CN203434931U - 太阳能聚光分频光伏利用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种太阳能聚光分频光伏利用装置，该装置包括聚光反射镜、一侧镀有滤光膜的分频透镜、光伏电池。分频透镜另一侧表面设有使透过滤光膜的聚光光束折射分光形成光谱带的楞齿单元，光谱带所在位置布置对应能带间隙的光伏电池，各楞齿单元相互间独立折射分光，且分频透镜光轴一侧的楞齿单元折射聚光光束的落点与光轴另一侧楞齿单元折射聚光光束的落点不重合。利用长波光短波光折射偏角不同的原理，通过楞齿单元折射，对不同波长的光分别进行折射聚能后被对应光伏电池利用，从而大大提高了光伏利用效率。本实用新型适合应用于太阳能利用领域，或同类产品的结构改进。

Description

太阳能聚光分频光伏利用装置

技术领域

本实用新型涉及太阳能利用，是一种高效的太阳能聚光分频光伏利用装置。

背景技术

太阳能光伏发电是目前太阳能大规模利用的主要形式。光伏发电的原理是光生伏打效应，当太阳光照射光伏电池时，能量大于光伏半导体材料能带间隙的光子能够激发出电子，产生电动势，接上负载产生电能。由于太阳光具有广谱特性，对于单一材料的光伏电池，其有特定的能带间隙，只能吸收转化一部分光能变为电能。当光子能量小于能带间隙时，将不能激发出电子-空穴对，这部分光子能量转化为热能，只提高了光伏电池的温度。当光子的能量比能带间隙大很多时，高出的这部分能量也将转化为热能。而且温度的提高对光伏电池的性能是很不利的。因此，只有当光子的能量稍大于光伏材料的能带间隙时，效率才能高。为克服单一光伏材料的缺陷，人们开发出了不同能带间隙材料叠层制作的多结光伏电池(multi-junction solar cell)。当太阳光照射电池时，每通过一层光伏材料吸收相应波段的太阳光，直到最底层材料。2007年，美国可再生能源实验室(NREL)研制出在240倍聚光AM1.5光照条件下能够达到40％的效率的三结电池。通过这种设计能够较大提高幅度提高光伏电池的效率。但是多结电池不同层之间材料之间必须有良好的晶格匹配以及电流匹配，随之而来的是设计复杂以及制造困难，该种光伏电池价格居高不下，难以达到大规模推广应用。

若是通过分频技术，事先将太阳光进行分光谱，使得太阳光不同波长的光在空间上分开，在相应波段上布置合适材料的光伏电池，同样能够达到多结光伏电池的高效率。并且避免了多结光伏电池设计制造上的缺点，并且光伏材料的选择更加灵活，保证效率以及降低成本。

现有技术，有利用滤光镜将太阳光束分成不同波段。滤光镜镀有分频镀膜，以较高透过率透过一定波段的光，反射其余波段的光。利用此技术可以将太阳光空间上分成不同光谱分布，适合布置不同能带间隙的光伏电池。因为单片滤光镜只能分出某一部分太阳光波段，而实际利用需要很多片滤光镜才能够实现高效发电，结构复杂，光学效率较低。此外有利用棱镜实现分光的，一般思路是先将太阳光聚光之后，再经过光学透镜使其调整为平行光，再利用棱镜分光。同样由于该种装置结构复杂，制造和安装困难，光学效率低，难以实际利用。

发明内容

为克服上述不足，本实用新型旨在向本领域提供一种太阳能聚光分频光伏利用装置，使其解决现有同类产品结构较为复杂，光学效率较低的技术问题。其目的是通过如下技术方案实现的。

一种太阳能聚光分频光伏利用装置，该装置包括聚光反射镜、一侧镀有滤光膜的分频透镜、光伏电池，分频透镜接收聚光反射镜的聚光光束，在分频透镜镀有滤光膜的一侧反射部分波段的所述聚光光束形成聚焦点，该聚焦点布置相应能带间隙的光伏电池。所述分频透镜另一侧表面设有使透过滤光膜的所述聚光光束折射分光形成光谱带的楞齿单元，光谱带所在位置布置对应能带间隙的光伏电池，各所述楞齿单元相互间独立折射分光，且所述分频透镜光轴一侧的楞齿单元折射聚光光束的落点与光轴另一侧楞齿单元折射聚光光束的落点不重合。

该装置配合现有的跟踪系统，使得聚光反射镜能够对准太阳。太阳光经过聚光反射镜反射后，入射至分频透镜上，由于其上镀有滤光膜，能将一部分光反射，允许一部分光透过。反射的光聚焦后被对应能带间隙的光伏电池利用。根据不同的光有不同的折射率，长波的光折射率小，短波长的光折射率大，故合理设计各楞齿单元的角度，即可使透过滤光膜的光经楞齿单元折射之后，不同波长的光落在各自对应的设定区域，再将对应能带间隙的光伏电池布设在设定区域内，即可实现光伏利用。通过这种分光后光伏利用的方式，能有效提高光伏利用的效率。

由于分频透镜会遮挡一部分入射到聚光反射镜的太阳，因此在所述分频透镜前端布置一块用于吸收被所述分频透镜阻挡而未照射至聚光反射镜这部分太阳光的光伏电池，提高系统的整体利用率。

