CN203118976U - 一种太阳能聚光器及聚光光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能聚光器及聚光光伏发电系统，太阳能聚光器包括多块平面反射镜，所述多块平面反射镜依次排列为抛物线形，所述平面反射镜的宽度从两侧到中间依次增加。聚光光伏发电系统包括太阳能聚光器和接收太阳能聚光器反射光的接收装置，所述太阳能聚光器包括多块平面反射镜，多块平面反射镜依次排列为抛物线形，平面反射镜的宽度从两侧到中间依次增加，接收装置设置在抛物线的开口上方。本实用新型采用若干宽度不同的平面反射镜来模拟抛物线的形状，进行准确的聚光，本实用新型的聚光器可将光均匀地聚在一个平面上，且由于每块平面反射镜的宽度不同，靠近聚光器中部底座的反光镜宽度较大，两侧的反光镜宽度逐渐变小，保证了准确聚光。

Description

一种太阳能聚光器及聚光光伏发电系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池技术，特别是涉及一种太阳能聚光器及聚光光伏发电系统。

背景技术

随着光伏电池生产技术的逐步提高，光电转换效率在上升，制造成本在下降。但是，光伏电池仍然未能普及应用，现有的光伏电池成本高昂，短时间内无法收回投资，与其他供电方式相比，没有竞争力。而正在开发的价格更加低廉的光伏电池尚处于研究阶段，在短期内不会进入市场。相比之下，使用聚光器来倍增光伏电池接收的光能的方案更加现实，可以有效的降低现有太阳能发电的价格。聚光光伏系统现大体可分为两类，一类使用反射镜进行聚光，反射镜的设计有抛物线型，锅型，槽型，复合抛物面型等；第二类使用光学透镜点聚光。这些设计均有缺陷。抛物线型聚光器的使用最为广泛，因为它造价低，效果好，生产及维护最为简易。然而现有抛物线型的聚光器聚光于一条线，如图1所示，因此该类型的聚光器仅适用于使用热管的太阳能集热器(光被聚在热管上)。太阳能集热器需要蒸汽机进行发电，与光伏电池相比，太阳能集热器的安全系数低，维护成本高，且不适合个体小规模使用。其余的聚光器设计聚光倍数较高，加工成型相对困难，制造成本高。聚光倍数过高会使低价的硅晶光伏电池或硅晶薄膜光伏电池过热，超过其光电转换的上限额度。因此锅型反射镜以及光学透镜仅适用于造价高昂的多结光伏电池，但这又带来一个问题：制造多结光伏电池需要砷化物，铟，锗等稀有金属和有毒物质，使太阳能发电变成环境破坏的源头。

实用新型内容

本实用新型目的在于克服现有光伏电池系统的缺陷，提供了一种新的太阳能聚光器和使用该聚光器的聚光光伏发电系统。该聚光器比原有的抛物线型聚光器成本更低，制造工艺更加简易，并且该装置的特点在于它适用于价格低廉，技术成熟，环保的硅晶光伏电池。

本实用新型的技术方案为：一种太阳能聚光器，包括多块平面反射镜，所述多块平面反射镜依次排列为抛物线形，所述平面反射镜的宽度从两侧到中间依次增加。以抛物线的对称轴为Y轴，抛物线的顶点为原点，抛物线开口向上，水平方向为X轴的坐标系中，一块平面反射镜的边缘到相对边缘之间的距离就是平面反射镜的宽度。

