贴合，半导体制冷片41的热面42与一集热器8的吸热层81紧密贴合；各聚光电池之间串联连接后向外输出电能，电能可供离网和并网使用。聚光电池为III-V族多节太阳能电池3，如：磷化镓铟、碲化铬、砷化镓等，优选砷化镓太阳能电池。二次聚光棱镜2通过一固定基板21固定在太阳能聚光发电单元6中，同样，太阳能电池3固定在另一固定基板31上。

如图11所示，集热器8设有一吸热层81，隔热层82、吸热层81与半导体制冷片41的低温面紧贴在一起，隔热层82将集热器8围成一密闭空间，密闭空间中设有循环流动的传热介质，如水83等，集热器8设有一个进水口84，一个出水口85，这样吸热层81将半导体制冷片41的热面的热量传导到传热介质中，通过传热介质的不断循环流动，从而将太阳能电池3的热量不断的带出，传热介质带出的热量可以进行充分利用，如作为热水供应等。

如图4～图6所示，本专利中的削顶曲面聚光透镜61由一平面透镜与一削顶中空曲面菲涅尔透镜62组成，削顶中空曲面菲涅尔透镜62为曲面锥体形，平面透镜粘接固定在削顶中空曲面菲涅尔透镜62的削顶区域63形成削顶曲面聚光透镜61。

本专利中：平面透镜是指：光线出射面或入射面为平面的透镜。

作为本专利的一个实施例，平面透镜为平面菲涅尔透镜64。作为本专利的另一个实施例，平面透镜为凸透镜65。为了保证整个透镜的透射效果，平面透镜的面积小于削顶曲面聚光透镜61有效受光面积的35％。

本专利中，削顶曲面聚光透镜61的制作方法，按照如下步骤进行制作：

首先铸模成型形成一削顶中空曲面锥体，削顶区域为一圆形区域；

然后在削顶中空曲面锥体内粘贴透镜薄膜形成削顶中空曲面菲涅尔透镜62；

再次铸模成型形成一块与削顶区域63相同大小的平面菲涅尔透镜64；

最后将平面菲涅尔透镜64粘接固定到削顶中空曲面菲涅尔透镜62的削顶区域63形成削顶曲面聚光透镜61。

粘贴透镜薄膜是指将透镜薄膜按照曲面菲涅尔透镜各个“齿“的折射率、折射角度的不同对应粘贴到削顶中空曲面锥体内，透镜薄膜可以选择美国3M公司生产的透镜薄膜，通过这种粘贴的方式可以产生与冲压成型一样的效果。

如图7、图8所示，追日跟踪支架系统5包括一用于安装太阳能聚光发电模组7的支架安装面53，支架安装面53安装在一固定立柱51上，支架安装面53上设有一太阳光强传感器52，立柱51上设有用于调整支架安装面53的调整机构及控制机构，调整机构是指一垂直调整机构54与一水平调整机构55，垂直调整机构54包括一设置在支架安装面53上的齿轮，一设置在立柱51上的电机，电机的螺旋传动轴与齿轮啮合；水平调整机构55包括一套设在立柱51上可围绕立柱51转动的转动杆，一安装在转动杆一端的电机，转动杆的另一端连接在支架安装面53上。控制机构根据太阳光强传感器52的信号控制水平调整机构55及垂直调整机构54调整支架安装面53转动从而保证支架安装面53始终正对着太阳。

具体安装时，首先将立柱51垂直固定在地面上；垂直调整机构54调整支架安装面53的高度角，水平调整机构55调整支架安装面53的方位角；太阳光强传感器52实时检测太阳角度，控制机构根据太阳光强传感器52检测到的太阳角度调整水平调整机构55及垂直调整机构54，使太阳光垂直照射到太阳能聚光发电模组7的上表面。

本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制，只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。

Claims (9)

1.一种主动散热的太阳能聚光发电装置，包括多个太阳能聚光发电模组以及安装所述太阳能聚光发电模组的追日跟踪支架系统，其特征在于，

所述太阳能聚光发电模组包括呈矩阵排列的多个太阳能聚光发电单元，所述太阳能聚光发电单元包括一聚光透镜，一设置在所述聚光透镜聚光区域的聚光电池；所述聚光电池下方设置一半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷面与所述聚光电池紧密贴合，所述各聚光电池之间串联连接后向外输出电能。

2.根据权利要求1所述主动散热的太阳能聚光发电装置，其特征在于，

所述聚光透镜为削顶曲面聚光透镜，所述削顶曲面聚光透镜由一平面透镜与一削顶中空曲面菲涅尔透镜组成，所述削顶中空曲面菲涅尔透镜为曲面锥体形，所述平面透镜粘接固定在所述削顶中空曲面菲涅尔透镜的削顶区域形成削顶曲面聚光透镜。

3.根据权利要求2所述主动散热的太阳能聚光发电装置，其特征在于，

所述平面透镜是指平面菲涅尔透镜。

4.根据权利要求1所述主动散热的太阳能聚光发电装置，其特征在于，

所述太阳能聚光发电单元还设有一用于将所述削顶曲面聚光透镜的出射光进行二次聚光的二次聚光棱镜。

5.根据权利要求1所述主动散热的太阳能聚光发电装置，其特征在于，

所述追日跟踪支架系统包括一用于安装所述太阳能聚光发电模组的支架安装面，所述支架安装面安装在一固定立柱上，所述支架安装面上设有一太阳光强传感器，所述立柱上设有用于调整所述支架安装面的调整机构及控制机构，所述控制机构根据所述太阳光强传感器的信号控制所述调整机构调整所述支架安装面转动从而保证所述支架安装面始终正对着太阳。

6.根据权利要求5所述主动散热的太阳能聚光发电装置，其特征在于，

所述调整机构包括一垂直调整机构与一水平调整机构，所述垂直调整机构包括一设置在所述支架安装面上的齿轮，一设置在所述立柱上的电机，所述电机的螺旋传动轴与齿轮啮合；所述水平调整机构包括一套设在所述立柱上可围绕所述立柱转动的转动杆，一安装在所述转动杆一端的电机，所述转动杆的另一端连接在所述支架安装面上。

7.根据权利要求1所述主动散热的太阳能聚光发电装置，其特征在于，

所述聚光电池为III-V族多节太阳能电池。

8.根据权利要求7所述主动散热的太阳能聚光发电装置，其特征在于，

所述聚光电池为砷化镓太阳能电池。

9.根据权利要求1所述主动散热的太阳能聚光发电装置，其特征在于，

所述半导体制冷片的热面与一集热器的吸热面紧密贴合。

Images