專利名稱:一種高性能太陽能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能利用設(shè)備，具體涉及一種高性能太陽能裝置。
背景技術(shù)：
太陽能電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率和轉(zhuǎn)換材料的效率與光生載流子的多少密切相關(guān)，采用大量的太陽能電池組件導(dǎo)致成本極高；太陽光中約50％的光不能產(chǎn)生載流子，僅產(chǎn)生熱。因此，要滿足高注入載流子的條件是提高光照強度。采用單一聚光器，需要很高的聚光精度，帶來制造成本大幅度增加；光照強度提高必然產(chǎn)生大量的熱，而高熱將使太陽能電池轉(zhuǎn)換效率下降，甚至損壞太陽能電池；太陽能電池組件因封裝和裸露于露天環(huán)境使表面不潔產(chǎn)生熱島效應(yīng)，導(dǎo)致電池片的損壞相當(dāng)高，且生產(chǎn)技術(shù)難度也較大；大功率太陽能發(fā)電裝置一般都必須固定安裝，不能車載或便攜，限制了使用環(huán)境；目前，太陽能熱水器基本上是中溫型，也即在90℃以下，冬天或者在高寒地區(qū)不適用；目前使用的太陽能灶基本上是露天使用，即不方便也不衛(wèi)生，并且不便于操作；現(xiàn)在應(yīng)用的太陽光照明裝置，由于采光原因達不到正常照明所要求的照度。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有太陽能應(yīng)用設(shè)備的不足，設(shè)計制造一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的滿足太陽能產(chǎn)生電能、熱能或光能的高性能太陽能裝置。
上述發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種高性能太陽能裝置，包括固定安裝在支架上的聚光器和會聚反射鏡，所述聚光器和會聚反射鏡具有同一光軸，聚光器按照一定角度將太陽光會聚反射到設(shè)置在其上部的會聚反射鏡上，所述一定角度是指聚光器會聚的光斑應(yīng)等于或小于會聚反射鏡的鏡口面積；在會聚反射鏡下方設(shè)置有會聚透鏡，會聚透鏡與上述會聚反射鏡也位于同一光軸上，會聚反射鏡與會聚透鏡之間的距離應(yīng)使會聚反射鏡的反光光斑完全照射到會聚透鏡上，即光斑面積應(yīng)等于會聚透鏡垂直于光軸的中心截面積；在會聚透鏡的下方，并沿所述光軸方向設(shè)置有光能轉(zhuǎn)換設(shè)備。
所述光能轉(zhuǎn)換設(shè)備為太陽能電池組件、光導(dǎo)纖維或超導(dǎo)熱管，使用該設(shè)備產(chǎn)生電能、熱能或光能，以滿足不同的使用要求。
本發(fā)明的有益效果是由于本裝置經(jīng)過多次會聚、反射達到高聚光度，太陽能利用充分，且單個聚光器的精度不需要很高，聚光器、會聚反射鏡等可采用任何材料加裝光反射層制作，可以大幅度降低制造成本；太陽能電源可作成分體式，便于車載、攜行、檢修、更換，使用十分方便。
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖1為本發(fā)明發(fā)電、發(fā)熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為外置式太陽能電池組件集成箱裝置示意圖；圖3為本發(fā)明聚光照明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明熱發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1.聚光器 2.超導(dǎo)熱管 3.水箱 4.會聚反射鏡 5.會聚反射鏡支架 6.會聚透鏡 7.濾光鏡 8.太陽能電池組件 9.支架10.基座 11.光纖 12.光軸 13.照明燈 14.蒸汽發(fā)電機組 15.太陽能電池組件箱 16.發(fā)散透鏡 17.太陽能電池片。