所述平面反射镜是玻璃镜或至少一面覆盖有反光材料的载体。

所述平面反射镜的宽度使所有垂直方向入射的光均被平面反射镜反射到接收反射光的接收装置上。

所述平面反射镜的宽度、斜率和位置使所有垂直方向入射的光均被平面反射镜反射到接收反射光的接收装置上。

所述平面反射镜的宽度采用以下公式确定：

$R=\left(\frac{{4p}^2-x^2}{2p\sqrt{{4p}^2+x^2}}\right)c$

其中，p为接收平面反射镜反射光线的接收装置到太阳能聚光器形成的抛物线的顶点之间的距离，c为接收装置的宽度，x为平面反射镜中点到抛物线的对称轴的垂直距离。

所述每块平面反射镜的斜率为

平面反射镜的斜率是指平面反射镜与水平方向的夹角的正切值，平面反射镜的斜率是指平面反射镜和与太阳能聚光器形成的抛物线的对称轴互相垂直的直线的夹角的正切值。

所述每块平面反射镜的位置由平面反射镜的中点的坐标(x，

)确定。其中，x为平面反射镜中点到抛物线的对称轴的垂直距离，p为接收平面反射镜反射光线的接收装置到太阳能聚光器形成的抛物线的顶点之间的距离。

所述太阳能聚光器还包括安装平面反射镜的支架。所述支架可以按照所述宽度、斜率和位置，固定所有的平面反射镜。

所述太阳能聚光器可安装清洁装置，清洁装置设置在支架上。清洁装置可扫去平面反射镜上的灰尘和卡在缝隙中的杂物，如树叶等，以保证聚光器的有效运行。

本实用新型还提供一种聚光光伏发电系统，包括太阳能聚光器和接收太阳能聚光器反射光的接收装置，所述太阳能聚光器包括多块平面反射镜，所述多块平面反射镜依次排列为抛物线形，所述平面反射镜的宽度从两侧到中间依次增加，接收装置设置在抛物线的开口上方。

所述接收装置为光伏电池。

所述聚光光伏发电系统还包括太阳能追踪器。所述太阳能聚光器和接收装置可以直接安装在该太阳能追踪器上，或者所述接收装置直接安装在聚光器上。该太阳能追踪器能使聚光器始终保持正对太阳。

本实用新型的有益效果：

本实用新型针对现有抛物线聚光器聚光为一条线的缺陷，采用若干宽度不同的平面反射镜来模拟抛物线的形状，进行准确的聚光，然而与传统抛物线型聚光器不同的是，本实用新型提出的聚光器可将光均匀地聚在一个平面上，且由于每块平面反射镜的宽度不同，靠近聚光器中部底座的反光镜宽度较大，两侧的反光镜宽度逐渐变小，保证了准确聚光。

每块平面反射镜的宽度和倾斜角度根据数学公式进行精确计算后可以获得更佳的聚光准确性。

附图说明

图1是现有抛物线型聚光器的聚光示意图(虚线表示光线)

图2是本实用新型实施例中的聚光光伏发电系统的结构示意图。

图3是本实用新型实施例中的太阳能聚光器的俯视结构示意图。

图4是本实用新型实施例中的太阳能聚光器的聚光示意图(虚线表示光线)。

具体实施方式

本实用新型的目的是克服现有抛物线聚光器的缺陷，提供一种新型的太阳能聚光器，具有更佳的聚光效果。

如图1所示的传统抛物线聚光器，是由一抛物线型反射镜1’构成，在抛物线型反射镜的上方是接收反射光的物体2’，一般物体2’是热管。由于所有的反射光都聚在一点，光的不平均分布会造成光伏电池的过热和性能低下，所以通常接收反射光的物体2’不采用光伏电池。

如图2-3所示，本实用新型的太阳能聚光器，包括多块平面反射镜1，所述多块平面反射镜1依次排列为抛物线形，所述平面反射镜1的宽度从两侧到中间依次增加。以靠近抛物线顶点右手的第一块平面反射镜为例，该平面反射镜的宽度是指左边缘a到右边缘b的距离，其余平面反射镜的宽度以此类推。本实施例中太阳能聚光器包括用于安装平面反射镜的支架3，平面反射镜1设置在支架3上，但本实用新型并不限制用于固定和支撑平面反射镜的装置的形态。本实施例中太阳能聚光器的平面反射镜有12块，如图1-2所示，但本实用新型并不限制平面反射镜的数量，数量可以根据下面描述的优化的制备方法来确定。

