CN202662648U - 聚光型太阳能双发电组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型专利涉及聚光型太阳能发电设备，具体是一种聚光型太阳能双发电组件，包括抛物面聚光器，其不同之处在于：还包括带通光学滤光片、砷化镓电池片、硅电池片，带通光学滤光片为第一短波通滤波片或高通光学滤光片中的一种，平行光经抛物面聚光器汇聚后入射到带通光学滤光片，带通光学滤光片将聚集的太阳光按波段通过或反射从而在其上、下方分别形成高倍聚光焦斑和低倍聚光焦斑，砷化镓电池片设置在高倍聚光焦斑所在区域，硅电池片设置在低倍聚光焦斑所在区域。本实用新型能同时适应低倍和高倍聚光需求。

Description

聚光型太阳能双发电组件

技术领域

本实用新型专利涉及聚光型太阳能发电设备，具体是一种聚光型太阳能双发电组件。 

背景技术

根据照在光电池上的日光强度是否大于或小于等于1倍自然日光强度，太阳能装置可以分为聚光型和非聚光型两大类。常见的非聚光型太阳能发电装置是由多晶硅太阳能电池板构成。照在多晶硅电池板上的日光强度等于1倍日光光强。而聚光型太阳能发电装置则通过光学系统将日光聚集到10倍至1000倍之后再照射到光电池上。聚光式太阳能系统通常需要单轴或双轴太阳跟踪伺服系统以保证系统的正常工作及高转换效率。 

聚光型太阳能发电设备具有较高的性价比，这是因为，与非聚光型太阳能发电装置相比，聚光型太阳能发电装置使用更少的昂贵的光电转换材料，从而使太阳能发电设备的工艺过程本身更清洁，更绿色。 

目前聚光型太阳能发电装置多使用菲涅尔透镜或者抛物面反光镜将太阳光汇聚于光电池表面，而光电池则为多结层叠式以便得到较高的光电转化率。最近另一个新的发展趋势是在聚光的基础上采用光学分光及多种单节光电池的办法来得到较高的光电转化率。在后一种方案中，不同的单结光电池材料适合不同的聚光比，特别是硅晶电池不能承受过高的光功率密度。因此需要发展一种能同时适应低倍和高倍聚光需求的太阳能电池发电系统。 

发明内容

本实用新型专利系针对上述分光聚光型太阳能发电系统，提出了一种低倍和高倍结合的聚光型太阳能双发电组件。 

为实现以上实用新型目的，本实用新型的技术方案如下：聚光型太阳能双发电组件，包括抛物面聚光器，其不同之处在于：还包括带通光学滤光片、砷化镓电池片、硅电池片，带通光学滤光片为第一短波通滤波片或高通光学滤光片中的一种，平行光经抛物面聚光器汇聚后入射到带通光学滤光片，带通光学滤光片将聚集的太阳光按波段通过或反射从而在其上、下方分别形成高倍聚光焦斑和低倍聚光焦斑，砷化镓电池片设置在高倍聚光焦斑所在区域，硅电池片设置在低倍聚光焦斑所在区域。 

按以上方案，所述带通光学滤光片为第一短波通滤波片，所述抛物面聚光器圆心处开有太阳光透射孔，硅电池片设置在太阳光透射孔的下方，砷化镓电池片设置在第一短波通滤波片的上部，透过第一短波通滤波片的太阳光投射至砷化镓电池片，反射光则通过抛物面聚光器的太阳光透射孔投射至硅电池片。 

按以上方案，还包括空心棱锥接收体，空心棱锥接收体的各内侧面设置有硅电池片，所述带通光学滤光片为具有曲率的高通光学滤光片，高通光学滤光片设置在空心棱锥接收体的底部，平行光经抛物面聚光器汇聚后通过高通光学滤光片入射至空心棱锥接收体内的硅电池片，高通光学滤光片反射回的光则打到高通光学滤光片下方的砷化镓太阳能电池上。 

按以上方案，还包括第二短波通滤波片、空心棱锥接收体，空心棱锥接收体的各内侧面设置有硅电池片，所述带通光学滤光片为具有曲率的高通光学滤光片，高通光学滤光片设置在空心棱锥接收体的底部，所述抛物面聚光器圆心处开有太阳光透射孔，第二短波通滤波片设置在太阳光透射孔下方，透过高通光学滤光片的太阳光投射至空心棱锥接收体内的硅电池片，高通光学滤光片反射回的光则通过抛物面聚光器的太阳光透射孔投射至第二短波通滤波片，第二短波通滤波片再将可见波段分为两个波段，分别用砷化镓和GaInP材料电池板吸收，形成多发电系统。 

