專利名稱：用于光伏/光熱太陽能系統(tǒng)的接收器的制作方法
用于光伏/光熱太陽能系統(tǒng)的接收器
背景技術：
目前，太陽能領域正進行著迅速的發(fā)展。技術發(fā)展圍繞太陽能領域內的多個不同方面從用于加熱游泳池中的水的簡單平板太陽能集熱器到通過成千倍地聚集陽光并以超過30%的效率將陽光轉換為電的高級太陽能電池系統(tǒng)。在聚光太陽能系統(tǒng)中，使用不同的光學系統(tǒng)(諸如反射器或透鏡)將陽光聚焦到接收器上，在接收器中被聚集的陽光被轉換成其他形式的能量，例如電能或熱能。一種類型的聚光太陽能系統(tǒng)是拋物槽，其中陽光被聚集成縱向線。示例是特內里費島上的國際熱核聚變實驗堆(ITER)項目的84米長且6米寬的將陽光轉換為電能的歐幾里得(Euclides)槽，以及德國太陽千年股份有限公司(Solar Millennium AG)的將油加熱到 400°C 的“拋物線”(Parabolrinnen)。聚光太陽能系統(tǒng)包括多個部件用于聚集光的光學部件、用于連續(xù)跟蹤太陽的部件、用于接收被聚集的太陽能輻射的接收器以及各種輔助設備(諸如渦輪機或熱水加熱器)O特定類型的接收器設置有太陽能電池，以允許電熱聯(lián)產。該技術被稱為PV/T(光伏/光熱)，其示例可以從Absolicon Solar Concentrator AB公司的商標“Double Solar” 下以及Menova禾口 Heliodynamics公司找至Ij。用于電熱聯(lián)產的接收器的問題是高產電能和高產熱能的結合。傳統(tǒng)上，已嘗試了通過隔離接收器來減少熱損失。在US 4 491 681中公開了傳統(tǒng)的PV/T接收器的一個示例。使用隔熱材料填充接收器以保持熱損失較低。在太陽能系統(tǒng)中，可能的解決方案必須非常符合成本效益，以使得太陽能能夠與其他能源競爭。因此，需要提供一種除了具有太陽能電池和高的熱交換之外還制造簡單且成本低廉的接收器。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種具有高的熱交換、以及制造簡單且成本低廉的接收器。根據(jù)本發(fā)明，此目的通過用于在太陽能系統(tǒng)中產生電和熱的接收器來實現(xiàn)該接收器包括聚焦光學部件，其特征在于，該接收器具有至少一個覆蓋有太陽能電池以用于產生電的表面以及至少一個光學選擇性表面，其中接收器的暴露于聚集的陽光的表面的較大部分覆蓋有太陽能電池，而接收器的暴露于直接陽光的表面的較大部分覆蓋有光學選擇性表面。根據(jù)一個替代方案，接收器由至少一個設置有太陽能電池的部件和至少一個設置有選擇性表面的部件組裝而成。所述至少一個設置有選擇性表面的部件可以由薄金屬板制成。根據(jù)另一替代方案，接收器包括兩個太陽能電池模塊，且具有選擇性表面的部件被成形使得其能夠阻擋太陽能電池模塊之間的間隙中的對流。本發(fā)明還涉及一種包括上述接收器的太陽能系統(tǒng)，其特征在于，該太陽能系統(tǒng)包括具有線性聚焦的擴展的拋物型反射器槽，其中接收器沿該槽的縱向方向布置。太陽能系統(tǒng)可以包括用于太陽跟蹤的機構。本發(fā)明還涉及上述接收器的用于生成太陽能熱和電的用途。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提高來自PV/T接收器的熱交換并同時降低制造成本。本發(fā)明涉及更易于制造并具有更高的熱效率的太陽能系統(tǒng)中的PV/T (光伏/光熱)接收器。這通過在聚光太陽能系統(tǒng)中使用太陽能電池與光學選擇性表面的組合而實現(xiàn)。