CN215956344U - 一种聚光光伏装置 - Google Patents

Abstract

一种聚光光伏装置涉及太阳能发电领域，光伏装置的上端为菲涅尔透镜，中间为光线传导装置，下部为光伏电池；太阳光垂直照射到菲涅尔透镜外侧平面，太阳光经过菲涅尔透镜内侧表面折射后，使光伏电池光敏的光波经过光线传导装置传播后照射到光伏电池上表面，光伏电池下表面紧密接触一个导热片上表面；光线传导装置的外侧金属接触导热片上表面，光线传导装置内侧为镜面反射。通过引入热电片，利用热电耦合产生的电能驱动散热部件工作，提高了太阳能的利用率；利用特制菲涅尔透镜将光伏电池敏感的光线导入到光伏电池的表面，延长光伏电池的寿命，提高光伏电池输出电压。

Description

一种聚光光伏装置

技术领域

本实用新型涉及太阳能发电领域，具体涉及一种用于聚光光伏发电领域的光伏电池冷却装置。

背景技术

由于地球资源的不断利用，不可再生资源的储量已越来越少，寻找并开发一种可再生资源已成为必要选择。目前，对可再生资源的开发利用研究力度较大的便是太阳能，对太阳能的利用主要是光伏发电和光热发电两种利用方式，其中光伏发电主要以聚光光伏发电为主，聚光光伏发电由于聚光比的大大提高造成光伏电池表面的温度随之升高，使得光伏电池的光电转化效率以及输出功率大大降低，同时如果长时间在高温工况下工作，光伏电池的使用寿命也会缩短。因此，对光伏电池进行必要的冷却是延长使用寿命和提高输出功率的关键。

对光伏组件进行冷却，常规选择的方式是通过风冷或者水冷部件等外加部件进行被动冷却，其中的动力来源为外加的方式，这不仅增加了系统的建设的成本，而且增大了后期的维护工作复杂度。

实用新型内容

本实用新型针对上述光伏电池表面温度引起的光伏电池工作性能下降的问题，提供了一种冷却技术，引入了热电片，能够将光伏电池表面的热量部分转化为电能，并驱动风扇为系统进行散热。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案是：一种聚光光伏装置，包括太阳自动跟随系统，使太阳光垂直照射到聚光光伏装置，其特征是：光伏装置的上端为菲涅尔透镜，中间为光线传导装置，下端为光伏电池；太阳光垂直照射到菲涅尔透镜外侧平面，太阳光经过菲涅尔透镜内侧表面折射后，使光伏电池光敏的光波经过光线传导装置传播后照射到光伏电池上表面，光伏电池下表面紧密接触一个导热片上表面；光线传导装置的外侧金属接触导热片上表面，光线传导装置内侧为镜面反射。

导热片下表面紧密贴合热电片，热电片和光伏电池分别位于导热片的两侧；热电片轴线和导热片轴线重合。

透明材质连接菲涅尔透镜和光线传导装置，使光伏电池不敏感的光线部分从透明材质透射出去；同时使光伏电池被密封在菲涅尔透镜、透明材质、光线传导装置和导热片围成的空间内。

导热片下表面固定风冷散热器，风冷散热器上表面为平整面，热电片）位于风冷散热器上表面；风冷散热器主要部件为风扇；热电片上表面紧密接触导热片下表面。

热电片下表面和风扇叶片之间布置针柱型散热器，热电片对风扇供电，风扇将针柱区域热空气吸出。

热电片有双金属温控开关，热电片向风扇供电。

本实用新型的有益效果是：利用特制菲涅尔透镜将光伏电池敏感的光线导入到光伏电池的表面，减少高能高频光线对光伏电池的伤害，延长光伏电池的寿命；减少部分红外线的导入，从而降低光伏电池的温度，提高光伏电池输出电压。通过引入热电片，利用热电耦合产生的电能驱动散热部件工作，其中的热量来源于未被光伏电池利用的太阳能以及光伏电池的内阻效应所消耗的能量，提高了太阳能的利用率；利用热电片所产生的电能对风扇进行驱动，不需要外部供能，降低了冷却成本，相比于传统冷却技术，也降低了装置的复杂度以及后期维护的复杂度和成本；所选用的风扇功率上限大于热电片所能产生的最大功率。引入双金属温度开关，所选用风扇的启动电压或者最小功率满足以下条件:若系统的温度范围不太高，不需要冷却，则此时双金属温控开关不动作。

