CN2884536Y - 太阳能电池高效收集器 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能电池高效收集器,其特征在于:由各收集单元[1]在同一基准平面上排列拼合构成整体电池板,在该电池板的背面设置冷却器,冷却器与各收集单元[1]中所设的太阳能电池片[4]底面接触,以此构成散热结构;每个收集单元[1]结构相同,都由一聚光镜[3]和一太阳能电池片[4]对应构成,聚光镜[3]以采光面朝外设置,太阳能电池片[4]以受光面朝向聚光镜[3]设置,且受光面位于聚光镜[3]的焦平面上,太阳能电池片[4]上引出导线输出电信号。本实用新型在同样的光照面积下,节省了太阳能电池片的使用量99%以上,提高了发电效率,大幅降低了制造成本。

Description

太阳能电池高效收集器
技术领域
本实用新型涉及一种将太阳能转换为电能的装置,特别涉及一种利用太阳能电池,在太阳能电池上设有聚光结构的转换器。
背景技术
人口的增长,工业的发展,使得能源消耗越来越大,能源危机已成为21世纪人类将面临的一大挑战。因此人们不得不想方设法地利用可再生能源来替代煤炭、石油等不可再生的能源。太阳能就是一种适用面最广的,取之不尽、用之不竭的、清洁环保的自然可再生能源。
利用太阳能电池(或称光电池)即能将光能转换为电能使用。但是因太阳能电池是以半导体材料制成,单体制造成本高,售价高,其推广应用受到了限制。因此,要想将太阳能电池遍及至千家万户,就必须大幅度地降低其使用成本,和提高光电转换效率。只有当使用太阳能电池的成本可望与普通发电的成本接近时,才能使太阳能电池得到最广泛地应用。
目前,太阳能电池应用时,是将多片太阳能电池片根据当地地理位置,按照朝太阳面最大面积原则直接矩阵拼接安装,构成一光电转换装置。现一般太阳能电池片的转换效率一般为13-16%,为达到较大的发电量,光照面积就需增大,就需使用大量的太阳能电池片(例:在阳光直射的条件下,如要发1.5kw/h的电量,就需要10m2左右的太阳能电池片),对于使用这么多片的太阳能电池带来的高额价格,是普通家庭经济上所无法承受的。
另一方面,为了防风、雨、冰雹和灰尘对太阳能电池本身的损害,现有的太阳能电池片的受光表面上都覆盖有诸如玻璃、透明塑料等制成的防护层,并且为达到一定的防护强度,其防护层还设计得都较厚,这就带来了以下缺陷:透明的防护层会反射和折射掉一部分光线,一般来说,有3-5%太阳能电池片的入射光线会由于防护层而损耗掉,从而降低了效率。
发明内容
本实用新型提供一种太阳能电池高效收集器,目的一是在同样的光照面积下,减少太阳能电池片的使用量,从而降低制造成本;二是在同样的光照面积下,提高发电效率。
为达到上述目的,本实用新型采用的技术方案是:一种太阳能电池高效收集器,由各收集单元在同一基准平面上排列拼合构成整体电池板,在该电池板的背面设置冷却器,冷却器与各收集单元中所设的太阳能电池片底面接触,以此构成散热结构;
每个收集单元结构相同,都由一聚光镜和一太阳能电池片对应构成,聚光镜以采光面朝外设置,太阳能电池片以受光面朝向聚光镜设置,且受光面位于聚光镜的焦平面上,太阳能电池片上引出导线输出电信号。
上述技术方案中的有关内容解释如下:
1、上述方案中,所述“由各收集单元在同一基准平面上排列拼合构成整体电池板”,从意思上包含各式的排列拼合形式:如几行几列的规则矩阵式、或行与行间交错的蜂窝式等等,其中以矩阵式排列较佳。从电池板的制作形式上包括以下两种:a、先制出一个个单独的收集单元,再收集单元拼合成整体电池板;b、先制出一块排列设有多个聚光镜的上板和一块排列设有多个太阳能电池片的下板,再将上板上的各聚光镜与下板上的各太阳能电池片对应起来,并固定,构成整体电池板。