按以上方案，所述第一短波通滤波片的截止波长为850nm,则280-850nm的太阳光被上方的砷化镓电池片吸收发电，850-1200nm的太阳光反射透过聚光器下方开口被晶硅电池片吸收发电。 

按以上方案，所述高通光学滤光片的截止波长为850nm,聚光反射镜收集的太阳光中小于850nm的光波反射到光路下方的砷化镓电池片发电，其余大于850nm的匹配光波通过高通光学滤光片再由棱锥接收体内侧面安置的硅电池片接收发电。 

按以上方案，所述高通光学滤光片的截止波长为850nm, 大于850nm的匹配光波通过高通光学滤光片再由棱锥接收体内侧面安置的硅电池片接收发电，第二短波通滤波片将反射下来的280-850nm波段的可见光分为280-550nm和550-850nm，分别用GaInP和砷化镓材料的电池板接收。 

按以上方案，所述空心棱锥接收体位于抛物面聚光器的焦斑处，顶角可调，棱锥内侧面的数量为6－12个。 

按以上方案，所述空心棱锥接收体的外部设置有冷却装置。 

按以上方案，所述冷却装置为风扇，在被所述空心棱锥接收体遮挡太阳光的一侧区域中加入一块太阳能电池板，太阳能电池板发的电用来驱动风扇，从而给空心棱锥接收体散热。 

对比现有技术，本实用新型的有益技术效果为：本实用新型采用光学滤光片将光谱一分为二，分别用单晶硅和砷化镓材料电池接收二次发电，工工艺大大简化，成本大大降低，进一步降低了聚光型单色光电池的发电成本。 

在上述基础上，针对GaInP和砷化镓的吸收谱线，加入一个短波通光学滤光片，将反射下来的280-850nm波段的可见光分为280-500nm和550-850nm，分别用GaInP和砷化镓材料的电池板接收。 

本实用新型利用分光膜进行分光后实现双发电机及三发电机，光电转换效率高。并且分别利用砷化镓（及GaInP）和单晶硅在同一个系统中同时实现了高倍和低倍聚光发电，综合了效率和价格的优势，可以显著提高太阳能发电系统的性价比。 

空心棱锥接收体，通过调节其顶角和开口大小可以在适当范围内调节聚光比。 

在低倍聚光时，使用单晶硅或者其他高效低成本的光伏电池材料，单位发电量成本低； 

使用高通滤光片和短波通滤光片分光，针对单晶硅和砷化镓材料吸收光谱，多次利用太阳光，实现双发电系统，滤光片面积小，滤光片成本在高倍和低倍聚光情况下被均摊了，所以并不高。

利用遮光面积制作的风冷系统，减轻了制冷系统的繁琐，系统更为轻便实用。并且具有自适应特点，即太阳光越强，发电越多的时候，制冷效果越大。 

附图说明

    图1为本实用新型专利棱锥形接收面和红外及高通滤波膜玻璃材料结构示意图； 

    图2为本实用新型专利切割成型的电池片结构示意图；

    图3为本实用新型涉及到截止波长为850nm的短波通滤光膜设计示意图；

    图4为本实用新型涉及到截止波长为850nm的高通滤光膜设计示意图； 

    图5为本实用新型涉及到截止波长为550nm的短波通滤光膜设计示意图

    图6为本实用新型专利低倍和高倍聚光型双发电系统具体整体工作示意图一；

    图7为本实用新型专利低倍和高倍聚光型双发电系统具体整体工作示意图二；

    图8为本实用新型专利低倍和高倍聚光型双发电系统具体整体工作示意图三。

具体实施方式

下面结合附图给出的实施例对本实用新型作进一步说明。 

图1为本实施例二的棱锥形接收面3和高通滤波薄膜玻璃材料2结构示意图，在图1中高通滤波薄膜玻璃材料2为安置在棱锥形接收面底面的截止波长为850nm的玻璃材料，为系统光学隔热。图1的右方为高通滤波薄膜玻璃材料2的正面投影图及侧视图。棱锥形接收面的内壁侧面贴上切割成型的相应大小的硅电池片11如图2，棱锥形接收面外侧依据实际情况，加冷却系统，风冷系统的电池板可切割为图2的右图。 

