CN205545128U - 聚光光伏单元、聚光光伏模组、聚光光伏面板和聚光光伏系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种聚光光伏单元、聚光光伏模组、聚光光伏面板和聚光光伏系统，该聚光光伏单元包括散热器、设置在散热器上的接收器、具有中空内腔的聚光支架、初级聚焦元件和次级聚光器；其中，初级聚焦元件被配置为把日光聚焦到次级聚光器的光线入射端面，次级聚光器的光线出射端面与接收器中的光伏电池相配合，以向光伏电池传输光线；聚光支架的第一端部固定在散热器上，且使得接收器被收纳在中空内腔中；聚光支架的第二端部与次级聚光器固定连接，且该第二端部被构造为使得次级聚光器的光线入射端面暴露于聚光支架之外；中空内腔的表面形成有光线反射层。本实用新型通过在聚光支架的内表面形成光线反射层来提高光线利用效率和发电功率。

Description

聚光光伏单元、聚光光伏模组、聚光光伏面板和聚光光伏系统

技术领域

本实用新型涉及光伏发电领域；更具体地讲，本实用新型涉及一种聚光光伏单元、聚光光伏模组、聚光光伏面板和聚光光伏系统。

背景技术

聚光光伏(Concentrator Photovoltaic,CPV)系统可以使用透镜来将相对大面积的日光集中到相对小面积的光伏电池组件(在聚光光伏中通常被称为“接收器”)上，并由光伏电池组件中的光伏电池将太阳辐射转变成直流电。与传统太阳能发电系统相比，这种聚集的太阳辐射在发电方面能够提供更高的效率，并使用少得多的半导体材料用量，是最具有发展成为大型支撑电源潜力的太阳能发电方式。

在聚光光伏系统中，光伏电池单元构成光能发电的最小单位。如中国专利申请201510087045.1所公开的，可以通过在壳体中布置多个聚光光伏单元并且通过使该多个聚光光伏单元相互电连接来形成聚光光伏模块(又称为聚光光伏模组)，并通过布置多个聚光光伏模块来形成聚光光伏面板。通常，聚光光伏系统可以包括多个聚光光伏面板以及驱动装置，该驱动装置被构造为驱动聚光光伏面板，以执行在面向太阳的方向的同时跟踪太阳的移动的操作。

中国专利申请201410792129.0公开了一种太阳能光伏供电系统，包括：聚光发电模块、蓄电池模块和逆变模块；其中，聚光发电模块由菲涅尔透镜、二次聚光镜、太阳能电池和铝基板组成；蓄电池模块与聚光发电模块电连接，用于储存聚光发电模块发出的直流电；逆变模块与聚光发电模块电连接，由控制电路、逆变电路和滤波电路组成，用于将聚光发电模块发出的直流电逆变成交流电。在该技术方案中，采用菲涅尔透镜和二次聚光镜，聚光效率高，无需使用太阳跟踪模块，即能实现较高的发电效率，运行可靠、成本低。

中国专利申请200880009262.7公开了一种利用菲涅耳透镜和非成像次级光学的聚光光伏系统，其包括将较高太阳光通量提供到多结太阳能电池或其它目标电池以产生有效电输出的光学器件，该光学器件包括：初级聚焦元件、以及具有入射孔和出射孔的非成像次级聚光器。初级聚焦元件被配置为把来自远光源的光聚焦到次级聚光器的入射孔上。在某些方面，初级聚焦元件具有大于约1的f值，例如在1至4之间或更大。该器件包括邻近次级聚光器出射孔定位的太阳能电池。在某些方面，初级聚焦元件包括菲涅耳透镜、衍射透镜、和/或反射镜。在某些方面，用作初级的菲涅耳透镜是平的、大致正方形的、曲面的和/或折射的。

在上述的聚光光伏系统中，为了增大光学接收角并提高光伏电池的光电转换效率，引入二次聚光镜或者非成像次级聚光器作为菲涅耳透镜和光伏电池组件之间的光线传输器件。但是，上述专利申请中并未公开如何固定并保护二次聚光镜或者非成像次级聚光器，而这对于聚光光伏系统的性能有着非常重要的影响。对此，中国专利201120261237.7提供了一种解决方案。

如附图1至2所示，该解决方案为一种太阳能棱镜座，包括呈筒状的本体1、弹性件3和压板4。其中，本体1的一端具有用于安装棱镜的安装孔2，压板4与本体1固定连接并位于安装孔2的外侧。弹性件3呈片状，包括定位边沿3a和由四片翻折的弹片3b组成的供棱镜穿过的定位孔3c，弹片3b均位于定位边沿3a同一侧。定位边沿3a位于本体1和压板4之间，两个螺钉5依次穿过压板4、定位边沿3a和本体1，以将压板4和定位边沿3a固定在本体1上。弹片3b所组成的定位孔3c的锥度小于棱镜的锥度，当棱镜穿过定位孔3c时，弹片3b紧贴在棱镜侧部，弹片3b产生弹力将棱镜抵靠在压板4上。由于压板4与本体1相固连，弹性件3与本体1相固连，而棱镜的端部抵靠在压板4上，因此四个弹片3b将棱镜固定在棱镜座上。

然而，上述专利所提供的解决方案仍存在诸多不足之处。例如，棱镜座对棱镜仅起到了固定作用，而没有将棱镜导光过程中散射的光线进行二次反射收集，导致导光过程中存在较多的光线损失；另外，棱镜座的零部件较多，导致加工及装配过程较为复杂，不利于成本控制。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型的第一方面是提供一种结构简单且具有较高光线利用效率的聚光光伏单元。

根据本实用新型第一方面的聚光光伏单元包括：散热器、设置在散热器上的接收器、具有中空内腔的聚光支架、初级聚焦元件和次级聚光器；其中，初级聚焦元件被配置为把日光聚焦到次级聚光器的光线入射端面，次级聚光器的光线出射端面与接收器中的光伏电池相配合，以向光伏电池传输光线；聚光支架的第一端部固定在散热器上，且使得接收器被收纳在聚光支架的中空内腔中；聚光支架的第二端部与次级聚光器固定连接，且该第二端部被构造为使得次级聚光器的光线入射端面暴露于聚光支架之外；中空内腔的表面形成有用于向次级聚光器内反射光线的光线反射层。

上述技术方案中，聚光支架可以采用铝、玻璃、不锈钢、耐候性好的塑料等单一材料，或者是多种材料的组合；聚光支架的内表面(即反射层表面)可以形成为柱面、锥面或曲面，外表面也可以形成为柱面、锥面或曲面；聚光支架可以形成为一体，也可以是由多个部分组合而成的组合件；聚光支架的第二端面(即位于第二端部的端面)可以与次级聚光器的光线入射端面之间平齐，亦可高于或低于光线入射端面。

如前所述，在聚光光伏单元中，通常利用次级聚光器将初级聚焦元件所聚集的日光传输到光伏电池，由于实际运行条件无法永远满足理想计算条件，因此次级聚光元件中无可避免的会存在光线外漏。本实用新型中，由于聚光支架的中空内腔的表面形成有光线反射层，该光线反射层可将由次级聚光器中所漏出的光线的大部分或者基本上全部反射回次级聚光器，从而提高了聚光光伏单元的光线利用效率和发电功率。另外，本实用新型的聚光光伏单元还具有结构简单、安装方便、加工容易的优点，可以节省材料成本及安装工时。

在本实用新型的一种优选实施方式中，聚光支架的第一端部与散热器相互密封，聚光支架的第二端部与次级聚光器相互密封。由此，使得聚光支架的中空内腔被完全密封，实现了光伏系统核心部件接收器与外界环境的隔离，有效解决了接收器的绝缘密封问题，延长了接收器及聚光光伏单元的使用寿命。

上述技术方案中，实现密封的方式可以是多种多样的。例如，可以将聚光支架的第一端部焊接或者粘结到散热器上，以实现二者之间的密封；同样，也可以通过在次级聚光器和聚光支架之间的间隙中填充粘结材料的方式来实现二者之间的相互密封与固定。

作为一种具体实施方式，次级聚光器和聚光支架之间设置有第一弹性密封件。这样的好处在于，既可以利用弹性密封件本身的弹性来同时实现次级聚光器和聚光支架之间的相互固定和密封，又容许次级聚光器和聚光支架具有更大的制造和装配误差，降低生产成本。

作为一种具体实施方式，聚光支架和散热器之间可拆卸地固定连接，且聚光支架和散热器之间设置有第二弹性密封件，这使得能够非常方便地实现聚光支架和散热器的密封以及组装与拆卸，并降低聚光光伏单元的维修和再生难度。作为一种常见的可拆卸固定方式，可以利用螺钉固定的方式将聚光支架固定到散热器上。

本实用新型中，次级聚光器的光线出射端面可以与光伏电池直接接触、以较小间隙相互分离或者通过中间材料层相互连接。作为一种优选实施方式，次级聚光器的光线出射端面和光伏电池之间可以经由透光性的粘结材料粘结连接；其中，粘结材料优选具有与所述次级聚光器相同或者接近的折射率。这样的好处在于，粘结材料既可以对光伏电池起到保护作用，又能够进一步降低光线传输损失。

根据本实用新型的一种具体实施方式，次级聚光器为横截面呈圆形或多边形的导光棒。可选择地，本实用新型中的次级聚光器也可以是现有技术中所公开的其他次级聚光器。

根据本实用新型的另一具体实施方式，散热器和接收器之间设置有导热介质，以降低二者之间的热阻，使得散热器能对接收器进行快速散热。本实用新型中，导热介质可以是具有粘性的导热材料，以利用该导热材料同时实现接收器的固定，简化聚光光伏单元的结构。作为一种实施方式，也可以利用焊接材料将接收器焊接在散热器上，以保证二者之间连接的可靠性，此时可以将焊接材料作为导热介质。另外，还可以在散热器和接收器之间设置不具有粘性的导热材料，并额外采用固定手段将接收器固定在散热器上。

根据本实用新型的第二方面，本实用新型还提供了一种聚光光伏模组，其包括多个上述的任意一种聚光光伏单元。

根据本实用新型的第三方面，本实用新型还提供了一种聚光光伏面板，其包括多个上述的聚光光伏模组。

根据本实用新型的第四方面，本实用新型还提供了一种聚光光伏系统，该聚光光伏系统包括一个或多个上述的聚光光伏面板。

本实用新型中，一方面，在聚光支架的内表面形成用于向次级聚光器内反射光线的光线反射层，从而提高了光线利用效率和发电功率；另一方面，对聚光支架的中空内腔进行密封处理，使得被收纳在中空内腔中的接收器与外界环境相隔离，以对接收器进行保护并提高其使用寿命。

为了更清楚地阐述本实用新型的目的、技术方案及优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。各个附图中，相同的附图标记标示相同或相当的部件或部分。

附图说明

图1是现有技术中太阳能棱镜座的结构示意图；

图2是图1所示棱镜座中弹性件的结构示意图；

图3是本实用新型聚光光伏单元实施例1的结构示意图；

图4是本实用新型聚光光伏单元实施例2的结构示意图；

图5是本实用新型聚光光伏单元实施例3的结构示意图。

具体实施方式

聚光光伏单元实施例1

图3示出了本实用新型实施例1的聚光光伏单元。如图3所示，本实施例的聚光光伏单元包括散热器10、接收器20、聚光支架30、初级聚焦元件(未示出)和次级聚光器40。其中：

聚光支架30具有中空内腔31、位于其第一端部32的第一安装孔321和位于其第二端部33的第二安装孔331。聚光支架30的第一端部32经由紧固螺钉51固定在散热器10上，且在第一端部32和散热器10之间设置有弹性密封圈52，以实现聚光支架30和散热器10之间的相互密封。接收器20经由焊接材料60焊接在散热器10上，并穿过第一安装孔321以被收纳在聚光支架30的中空内腔31中。

次级聚光器40穿过第二安装孔331，以使得次级聚光器40的光线入射端面41暴露于聚光支架30的外部。聚光支架30的第二端部33与次级聚光器40之间设置有用于实现聚光支架30和次级聚光器40之间相互密封和固定的弹性密封圈70。次级聚光器40的光线出射端面42经由透光性的粘结材料80与接收器20中的光伏电池(未示出)粘结连接。初级聚焦元件被配置为把日光聚焦到次级聚光器40的光线入射端面41，被聚焦的日光经由次级聚光器40和粘结材料80到达光伏电池，以进行光电转换。

聚光支架30的中空内腔31的表面被构造为曲面，且在该表面形成有用于向次级聚光器40内反射光线的光线反射层311。光线反射层311可将由次级聚光器40中所漏出的光线基本上全部反射回次级聚光器40。本实施例中，次级聚光器40为横截面呈圆形的石英导光棒，且该导光棒在其光线传输方向上横截面是逐渐减小的。

聚光光伏单元实施例2

图4示出了本实用新型实施例2的聚光光伏单元。如图4所示，本实施例与实施例1的区别仅在于：本实施例中，次级聚光器40的光线入射端面41和位于聚光支架30的第二端部33的端面基本上平齐。本实施例的其他方面与实施例1相同，故在此不再赘述。

聚光光伏单元实施例3

图5示出了本实用新型实施例3的聚光光伏单元。如图5所示，本实施例与实施例2的区别仅在于：本实施例中，聚光支架30的中空内腔31具有锥形的内周面，且在由聚光支架30的第一端部32到第二端部33的方向上，中空内腔31的横截面是逐渐减小的。本实施例的其他方面与实施例2相同，故在此不再赘述。

在本实用新型的一些实施例中，通过将多个聚光光伏单元相组合并且通过使该多个聚光光伏单元相互电连接来形成聚光光伏模组；在一些实施例中，通过将多个聚光光伏模组相组合来形成聚光光伏面板；在一些实施例中，通过将多个聚光光伏面板相组合来形成聚光光伏系统。这些组合均是本领域技术人员所习知的技术，如在中国专利申请201510087045.1中所公开的，故在此省略对其的详细描述。

虽然以上通过优选实施例描绘了本实用新型，但应当理解的是，本领域普通技术人员在不脱离本实用新型的发明范围内，依照本实用新型所作的同等改进，应为本实用新型的发明范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种聚光光伏单元，包括散热器、设置在所述散热器上的接收器、具有中空内腔的聚光支架、初级聚焦元件和次级聚光器；所述初级聚焦元件被配置为把日光聚焦到所述次级聚光器的光线入射端面，所述次级聚光器的光线出射端面与所述接收器中的光伏电池相配合，以向所述光伏电池传输光线；其特征在于：所述聚光支架的第一端部与所述散热器固定连接，且使得所述接收器被收纳在所述中空内腔中；所述聚光支架的第二端部与所述次级聚光器固定连接，且所述第二端部被构造为使得所述次级聚光器的光线入射端面暴露于所述聚光支架之外；所述中空内腔的表面形成有用于向所述次级聚光器内反射光线的光线反射层。

2.如权利要求1所述的聚光光伏单元，其特征在于：所述聚光支架的第一端部与所述散热器相互密封，所述聚光支架的第二端部与所述次级聚光器相互密封。

3.如权利要求2所述的聚光光伏单元，其特征在于：所述次级聚光器和所述聚光支架之间设置有第一弹性密封件。

4.如权利要求2所述的聚光光伏单元，其特征在于：所述聚光支架和所述散热器之间可拆卸地固定连接，且所述聚光支架和所述散热器之间设置有第二弹性密封件。

5.如权利要求1所述的聚光光伏单元，其特征在于：所述次级聚光器的光线出射端面和所述光伏电池之间经由透光性的粘结材料粘结连接。

6.如权利要求1所述的聚光光伏单元，其特征在于：所述次级聚光器为横截面呈圆形或多边形的导光棒。

7.如权利要求1所述的聚光光伏单元，其特征在于：所述散热器和所述接 收器之间设置有导热介质。

8.一种聚光光伏模组，其特征在于：包括多个如权利要求1至7任一项所述的聚光光伏单元。

9.一种聚光光伏面板，其特征在于：包括多个如权利要求8所述的聚光光伏模组。

10.一种聚光光伏系统，其特征在于：包括一个或多个如权利要求9所述的聚光光伏面板。