CN2884537Y - 一种高性能太阳能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高性能太阳能装置，包括固定安装在支架上的聚光器和会聚反射镜，聚光器按照一定角度将太阳光会聚反射到设置在其上部的会聚反射镜上，在会聚反射镜下方设置有会聚透镜，会聚透镜与上述会聚反射镜也位于同一光轴上，在会聚透镜的下方，并沿所述光轴方向设置有太阳能电池组件、光导纤维或超导热管等光能转换设备。由于本装置可使太阳光经过多次会聚、反射达到高聚光度，太阳能利用充分；且单个聚光器的精度不需要很高，聚光器、会聚反光镜等可采用任何材料加装光反射层制作，大幅度降低了制造成本；太阳能电源可作成分体式，便于车载、携行、检修、更换，使用十分方便。

Description

一种高性能太阳能装置

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能利用设备，具体涉及一种高性能太阳能装置。

背景技术

太阳能电池组件的光电转换效率和转换材料的效率与光生载流子的多少密切相关，采用大量的太阳能电池组件导致成本极高；太阳光中约50％的光不能产生载流子，仅产生热。因此，要满足高注入载流子的条件是提高光照强度。采用单一聚光器，需要很高的聚光精度，带来制造成本大幅度增加；光照强度提高必然产生大量的热，而高热将使太阳能电池转换效率下降，甚至损坏太阳能电池；太阳能电池组件因封装和裸露于露天环境使表面不洁产生热岛效应，导致电池片的损坏相当高，且生产技术难度也较大；大功率太阳能发电装置一般都必须固定安装，不能车载或便携，限制了使用环境；目前，太阳能热水器基本上是中温型，也即在90℃以下，冬天或者在高寒地区不适用；目前使用的太阳能灶基本上是露天使用，即不方便也不卫生，并且不便于操作；现在应用的太阳光照明装置，由于采光原因达不到正常照明所要求的照度。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有太阳能应用设备的不足，设计制造一种结构简单、成本低廉的满足太阳能产生电能、热能或光能的高性能太阳能装置。

上述目的是通过以下技术方案实现的：一种高性能太阳能装置，包括固定安装在支架上的聚光器和会聚反射镜，所述聚光器和会聚反射镜具有同一光轴，聚光器按照一定角度将太阳光会聚反射到设置在其上部的会聚反射镜上，所述一定角度是指聚光器会聚的光斑应等于或小于会聚反射镜的镜口面积；在会聚反射镜下方设置有会聚透镜，会聚透镜与上述会聚反射镜也位于同一光轴上，会聚反射镜与会聚透镜之间的距离应使会聚反射镜的反光光斑完全照射到会聚透镜上，即光斑面积应等于会聚透镜垂直于光轴的中心截面积；在会聚透镜的下方，并沿所述光轴方向设置有光能转换设备。

所述光能转换设备为太阳能电池组件、光导纤维或超导热管，使用该设备产生电能、热能或光能，以满足不同的使用要求。

本实用新型的有益效果是：由于本装置经过多次会聚、反射达到高聚光度，太阳能利用充分，且单个聚光器的精度不需要很高，聚光器、会聚反射镜等可采用任何材料加装光反射层制作，可以大幅度降低制造成本；太阳能电源可作成分体式，便于车载、携行、检修、更换，使用十分方便。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型发电、发热装置结构示意图；

图2为外置式太阳能电池组件集成箱装置示意图；

图3为本实用新型聚光照明装置结构示意图；

图4为本实用新型热发电装置结构示意图。

图中：1.聚光器 2.超导热管 3.水箱 4.会聚反射镜 5.会聚反射镜支架 6.会聚透镜 7.滤光镜 8.太阳能电池组件 9.支架10.基座 11.光纤 12.光轴 13.照明灯 14.蒸汽发电机组 15.太阳能电池组件箱 16.发散透镜 17.太阳能电池片。