图3、图4为适合硅晶体光伏材料和砷化镓材料吸收光谱特性设计曲线。由图中太阳光光谱曲线（浅蓝），晶体硅光谱吸收特性曲线（红色），砷化镓光谱吸收特性曲线（蓝色），设计出表面滤光膜吸收光谱特性曲线（绿色），砷化镓对波段550nm到850nm波长转化效率高，单晶硅对850nm到1100nm波长转化效率较高，所以采用这种滤光模式可以提高电池效率，降低电池片工作温度。滤光片A，B由此原理设计，以高折射率和低折射率材料按照设计厚度交替镀制而成的多层膜系，如选取TiO₂和SiO₂分别作为制备增反膜的高折射率和低折射率膜料。方案二中使用的并非普通的平面滤光片，而是有一定的曲率（和聚光器的曲率相关），一来可以使得汇聚光线基本垂直入射，增大透过率；二来可以通过调节曲率调节光斑的位置大小等。 

图5为适合GaInP和砷化镓材料吸收光谱特性设计曲线。由图中太阳光光谱曲线（浅蓝），GaInP光谱吸收特性曲线（橙色），砷化镓光谱吸收特性曲线（蓝色），设计出表面滤光膜吸收光谱特性曲线（绿色），砷化镓对波段550nm到850nm波长转化效率高，GaInP对280nm到550nm波长转化效率较高，所以采用这种滤光模式可以提高电池效率，同时降低电池片工作温度。 

首先从整体思路上描述下本实用新型实施例：聚光型太阳能双发电组件，包括抛物面聚光器1、带通光学滤光片2、砷化镓电池片7、硅电池片11，带通光学滤光片2为第一短波通滤波片或高通光学滤光片中的一种，平行光经抛物面聚光器1汇聚后入射到带通光学滤光片2，带通光学滤光片2将聚集的太阳光按波段通过或反射从而在其上、下方分别形成高倍聚光焦斑和低倍聚光焦斑，砷化镓电池片7设置在高倍聚光焦斑所在区域，硅电池片11设置在低倍聚光焦斑所在区域。 

图6为本实施例一的系统光路图，带通光学滤光片2为第一短波通滤波片，所述抛物面聚光器1圆心处开有太阳光透射孔，硅电池片11设置在太阳光透射孔的下方，砷化镓电池片7设置在第一短波通滤波片的上部，透过第一短波通滤波片的太阳光投射至砷化镓电池片7，反射光则通过抛物面聚光器1的太阳光透射孔投射至硅电池片11。具体的，短波通滤波器将聚集的太阳光一分为二，分别在上下方形成1/100-1/1000的高倍聚光斑和1/10-1/100的低倍聚光斑。经过设计第一短波通滤波片的截止波长为850nm,则280-850nm的太阳光被上方的砷化镓电池片吸收发电，850-1200nm的太阳光反射透过抛物面聚光器1下方开口被硅电池片11吸收发电。 

图7为本实施例二的系统光路图，如图7所示，空心棱锥接收体3的各内侧面设置有硅电池片11，所述带通光学滤光片2为具有曲率的高通光学滤光片，高通光学滤光片设置在空心棱锥接收体3的底部，平行光经抛物面聚光器1汇聚后通过高通光学滤光片入射至空心棱锥接收体3内的硅电池片11，高通光学滤光片反射回的光则打到高通光学滤光片下方的砷化镓电池片7上。在图7中，硅电池片11、砷化镓电池片7在工作时根据实际需要设置有与其相配置的冷却装置，上、下方的冷却装置之间连接有风冷驱动连线6，抛物面聚光器1、带通光学滤光片2，2个空心棱锥接收体3位于一条直线上，由支架连接为一体。 

图8为本实施例二的系统光路图，在方案一、二的基础上，针对GaInP和砷化镓的吸收谱线，加入第二短波通滤波片8，其按照图4设计，将反射下来的280-850nm波段的可见光分为280-550nm和550-850nm，分别用GaInP电池板9和砷化镓电池板10接收。具体实施例如：聚光型太阳能双发电组件，其包括抛物面聚光器1、带通光学滤光片2、砷化镓电池片7、硅电池片11、第二短波通滤波片、空心棱锥接收体3，空心棱锥接收体3的各内侧面设置有硅电池片11，所述带通光学滤光片2为具有曲率的高通光学滤光片，高通光学滤光片设置在空心棱锥接收体的底部，所述抛物面聚光器1的圆心处开有太阳光透射孔，第二短波通滤波片8设置在太阳光透射孔下方，透过高通光学滤光片的太阳光投射至空心棱锥接收体内的硅电池片11，高通光学滤光片反射回的光则通过抛物面聚光器1的太阳光透射孔投射至第二短波通滤波片，第二短波通滤波片再将可见波段分为两个波段，分别用GaInP电池板9和砷化镓电池板10吸收，形成多发电系统。 