具體實施方式本發(fā)明一種高性能太陽能裝置包括有聚光器1和會聚反射鏡4等，聚光器及會聚反射鏡形狀可以為拋物鏡或其它多種幾何形狀。如圖1所示，拋物鏡面形狀的聚光器1固定安裝在支架9上，支架9固定在基座10上，聚光器1將太陽光會聚、反射至其上方的光線會聚反射鏡4上，所述會聚反射鏡4設(shè)置在會聚反射鏡支架5的頂端；聚光器1和會聚反射鏡4具有同一光軸12；聚光器1按照一定角度將太陽光會聚反射到會聚反射鏡4上；在會聚反射鏡4下方設(shè)置有會聚透鏡6，會聚反射鏡4將會聚的太陽光反射到會聚透鏡6上，會聚透鏡6與上述會聚反射鏡4也位于光軸12上；由會聚透鏡6會聚后的高聚光束照在透鏡下方的也位于垂直放置在光軸12的太陽能電池組件8上，通過調(diào)整聚光器1、會聚反射鏡4、會聚透鏡6與太陽能電池組件8之間的相互距離，達到最佳聚光效果，并使本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。聚光器1與會聚反射鏡4之間的距離應(yīng)使會聚反射鏡4不對聚光器1產(chǎn)生遮擋，聚光器1會聚的光斑應(yīng)等于或小于會聚反射鏡4的鏡口面積；會聚反射鏡4與會聚透鏡6之間的距離應(yīng)為會聚反射鏡4的反光光斑完全照射到會聚透鏡6上，即光斑面積應(yīng)等于或小于會聚透鏡6垂直于光軸12的中心截面積；會聚透鏡6與太陽能電池組件8之間的距離應(yīng)為經(jīng)會聚透鏡6會聚的高聚光束，均勻照射在太陽能電池組件8上，即經(jīng)會聚透鏡6會聚的高聚光束光斑面積應(yīng)等于太陽能電池組件8的面積。
按照使用要求，太陽能電池組件8可采用單片、也可用未經(jīng)過封裝的數(shù)片太陽能電池片層疊在一起，由于會聚的光束很強，因此透射的光線很強，電池片的厚度可以將上部電池片透射的光傳至后片同時發(fā)電，可最大限度避免光線反射散失，使太陽光得到充分利用。層疊在一起的太陽能電池片可簡單封裝，降低生產(chǎn)難度、減少封裝材料，降低了生產(chǎn)成本，并可避免熱島效應(yīng)，提高電池壽命。為了提高光電轉(zhuǎn)換效率，同時降低太陽能電池組件表面的溫度，可在會聚透鏡6和太陽能電池組件8之間設(shè)置有濾光鏡7，濾光鏡7可濾除不能產(chǎn)生載流子而只產(chǎn)生熱的光。
如圖1所示，在會聚透鏡6、濾光鏡7和太陽能電池組件8之間設(shè)置有一根以上超導(dǎo)熱管2，所述超導(dǎo)熱管2的一端連接在會聚透鏡6和太陽能電池組件8之間，超導(dǎo)熱管2的另一端與水箱3相連，可將高會聚太陽光產(chǎn)生的熱量傳走，達到散熱的目的，并可產(chǎn)生高溫?zé)崴?，該水?可作成分體式，適用于冬季或高寒地區(qū)取暖，獲取生活用熱水。對于大型太陽能發(fā)電場，可將多個這樣的單體太陽能光電發(fā)電裝置產(chǎn)生的熱匯集在一個或數(shù)個蒸汽發(fā)電裝置上，形成太陽能熱蒸汽發(fā)電機，使太陽能得到更充分的利用，并可大大降低太陽能發(fā)電的總成本。
太陽能發(fā)電裝置中，太陽能電池組件8可以是單片太陽能電池板，也可以是不經(jīng)過封裝的、層疊在一起的數(shù)片太陽能電池片，且太陽能電池片17采用卡式插接方式連接；其厚度可保證從上部電池片透射的光能傳至下一電池片。
