專利名稱：液冷太陽能光伏轉(zhuǎn)換方法和使用該方法的發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能光伏轉(zhuǎn)換方法和使用該方法的發(fā)電裝置。
太陽能光伏發(fā)電具有無污染、來源廣泛、設(shè)備維護(hù)簡單、使用壽命長等突出特點(diǎn)。但是由于實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換所用的單晶或多晶的半導(dǎo)體材料(以下簡稱光電池)成本昂貴，目前每100瓦的發(fā)電能力所需光電池材料的國際市場價(jià)格大約為500美元，因此，目前太陽能光伏發(fā)電的成本很高，嚴(yán)重影響和限制了太陽能光伏發(fā)電的推廣和應(yīng)用。
通常解決高成本問題的辦法是使用聚焦裝置，即將大面積的太陽光束聚集到原來的數(shù)十分之一或更小，因而數(shù)十倍地減少光電池材料的用量，以達(dá)到大幅度降低成本之目的。但是，由于太陽光的聚焦，光電池直接受光表面的溫度大幅度升高，溫度高達(dá)攝氏150度甚至200度以上。高溫的后果之一是使光電池的光電轉(zhuǎn)換效率大大降低，一般來說，溫度每升高10度，光電池的光電轉(zhuǎn)換效率將降低4％到6％；高溫的另外一個(gè)不良后果是縮短光電池的使用壽命，從而間接地提高設(shè)備的成本；再者高溫也對(duì)相應(yīng)的其它材料的選擇提出了更高的要求。
為了解決光電池表面由于聚焦而溫度升高的問題，近三十年來，世界上許多科學(xué)技術(shù)人員作了大量的研究。例如，美國通用電器公司先后于80年代初提出液體冷卻技術(shù)，試圖將光電池置于一被循還液體冷卻的金屬板上(美國專利4361717)。這一系統(tǒng)部分地降低了光電池材料表面的溫度，但是由于光電池直接受光面不能與金屬板直接接觸，受光面上產(chǎn)生的熱量必須穿過光電池材料的整個(gè)厚度(大約0.3至0.5mm)才能被與光電池背面相接觸的金屬板吸收，因此，光電池受光表面的降溫效果受到很大的限制。同時(shí)，光電池材料本身以及與金屬板之間存在很大的溫度梯度，而且光電池材料和與之相焊接的金屬材料之間也存在著熱脹冷縮的差異，這些都容易導(dǎo)致光電池材料的熱損傷、斷裂和與金屬板之間焊接的脫落。由于以上缺陷，這一技術(shù)未能廣泛被采用。
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種太陽能光伏轉(zhuǎn)換方法和使用該方法的發(fā)電裝置，降低成本，簡化結(jié)構(gòu)，提高散熱效率，延長光電池的壽命。
本發(fā)明的太陽能光伏轉(zhuǎn)換方法使用光電池作為基本部件，光電池至少在光電轉(zhuǎn)換工作期間由冷卻液進(jìn)行冷卻，太陽光穿過透明的冷卻液而到達(dá)光電池上。
所述到達(dá)光電池上的太陽光可以是經(jīng)聚光器聚焦反射后而產(chǎn)生的或者由聚光透鏡聚焦后而產(chǎn)生的。
本發(fā)明的太陽能光伏發(fā)電裝置包括光電池，在光電池上具有輸出導(dǎo)線，光電池設(shè)置于透明的冷卻液中。
所述的光電池和冷卻液最好設(shè)置于箱體中，箱體上至少包括一個(gè)供太陽光通過以到達(dá)光電池的透明部分。
所述的箱體可以是由金屬材料制成的，所述的透明部分是一個(gè)透明窗。
在所述的箱體上最好具有散熱結(jié)構(gòu)。
所述的散熱結(jié)構(gòu)可以是與太陽光的入射方向平行或接近平行的伸展葉片。
本發(fā)明的太陽能光伏發(fā)電裝置還可以包括反射式聚光器，太陽光經(jīng)聚光器聚焦反射后通過所述的透明冷卻液而到達(dá)光電池上。
本發(fā)明的太陽能光伏發(fā)電裝置還可以包括透射式聚光器，太陽光經(jīng)聚光器透射聚焦后到達(dá)光電池上。
所述的透明窗可以是由聚光透鏡構(gòu)成的。
本發(fā)明的太陽能光伏發(fā)電裝置可以包括多個(gè)箱體和數(shù)量與箱體相對(duì)應(yīng)的反射式聚光器，在每個(gè)箱體中設(shè)置有所述光電池和冷卻液，箱體設(shè)置在反射式聚光器的背面并且二者成為一體而構(gòu)成一組，各組相隔排列，前一組中的光電池接收后一組中的反射式聚光器的反射光。