平面反射镜1可以使用玻璃镜，也可以使用本实施例所用的至少一个表面覆盖有反光材料的载体11，反光材料可以是反光贴膜12。平面反射镜1固定在安装平面反射镜1的装置上，可以是设置了平面或凹槽的支架3。

在本实用新型的太阳能聚光器开口上端设置光伏电池2，作为接收反射光线的接收装置，就构成了聚光光伏发电系统，该光伏电池2垂直于抛物线的对称轴。聚光光伏发电系统还包括双轴型太阳能追踪器(抛物线型聚光器在正对太阳时聚光效果最好)，太阳能聚光器可以安装在太阳能追踪器上，以及直流转交流的转换器(图中未显示)。光伏电池2可以由支架3支撑固定，如图2所示，也可以直接连接在所述的太阳能追踪器上。

为了保证太阳能聚光器的效果，还可以在支架3上安装清洁装置(图中未显示)，清洁装置的结构本领域技术人员可以根据实际情况进行设置和安装，比如采用皮轮带驱动的清洁装置可扫去灰尘和卡在缝隙中的杂物，如树叶等。

支架3可以是焊接式设计，由铝制，钢制，或其他有一定机械强度的材料制造的条或角钢，表面有防腐蚀防氧化保护层。支架也可以与安装平面反射镜1的装置进行一体化设计，由高密度抗腐蚀耐紫外线的塑料或其他有一定机械强度的材料制成。

本实用新型的太阳能聚光器在制备时，主要在于先确定每块平面反射镜的宽度和安装数据：先定义接收平面反射镜反射光线的接收装置到太阳能聚光器形成的抛物线的顶点之间的距离p，和光伏电池的宽度c(c是指图2中d点到e点的距离)。以p作抛物线的焦距，在x-y坐标系中画出对应的抛物线，抛物线顶点定在原点。忽略x坐标为负的部分(抛物线的左半边)。所述接收装置的中心定在(0，p)，其右侧边缘便位于(c/2，p)。第一块平面反射镜的左边缘定在抛物线上x坐标为c/2的点(-c/2＜x＜c/2处于光伏电池的阴影中)。以抛物线的对称轴为Y轴，抛物线的顶点为原点，抛物线开口向上，水平方向为X轴的坐标系中，一块平面反射镜的边缘到相对边缘之间的距离就是平面反射镜的宽度。为确保所有射入该反射镜的光都会反射到接收装置上，可利用光学的入射角和反射角的关系，以及三角函数，来计算出最佳的反射镜宽度：

$R=\left(\frac{{4p}^2-x^2}{2p\sqrt{{4p}^2+x^2}}\right)c$

其中，x为平面反射镜中点到抛物线的对称轴的垂直距离，p为接收平面反射镜反射光线的接收装置到太阳能聚光器形成的抛物线的顶点之间的距离。利用微积分，可以计算出每块平面反射镜的斜率，即平面反射镜与水平方向的夹角的正切值：

每块平面反射镜的中点的坐标：(x，

)。其中，x为平面反射镜中点到抛物线的对称轴的垂直距离，p为接收平面反射镜反射光线的接收装置到太阳能聚光器形成的抛物线的顶点之间的距离。

每计算一次宽度、斜率和中点坐标为一个计算周期，每个周期生成一块平面反射镜的数据。重复计算周期即可生成全部的抛物线右半边的反射镜的数据。将所有平面反射镜的中点的x坐标乘以负一，便得到了抛物线左半边反射镜的数据。由于每块平面反射镜的中点是猜测所得，在计算出反射镜的数据后，验证它和旁边的部件有没有重叠，间隔是否过大，并以此为依据对中点再进行调整，再次猜测。这种反复猜测和验证可以使用计算机程序来自动处理。