2、上述方案中,因太阳能电池片上有透光镜的遮挡,透光镜除聚光作用外还对太阳能电池片起到了防护作用,可以防冰雹、防风,因此这里的太阳能电池片只需采用原始的电池基片即可,其上仅仅覆盖了一层薄薄的封装覆盖材料,而无需像现有技术那样在电池片表面覆盖设置厚厚的玻璃防护层。
3、上述方案中,所述各收集单元中,聚光镜边沿和太阳能电池片边沿之间可以通过支架形结构连接支撑,以此构成一锥形结构。这里的支架形结构具体是指用来支撑连接聚光镜和太阳能池片的物件,材质上可以是塑料、金属、玻璃等等,形状上可以是杆状、锥筒状等等,如以下两种具体方案:
a、所述各收集单元中,聚光镜边沿和太阳能电池片边沿之间以两根或两根以上的支撑杆连接支撑。
b、所述各收集单元中,聚光镜边沿和太阳能电池片边沿之间以一锥筒状件连接支撑,锥筒状件的大端与聚光镜边沿连接,小端与太阳能电池片的边沿连接。
在b方案的基础上,又可以引出以下两个进一步方案:a)锥筒状件的内表面可以设计为折射面,它的折射聚光于太阳能电池片的受光面上,以此辅助聚光镜聚光;b)所述聚光镜、锥筒状件与太阳能电池片之间的空腔可以是一密封腔,该密封腔内充惰性气体或抽真空,以此进一步加强对太阳能电池片的防护,主要是防氧化。
3、上述方案中,所述聚光镜具体可以是斐涅尔聚光镜、凸透镜等具有聚光作用的光学元件;在材质是以透明固体材料制造,该材料可以是玻璃,也可以是透明塑料制品,如聚碳酸脂(PC)等等。
4、上述方案中,所述聚光镜的采光面为矩形或六边形,以此各采光面矩阵拼合构成一整体的采光面。
5、上述方案中,所述冷却器可以是内部通水的水冷型,冷却后的水可以作为太阳能热水使用,也可以是加装散热片的风冷型。
6、本太阳能电池高效收集器使用时,可以同现有技术一样直接固定安装于屋顶上采光,但最佳是与一太阳跟随架组合使用,以太阳跟随架保证本收集器的采光面一直朝向太阳采光,保证最高的工作效率。
7、上述方案中,本收集器还包括一外框支架,以该外框支架将各收集单元框在其内组成电池板。
8、上述方案中,本收集器太阳能电池片可与后续的蓄电池连接,发出的电能被蓄电池存蓄起来,这些都是现有技术,这里不再赘述。
本实用新型设计原理是:现有理论及实验数据证明:当光照度增加时,太阳能电池的光电子数会随之增加,太阳能电池的光电转换效率会有明显提高;但是温度的上升,却会限制光电转换效率的提高。
应用以上理论,本实用新型在小片太阳能电池片上加设聚光镜组成收集单元,以聚光镜将大面积的光照汇聚至小片太阳能电池片,并在太阳能电池片后设置冷却器强制散热,一方面节省了太阳能电池片的使用量;另一方面,因聚光镜的聚光作用,太阳能电池片上的光照度增强了几百倍,冷却器快速散热限制了温度的上升,以此使太阳能电池片的光电转换效率提高20%-30%,(如当太阳聚焦后照度增加了三百倍,太阳能电池片的发电量可增加到三百八十倍左右)。
由于上述技术方案运用,本实用新型与现有技术相比具有下列优点:
1、同样的光照面积节省太阳能电池片99%以上,大大降低了制造成本;
2、同样的光照面积发电效率提高20-30%;
3、厚实的聚光镜本身还是太阳能电池片的保护层,可以极大地提高太阳能电池片的抗飓风,抗冰雹,抗灰尘的能力;而太阳能电池片上可以使用很薄的封装覆盖材料,使太阳能电池折射率和表面反射率降到最低,这也在一定程度上提高了发电效率。
附图说明
附图1为实施例一结构的主视示意图;
附图2为附图1的附视示意图;
附图3为实施例一的收集单元主视示意图;
附图4为附图3的附视图;
附图5为实施例二的收集单元的示意图。
以上附图中:1、收集单元;2、冷却水管;3、聚光镜;4、太阳能电池片;5、支撑杆;6、锥筒状件;7、外框支架。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述:
实施例一:参见附图1、2所示,一种太阳能电池高效收集器,由324个收集单元1在同一基准平面上以18行18列矩阵排列,在其外以一外框支架7固定,拼合构成整体电池板,在该电池板的背面设置冷却器,该冷却器与各收集单元1中所设的太阳能电池片4底面接触,以此构成散热结构。