所述的透明冷卻液可以是單一液體或者兩種以上液體的混合液。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將光電池浸泡在冷卻液下，最大限度地吸收和傳遞太陽光在光電池表面產(chǎn)生的熱，使得光電池材料一直保持在低的溫度，因此保證了光電池的效率和使用壽命，而且本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
下面參照附圖和及實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。


圖1表示一種使用本發(fā)明原理的太陽能光伏發(fā)電裝置，其中包括一個(gè)反射式聚光器和一個(gè)接收轉(zhuǎn)換器；圖2表示圖1所示接收轉(zhuǎn)換器的放大視圖；圖3表示使用本發(fā)明原理的太陽能光伏發(fā)電裝置的另一個(gè)實(shí)施例，其中包括一個(gè)透射式聚光器和一個(gè)接收轉(zhuǎn)換器；圖4表示使用本發(fā)明原理的太陽能光伏發(fā)電裝置的又一個(gè)實(shí)施例，其中包括透射式聚光器和接收轉(zhuǎn)換器；圖5表示使用本發(fā)明原理的一種多元組合式太陽能光伏發(fā)電裝置；圖6表示圖5所示多元組合式太陽能光伏發(fā)電裝置中一個(gè)單元的放大示意圖。
圖中標(biāo)號(hào)1太陽光，2反射式聚光器，3透明窗，4冷卻液體，5光電池，6箱體，7輸出導(dǎo)線，8透射式聚光鏡，9透射式聚光鏡，10散熱片。
如圖1-6所示，本發(fā)明的太陽能光伏轉(zhuǎn)換方法使用光電池5作為基本部件，光電池5至少在光電轉(zhuǎn)換工作期間由冷卻液4進(jìn)行冷卻，太陽光穿過透明的冷卻液而到達(dá)光電池5上。
所述到達(dá)光電池上的太陽光可以是經(jīng)聚光器聚焦反射后而產(chǎn)生的或者由聚光透鏡聚焦后而產(chǎn)生的。
相應(yīng)地，本發(fā)明的太陽能光伏發(fā)電裝置包括光電池5，在光電池5上具有輸出導(dǎo)線7，光電池5設(shè)置于透明的冷卻液4中。
所述的光電池5和冷卻液4最好設(shè)置于箱體6中，箱體6上至少包括一個(gè)供太陽光通過以到達(dá)光電池5的透明部分。
所述的箱體6可以是由金屬材料制成的，所述的透明部分是一個(gè)透明窗3。
在所述的箱體6上最好具有散熱結(jié)構(gòu)。
所述的散熱結(jié)構(gòu)可以是與太陽光1的入射方向平行或接近平行的伸展葉片10。
本發(fā)明的太陽能光伏發(fā)電裝置還可以包括反射式聚光器2，太陽光1經(jīng)聚光器2聚焦反射后通過所述的透明冷卻液4而到達(dá)光電池5上。
本發(fā)明的太陽能光伏發(fā)電裝置還可以包括透射式聚光器9，太陽光1經(jīng)聚光器9透射聚焦后到達(dá)光電池5上。
所述的透明窗3可以是由聚光透鏡構(gòu)成的。
本發(fā)明的太陽能光伏發(fā)電裝置可以包括多個(gè)箱體6和數(shù)量與箱體6相對(duì)應(yīng)的反射式聚光器2，在每個(gè)箱體6中設(shè)置有所述光電池5和冷卻液4，箱體6設(shè)置在反射式聚光器2的背面并且二者成為一體而構(gòu)成一組，各組相隔排列，前一組中的光電池5接收后一組中的反射式聚光器2的反射光。
所述的透明冷卻液4可以是單一液體或者兩種以上液體的混合液。
圖1、圖2表示了一種使用本發(fā)明原理的太陽能光伏發(fā)電裝置，主要包括反射式聚光器2和太陽能接收轉(zhuǎn)換器兩部分。太陽能接收轉(zhuǎn)換器如圖2所示，包括箱體6和其中的光電池、透明冷卻液體4。太陽光1由聚光器2反射聚焦，然后通過透明窗3和透明冷卻液體4，照到太陽能光電轉(zhuǎn)換材料(光電池)5上，太陽光在光電池上被轉(zhuǎn)換成電能，由輸出導(dǎo)線7輸出，太陽光所產(chǎn)生的熱量被冷卻液4快速吸收并傳遞到與之直接相連的金屬散熱盒體6中，金屬散熱盒體6再將熱量散于空氣中。接收器的箱體6由s型金屬板組成，可以是金屬材料或其它導(dǎo)熱性能較好的材料，如鐵或鋁。箱體的伸展葉部10與陽光1入射方向保持平行，以達(dá)到最少量吸收太陽光而更有效地散熱之目的。其厚度和面積視接收器的大小而定。箱體表面可以做成蜂窩狀、指狀或其它形狀以提高散熱效率并且節(jié)省材料。