在本申請中，術語選擇性表面指的是具有如下光學特性的表面吸收可見光以及對人眼呈現(xiàn)黑暗，但反射光譜中的紅外部分的光。選擇性表面在可見光譜中具有高的吸收率/發(fā)射率而在紅外光譜中具有較低的吸收率/發(fā)射率。此特性使得由太陽能入射輻射向選擇性表面供給的能量只通過輻射損失較小程度，而主要通過流動或傳導而損失。如果這些機制，即能量通過流動或傳導而損失，也受到抑制，并且選擇性表面暴露于直接陽光，那么選擇性表面將在顯著高于周圍環(huán)境溫度的溫度處——通常在高于周圍環(huán)境溫度的50-200°C處——呈現(xiàn)入射能量與損失之間的平衡。由于槽中的選擇性表面將呈現(xiàn)出大約等于或高于用于傳送熱交換的熱載體的溫度的溫度，所以消除了將接收器的暴露于直接陽光的那些部件隔離的需要。此外，如果選擇性表面的溫度比接收器中的溫度高，那么熱從選擇性表面?zhèn)鲗У皆诮邮掌髦辛鲃拥牧黧w。 在這種情況下，選擇性表面有助于太陽能系統(tǒng)產生熱。因此，在整個接收器暴露于陽光的結構中可以消除所有的隔離。這種結構的一個示例為放置在拋物槽中的三角形接收器(圖幻，其中，側面暴露于聚集光，而上側面暴露于直接陽光(在本申請中，接收器的上側面為接收器的面對太陽的部分)。直接陽光指的是直接來自太陽的、沒有經(jīng)過聚集的陽光，其通常為1000W/m2。在圖 2示出的涂覆有反射膜3的反射器槽中，光被聚集到反射器的側面，如陽光線a-c所示，而位于反射器的上表面上的蓋子只暴露于來自陽光線d的直接陽光，而底部部件5只暴露于來自反射器的散射光。這種接收器(圖幻可以由三角形輪廓整體制造，其中，太陽能電池10-11安裝在側面，上表面設置有選擇性表面12。本發(fā)明具有兩個重要優(yōu)點。-增加了來自接收器的熱交換，從而提高了產值。-接收器不需要任何隔離。不需要隔離是一個技術優(yōu)點。隔離技術通常使用玻璃棉，而玻璃棉如果變潮就失去其隔離特性。在生產過程中處理隔離也相對困難，且接收器將會變得不必要地大。根據(jù)本發(fā)明的一個變形，以多個部件構造接收器。優(yōu)選地，這些部件包括至少一個太陽能電池模塊以及設置有選擇性表面的至少一個部件。太陽能電池模塊包括太陽能電池，并而還可以包括用于熱介質的通道。具有選擇性表面的部件——這里稱為蓋子——可以包括具有選擇性表面的薄金屬板。優(yōu)選地，接收器由設置有太陽能電池的至少一個部件(諸如太陽能電池模塊)、設置有選擇性表面的至少一個部件(諸如蓋子)以及可能的其他部件組裝而成。這導致了太陽能系統(tǒng)的另外的積極效果。-將兩個復雜的制造步驟分到兩個獨立的部件上；將太陽能電池應用到一個部件上，而將選擇性表面應用到另一個部件上。這可以降低制造成本，例如通過使用大規(guī)模生產的具有選擇性表面的金屬板來降低制造成本。-視需要，例如在選擇性表面隨時間的推移失去其功能的情況下，可以容易地更換具有選擇性表面的部件。在擴展的三角形接收器的情況下，可以在每個接收器上使用兩個太陽能電池模塊，每側一個。這有利于生產，原因是太陽能電池僅安裝在太陽能電池模塊的一側。通過使用兩個太陽能電池模塊，用于熱載體的通道可以在遠端處連接。這樣，熱載體將通過一個太陽能電池模塊出去并在另一個太陽能電池模塊中返回。這意味著分別用于將熱載體向接收器饋送和從接收器饋送熱載體的接收器連接可以在同一端制造，這減少了太陽能系統(tǒng)中的裝管量。在一個接收器具有兩個太陽能電池模塊——一側一個——的情況下(圖5)，其中具有選擇性表面的部件被設置成在太陽能電池模塊的頂部的蓋子17，蓋子可以降低熱對流損失，原因是蓋子阻擋了太陽能電池模塊之間的間隙21中的對流。本發(fā)明意在拋物槽，但也可以應用到用于聯(lián)合使用太陽能電池產生電和產生太陽熱的聚光太陽能系統(tǒng)的其他類型的光學器件。聚光太陽能系統(tǒng)可以安裝有或設置有用于跟蹤太陽的機構，用于每日跟蹤太陽或者每年中的不同時間重新調整的方式跟蹤太陽。


