CN205027965U - 太阳能电池板的聚光-均光装置 - Google Patents

Abstract

一种太阳能电池板的聚光-均光装置，它是将现有单层太阳能电池板改成3层太阳能发电模板结构：上层为聚光层，其作用是吸收比太阳能电池板面积更大、更多的太阳光，提高发电量；中层为均光镜，其作用是消除一般聚光镜容易出现的光斑或焦点，使上层聚集的光线平行、均匀的投射到太阳能电池板的每个部位，防止太阳能电池板局部过热，发电效率得到充分发挥；下层为太阳能电池板及散热器，由此三位一体集成为一个太阳能发电模板；由于聚光层凸透镜的光线倍增作用和均光镜的均光的双重作用，使太阳能电池板可以聚集成倍、均匀的太阳光，可以使现有的太阳能电池板发电量提高2～3倍以上；成本低，市场巨大，前景无限。

Description

太阳能电池板的聚光-均光装置

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能电池板，尤其是太阳能电池板的聚光-均光装置。

背景技术

近几年在政府卓有成效的政策扶持下，国内太阳能发电取得了十分优异的成绩，我国太阳能发电已经出现全面开花，大量普及实施阶段，中国已经成为全世界太阳能硅片及系统集成的生产大国和出口大国，让世界瞠目结舌。下一阶段研发的对象是如何提高太阳能硅片的光--电转换效率，提高太阳能硅片的发电量，这是一个投资更大、进展较为缓慢的过程，现有的硅--光发电技术已经走到近乎于“极限”，要提高2-3％都是难上之难的事情，除非突然发现一种新的“硅片”以取代现有的硅片才有可能。这是中国科学家、中国企业不断努力，还需付出艰苦卓绝贡献的工作，也是全球科学家孜孜以求，永远追求梦想的伟大事业。

面对上述现实，与其投入巨资，亦步亦趋、一点一点的挖掘硅光电电池的光--电转换率，不如换一个思维，另辟蹊径，或许事半功倍，投资更少，见效更快。

众所周知，单片太阳能电池板的发电量不仅取决于太阳能电池板的面积，硅片的光--电转换率，更取决于太阳光的进光量。如果改善太阳光的进光量，则在相同的单位硅片面积上，在光--电转换率不变的情况下，进光量越多，发电量就越大。本专利的提出就是这个目的。

发明内容

一种太阳能电池板的聚光-均光装置，它是将现有单层太阳能电池板改成3层太阳能发电模板结构：上层为聚光层，其作用是吸收比太阳能电池板面积更大、更多的太阳光，提高发电量；中层为均光镜，其作用是消除一般聚光镜容易出现的光斑或焦点，使上层聚集的光线平行、均匀的射到太阳能电池板的每个部位，防止太阳能电池板局部过热，发电效率得到充分发挥；下层为太阳能电池板及散热器，由此三位一体集成为一个太阳能发电模板；由于聚光层凸透镜的光线倍增作用和均光镜的均光双重作用，使太阳能电池板可以聚集成倍、均匀的太阳光，可以使现有的太阳能电池板发电量提高2～3倍以上；成本低，市场巨大，前景无限。

本实用新型的技术方案是：

1、本太阳能发电板分3层，上层为光学凸透镜或“菲涅耳”凸透镜，中间层为光学均光镜，下层为太阳能电池板；在层与层之间保持一定的间距，并且其间距应该根据不同的地区最高温度可调，以防止温度过高损坏太阳能电池板。

2、上层聚光凸透镜可以采用光学玻璃，也可以采用亚力克材料；中间均光镜可以采用光学玻璃，也可以采用亚力克材料。

3、“菲涅耳”凸透镜可以采用光学玻璃，也可以采用亚力克材料。

4、“菲涅耳”凸透镜有2种：

1)多圈同心圆结构，这是现在最常用的菲涅耳透镜。

2)矩阵式结构。矩阵式均光结构更适合太阳能发电模板。

5、由上层凸透镜、中层均光镜和下层太阳能电池板集成为太阳能发电模板。

6、光学凸透镜或“菲涅耳”凸透镜的放大倍数不能太高，原因1是过高的放大倍数其结构复杂，厚度、重量增加；原因2是过高的放大倍数使进入太阳能电池板上的光线温度过高，一旦超过硅片的最高允许结温125℃时将烧毁太阳能电池板。一般限制在2～3倍之内。而现在的数码相机的镜头可以达到50倍以上！可见，提高光学放大倍数即进光量，受限于太阳能硅片的安全温度、成本高昂的光学透镜以及复杂的结构。