所述的轉(zhuǎn)換接收器為一獨(dú)立密封裝置以避免冷卻液流失和揮發(fā)。接收器表面的透明窗3是供太陽光特別是聚焦光線通過的，必須透明，可以由玻璃，塑料或其他材料制成，其厚度視接收器大小而定，一般為2-5毫米。透明窗3的材料應(yīng)當(dāng)透光性能好，有熱光穩(wěn)定性和彈性，在使用溫度范圍內(nèi)不與冷卻液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。冷卻液體4可以是兩種或多種液體的混合物，例如水加酒精。冷卻液體必須在強(qiáng)光和常溫下穩(wěn)定，不與透明窗以及與它接觸的材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有較大的熱傳導(dǎo)系數(shù)和較小的黏度，價(jià)格低廉。冷卻液體最好是不導(dǎo)電的，為適應(yīng)低溫條件，冷卻液體最好還具有較低的冰點(diǎn)。
光電池5可以由常用的太陽能光電轉(zhuǎn)換材料，可以是單晶的，也可以是多晶的半導(dǎo)體，或其它具有光電轉(zhuǎn)換功能的新型材料。其大小和形狀依接收器的大小和形狀而定，可以做成條形，方形，圓形或其它任何與接收器相配套的形狀。同樣，光電轉(zhuǎn)換材料5的大小也可以隨接收器的大小而變，例如，最理想的是長條形，大小可以是2×100cm。同一接收器內(nèi)，兩塊或數(shù)塊大小合適的光電池可以串聯(lián)或并聯(lián)，以根據(jù)需要提高輸出電壓或電流。光電池浸泡于透明的冷卻液中的深度可根據(jù)接收器的大小和形狀而變化。電源輸出線7可以是各種導(dǎo)線，但必須在冷卻液體中穩(wěn)定，不與冷卻液反應(yīng)。此外，輸出線7與冷卻液體4之間不能有電傳導(dǎo)。
圖3示出了使用本發(fā)明原理的太陽能光伏發(fā)電裝置的另一種結(jié)構(gòu)，主要包括透射式聚光器8和與圖3相似的太陽能接收轉(zhuǎn)換器兩部分。
圖4示出了使用本發(fā)明原理的太陽能光伏發(fā)電裝置的又一種結(jié)構(gòu)，主要包括透射式聚光器9和與圖3相似的太陽能接收轉(zhuǎn)換器兩部分。其特點(diǎn)是這一裝置將聚光器9、光電轉(zhuǎn)換器以及液體冷卻系統(tǒng)結(jié)合在一起，太陽光1直接經(jīng)由接收器上面聚光透鏡9聚焦，進(jìn)一步通過透明冷卻液體4到達(dá)光電池5上。
圖3和圖4所示的裝置中，采用透鏡聚焦方式將太陽光1通過透射聚光器8或9聚光，通過與圖2相似的接收器將太陽光轉(zhuǎn)換成電。接收器上面的聚光鏡8或9可以是通常的柱面透鏡或球面透鏡，也可以是柱面或球面費(fèi)涅耳(Fresnel)透鏡。聚光透鏡8或9的大小和形狀依接收器的大小和形狀而定，可以做成條形、方形、圓形或其它任何與接收器相配套的形狀。接收器的大小和形狀也可以根據(jù)需要而變化。接收器可以單個(gè)單獨(dú)使用，也可以多個(gè)并聯(lián)或串聯(lián)組合使用。組合的大小和形狀也可以根據(jù)需要而變化。
圖5、圖6示出了使用本發(fā)明原理的一種多元組合式太陽能光伏發(fā)電裝置，該裝置的特點(diǎn)是反射式聚光器2、散熱器(或箱體)6和光電轉(zhuǎn)換器合為一體，將多個(gè)單元排列在一起，聚光器2同時(shí)起散熱器的作用，以降低裝置的成本。在該結(jié)構(gòu)中接收器裝在反射式聚光器2的背面，利用反射式聚光器2散熱。反射式聚光器2的材料可以是各種導(dǎo)熱材料，其大小、厚度和形狀可以根據(jù)需要而變化。
本發(fā)明著重解決由于太陽光照射特別是聚光而使光電池產(chǎn)生高溫所帶來的問題，主要辦法是將光電池材料浸泡在透明的冷卻液中，以實(shí)現(xiàn)速散熱，保持低溫的效果。實(shí)驗(yàn)證明，如將太陽光聚焦50倍，照到光電池上，在把光電池置于常溫下純凈的水中時(shí)的發(fā)電功率是把光電池放在空氣中時(shí)的2倍多。如果把光電池放在空氣中而不是放在水中，由于光電池變的很燙，一分鐘內(nèi)，焊在光電池上的電極就會(huì)脫落。