附图说明

图1是本实用新型装置结构示意图；

图2是本实用新型主要结构爆炸视图；

图3是本实用新型透明材质俯视图；

图4是本实用新型菲涅尔透镜以及框架图；

图5是本实用新型装置的菲涅尔透镜聚光示意图；

图6是本实用新型装置外框架图；

图中1.光伏电池，2.导热片，3.热电片，4.风冷散热器，5.螺杆，6.风扇，7.透明材质，8.菲涅尔透镜，9.框架，10.支撑板，11. 光线传导装置，12.透镜框，13.光线（太阳光）。

具体实施方式

太阳能电池包含各种材质：多晶硅太阳能电池、砷化镓太阳能电池、薄膜电池等等。每种光伏电池由于禁带宽度的差异，对太阳光的敏感光谱存在差异。一般硅基太阳能电池，由于高频紫外线能量高，容易影响硅片晶格的原子实，造成太阳能电池寿命缩短；对于太阳光的部分（长波方向）红外线，由于能量低不能够被太阳能电池吸收，从而转变为热量，导致太阳能电池温度升高；因此普遍认为硅基太阳能电池合适的光敏波长为400-1100nm。

一种聚光光伏装置，包括太阳自动跟随系统，太阳自动跟随系统是一种常用的现有技术，太阳自动跟随系统能够使太阳光垂直照射到聚光光伏装置，其特征是：光伏装置的上端为菲涅尔透镜8，菲涅尔透镜8上表面为平面、下表面可以设计为三棱镜的旋转体（即纵剖面为三角形），利用三棱镜的折射效应：短波和长波分别位于折射光带（类似彩虹光谱）的两侧，中间部分为太阳能电池能够光敏的部分，光敏部分的光线进入光线传导装置11。中间为光线传导装置11（相当于光阑和散热装置），下部为光伏电池1；太阳光垂直照射到菲涅尔透镜8外侧平面（因为是平面，并且垂直入射，所以不产生折射），太阳光经过菲涅尔透镜8内侧表面（下表面，凹凸不平）产生折射后，使光伏电池1光敏的太阳光部分经过光线传导装置11传播后照射到光伏电池1上表面，光伏电池1下表面紧密接触一个导热片2上表面，导热片2为金属，一般选用传热效率高的紫铜；光线传导装置11的外侧为金属（比如铜，不锈钢）并接触导热片2上表面，光线传导装置11内侧为镜面反射，最简单的结构：内侧为抛光的金属表面实现镜面反射。

菲涅尔透镜8一般为旋转体，即下表面的轮廓线为圆形，纵剖后的剖面如图5的上部，主要功能为三棱镜，即三角形绕中心轴线旋转而成。此时形成的光敏部分为圆形，所以建议的光伏电池1为圆形，光线传导装置11为圆筒。图5的菲涅尔透镜8为纵剖（平面），线传导装置11为圆筒（立体），光伏电池1（平面）与菲涅尔透镜8为纵剖平面相互垂直。

现有的光伏电池1大多数做成长方形（薄型长方体），此时的菲涅尔透镜8相当于有三棱镜组成，为了使太阳光的光敏部分能够聚集在光伏电池上，围成一圈的四个三棱镜不能够相互靠拢（因为三棱镜有一定的体积，避免从一个三棱镜出来的折射光照射到另外一个相邻的棱镜上），所以四个三棱镜之间都有一个缺口以确保光敏以外的光谱能够被丢弃，即四个三棱镜的顶部轮廓线为四个角缺失的正方形。菲涅尔透镜8由多个四个角缺失的正方形嵌套组成，所有的三棱镜的形状都确保光敏部分的太阳光照射到光线传导装置11（此时的光线传导装置11为空心长方体，长方体的水平截面内部为正方形，空心长方体内侧为镜面），其水平纵剖面与图5的菲涅尔透镜8相同。

导热片2下表面紧密贴合热电片3，热电片3和光伏电池1分别位于导热片2的两侧。热电片3即半导体制冷制热设备，通电后、热量从一端输运到另外一端，一端温度降低（冷端）一端温度升高（热端）；当没有通电，但是一端的温度高于另外一端，则产生输出电压，所以又称为温差发电装置。