现在的太阳能电池板背面大都是散热性能良好的铝板作为基板，可以将该铝板做成散热效果更好的散热器叶片。

7、光学玻璃凸透镜的透光率优于亚力克凸透镜；但光学玻璃属厚、重、易碎材料，而亚力克材料轻薄，基本是一薄片，但是透光率一般略低于光学玻璃。

8、无论光学凸透镜，或“菲涅耳”凸透镜都有一个共同的缺点，即它们都有中心聚焦特性——圆心中间部位光通量大，致使太阳能芯片中间部位温度升高，甚至可能烧坏芯片或降低其使用寿命；而周边光通量逐渐减小，造成太阳能芯片光照不均匀，温度低，不能充分、有效的利用太阳能芯片的发电利用率，因此需用均光镜使其均匀。

9、如果将光学凸透镜或“菲涅耳”凸透镜制作成“非球面凸透镜”，既可以起到聚光作用，也可以使整片凸透镜光照均匀，原理如同现在的数码相机的光学镜头一样。这种“非球面凸透镜”可以通过计算机模拟技术制作出来，制作成模具批量生产。由此可以省掉均光镜片，简化模块尺寸和结构，降低成本。

10、“圆管式”聚光、均光透镜。普通透明玻璃管本身就具有凸透镜的聚光、放大作用，用来作为聚光、均光双层合一结构，同时具有强度高，成本低的优点。

“圆管式”聚光、均光透镜也可以采用轻便、不易破粹的亚克力材料做成。

11、在太阳能电池板背面多点位安装温度传感器进行监测，保护太阳能电池板。

本实用新型的有益效果是：

1、在不改变现有的太阳能硅光芯片材料、面积的情况下增加太阳光的进光量，再将光线均匀化，使之成为平行光射入硅光电电池平面，可以在同等类型(如：单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池)、同等面积、同等光-电转换率的硅光电电池上，明显提高硅光电池的发电量。在成都平原甚至整个四川盆地地区，由于大部分时间云雾覆盖在平原上空，一年四季少见蓝天多有云雾，太阳能发电效果不大的地方，如果采用聚光、均光技术，可以显著改变盆地地区太阳能发电效果不佳的问题。

2、以单晶硅光--电转换率15％～23％为例，采用本技术可以等效于光--电转换率达到30％～69％；多晶硅单晶硅光--电转换率14％～16％，可以等效于光--电转换率达到28％～48％；薄膜电池12％～14％，可以等效于光--电转换率达到24％～42％。

可以明显的看到，采用本聚光-均光技术，任何一种硅光电电池的光--电转换率可以轻而易举的等效超过全世界特别是美、欧、日的硅光电电池最高的光--电转换率，而增加的成本相当低。如“菲涅耳”透镜就是过去小屏幕电视机显像管前面安装的一片“放大镜”，将小屏幕扩大成“大屏幕”的有机玻璃，价格仅10-20元人民币/1张。

3、更方便的是，本聚光-均光技术和配套部件可以较为方便的安装在已经安装或计划安装的太阳能电池板上。

4、有关聚光太阳能发电技术(CSP)在国际上早有提出并实施。它实际上是一种“光--热发电”技术而不是“光-电发电”技术。CSP是先用太阳能聚焦将水加热到400℃成为过热蒸汽驱动涡轮式发电机进行间接发电，它不采用硅片。而太阳能硅片与其不同，是直接将太阻能通过硅片转化为电能。