具体实施方式

本实用新型一种高性能太阳能装置包括有聚光器1和会聚反射镜4等，聚光器及会聚反射镜形状可以为抛物镜或其它多种几何形状。如图1所示，抛物镜面形状的聚光器1固定安装在支架9上，支架9固定在基座10上，聚光器1将太阳光会聚、反射至其上方的光线会聚反射镜4上，所述会聚反射镜4设置在会聚反射镜支架5的顶端；聚光器1和会聚反射镜4具有同一光轴12；聚光器1按照一定角度将太阳光会聚反射到会聚反射镜4上；在会聚反射镜4下方设置有会聚透镜6，会聚反射镜4将会聚的太阳光反射到会聚透镜6上，会聚透镜6与上述会聚反射镜4也位于光轴12上；由会聚透镜6会聚后的高聚光束照在透镜下方的也位于垂直放置在光轴12的太阳能电池组件8上，通过调整聚光器1、会聚反射镜4、会聚透镜6与太阳能电池组件8之间的相互距离，达到最佳聚光效果，并使本系统结构紧凑。聚光器1与会聚反射镜4之间的距离应使会聚反射镜4不对聚光器1产生遮挡，聚光器1会聚的光斑应等于或小于会聚反射镜4的镜口面积；会聚反射镜4与会聚透镜6之间的距离应为会聚反射镜4的反光光斑完全照射到会聚透镜6上，即光斑面积应等于或小于会聚透镜6垂直于光轴12的中心截面积；会聚透镜6与太阳能电池组件8之间的距离应为经会聚透镜6会聚的高聚光束，均匀照射在太阳能电池组件8上，即经会聚透镜6会聚的高聚光束光斑面积应等于太阳能电池组件8的面积。

按照使用要求，太阳能电池组件8可采用单片、也可用未经过封装的数片太阳能电池片层叠在一起，由于会聚的光束很强，因此透射的光线很强，电池片的厚度可以将上部电池片透射的光传至后片同时发电，可最大限度避免光线反射散失，使太阳光得到充分利用。层叠在一起的太阳能电池片可简单封装，降低生产难度、减少封装材料，降低了生产成本，并可避免热岛效应，提高电池寿命。为了提高光电转换效率，同时降低太阳能电池组件表面的温度，可在会聚透镜6和太阳能电池组件8之间设置有滤光镜7，滤光镜7可滤除不能产生载流子而只产生热的光。

如图1所示，在会聚透镜6、滤光镜7和太阳能电池组件8之间设置有一根以上超导热管2，所述超导热管2的一端连接在会聚透镜6和太阳能电池组件8之间，超导热管2的另一端与水箱3相连，可将高会聚太阳光产生的热量传走，达到散热的目的，并可产生高温热水，该水箱3可作成分体式，适用于冬季或高寒地区取暖，获取生活用热水。对于大型太阳能发电场，可将多个这样的单体太阳能光电发电装置产生的热汇集在一个或数个蒸汽发电装置上，形成太阳能热蒸汽发电机，使太阳能得到更充分的利用，并可大大降低太阳能发电的总成本。

太阳能发电装置中，太阳能电池组件8可以是单片太阳能电池板，也可以是不经过封装的、层叠在一起的数片太阳能电池片，且太阳能电池片17采用卡式插接方式连接；其厚度可保证从上部电池片透射的光能传至下一电池片。

图2所示为外置式太阳能电池组件集成箱的实施例，太阳能电池组件箱15设置在远离会聚透镜6的位置上，太阳能电池组件箱15内装设有发散透镜16和太阳能电池片17，多个太阳能电池片17通过卡式插接方式叠装，这时从会聚透镜6引入的太阳光通过光纤11引出，经发散透镜16集中投射到太阳能电池片17上，也可以将所述光纤11引出的太阳光经发散透镜16分别投射到叠层的太阳能电池片17的各个分层。本装置实现了太阳能电池片17的集成化、模块化、小型化，可使太阳能电池片避免风吹、雨淋、冰雹、夏季高温环境所造成的转换效率降低，也可避免外界硬物的直接击打、强震和冲击，每块电池片不用封装，避免热岛效应，提高光的使用效率和电池的寿命。采用上述结构可将太阳能电源作成分体式，便于车载、携行、检修、更换。所述会聚透镜6和光纤11之间设置有滤光镜7，同时在该外置式太阳能电池组件集成箱15上设置有风扇或超导热管散热，以满足太阳能电池组件最佳转换效率所需的温度。

图3显示本实用新型聚光照明装置的实施例。将本装置会聚透镜6会聚的光束通过光纤11引入需要照明的场所内的照明灯13上，可获得很强的照明光线，就单一照明使用要求而言，可将太阳光的利用效率达到最高。实际使用中，还可以用导热快的材料制成太阳能光灶，将光纤11的另一端直接与太阳能光灶相连。

