CN204156796U - 太阳能聚光发电单元及太阳能聚光发电组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及太阳能聚光发电单元及太阳能聚光发电组。太阳能聚光发电单元，包括太阳能发电板、平板聚光透镜，两者由机架固定；太阳能发电板平行地设于平板聚光透镜下方，且太阳能发电板与平板聚光透镜的间距L＝1/5f～1/3f，其中f为平板聚光透镜的焦距。太阳能发电板受光区域的面积小于平板聚光透镜的面积，且可以接收平板聚光透镜的全部出射光线。本实用新型还提供一种太阳能聚光发电组，由上述太阳能聚光发电单元相邻拼接、组合而成。本实用新型的太阳能聚光发电单元及发电组，其较小面积的太阳能发电板即可接收较大面积的穿过平板聚光透镜的太阳光，从而发电效率高、发电成本低。

Description

太阳能聚光发电单元及太阳能聚光发电组

技术领域

本实用新型涉及太阳能发电技术领域，特别是涉及一种太阳能聚光发电单元及太阳能聚光发电组。

背景技术

目前，电能的四大主力来源分别是火力发电、水力发电、风力发电和核发电。虽然火力发电污染环境，水力发电增加地质灾害，风力发电利用率低，核发电安全隐患严重；但它们都具有运行成本低的优点，所以，目前，世界上90％以上的电源都来自火力发电、水力发电、风力发电和核发电。

随着能源危机和环境污染的日趋严重，太阳能发电成为新能源的主要发展方向，但相比利用煤、水和燃气发电，目前的太阳能发电技术成本太高、利润太低，实用性太差，因此如何降低太阳能发电成本、提高太阳能发电板的发电效率成为所述技术领域亟需解决的技术难题。

现有技术中，太阳能发电板都是采用分散的阳光接收技术，即太阳能发电板直接接收自然阳光，这样的技术使太阳能发电板的发电效率顶多能达到17％左右，即170W/m²左右，根据公式：发电量＝额定功率W1×日照时长，计算出1m²太阳能发电板每天的平均发电量＝额定功率W1×当地平均日照时长。可见，如果能增加“额定功率W1”或“当地平均日照时长”，就都能提高太阳能发电板的发电量，很显然，“当地平均日照时长”是无法增加的，因此，要想提高发电量，必须从提高“额定功率W1”着手，现有技术中提高“额定功率W1”的方法，都是以提高发电板相对于太阳照射角度的精度来作为研究方向，然而即使通过各种技术手段使发电板的法线实时地与太阳照射光线相一致，其发电效率的提高还是极为有限。

所属技术领域的技术人员知道，上述发电板的最大发电效率是相对于发电板与太阳的照射角度而言，并不是发电板在不同照射强度下的最大功率。所属技术领域的技术人员经过研究发现，太阳能发电板的发电效率与光照强度成正比例关系，用凸透镜或抛物面镜把太阳光聚焦到几倍、几十倍，或几百倍甚至上千倍，然后投射到太阳电池上，太阳电池可能产生出相应倍数的电功率，这样的太阳聚光电池具有转化率高、电池面积小和耗材少的优点，如果在保持原发电量的前提下，通过增加太阳光照强度可以缩小发电板的面积。诚然，提高聚焦可以增加照射强度，但是如果聚焦的比数太大，因为硅光电池在200℃就已经无法正常运行，所以发电板会因温度升高反而发电量下降甚至烧毁。而如果聚光的焦距太长，则会造成聚光设备太大、太重，使设备结构复杂成本反而增加，从而增加发电成本。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种发电效率高、发电成本低的太阳能聚光发电单元及太阳能聚光发电组，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种太阳能聚光发电单元，包括太阳能发电板、平板聚光透镜、机架；所述太阳能发电板、平板聚光透镜均与所述机架固定；所述太阳能发电板平行地设于所述平板聚光透镜的下方，且所述太阳能发电板与所述平板聚光透镜的间距L＝1/5f～1/3f，其中f为所述平板聚光透镜的焦距；所述太阳能发电板受光区域的面积小于所述平板聚光透镜的面积，且可以接收所述平板聚光透镜的全部出射光线。

优选地，所述太阳能发电板与所述平板聚光透镜的间距L＝1/4f。

优选地，f＝120mm。

优选地，所述平板聚光透镜为菲涅尔透镜。

优选地，所述太阳能发电板的中心在所述平板聚光透镜的主光轴上。

优选地，所述平板聚光透镜的厚度在7mm以内。

本实用新型还提供一种太阳能聚光发电组，该发电组由上述的太阳能聚光发电单元相邻拼接、组合而成。

如上所述，本实用新型的太阳能聚光发电单元及太阳能聚光发电组，具有以下有益效果：

较小面积的太阳能发电板即可接收较大面积的穿过所述平板聚光透镜的太阳光，从而使太阳能发电板的发电效率高，发电成本低；并且太阳能发电板与所述平板聚光透镜的焦点间隔有一段距离，从而使太阳能发电板的温度能够保持在正常工作范围内，避免了太阳能发电板因温度过高被烧毁，从而使用寿命长。

附图说明

图1显示为本实用新型的太阳能聚光发电单元的结构示意图。

图2显示为本实用新型的太阳能聚光发电组的结构示意图。

元件标号说明

1 太阳      2 平板聚光透镜

3 焦点      4 太阳能发电板

5 机架      100 太阳能聚光发电单元

f 焦距      H 平板聚光透镜厚度

L 太阳能发电板与平板聚光透镜的间距

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

鉴于现有技术的太阳聚光电池，要么聚焦比数选择不当，从而光照强度太强，造成发电板温度过高导致发电量下降甚至烧毁发电板，要么聚光的焦距太长，造成聚光设备太大、太重，使设备结构复杂，导致发电成本高。本实用新型的发明人设计出一种太阳能聚光发电单元及太阳能聚光发电组，通过将太阳能发电板与聚光透镜的间距控制在聚光透镜焦距的1/5 -1/3，使发电效率高，且整体结构简单，从而发电成本低。

以下将通过具体实施例来对本实用新型的太阳能聚光发电单元及太阳能聚光发电组进行详细说明。

实施例一

如图1，一种太阳能聚光发电单元，包括太阳能发电板4、平板聚光透镜2、机架5；所述太阳能发电板4、平板聚光透镜2均与所述机架5固定。

取所述平板聚光透镜2为菲涅尔透镜，其采光区域为210mm×210mm的正方形，其焦距为120mm。

取所述太阳能发电板4为硅发电板，所述太阳能发电板4平行地设于所述平板聚光透镜2的下方，所述太阳能发电板4与所述平板聚光透镜2的间距L＝24mm，且所述太阳能发电板4的中心在所述平板聚光透镜2的主光轴上。

根据几何学计算，所述太阳能发电板4的受光区域为168mm×168mm，从而所述太阳能发电板4所接受到的光照强度比所述平板聚光透镜2所接受的自然太阳光光照强度提高1.5625倍。

根据现场试验测试，太阳1的照射光线作为所述平板聚光透镜2入射光线1a，在经过所述平板聚光透镜2后，出射光线1b使所述太阳能发电板4达到的最高温度小于100℃，所述太阳能发电板4的工作性能正常，受光区域为168mm×168mm的太阳能发电板4的发电效率比不设平板聚光透镜的太阳能发电板4提高1.5625倍。

实施例二

本实施例与实施例一基本相同，不同点是：所述太阳能发电板4与所述平板聚光透镜2的间距L＝30mm。

则根据几何学计算，所述太阳能发电板4的受光区域为157.5mm×157.5mm，从而所述太阳能发电板4所接受到的光照强度比所述平板聚光透镜2所接受的自然太阳光光照强度提高1.7778倍。

根据现场试验测试，太阳1的照射光线作为所述平板聚光透镜2入射光线1a，在经过所述平板聚光透镜2后，出射光线1b使所述太阳能发电板4达到的最高温度为100℃左右，所述太阳能发电板4的工作性能正常，受光区域为157.5mm×157.5mm的太阳能发电板4的发电效率比不设平板聚光透镜的太阳能发电板4提高1.7778倍。

实施例三

本实施例与实施例一基本相同，不同点是：所述太阳能发电板4与所述平板聚光透镜2的间距L＝40mm。

则根据几何学计算，所述太阳能发电板4的受光区域为140mm×140mm，从而所述太阳能发电板4所接受到的光照强度比所述平板聚光透镜2所接受的自然太阳光光照强度提高2.25倍。

根据现场试验测试，太阳1的照射光线作为所述平板聚光透镜2入射光线1a，在经过所述平板聚光透镜2后，出射光线1b使所述太阳能发电板4达到的最高温度为200℃，所述太阳能发电板4能够正常运行，但工作性能较差，受光区域为140mm×140mm的太阳能发电板4的发电效率比不设平板聚光透镜的太阳能发电板4提高1.5倍。

可见实施例二在上述三个实施例中，其发电板的发电效率最高、发电成本最低，且所述太阳能发电板4与所述平板聚光透镜2之间30mm的间距，也使太阳能聚光发电单元100结构简单、便于制造。

以上三个实施例中，所述平板聚光透镜2的厚度H最好控制在7mm以内，可以使本发明的太阳能聚光发电单元100便于装配，且体积小、重量轻。所述太阳能发电板4的中心也可以不在所述平板聚光透镜2的主光轴上，只要使所述平板聚光透镜2的出射光线全部都能照射在所述太阳能发电板4的受光区域即可。焦距f也可以设成其他值，只要相应地调整所述太阳能发电板4与所述平板聚光透镜2的间距L，保证所述太阳能发电板4的光照强度得到相应地提高即可。所述平板聚光透镜2除采用菲涅尔透镜外，也可以采用其它结构形式的透镜，比如专利申请号201010242273.9中公开的平板式聚光镜，相应地，只要根据几何关系，重新设计所述太阳能发电板4的受光区域形状，使所述平板聚光透镜2的出射光线都能照射在所述太阳能发电板4的受光区域即可。当然，本发明的太阳能聚光发电单元100的太阳能发电板4也可以采用过度砷化镓发电板，以及其它性能优越、但价格昂贵的发电板。

如图2所示，本实用新型还提供一种太阳能聚光发电组，该发电组由上述的太阳能聚光发电单元100相邻拼接、组合而成。因上述的太阳能聚光发电单元100具有发电效率高、发电成本低的优点，所以，本实用新型的太阳能聚光发电组也具有发电效率高、发电成本低的优点。

综上所述，本实用新型的太阳能聚光发电单元及太阳能聚光发电组，使较小面积的太阳能发电板即可接收较大面积的穿过所述平板聚光透镜的太阳光，从而使太阳能发电板的发电效率高，发电成本低；并且太阳能发电板与所述平板聚光透镜的焦点间隔有一段距离，从而使太阳能发电板的温度能够保持在正常工作范围内，避免了太阳能发电板因温度过高被烧毁，从而使用寿命长。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种太阳能聚光发电单元，其特征在于，包括太阳能发电板(4)、平板聚光透镜(2)、机架(5)；所述太阳能发电板(4)、平板聚光透镜(2)均与所述机架(5)固定；所述太阳能发电板(4)平行地设于所述平板聚光透镜(2)的下方，且所述太阳能发电板(4)与所述平板聚光透镜(2)的间距L＝1/5f～1/3f，其中，f为所述平板聚光透镜(2)的焦距；所述太阳能发电板(4)受光区域的面积小于所述平板聚光透镜(2)的面积，且可以接收所述平板聚光透镜(2)的全部出射光线(1b)。

2.根据权利要求1所述的太阳能聚光发电单元，其特征在于：所述太阳能发电板(4)与所述平板聚光透镜(2)的间距L＝1/4f。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能聚光发电单元，其特征在于：f＝120mm。

4.根据权利要求1所述的太阳能聚光发电单元，其特征在于：所述平板聚光透镜(2)为菲涅尔透镜。

5.根据权利要求4所述的太阳能聚光发电单元，其特征在于：所述太阳能发电板(4)的中心在所述平板聚光透镜(2)的主光轴上。

6.根据权利要求1所述的太阳能聚光发电单元，其特征在于：所述平板聚光透镜(2)的厚度(H)在7mm以内。

7.一种太阳能聚光发电组，其特征在于：由多块如权利要求1至6任一项所述的太阳能聚光发电单元(100)相邻拼接、组合而成。