5、市场巨大，前景无限。

目前全国太阳能生产型企业总数为1600家，其中太阳能配套和装备的企业有670家，占到总数的42％，剩下是900多家整机生产企业，占总量的58％。

全世界有多少家太阻能生产型企业目前尚不得而知。

总之，只要人类还在，只要太阳还在，人类利用太阳能发电就永远存在。

附图说明

图1-1是光学凸透镜聚光-均光原理图。

图1-2是光学凸透镜聚光-均光结构原理俯视图。

图2-1是菲涅耳(同心圆式)透镜聚光-均光原理图。

图2-2是菲涅耳(同心圆式)透镜聚光-均光原理俯视图。

图2-3是矩阵式菲涅耳透镜聚光-均光结构原理图。

图3-1是阵列式微凸透镜(向上)俯视图。

图3-2是阵列式微凸透镜(向上)侧视装配图。

图4-1是阵列式微凸透镜(向下)俯视图。

图4-2是阵列式微凸透镜(向下)侧视装配图。

图5是圆管式聚光、均光透镜装配图。

上述图中，1-太阳光，2-菲涅耳透镜，3-均光镜，4-太阳能电池板，5-铝背板，6-散热器，7-凸透镜，8-固定孔，9-微凸透镜，10-矩阵式菲涅耳透镜，11-圆管式聚光-均光透镜。

具体实施方式

1、图1-1中，均光镜(3)安装在太阳能电池板(4)上，凸透镜(7)安装在均光镜(3)之上，太阳光(1)射入凸透镜(7)，太阳能电池板(4)背面安装铝背板(5)及散热器(6)。

2、图1-2中，凸透镜(7)四周的固定孔(8)将凸透镜(7)固定在均光镜(3)之上。

3、在图2-1中，菲涅耳透镜(2)安装在均光镜(3)之上，均光镜(3)安装在太阳能电池板(4)之上，太阳光(1)射入2-菲涅耳透镜；太阳能电池板(4)背面安装铝背板(5)及散热器(6)。

4、在图2-2中，菲涅耳透镜(2)四周的固定孔(8)将菲涅耳透镜(2)固定在均

5、光镜(3)之上。

6、图2-3中，矩阵式菲涅耳透镜(10)安装方法与菲涅耳透镜(2)相同。

7、图3-1和图4-1是将若干微凸透镜(9)排列成为阵列。

8、图3-2中，微凸透镜(9)向上排列，安装在均光镜(3)之上，均光镜(3)安装在太阳能电池板(4)之上；向上排列容易藏留灰尘、垃圾，不易清洗。

9、图4-2中，微凸透镜(9)向下排列，安装在均光镜(3)之上，均光镜(3)安装在太阳能电池板(4)之上。向下排列表面平滑、干净，不留垃圾，容易清洗。

10、图5中，圆管式聚光-均光透镜(11)安装在均光镜(3)之上，均光镜(3)安装在太阳能电池板(4)之上。也可以省掉均光镜(3)直接安装在太阳能电池板(4)之上。

Claims (3)

1.一种太阳能电池板的聚光-均光装置，其特征是，它是将现在的单层太阳能电池板更换成为3层结构的太阳能发电模板：上层为聚光镜，中层为均光镜(3)，下层为太阳能电池板(4)，

聚光镜由凸透镜(7)或菲涅耳透镜(2)制作而成，安装在均光镜(3)之上，均光镜(3)安装在太阳能电池板(4)之上，太阳光(1)射入聚光镜凸透镜(7)或菲涅耳透镜(2)之上；太阳能电池板(4)背面安装铝背板(5)及散热器(6)；

菲涅耳透镜分为多圈式菲涅耳透镜(2)和矩阵式菲涅耳透镜(10)，矩阵式菲涅耳透镜(10)由若干微凸透镜(9)排列组成为阵列；

矩阵式菲涅耳透镜(10)安装在均光镜(3)之上，均光镜(3)安装在太阳能电池板(4)之上，太阳光(1)射入菲涅耳透镜(2)；太阳能电池板(4)背面安装铝背板(5)及散热器(6)，

微凸透镜(9)可以向上排列，安装在均光镜(3)之上，或向下排列，安装在均光镜(3)之上；

圆管式聚光-均光透镜(11)安装在均光镜(3)之上，均光镜(3)安装在太阳能电池板(4)之上。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池板的聚光-均光装置，其特征是，均光镜(3)可以采用光学玻璃，也可以采用亚力克材料；凸透镜(7)或“菲涅耳”透镜(2)的材料可以采用光学玻璃，也可以采用亚力克材料；矩阵式菲涅耳透镜(10)的材料可以采用光学玻璃，也可以采用亚力克材料。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池板的聚光-均光装置，其特征是，在太阳能电池板(4)背面多点位安装温度传感器进行监测，保护太阳能电池板(4)。