在确定了平面反射镜的宽度和安装数据后，即可将平面反射镜依次排列形成抛物线形，且保证抛物线中间的平面反射镜比两侧的平面反射镜宽，从中间到两侧宽度依次减少。

本实用新型所提出的太阳能聚光器是聚光光伏发电系统的一部分。一个聚光光伏发电系统包括聚光器，光伏电池，直流转交流电流转换器，太阳追踪器，和支架(多数太阳追踪器可以实现支架的功能)。如附图说明中所述，反射镜可以是平面玻璃镜或附有反光材料的模块。支架可以是铝制，钢制，或其他有一定机械强度的材料制造的焊接、连接式结构，也可以是设有安装反射镜的平面或凹槽，由高密度抗腐蚀耐紫外线的塑料或其他有一定机械强度的材料制成的一体化设计。在实际应用中，正常设备维护可用安装在框架上的清洁装置：利用皮轮带驱动的清洁装置可扫去灰尘和卡在缝隙中的杂物，如树叶等。本实用新型的聚光器在设计时已经留出了反射镜之间的间隔，以保证空气流动并防止杂物积存。

本实用新型提出的太阳能聚光器的突出优点是其极低的造价。传统的抛物线型聚光器使用大型弧线反射镜，制造运输都远不如平面反光镜方便。本实用新型提出的聚光器相比其他的复合平面聚光器的优势在于：本实用新型提出的聚光器每块反射镜的尺寸和倾斜角度均不同，并且是由准确计算生成的。如此设计可以节省材料，降低价格，减少占用空间，提升聚光效率。复合平面仿抛物线聚光器的设计简易，安装维修方便，反射镜可以单独修复。其生产成本低，工艺需求低，收回成本较快，适合大批量生产和广泛普及应用。其设计和尺寸的灵活性使得其应用面广，可以用于城市楼房供电(放置在楼顶平台)，村庄供电，水上载体供电等。此聚光器是为硅晶光伏电池设计(也可用于其他类型的光伏电池)。硅晶光伏电池技术成熟，价格低廉，不使用稀有金属。由本实用新型所提出的聚光器和硅晶光伏电池所形成的光电太阳能发电系统是名副其实的环保新能源。

Claims (7)

1.一种太阳能聚光器，其特征在于，包括多块平面反射镜，所述多块平面反射镜依次排列为抛物线形，所述平面反射镜的宽度从两侧到中间依次增加。 

2.根据权利要求1所述的太阳能聚光器，其特征在于，所述平面反射镜是玻璃镜或至少一面覆盖有反光材料的载体。 

3.根据权利要求1所述的太阳能聚光器，其特征在于，所述每块平面反射镜的宽度由以下公式确定： 

其中，p为接收装置到太阳能聚光器形成的抛物线的顶点之间的距离，c为接收装置的宽度，x为平面反射镜中点到抛物线的对称轴的垂直距离。 

4.根据权利要求3所述的太阳能聚光器，其特征在于，所述每块平面反射镜的安装斜率为其中，x为平面反射镜中点到太阳能聚光器形成的抛物线的对称轴的垂直距离，p为接收装置到太阳能聚光器形成的抛物线的顶点之间的距离。 

5.根据权利要求1所述的太阳能聚光器，其特征在于，所述太阳能聚光器还包括安装平面反射镜的支架。 

6.一种聚光光伏发电系统，包括太阳能聚光器和接收太阳能聚光器反射光的接收装置，其特征在于，所述太阳能聚光器包括多块平面反射镜，所述多块平面反射镜依次排列为抛物线形，所述平面反射镜的宽度从两侧到中间依次增加，接收装置设置在抛物线的开口上方。 

7.根据权利要求6所述的聚光光伏发电系统，其特征在于，所述聚光光伏发电系统还包括太阳能追踪器，太阳能聚光器安装在太阳能追踪器上。 

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