圖1示出了拋物槽形式的太陽能系統(tǒng)的透視圖；圖2示出了具有接收器的槽的橫截面視圖；圖3示出了以一體形式制造的接收器的橫截面視圖；圖4示出了太陽能電池模塊的透視圖；圖5示出了接收器的部件的橫截面視圖；圖6示出了組裝好的接收器的橫截面視圖。
具體實施例方式現(xiàn)在參照意在僅用于說明目的的附圖來對本發(fā)明進行描述。圖1示出了拋物槽型的太陽能系統(tǒng)。該槽可以大約為一米寬、六米長。術語拋物槽指的是基本上成形為擴展為半圓柱管的、截去頂端的二維拋物面的槽。在槽的背面設置有兩個線性調節(jié)裝置(圖中未示出)，這兩個線性調節(jié)裝置用于使槽朝向太陽轉動，使得接收器1放置于焦點處。太陽跟蹤機構是自動的、并根據(jù)時間和日期受計算機控制，但該太陽跟蹤機構也可以使用用于感測天空中太陽的位置的傳感器。在一些實施例中，(見圖2)槽的正面覆蓋有例如玻璃或透明塑料制成的透明蓋板2，該透明蓋板2封閉反射器，以便保護該反射器板或提高該槽的剛度。蓋板可以減少來自接收器的對流，并避免風引起的強制對流——這兩種效果都有助于減少來自接收器的熱損失。圖2示出了安裝有接收器的槽的橫截面。反射器板可以是涂覆有例如銀膜的 0. 7mm的鋼板。反射器板3將光聚焦到接收器(也稱吸收器)上，該接收器具有蓋子4和底部部件5以及設置在其側面6上的太陽能電池。連接物7布置在反射器的表面上，其中，用于使接收器固定就位的支架8從所述連接物伸出。圖2示出的接收器具有三角形橫截面，該三角形橫截面使得能夠良好地吸收從反射器表面向內反射到接收器的太陽能電池上的光線。反射器也可以具有其他的、使得能夠吸收來自反射器表面的光線的橫截面。因此，所描述的接收器意在電熱聯(lián)產，其中用于在聚光的太陽能電池安裝在接收器上。用于冷卻太陽能電池并從系統(tǒng)提取熱的熱載體流過接收器中的通道。所述熱可以用于例如加熱建筑物中的熱水。為了制造根據(jù)圖2的、具有太陽能電池和選擇性表面兩者的接收器，可以從適于涂覆選擇性表面的材料(例如擠制鋁材或銅)的三角形輪廓8 (見圖幻開始。還可以將用于熱載體的通道9包括在該輪廓中。通道可以設置有肋片，以便于提高至熱載體的熱傳遞。 在此輪廓上，太陽能電池10和11層壓到來自反射器的聚集光所到達的兩側面。上側面12 的表面被處理，以提供選擇性表面?？梢砸愿鞣N不同的方式來產生選擇性表面。在太陽能電池板領域中的一般方法是從用酸進行處理、陽極化、尤其是用鎳粒子著色的鋁板開始。還可以將薄金屬層濺射到鋁板或銅板上。也可以是噴涂到明亮的金屬表面上的涂料，諸如Solkote 。由于制造的原因，接收器也可以包括幾個部件。接收器可以包括兩個太陽能電池模塊(圖4)，其中太陽能電池16安裝在三角形元件13上，該三角形元件13具有用于附接支架8的縱向狹槽14和用于熱載體的通孔或通道15。可以通過擠壓工藝制造三角形元件，這導致了高效生產。合適的材料為擠制鋁材， 其具有高的強度和較輕的重量。鋁的替選是塑料。圖5示出了由幾個部件制造的接收器。安裝有具有選擇性表面的蓋子17，從而使得接收器的沒有覆蓋太陽能電池的上部被封閉。如果將邊緣19向下折到接收器的上部分的側面，那么這些邊緣19就可以具有使蓋子固定就位的功能。太陽能電池18沒有一直延伸到上述各側面的邊緣，使得被折邊緣不會阻擋到生成電能的表面部分，而只是有助于增加熱交換。蓋子可以由例如鋁的或銅的金屬板制成，其中表面已經(jīng)過處理，使得其是光學選擇性的。