上述參照附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的描述只是說明性的，而不構(gòu)成對(duì)它的限定。顯然，根據(jù)本發(fā)明的原理可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)作出許多變型，但不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種太陽能光伏轉(zhuǎn)換方法，其使用光電池作為基本部件，其特征在于，光電池至少在光電轉(zhuǎn)換工作期間由冷卻液進(jìn)行冷卻，太陽光穿過透明的冷卻液而到達(dá)光電池上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能光伏轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述到達(dá)光電池上的太陽光是經(jīng)聚光器聚焦反射后而產(chǎn)生的或者由聚光透鏡聚焦后而產(chǎn)生的。
3.一種太陽能光伏發(fā)電裝置，其包括光電池(5)，在光電池(5)上具有輸出導(dǎo)線(7)，其特征在于，光電池(5)設(shè)置于透明的冷卻液(4)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能光伏發(fā)電裝置，其特征在于，所述的光電池(5)和冷卻液(4)設(shè)置于箱體(6)中，箱體(6)上至少包括一個(gè)供太陽光通過以到達(dá)光電池(5)的透明部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能光伏發(fā)電裝置，其特征在于，所述的箱體(6)是由金屬材料制成的，所述的透明部分是一個(gè)透明窗(3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能光伏發(fā)電裝置，其特征在于，在所述的箱體(6)上具有散熱結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能光伏發(fā)電裝置，其特征在于，所述的散熱結(jié)構(gòu)為與太陽光1的入射方向平行或接近平行的伸展葉片(10)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7之一所述的太陽能光伏發(fā)電裝置，其特征在于，該裝置還包括反射式聚光器(2)，太陽光1經(jīng)聚光器(2)聚焦反射后通過所述的透明冷卻液(4)而到達(dá)光電池(5)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求4-7之一所述的太陽能光伏發(fā)電裝置，其特征在于，該裝置還包括透射式聚光器(9)，太陽光1經(jīng)聚光器(9)透射聚焦后到達(dá)光電池(5)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能光伏發(fā)電裝置，其特征在于，所述的透明窗(3)是由聚光透鏡構(gòu)成的。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能光伏發(fā)電裝置，其特征在于，所述的發(fā)電裝置包括多個(gè)箱體(6)和數(shù)量與箱體(6)相對(duì)應(yīng)的反射式聚光器(2)，在每個(gè)箱體(6)中設(shè)置有所述光電池(5)和冷卻液(4)，箱體(6)設(shè)置在反射式聚光器(2)的背面并且二者成為一體而構(gòu)成一組，各組相隔排列，前一組中的光電池(5)接收后一組中的反射式聚光器(2)的反射光。
12.根據(jù)權(quán)利要求3-7之一所述的太陽能光伏發(fā)電裝置，其特征在于，所述的透明冷卻液(4)是單一液體或者兩種以上液體的混合液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能光伏轉(zhuǎn)換方法和使用該方法的發(fā)電裝置。其將光電池浸于透明的冷卻液體中,該冷卻液吸收和傳遞太陽光在光電池表面產(chǎn)生的熱,從而解決了光電池因光照而產(chǎn)生的高溫問題,能夠使光電池保持在較低的溫度工作,保證了光電池的效率和壽命,并且本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單,成本低。
文檔編號(hào)H01L31/0352GK1302089SQ9912669
公開日2001年7月4日 申請(qǐng)日期1999年12月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月27日
發(fā)明者王堂宇 申請(qǐng)人:王堂宇