圖2所示為外置式太陽能電池組件集成箱的實施例，太陽能電池組件箱15設(shè)置在遠離會聚透鏡6的位置上，太陽能電池組件箱15內(nèi)裝設(shè)有發(fā)散透鏡16和太陽能電池片17，多個太陽能電池片17通過卡式插接方式疊裝，這時從會聚透鏡6引入的太陽光通過光纖11引出，經(jīng)發(fā)散透鏡1 6集中投射到太陽能電池片17上，也可以將所述光纖11引出的太陽光經(jīng)發(fā)散透鏡16分別投射到疊層的太陽能電池片17的各個分層。本裝置實現(xiàn)了太陽能電池片17的集成化、模塊化、小型化，可使太陽能電池片避免風(fēng)吹、雨淋、冰雹、夏季高溫環(huán)境所造成的轉(zhuǎn)換效率降低，也可避免外界硬物的直接擊打、強震和沖擊，每塊電池片不用封裝，避免熱島效應(yīng)，提高光的使用效率和電池的壽命。采用上述結(jié)構(gòu)可將太陽能電源作成分體式，便于車載、攜行、檢修、更換。所述會聚透鏡6和光纖11之間設(shè)置有濾光鏡7，同時在該外置式太陽能電池組件集成箱15上設(shè)置有風(fēng)扇或超導(dǎo)熱管散熱，以滿足太陽能電池組件最佳轉(zhuǎn)換效率所需的溫度。
圖3顯示本發(fā)明聚光照明裝置的實施例。將本裝置會聚透鏡6會聚的光束通過光纖11引入需要照明的場所內(nèi)的照明燈13上，可獲得很強的照明光線，就單一照明使用要求而言，可將太陽光的利用效率達到最高。實際使用中，還可以用導(dǎo)熱快的材料制成太陽能光灶，將光纖11的另一端直接與太陽能光灶相連。
圖4所示為本發(fā)明熱發(fā)電裝置的實施例。在會聚透鏡6下面設(shè)置有一根以上超導(dǎo)熱管2，將超導(dǎo)熱管2通入蒸汽發(fā)電機組14的蒸汽鍋爐，可使太陽能直接用于蒸汽發(fā)電；這一熱源也可通過超導(dǎo)熱管2接入室內(nèi)，使超導(dǎo)熱管2的另一端與太陽能熱灶相連，供若干分體太陽能熱灶使用，或直接通入水箱，提供生活熱水。
本發(fā)明所述的高性能太陽能裝置設(shè)置有太陽跟蹤系統(tǒng)，可以保持拋物鏡面或幾何形狀的反光板始終朝向太陽，達到聚光效果最佳。本裝置可調(diào)節(jié)聚光度達數(shù)百倍以上，因此在同等條件下，可大幅度減少太陽能電池組件的用量，同時可極大提高現(xiàn)有太陽能電池轉(zhuǎn)換效率一倍以上。由于本裝置經(jīng)過多次會聚、反射達到高聚光度，單個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，本裝置的聚光器1、會聚反射鏡4等裝置可采用任何材料制作，并在其上加裝光反射層，形式可以是硬式或折疊式，只要能夠滿足使用要求即可。
本裝置設(shè)置有充電裝置、蓄能裝置、逆變器、穩(wěn)壓裝置，能制成各種功率的太陽能電源，以滿足不同負(fù)載的需要。通過大型陣列還可形成大型發(fā)電場，并網(wǎng)發(fā)電。
權(quán)利要求
1.一種高性能太陽能裝置，包括固定安裝在支架上的聚光器和會聚反射鏡，其特征是所述聚光器和會聚反射鏡具有同一光軸，會聚反射鏡設(shè)置在會聚反射鏡支架的頂端，聚光器按照一定角度將太陽光會聚反射到設(shè)置在會聚反射鏡上，所述一定角度是指聚光器會聚的光斑應(yīng)等于或小于會聚反光鏡的鏡口面積；在會聚反射鏡下方設(shè)置有會聚透鏡，會聚透鏡與上述會聚反射鏡也位于同一光軸上，會聚反光鏡與會聚透鏡之間的距離應(yīng)使會聚反射鏡的反光光斑完全照射到會聚透鏡上，即光斑面積應(yīng)等于或小于會聚透鏡垂直于光軸的中心截面積；在會聚透鏡的下方，并沿所述光軸方向設(shè)置有光能轉(zhuǎn)換設(shè)備。