自动跟踪系统使反射镜始终正对太阳，适当设计抛物面聚光器1的曲率半径和空心棱锥接收体3底部高通光学滤光片、光斑的摆放位置，开口大小等即可使抛物面聚光器1反射后的太阳光部分被空心棱锥接收体3内侧的太阳能电池片接收，反射部分由光路下方的高通光学滤光片实现。为了保证高通光学滤光片的滤光效率，入射光的角度尽量小（不大于20°），所以在此过程，抛物面反射镜的焦点需相对较高。本实用新型由抛物面聚光器1汇聚后的光线经过透射和反射分别投射到空心棱锥接收体3接收面内侧和/或平板接收面上的太阳能电池上进行光电转换。系统结构简单，光学损失较少，滤光片制作较好时，损耗可以小于2%。 

以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。 

Claims (10)

1.聚光型太阳能双发电组件，包括抛物面聚光器，其特征在于：还包括带通光学滤光片、砷化镓电池片、硅电池片，带通光学滤光片为第一短波通滤波片或高通光学滤光片中的一种，平行光经抛物面聚光器汇聚后入射到带通光学滤光片，带通光学滤光片将聚集的太阳光按波段通过或反射从而在其上、下方分别形成高倍聚光焦斑和低倍聚光焦斑，砷化镓电池片设置在高倍聚光焦斑所在区域，硅电池片设置在低倍聚光焦斑所在区域。

2.如权利要求1所述的聚光型太阳能双发电组件，其特征在于：所述带通光学滤光片为第一短波通滤波片，所述抛物面聚光器圆心处开有太阳光透射孔，硅电池片设置在太阳光透射孔的下方，砷化镓电池片设置在第一短波通滤波片的上部，透过第一短波通滤波片的太阳光投射至砷化镓电池片，反射光则通过抛物面聚光器的太阳光透射孔投射至硅电池片。

3.如权利要求1所述的聚光型太阳能双发电组件，其特征在于：还包括空心棱锥接收体，空心棱锥接收体的各内侧面设置有硅电池片，所述带通光学滤光片为具有曲率的高通光学滤光片，高通光学滤光片设置在空心棱锥接收体的底部，平行光经抛物面聚光器汇聚后通过高通光学滤光片入射至空心棱锥接收体内的硅电池片，高通光学滤光片反射回的光则打到高通光学滤光片下方的砷化镓太阳能电池上。

4.如权利要求1所述的聚光型太阳能双发电组件，其特征在于：还包括第二短波通滤波片、空心棱锥接收体，空心棱锥接收体的各内侧面设置有硅电池片，所述带通光学滤光片为具有曲率的高通光学滤光片，高通光学滤光片设置在空心棱锥接收体的底部，所述抛物面聚光器圆心处开有太阳光透射孔，第二短波通滤波片设置在太阳光透射孔下方，透过高通光学滤光片的太阳光投射至空心棱锥接收体内的硅电池片，高通光学滤光片反射回的光则通过抛物面聚光器的太阳光透射孔投射至第二短波通滤波片，第二短波通滤波片再将可见波段分为两个波段，分别用砷化镓和GaInP材料电池板吸收，形成多发电系统。

5.如权利要求2所述的聚光型太阳能双发电组件，其特征在于：所述第一短波通滤波片的截止波长为850nm，则280-850nm的太阳光被上方的砷化镓电池片吸收发电，850-1200nm的太阳光反射透过聚光器下方开口被晶硅电池片吸收发电。

6.如权利要求3所述的聚光型太阳能双发电组件，其特征在于：所述高通光学滤光片的截止波长为850nm，聚光反射镜收集的太阳光中小于850nm的光波反射到光路下方的砷化镓电池片发电，其余大于850nm的匹配光波通过高通光学滤光片再由棱锥接收体内侧面安置的硅电池片接收发电。

7.如权利要求3所述的聚光型太阳能双发电组件，其特征在于：所述高通光学滤光片的截止波长为850nm，大于850nm的匹配光波通过高通光学滤光片再由棱锥接收体内侧面安置的硅电池片接收发电，第二短波通滤波片将反射下来的280-850nm波段的可见光分为280-550nm和550-850nm，分别用GaInP和砷化镓材料的电池板接收。

8.如权利要求3或4所述的聚光型太阳能双发电组件，其特征在于：所述空心棱锥接收体位于抛物面聚光器的焦斑处，顶角可调，棱锥内侧面的数量为6-12个。

9.如权利要求3或4所述的聚光型太阳能双发电组件，其特征在于：所述空心棱锥接收体的外部设置有冷却装置。

10.如权利要求9所述的聚光型太阳能双发电组件，其特征在于：所述冷却装置为风扇，在被所述空心棱锥接收体遮挡太阳光的一侧区域中加入一块太阳能电池板，太阳能电池板发的电用来驱动风扇，从而给空心棱锥接收体散热。

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