参见附图3、4所示,每个收集单元1结构相同,都由一聚光镜3和一太阳能电池片4对应构成,聚光镜3以采光面朝外设置,太阳能电池片4以受光面朝向聚光镜3设置,且受光面位于聚光镜3的焦平面上,太阳能电池片4上引出导线输出电信号。所述各收集单元1中,聚光镜3边沿和太阳能电池片4边沿之间以一由玻璃制成的锥筒状件6连接支撑,锥筒状件6的大端与聚光镜3边沿连接,小端与太阳能电池片4的边沿连接,构成一锥形结构;锥筒状件6的内表面也为折射面,并折射聚光于太阳能电池片4的受光面上;聚光镜3、锥筒状件6与太阳能电池片4之间的空腔可以设计成一密封腔,该密封腔内可充惰性气体或抽真空。
所述聚光镜3为双凸透镜,其采光面为矩形,以此各采光面矩阵拼合构成一整体的采光面。所述太阳能电池片4采用原始的电池基片,其上仅覆盖一层封装覆盖材料。
冷却器具体是一水冷器,其冷却水管2横向铺设在电池板的底部,其管壁与各太阳能电池片4以粘合剂粘合传导温度散热,其冷水管2中的循环水循环后可以作为附加产品——热水,供人们使用。
本实施例面的采光面积为9m2,在光直射下,发电量可达到1.5kw/h左右。
实施例二:参见附图5所示,一种太阳能电池高效收集器,与实施例一的不同之处是:聚光镜3是由聚碳酸脂(PC)制成的斐涅尔聚光镜;在各收集单元1中,聚光镜3边沿和太阳能电池片4边沿之间以四根支撑杆5连接支撑,构成一锥形结构。
其它同实施例一,这里不再赘述。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施,并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1、一种太阳能电池高效收集器,其特征在于:由各收集单元[1]在同一基准平面上排列拼合构成整体电池板,在该电池板的背面设置冷却器,冷却器与各收集单元[1]中所设的太阳能电池片[4]底面接触,以此构成散热结构;
每个收集单元[1]结构相同,都由一聚光镜[3]和一太阳能电池片[4]对应构成,聚光镜[3]以采光面朝外设置,太阳能电池片[4]以受光面朝向聚光镜[3]设置,且受光面位于聚光镜[3]的焦平面上,太阳能电池片[4]上引出导线输出电信号。
2、根据权利要求1所述的太阳能电池高效收集器,其特征在于:所述各收集单元[1]中,聚光镜[3]边沿和太阳能电池片[4]边沿之间以两根或两根以上的支撑杆[5]连接支撑,构成一锥形结构。
3、根据权利要求1所述的太阳能电池高效收集器,其特征在于:所述各收集单元[1]中,聚光镜[3]边沿和太阳能电池片[4]边沿之间以一锥筒状件[6]连接支撑,锥筒状件[6]的大端与聚光镜[3]边沿连接,小端与太阳能电池片[4]的边沿连接,构成一锥形结构。
4、根据权利要求3所述的太阳能电池高效收集器,其特征在于:所述锥筒状件[6]的内表面也为折射面,并折射聚光于太阳能电池片[4]的受光面上。
5、根据权利要求3所述的太阳能电池高效收集器,其特征在于:所述聚光镜[3]、锥筒状件[6]与太阳能电池片[4]之间的空腔为一密封腔,该密封腔内充惰性气体或抽真空。
6、根据权利要求1所述的太阳能电池高效收集器,其特征在于:所述太阳能电池片[4]为原始的电池基片,其上仅覆盖一层封装覆盖材料。
7、根据权利要求1所述的太阳能电池高效收集器,其特征在于:所述聚光镜[3]为斐涅尔聚光镜。
8、根据权利要求1所述的太阳能电池高效收集器,其特征在于:所述聚光镜[3]为凸透镜。
9、根据权利要求1所述的太阳能电池高效收集器,其特征在于:所述聚光镜[3]的采光面为矩形或六边形,以此各采光面拼合构成一整体的采光面。
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