CN201681954U - 聚光-分光太阳能电池装置 - Google Patents

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陈志平
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刘巍
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Abstract

本实用新型公开了一种聚光-分光太阳能电池装置。传统的装置光能利用率低，光强弱，且谱线宽度小。本实用新型包括平凸柱面透镜、平面透射式闪耀光栅、聚光透镜和储能板。在入射光的光路上依次平行设置有平凸柱面透镜、平面透射式闪耀光栅、聚光透镜和储能板；平凸柱面透镜的平面与平面透射式闪耀光栅相对，凸面为光线入射面。储能板由高能隙、中间能隙和低能隙三个区域组成，经聚光透镜后波段为310nm～520nm的光汇聚到高能隙区域，经聚光透镜后波段为520nm～875nm的光汇聚到中间能隙区域，经聚光透镜后波段大于875nm的光汇聚到低能隙区域。本实用新型能量利用率高，结构简单。

Description

聚光-分光太阳能电池装置
技术领域
本实用新型属于光伏技术领域，涉及一种用于太阳能电池的聚光-分光装置。
背景技术
太阳能电池的光电转换效率强烈地依赖于其材料的能隙，采用光谱分束技术，实现对太阳能的分级利用是提高电池效率的有效途径。已有的采用光学分光装置的电池系统，普遍采用棱镜、滤光片、二向分色镜作为分光装置，然而，这类系统普遍存在的问题是光能利用率低，光强弱，且谱线宽度小。特别地，分色镜分光时，需将其放置在入射光线与镜面法线之间夹角较小(小于±20°)的范围内，超过该角度范围的光线分光效果较差，且出射光线在相互垂直的方向上，不利于电池系统的封装以及电路连接。
同时，在聚光光伏技术方面，高倍的聚光系统仍存在一些未解决的关键技术问题，如：①聚光光伏系统需要高精度的太阳同步跟踪装置，没有平板光伏技术可靠，维护费用较高；②高倍聚光光伏系统，不仅聚光电池需要特殊研制，而且对聚光镜的精度，二维全自动跟踪系统的精度以及强散热装置，都有极为苛刻的要求，整个系统还需要经得起恶劣气候的长期考验。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有光谱分束技术分光效果差，光能利用率低等缺点，提出了一种光能利用率高的分光太阳能电池装置。
本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案为：
聚光-分光太阳能电池装置包括平凸柱面透镜、平面透射式闪耀光栅、聚光透镜和储能板。在入射光的光路上依次平行设置有平凸柱面透镜、平面透射式闪耀光栅、聚光透镜和储能板；
所述的平凸柱面透镜的平面与平面透射式闪耀光栅相对，凸面为光线入射面。
所述的储能板由高能隙、中间能隙和低能隙三个区域组成，经聚光透镜后波段为310nm～520nm的光汇聚到高能隙区域，经聚光透镜后波段为520nm～875nm的光汇聚到中间能隙区域，经聚光透镜后波段大于875nm的光汇聚到低能隙区域。
本实用新型和现有技术相比其优点在于：
本实用新型采用平凸柱面透镜作为聚光装置，由于具有宽的接收角，可利用约占太阳光能20％的散射光线，这种线聚焦方式的透镜比点聚焦具有更高的光学效率。以平面透射式闪耀光栅作为分光装置，并使所有能量几乎全部集中到一级衍射光谱上，具有较高的衍射效率。且通过各部分电池间的并行排列以及子电池的独立连接，避免了对电池电学上以及光学上串连的需求。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行进一步详述。
如图1所示，聚光-分光太阳能电池装置包括平凸柱面透镜1、平面透射式闪耀光栅2、聚光透镜3和储能板4。在入射光的光路上依次平行设置有平凸柱面透镜1、平面透射式闪耀光栅2、聚光透镜3和储能板4；平凸柱面透镜1的平面与平面透射式闪耀光栅2相对，凸面为光线入射面。由于本装置属于非成像光学，其是将光线直接被传输并汇聚到储能板4上，因而具有较高的光学效率。
整个装置采用聚光-分光光学装置和三加二再加一结的储能板结构，储能板各部分吸收利用与其能隙宽度相匹配的光谱波段，各波段的子电池采用独立连接方式，形成两结三终端结构。同时，系统中各波段的电池是非垂直方向布置或是光学上串行连接的，而是并排在同一水平面上，因而整个系统又是一种“横向”结构的系统。
整个装置以310nm、520nm和875nm作为分光点，以一级衍射光作为闪耀光栅的出射光线，所有的能量几乎全部集中在该光谱级次上，且太阳光从空间上分为高、中、低三个能量束，即按波长进行连续分段，实现了对太阳光谱的高效分解；
储能板的高能隙区域选用InGaN能隙材料，储能板的中间能隙区域选用GaInP和GaAs机械叠加而成的能隙材料，储能板的低能隙区域选用Si、GaInAsP和GaInAs机械叠加而成的能隙材料。高能隙、中间能隙和低能隙形成三类电池，各个电池之间独立连接，形成两结三终端结构。
本实用新型的具体工作过程为：平凸柱面透镜对入射的近似平行光束进行聚光，当光线通过有一定倾角刻痕的透射式闪耀光栅时，其出射光线以一定的角度散开，最后再经过透镜折射聚焦在储能板上，得到一种能量很高的波长的单色光，照射在与其能量匹配的高、中、低不同能隙的储能板三个区域上。聚光透镜的类型不同，最终汇聚光线所形成的光斑形状各异，对于本实用新型出射光线形成条状分布。

Claims (1)

1.聚光-分光太阳能电池装置，包括平凸柱面透镜、平面透射式闪耀光栅、聚光透镜和储能板，其特征在于：平凸柱面透镜、平面透射式闪耀光栅、聚光透镜和储能板依次平行设置在入射光的光路上；
所述的平凸柱面透镜的平面与平面透射式闪耀光栅相对，凸面为光线入射面；
所述的储能板由高能隙、中间能隙和低能隙三个区域组成，经聚光透镜后波段为310nm～520nm的光汇聚到高能隙区域，经聚光透镜后波段为520nm～875nm的光汇聚到中间能隙区域，经聚光透镜后波段大于875nm的光汇聚到低能隙区域。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103199139A (zh) * 2013-01-31 2013-07-10 中国科学技术大学 一种用于太阳能聚光的分光谱衍射光学系统
WO2020211217A1 (zh) * 2019-04-19 2020-10-22 顾士平 分频、汇聚、变频太阳能电池

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