图4所示为本实用新型热发电装置的实施例。在会聚透镜6下面设置有一根以上超导热管2，将超导热管2通入蒸汽发电机组14的蒸汽锅炉，可使太阳能直接用于蒸汽发电；这一热源也可通过超导热管2接入室内，使超导热管2的另一端与太阳能热灶相连，供若干分体太阳能热灶使用，或直接通入水箱，提供生活热水。

本实用新型所述的高性能太阳能装置设置有太阳跟踪系统，可以保持抛物镜面或几何形状的反光板始终朝向太阳，达到聚光效果最佳。本装置可调节聚光度达数百倍以上，因此在同等条件下，可大幅度减少太阳能电池组件的用量，同时可极大提高现有太阳能电池转换效率一倍以上。由于本装置经过多次会聚、反射达到高聚光度，单个聚光器的精度不需要很高，因此大幅度降低了制造成本。

另外，本装置的聚光器1、会聚反射镜4等装置可采用任何材料制作，并在其上加装光反射层，形式可以是硬式或折叠式，只要能够满足使用要求即可。

本装置设置有充电装置、蓄能装置、逆变器、稳压装置，能制成各种功率的太阳能电源，以满足不同负载的需要。通过大型阵列还可形成大型发电场，并网发电。

Claims (10)

1.一种高性能太阳能装置，包括固定安装在支架上的聚光器和会聚反射镜，其特征是：所述聚光器和会聚反射镜具有同一光轴，会聚反射镜设置在会聚反射镜支架的顶端，聚光器按照一定角度将太阳光会聚反射到设置在其上部的会聚反射镜上，所述一定角度是指聚光器会聚的光斑应等于或小于会聚反光镜的镜口面积；在会聚反射镜下方设置有会聚透镜，会聚透镜与上述会聚反射镜也位于同一光轴上，会聚反光镜与会聚透镜之间的距离应使会聚反射镜的反光光斑完全照射到会聚透镜上，即光斑面积应等于或小于会聚透镜垂直于光轴的中心截面积；在会聚透镜的下方，并沿所述光轴方向设置有光能转换设备。

2.如权利要求1所述的一种高性能太阳能装置，其特征是：所述光能转换设备为太阳能电池组件、光纤或超导热管。

3.如权利要求2所述的一种高性能太阳能装置，其特征是：所述太阳能电池组件可以是单片太阳能电池板，也可以是不经过封装的、层叠在一起的数片太阳能电池片，且电池片采用卡式插接方式连接；其厚度可保证从上部电池片透射的光能传至下一电池片。

4.如权利要求3所述的一种高性能太阳能装置，其特征是：在所述会聚透镜和太阳能电池组件之间设置有滤光镜。

5.如权利要求2或3所述的一种高性能太阳能装置，其特征是：所述太阳能电池组件为设置在远离会聚透镜的位置上的外置式太阳能电池组件集成箱，即从会聚透镜引入的太阳光通过光纤引出，经发散透镜集中投射到一组太阳能电池片上，也可以将所述光纤引出的太阳光经发散透镜分别投射到叠层的太阳能电池片的各个分层；所述会聚透镜和光纤之间设置有滤光镜；在该外置式太阳能电池组件集成箱上设置有风扇或超导热管。

6.如权利要求1或2所述的一种高性能太阳能装置，其特征是：在所述会聚透镜和太阳能电池组件之间设置有一根以上超导热管，所述超导热管的一端连接在会聚透镜和太阳能电池组件之间；超导热管的另一端与水箱或蒸汽锅炉相连。

7.如权利要求1或2所述的一种高性能太阳能装置，其特征是：在所述会聚透镜下面设置有一根以上超导热管，超导热管的另一端与太阳能热灶、水箱或蒸汽锅炉相连。

8.如权利要求1或2所述的一种高性能太阳能装置，其特征是：在所述会聚透镜下设置有光纤，所述光纤的一端连接在会聚透镜下，另一端引入室内照明或与太阳能光灶相连。

9.如权利要求1所述的一种高性能太阳能装置，其特征是：所述聚光器及会聚反射镜形状可以为抛物镜或其它多种几何形状。

10.如权利要求1所述的一种高性能太阳能装置，其特征是：所述支架上设置有太阳跟踪系统、充电装置、蓄能装置、逆变器和稳压装置。

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