所述分频透镜反射所述聚光光束所形成的聚焦点位于所述聚光反射镜的后方，聚光反射镜上对应于该聚焦点的位置设有光孔。通过该种设计，使得分频透镜反射聚光光束的聚焦处光伏电池不会对聚光光束入射至分频透镜进行阻挡，提高光伏利用，且能降低设备的重量，安装更为轻便、简单。

当所述聚光反射镜采用点聚焦的结构形式时，所述分频透镜的楞齿单元折射所述聚光光束在接收平面形成环形的聚焦光谱带。

当所述聚光反射镜采用先聚焦的结构形式时，所述分频透镜的楞齿单元折射所述聚光光束在接收平面形成两条相互分离的聚焦光谱带。

本实用新型结构原理较为简单，制造成本低，适用范围广，光伏利用效率高，适合应用于太阳能利用领域，或同类产品的结构改进。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是图1改进方案结构示意图。

图3是三棱镜的折射原理示意图。

图4是本发明分频透镜折射原理示意图。

图中序号的名称为：1、聚光反射镜，101、光孔，2、滤光膜，3、分频透镜，301、楞齿单元，4、光伏电池A，5、光伏电池B，6、光伏电池C，7、光伏电池D，8光轴，9、长波光，10、短波光。

具体实施方式

现结合附图，对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，入射的太阳光经过聚光反射镜1反射之后，入射到分频透镜3上，分频透镜一侧镀有滤光膜2，另一侧设有楞齿单元301，使得入射其上的一部分波段被滤光膜反射，透过滤光膜的光则被楞齿单元折射分光。滤光膜可选择为反射太阳光中间波段的光，透过短波段和长波段的光。反射的光将会聚焦到对应能带间隙的光伏电池A4上。

如图3所示，透射材料对于不同波长的光具有不同的折射率，短波光10折射率较大，长波光9折射率较小，经过折射后，短波光偏折角度较大。本实用新型利用该特性设计出新型的分频透镜。如图4所示，当太阳光经聚光反射镜一次聚焦后，透过分频透镜滤光膜的光，经过分频透镜楞齿单元的折射，由于折射率的差别，长波光与短波光的偏角不同，两者发生分离，长波光、短波光落在各自对应的设定区域，即实现分光，在设定区域内放置对应能带间隙的光伏电池B5、光伏电池B6即可进行光伏利用。

由于分频透镜会遮挡一部分入射到聚光反射镜上的太阳光，因此为充分利用该装置，如图1所示，在光伏电池B的背面设置一块光伏电池D7。由于整个系统采用了跟踪结构，所以光伏电池D的效率要比一般固定不动的光伏电池高。

为了进一步提高光伏利用，降低设备总重，方便安装。如图2所示，改变分频透镜表面曲率，可将分频透镜反射聚焦点的位置移到聚光反射镜的后方，聚光反射镜上对应于该聚焦点的位置设有光孔。

本实用新型所采用的聚光反射镜结构可选用碟式点聚焦或槽式线聚焦的结构形式。当聚光反射镜采用点聚焦的结构形式时，分频透镜的楞齿单元折射聚光光束在接收平面形成环形的聚焦光谱带；当聚光反射镜采用先聚焦的结构形式时，分频透镜的楞齿单元折射聚光光束在接收平面形成两条相互分离的聚焦光谱带。

上述结构和工作原理旨在阐述本实用新型的技术手段，并非限制本实用新型的技术范围。本领域技术人员根据现有公知常识对本实用新型作显而易见的改进，例如：将表面带有分频镀膜的折射分频透镜替换为单独的折射分频透镜和分频镜，改折射透镜表面为曲面，改变分频波段，光伏电池采用单节或多节层叠结构等，都应落入本实用新型的技术范围之内。

Claims (5)

1.一种太阳能聚光分频光伏利用装置，该装置包括聚光反射镜(1)、一侧镀有滤光膜(2)的分频透镜(3)、光伏电池，分频透镜接收聚光反射镜的聚光光束，在分频透镜镀有滤光膜的一侧反射部分波段的所述聚光光束形成聚焦点，该聚焦点布置相应能带间隙的光伏电池；其特征在于所述分频透镜(3)另一侧表面设有使透过滤光膜的所述聚光光束折射分光形成光谱带的楞齿单元(301)，光谱带所在位置布置对应能带间隙的光伏电池，各所述楞齿单元相互间独立折射分光，且所述分频透镜光轴(8)一侧的楞齿单元折射聚光光束的落点与光轴另一侧楞齿单元折射聚光光束的落点不重合。

2.根据权利要求1所述太阳能聚光分频光伏利用装置，其特征在于所述分频透镜(3)前端布置一块用于吸收被所述分频透镜阻挡而未照射至聚光反射镜(1)这部分太阳光的光伏电池。

3.根据权利要求1所述太阳能聚光分频光伏利用装置，其特征在于所述分频透镜(3)反射所述聚光光束所形成的聚焦点位于所述聚光反射镜(1)的后方，聚光反射镜上对应于该聚焦点的位置设有光孔(101)。

4.根据权利要求1所述太阳能聚光分频光伏利用装置，其特征在于当所述聚光反射镜(1)采用点聚焦的结构形式时，所述分频透镜(3)的楞齿单元(301)折射所述聚光光束在接收平面形成环形的聚焦光谱带。

5.根据权利要求1所述太阳能聚光分频光伏利用装置，其特征在于当所述聚光反射镜(1)采用线聚焦的结构形式时，所述分频透镜(3)的楞齿单元(301)折射所述聚光光束在接收平面形成两条相互分离的聚焦光谱带。

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