金屬板通過例如彎曲成形或滾軋成形而形成在接收器周圍。接收器的底面可以以底部部件20覆蓋，該底部部件可以按照與蓋子相同的方式進行制造。蓋子和/或底部部件通過擋住了兩個太陽能電池模塊之間的會導致熱損失的間隙21從而也有助于增加熱的產生。如果蓋子和/或底部部件的平衡溫度被判斷為比熱載體的溫度高，那么如果使蓋子和/或底部部件與太陽能電池模塊良好地熱接觸并從而與熱載體良好地熱接觸，這會有利于熱的生成。圖6示出了由組件一一太陽能電池模塊、蓋子和底部部件——組裝好的完整的接收器，該接收器可以附接到支撐架上并安裝在太陽能收集器的槽中?？梢酝ㄟ^使用使蓋子固定就位的蓋子凸緣來將蓋子安裝在太陽能電池模塊上，但是還可以借助例如粘合劑、膠帶來安裝蓋子和底部部件，或者將蓋子和底部部件附接在凹槽或耳狀物中。因此，接收器的較大部分將被具有光學上不同特性的兩種類型的表面覆蓋。一種類型的表面包括太陽能電池，而另一種類型的表面具有用于吸收陽光并最小化熱輻射的光學選擇性涂層。
權利要求
1.一種用于在太陽能系統(tǒng)中產生電和熱的接收器，所述接收器包括聚焦光學部件，其特征在于，所述接收器具有至少一個覆蓋有太陽能電池(10)以產生電的表面以及至少一個光學選擇性表面(12)，其中所述接收器的暴露于聚集的陽光的表面(6)的較大部分覆蓋有太陽能電池(10 ；16)，而所述接收器的暴露于直接陽光的表面的較大部分覆蓋有光學選擇性表面(4 ;12 ;17)。
2.根據(jù)權利要求1所述的接收器，其特征在于，所述接收器由至少一個設置有太陽能電池(16)的部件和至少一個設置有選擇性表面(17)的部件組裝而成。
3.根據(jù)權利要求2所述的接收器，其特征在于，所述至少一個設置有選擇性表面的部件由薄金屬板制成。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的接收器，其特征在于，所述接收器包括兩個太陽能電池模塊(13)，其中所述具有選擇性表面的部件(17)被成形以使得所述部件阻擋所述太陽能電池模塊(13)之間的間隙中的對流。
5.一種包括根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的接收器的太陽能系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能系統(tǒng)包括具有線性聚焦的擴展的拋物型反射器槽(3)，其中所述接收器沿所述槽的縱向方向布置。
6.根據(jù)權利要求5所述的太陽能系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能系統(tǒng)包括用于太陽跟蹤的機構。
7.一種根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的接收器的用途，用于生成太陽能熱和電。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在太陽能系統(tǒng)中產生電和熱的接收器，該接收器包括聚焦光學部件，其中該接收器具有至少一個覆蓋有太陽能電池以產生電的表面以及至少一個光學選擇性表面，其中該接收器的暴露于所聚集的陽光的表面的較大部分覆蓋有太陽能電池，而該接收器的暴露于直接陽光的表面的較大部分覆蓋有光學選擇性表面。
文檔編號H01L31/052GK102317706SQ201080007861
公開日2012年1月11日 申請日期2010年2月12日 優(yōu)先權日2009年2月17日
發(fā)明者奧勒·奧爾松, 約翰·尼爾森, 約阿基姆·比斯特羅倫 申請人:阿博索利康太陽能采集器公司