透明材质7连接菲涅尔透镜8和光线传导装置11，使光伏电池1不敏感的光线部分从透明材质7透射（折射）出去；同时使光伏电池1被密封在菲涅尔透镜8、透明材质7、光线传导装置11和导热片2围成的空间内。有效避免外界水汽以及灰尘的影响，延长光伏电池1的使用寿命和提高光伏电池1光能利用效率。

热电片3下表面固定风冷散热装置4，风冷散热装置4上表面为平整面，热电片3位于风冷散热装置上表面；风冷散热装置4主要部件为风扇6；热电片3上表面紧密接触导热片2下表面、热电片3下表面位于风冷散热装置4的上端。为了更好地进行热量传递，两个部件的接触面可以涂抹导热胶，这是电脑CPU风扇的常用技术，本实用新型也可以采用导热胶提高部件之间的接触紧密程度，以提高热量的传递效率。

热电片3和风扇6叶片之间可以布置针柱型散热器，针柱型散热器为紫铜部件，由薄型长方体和表面固定的直径1mm左右的圆柱组成，长方体表面有横竖排列的圆柱，提高与空气的接触面积，以达到快速散热的效果。长方体表面密布的圆柱体称为针柱区域。

热电片3对风扇6供电，风扇6将针柱区域热风吸出；或者将室内空气吹向针柱区域实现散热。

热电片3与导热片2接触的一侧有双金属温控开关，高于双金属温控开关的动作温度开关连通，热电片向风扇6供电。

螺杆5用于将针柱型散热器、风冷散热器4进行固定，以防止在运行过程中装置发生偏移。设置于风扇6下方的支撑板10对装置的核心模块进行支撑（风扇6下方的支撑板10有一个作为气流通道的孔洞），并与螺杆5配合对风扇6、风冷散热器4进行固定限位。装置整体框架9与菲涅尔透镜8的透镜框12的配合方式为滑槽结构，以便于菲涅尔透镜8的安装。可选的，该滑槽结构还可以替换为其他连接结构，如采用钢链接结构。

也可以利用太阳能发电部件的电压输出对热电偶供电，使光伏发电部件的下方接触热电偶的冷端，为避免温度过低，可以串联双金属片温控开关，使光伏部件在25°C左右工作。此时可以省略针柱型散热器和风冷散热器，甚至可以省略导热片2，这样的好处的节约材质和空间；不足是部分消耗了太阳能的输出。

Claims (6)

1.一种聚光光伏装置，包括太阳自动跟随系统，使太阳光垂直照射到聚光光伏装置，其特征是：光伏装置的上端为菲涅尔透镜（8），中间为光线传导装置（11），下端为光伏电池（1）；太阳光垂直照射到菲涅尔透镜（8）外侧平面，太阳光经过菲涅尔透镜（8）内侧表面折射后，使光伏电池（1）光敏的光波经过光线传导装置（11）传播后照射到光伏电池（1）上表面，光伏电池（1）下表面紧密接触一个导热片（2）上表面；光线传导装置（11）的外侧金属接触导热片（2）上表面，光线传导装置（11）内侧为镜面反射。

2.根据权利要求1所述一种聚光光伏装置，其特征是：导热片（2）下表面紧密贴合热电片（3），热电片（3）和光伏电池（1）分别位于导热片（2）的两侧；热电片（3）轴线和导热片（2）轴线重合。

3.根据权利要求1所述一种聚光光伏装置，其特征是：透明材质（7）连接菲涅尔透镜（8）和光线传导装置（11），使光伏电池（1）不敏感的光线从透明材质（7）透射出去；同时使光伏电池（1）被密封在菲涅尔透镜（8）、透明材质（7）、光线传导装置（11）和导热片（2）围成的空间内。

4.根据权利要求2所述一种聚光光伏装置，其特征是：导热片（2）下表面固定风冷散热器（4），风冷散热器（4）上表面为平整面，热电片（3）位于风冷散热器（4）上表面；风冷散热器（4）主要部件为风扇（6）；热电片（3）上表面紧密接触导热片（2）下表面。

5.根据权利要求2所述一种聚光光伏装置，其特征是：热电片（3）下表面和风扇叶片之间布置针柱型散热器，热电片（3）对风扇（6）供电，风扇（6）将针柱区域热空气吸出。

6.根据权利要求1所述一种聚光光伏装置，其特征是：热电片（3）有双金属温控开关，热电片向风扇（6）供电。

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