2.如權(quán)利要求
1所述的一種高性能太陽能裝置，其特征是所述光能轉(zhuǎn)換設(shè)備為太陽能電池組件、光纖或超導(dǎo)熱管。
3.如權(quán)利要求
2所述的一種高性能太陽能裝置，其特征是所述太陽能電池組件可以是單片太陽能電池板，也可以是不經(jīng)過封裝的、層疊在一起的數(shù)片太陽能電池片，且電池片采用卡式插接方式連接；其厚度可保證從上部電池片透射的光能傳至下一電池片。
4.如權(quán)利要求
3所述的一種高性能太陽能裝置，其特征是在所述會聚透鏡和太陽能電池組件之間設(shè)置有濾光鏡。
5.如權(quán)利要求
2或3所述的一種高性能太陽能裝置，其特征是所述太陽能電池組件為設(shè)置在遠離會聚透鏡的位置上的外置式太陽能電池組件集成箱，即從會聚透鏡引入的太陽光通過光纖引出，經(jīng)發(fā)散透鏡集中投射到一組太陽能電池片上，也可以將所述光纖引出的太陽光經(jīng)發(fā)散透鏡分別投射到疊層的太陽能電池片的各個分層；所述會聚透鏡和光纖之間設(shè)置有濾光鏡；在該外置式太陽能電池組件集成箱上設(shè)置有風(fēng)扇或超導(dǎo)熱管。
6.如權(quán)利要求
1或2所述的一種高性能太陽能裝置，其特征是在所述會聚透鏡和太陽能電池組件之間設(shè)置有一根以上超導(dǎo)熱管，所述超導(dǎo)熱管的一端連接在會聚透鏡和太陽能電池組件之間；超導(dǎo)熱管的另一端與水箱或蒸汽鍋爐相連。
7.如權(quán)利要求
1或2所述的一種高性能太陽能裝置，其特征是在所述在會聚透鏡和太陽能電池組件之間設(shè)置有超導(dǎo)熱管，所述超導(dǎo)熱管的一端連接在會聚透鏡和太陽能電池組件之間；超導(dǎo)熱管的另一端與太陽能熱灶、水箱或蒸汽鍋爐相連。
8.如權(quán)利要求
1或2所述的一種高性能太陽能裝置，其特征是在所述會聚透鏡下設(shè)置有光纖，所述光纖的一端連接在會聚透鏡下，另一端引入室內(nèi)照明或與太陽能光灶相連。
9.如權(quán)利要求
1所述的一種高性能太陽能裝置，其特征是所述聚光器及會聚反射鏡形狀可以為拋物鏡或其它多種幾何形狀。
10.如權(quán)利要求
1所述的一種高性能太陽能裝置，其特征是所述支架上設(shè)置有太陽跟蹤系統(tǒng)、充電裝置、蓄能裝置、逆變器和穩(wěn)壓裝置。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種高性能太陽能裝置，包括固定安裝在支架上的聚光器和會聚反射鏡，聚光器按照一定角度將太陽光會聚反射到設(shè)置在其上部的會聚反射鏡上，在會聚反射鏡下方設(shè)置有會聚透鏡，會聚透鏡與上述會聚反射鏡也位于同一光軸上，在會聚透鏡的下方，并沿所述光軸方向設(shè)置有太陽能電池組件、光導(dǎo)纖維或超導(dǎo)熱管等光能轉(zhuǎn)換設(shè)備。由于本裝置可使太陽光經(jīng)過多次會聚、反射達到高聚光度，太陽能利用充分；且單個聚光器的精度不需要很高，聚光器、會聚反光鏡等可采用任何材料加裝光反射層制作，大幅度降低了制造成本；太陽能電源可作成分體式，便于車載、攜行、檢修、更換，使用十分方便。
文檔編號F24J2/08GK1996738SQ200610011119
公開日2007年7月11日 申請日期2006年1月6日
發(fā)明者夏秋 申請人:夏秋導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan