專利名稱：聚光型太陽能雙發(fā)電組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及聚光型太陽能發(fā)電設(shè)備，具體是一種聚光型太陽能雙發(fā)電組件。
背景技術(shù)：
根據(jù)照在光電池上的日光強(qiáng)度是否大于或小于等于I倍自然日光強(qiáng)度，太陽能裝置可以分為聚光型和非聚光型兩大類。常見的非聚光型太陽能發(fā)電裝置是由多晶硅太陽能電池板構(gòu)成。照在多晶硅電池板上的日光強(qiáng)度等于I倍日光光強(qiáng)。而聚光型太陽能發(fā)電裝置則通過光學(xué)系統(tǒng)將日光聚集到10倍至1000倍之后再照射到光電池上。聚光式太陽能系統(tǒng)通常需要單軸或雙軸太陽跟蹤伺服系統(tǒng)以保證系統(tǒng)的正常工作及高轉(zhuǎn)換效率。聚光型太陽能發(fā)電設(shè)備具有較高的性價比，這是因?yàn)?，與非聚光型太陽能發(fā)電裝置相比，聚光型太陽能發(fā)電裝置使用更少的昂貴的光電轉(zhuǎn)換材料，從而使太陽能發(fā)電設(shè)備的工藝過程本身更清潔，更綠色。目前聚光型太陽能發(fā)電裝置多使用菲涅爾透鏡或者拋物面反光鏡將太陽光匯聚于光電池表面，而光電池則為多結(jié)層疊式以便得到較高的光電轉(zhuǎn)化率。最近另一個新的發(fā)展趨勢是在聚光的基礎(chǔ)上采用光學(xué)分光及多種單節(jié)光電池的辦法來得到較高的光電轉(zhuǎn)化率。在后一種方案中，不同的單結(jié)光電池材料適合不同的聚光比，特別是硅晶電池不能承受過高的光功率密度。因此需要發(fā)展一種能同時適應(yīng)低倍和高倍聚光需求的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利系針對上述分光聚光型太陽能發(fā)電系統(tǒng)，提出了一種低倍和高倍結(jié)合的聚光型太陽能雙發(fā)電組件。為實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:聚光型太陽能雙發(fā)電組件，包括拋物面聚光器，其不同之處在于:還包括帶通光學(xué)濾光片、砷化鎵電池片、硅電池片，帶通光學(xué)濾光片為第一短波通濾波片或高通光學(xué)濾光片中的一種，平行光經(jīng)拋物面聚光器匯聚后入射到帶通光學(xué)濾光片，帶通光學(xué)濾光片將聚集的太陽光按波段通過或反射從而在其上、下方分別形成高倍聚光焦斑和低倍聚光焦斑，砷化鎵電池片設(shè)置在高倍聚光焦斑所在區(qū)域，硅電池片設(shè)置在低倍聚光焦斑所在區(qū)域。按以上方案，所述帶通光學(xué)濾光片為第一短波通濾波片，所述拋物面聚光器圓心處開有太陽光透射孔，硅電池片設(shè)置在太陽光透射孔的下方，砷化鎵電池片設(shè)置在第一短波通濾波片的上部，透過第一短波通濾波片的太陽光投射至砷化鎵電池片，反射光則通過拋物面聚光器的太陽光透射孔投射至硅電池片。按以上方案，還包括空心棱錐接收體，空心棱錐接收體的各內(nèi)側(cè)面設(shè)置有硅電池片，所述帶通光學(xué)濾光片為具有曲率的高通光學(xué)濾光片，高通光學(xué)濾光片設(shè)置在空心棱錐接收體的底部，平行光經(jīng)拋物面聚光器匯聚后通過高通光學(xué)濾光片入射至空心棱錐接收體內(nèi)的硅電池片，高通光學(xué)濾光片反射回的光則打到高通光學(xué)濾光片下方的砷化鎵太陽能電池上。按以上方案，還包括第二短波通濾波片、空心棱錐接收體，空心棱錐接收體的各內(nèi)側(cè)面設(shè)置有硅電池片，所述帶通光學(xué)濾光片為具有曲率的高通光學(xué)濾光片，高通光學(xué)濾光片設(shè)置在空心棱錐接收體的底部，所述拋物面聚光器圓心處開有太陽光透射孔，第二短波通濾波片設(shè)置在太陽光透射孔下方，透過高通光學(xué)濾光片的太陽光投射至空心棱錐接收體內(nèi)的硅電池片，高通光學(xué)濾光片反射回的光則通過拋物面聚光器的太陽光透射孔投射至第二短波通濾波片，第二短波通濾波片再將可見波段分為兩個波段，分別用砷化鎵和GaInP材料電池板吸收,形成多發(fā)電系統(tǒng)。按以上方案，所述第一短波通濾波片的截止波長為850nm,則280_850nm的太陽光被上方的砷化鎵電池片吸收發(fā)電，850-1200nm的太陽光反射透過聚光器下方開口被晶娃電池片吸收發(fā)電。按以上方案,所述高通光學(xué)濾光片的截止波長為850nm,聚光反射鏡收集的太陽光中小于850nm的光波反射到光路下方的砷化鎵電池片發(fā)電，其余大于850nm的匹配光波通過高通光學(xué)濾光片再由棱錐接收體內(nèi)側(cè)面安置的硅電池片接收發(fā)電。按以上方案,所述高通光學(xué)濾光片的截止波長為850nm,大于850nm的匹配光波通過高通光學(xué)濾光片再由棱錐接收體內(nèi)側(cè)面安置的硅電池片接收發(fā)電，第二短波通濾波片將反射下來的280-850nm波段的可見光分為280_550nm和550_850nm，分別用GaInP和砷化鎵材料的電池板接收。按以上方案，所述空心棱錐接收體位于拋物面聚光器的焦斑處，頂角可調(diào)，棱錐內(nèi)側(cè)面的數(shù)量為6-12個。按以上方案，所述空心棱錐接收體的外部設(shè)置有冷卻裝置。按以上方案，所述冷卻裝置為風(fēng)扇，在被所述空心棱錐接收體遮擋太陽光的一側(cè)區(qū)域中加入一塊太陽能電池板，太陽能電池板發(fā)的電用來驅(qū)動風(fēng)扇，從而給空心棱錐接收體散熱。對比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益技術(shù)效果為:本發(fā)明采用光學(xué)濾光片將光譜一分為二，分別用單晶硅和砷化鎵材料電池接收二次發(fā)電，工工藝大大簡化，成本大大降低，進(jìn)一步降低了聚光型單色光電池的發(fā)電成本。在上述基礎(chǔ)上，針對GaInP和砷化鎵的吸收譜線，加入一個短波通光學(xué)濾光片，將反射下來的280-850nm波段的可見光分為280_500nm和550_850nm，分別用GaInP和砷化鎵材料的電池板接收。本發(fā)明利用分光膜進(jìn)行分光后實(shí)現(xiàn)雙發(fā)電機(jī)及三發(fā)電機(jī)，光電轉(zhuǎn)換效率高。并且分別利用砷化鎵(及GaInP)和單晶硅在同一個系統(tǒng)中同時實(shí)現(xiàn)了高倍和低倍聚光發(fā)電，綜合了效率和價格的優(yōu)勢，可以顯著提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)的性價比?？招睦忮F接收體,通過調(diào)節(jié)其頂角和開口大小可以在適當(dāng)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)聚光比。在低倍聚光時，使用單晶硅或者其他高效低成本的光伏電池材料，單位發(fā)電量成本低；使用高通濾光片和短波通濾光片分光，針對單晶硅和砷化鎵材料吸收光譜，多次利用太陽光，實(shí)現(xiàn)雙發(fā)電系統(tǒng)，濾光片面積小，濾光片成本在高倍和低倍聚光情況下被均攤了，所以并不高。
利用遮光面積制作的風(fēng)冷系統(tǒng)，減輕了制冷系統(tǒng)的繁瑣，系統(tǒng)更為輕便實(shí)用。并且具有自適應(yīng)特點(diǎn)，即太陽光越強(qiáng)，發(fā)電越多的時候，制冷效果越大。


圖1為本發(fā)明專利棱錐形接收面和紅外及高通濾波膜玻璃材料結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明專利切割成型的電池片結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明涉及到截止波長為850nm的短波通濾光膜設(shè)計示意圖；圖4為本發(fā)明涉及到截止波長為850nm的高通濾光膜設(shè)計示意圖；圖5為本發(fā)明涉及到截止波長為550nm的短波通濾光膜設(shè)計示意6為本發(fā)明專利低倍和高倍聚光型雙發(fā)電系統(tǒng)具體整體工作示意圖一；圖7為本發(fā)明專利低倍和高倍聚光型雙發(fā)電系統(tǒng)具體整體工作示意圖二 ；圖8為本發(fā)明專利低倍和高倍聚光型雙發(fā)電系統(tǒng)具體整體工作示意圖三。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖給出的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖1為本實(shí)施例二的棱錐形接收面3和高通濾波薄膜玻璃材料2結(jié)構(gòu)示意圖，在圖1中高通濾波薄膜玻璃材料2為安置在棱錐形接收面底面的截止波長為850nm的玻璃材料，為系統(tǒng)光學(xué)隔熱。棱錐形接收面的內(nèi)壁側(cè)面貼上切割成型的相應(yīng)大小的硅電池片11如圖2，棱錐形接收面外側(cè)依據(jù)實(shí)際情況，加冷卻系統(tǒng)，風(fēng)冷系統(tǒng)的電池板可切割為圖2的右圖。圖3、圖4為適合硅晶體光伏材料和砷化鎵材料吸收光譜特性設(shè)計曲線。由圖中太陽光光譜曲線(淺藍(lán))，晶體硅光譜吸收特性曲線(紅色)，砷化鎵光譜吸收特性曲線(藍(lán)色)，設(shè)計出表面濾光膜吸收光譜特性曲線(綠色)，砷化鎵對波段550nm到850nm波長轉(zhuǎn)化效率高，單晶硅對850nm到IlOOnm波長轉(zhuǎn)化效率較高，所以采用這種濾光模式可以提高電池效率，降低電池片工作溫度。濾光片A，B由此原理設(shè)計，以高折射率和低折射率材料按照設(shè)計厚度交替鍍制而成的多層膜系，如選取Ti02和Si02分別作為制備增反膜的高折射率和低折射率膜料。方案二中使用的并非普通的平面濾光片，而是有一定的曲率(和聚光器的曲率相關(guān))，一來可以使得匯聚光線基本垂直入射，增大透過率；二來可以通過調(diào)節(jié)曲率調(diào)節(jié)光斑的位置大小等。圖5為適合GaInP和砷化鎵材料吸收光譜特性設(shè)計曲線。由圖中太陽光光譜曲線(淺藍(lán))，GaInP光譜吸收特性曲線(橙色)，砷化鎵光譜吸收特性曲線(藍(lán)色)，設(shè)計出表面濾光膜吸收光譜特性曲線(綠色)，砷化鎵對波段550nm到850nm波長轉(zhuǎn)化效率高，GaInP對280nm到550nm波長轉(zhuǎn)化效率較高，所以采用這種濾光模式可以提高電池效率，同時降低電池片工作溫度。首先從整體思路上描述下本發(fā)明實(shí)施例:聚光型太陽能雙發(fā)電組件，包括拋物面聚光器1、帶通光學(xué)濾光片2、砷化鎵電池片7、娃電池片11,帶通光學(xué)濾光片2為第一短波通濾波片或高通光學(xué)濾光片中的一種，平行光經(jīng)拋物面聚光器I匯聚后入射到帶通光學(xué)濾光片2，帶通光學(xué)濾光片2將聚集的太陽光按波段通過或反射從而在其上、下方分別形成高倍聚光焦斑和低倍聚光焦斑，砷化鎵電池片7設(shè)置在高倍聚光焦斑所在區(qū)域，硅電池片11設(shè)置在低倍聚光焦斑所在區(qū)域。圖6為本實(shí)施例一的系統(tǒng)光路圖，帶通光學(xué)濾光片2為第一短波通濾波片，所述拋物面聚光器I圓心處開有太陽光透射孔，硅電池片11設(shè)置在太陽光透射孔的下方，砷化鎵電池片7設(shè)置在第一短波通濾波片的上部，透過第一短波通濾波片的太陽光投射至砷化鎵電池片7，反射光則通過拋物面聚光器I的太陽光透射孔投射至硅電池片11。具體的，短波通濾波器將聚集的太陽光一分為二，分別在上下方形成1/100-1/1000的高倍聚光斑和1/10-1/100的低倍聚光斑。經(jīng)過設(shè)計第一短波通濾波片的截止波長為850nm，則280_850nm的太陽光被上方的砷化鎵電池片吸收發(fā)電，850-1200nm的太陽光反射透過拋物面聚光器I下方開口被硅電池片11吸收發(fā)電。圖7為本實(shí)施例二的系統(tǒng)光路圖，如圖7所示，空心棱錐接收體3的各內(nèi)側(cè)面設(shè)置有硅電池片11，所述帶通光學(xué)濾光片2為具有曲率的高通光學(xué)濾光片，高通光學(xué)濾光片設(shè)置在空心棱錐接收體3的底部，平行光經(jīng)拋物面聚光器I匯聚后通過高通光學(xué)濾光片入射至空心棱錐接收體3內(nèi)的硅電池片11，高通光學(xué)濾光片反射回的光則打到高通光學(xué)濾光片下方的砷化鎵電池片7上。在圖7中，硅電池片11、砷化鎵電池片7在工作時根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置有與其相配置的冷卻裝置，上、下方的冷卻裝置之間連接有風(fēng)冷驅(qū)動連線6，拋物面聚光器1、帶通光學(xué)濾光片2，2個空心棱錐接收體3位于一條直線上，由支架連接為一體。圖8為本實(shí)施例二的系統(tǒng)光路圖，在方案一、二的基礎(chǔ)上，針對GaInP和砷化鎵的吸收譜線，加入第二短波通濾波片8，其按照圖4設(shè)計，將反射下來的280-850nm波段的可見光分為280-550nm和550_850nm，分別用GaInP電池板9和砷化鎵電池板10接收。具體實(shí)施例如:聚光型太陽能雙發(fā)電組件，其包括拋物面聚光器1、帶通光學(xué)濾光片2、砷化鎵電池片7、硅電池片11、第二短波通濾波片、空心棱錐接收體3，空心棱錐接收體3的各內(nèi)側(cè)面設(shè)置有硅電池片11，所述帶通光學(xué)濾光片2為具有曲率的高通光學(xué)濾光片，高通光學(xué)濾光片設(shè)置在空心棱錐接收體的底部，所述拋物面聚光器I的圓心處開有太陽光透射孔，第二短波通濾波片8設(shè)置在太陽光透射孔下方，透過高通光學(xué)濾光片的太陽光投射至空心棱錐接收體內(nèi)的硅電池片11，高通光學(xué)濾光片反射回的光則通過拋物面聚光器I的太陽光透射孔投射至第二短波通濾波片，第二短波通濾波片再將可見波段分為兩個波段，分別用GaInP電池板9和砷化鎵電池板10吸收，形成多發(fā)電系統(tǒng)。自動跟蹤系統(tǒng)使反射鏡始終正對太陽，適當(dāng)設(shè)計拋物面聚光器I的曲率半徑和空心棱錐接收體3底部高通光學(xué)濾光片、光斑的擺放位置，開口大小等即可使拋物面聚光器I反射后的太陽光部分被空心棱錐接收體3內(nèi)側(cè)的太陽能電池片接收，反射部分由光路下方的高通光學(xué)濾光片實(shí)現(xiàn)。為了保證高通光學(xué)濾光片的濾光效率，入射光的角度盡量小(不大于20° )，所以在此過程，拋物面反射鏡的焦點(diǎn)需相對較高。本發(fā)明由拋物面聚光器I匯聚后的光線經(jīng)過透射和反射分別投射到空心棱錐接收體3接收面內(nèi)側(cè)和/或平板接收面上的太陽能電池上進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，光學(xué)損失較少，濾光片制作較好時，損耗可以小于2%。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.光型太陽能雙發(fā)電組件，包括拋物面聚光器，其特征在于:還包括帶通光學(xué)濾光片、砷化鎵電池片、硅電池片，帶通光學(xué)濾光片為第一短波通濾波片或高通光學(xué)濾光片中的一種，平行光經(jīng)拋物面聚光器匯聚后入射到帶通光學(xué)濾光片，帶通光學(xué)濾光片將聚集的太陽光按波段通過或反射從而在其上、下方分別形成高倍聚光焦斑和低倍聚光焦斑，砷化鎵電池片設(shè)置在高倍聚光焦斑所在區(qū)域，硅電池片設(shè)置在低倍聚光焦斑所在區(qū)域。
2.按權(quán)利要求1所述的聚光型太陽能雙發(fā)電組件，其特征在于:所述帶通光學(xué)濾光片為第一短波通濾波片，所述拋物面聚光器圓心處開有太陽光透射孔，硅電池片設(shè)置在太陽光透射孔的下方，砷化鎵電池片設(shè)置在第一短波通濾波片的上部，透過第一短波通濾波片的太陽光投射至砷化鎵電池片，反射光則通過拋物面聚光器的太陽光透射孔投射至硅電池片。
3.按權(quán)利要求1所述的聚光型太陽能雙發(fā)電組件，其特征在于:還包括空心棱錐接收體，空心棱錐接收體的各內(nèi)側(cè)面設(shè)置有硅電池片，所述帶通光學(xué)濾光片為具有曲率的高通光學(xué)濾光片，高通光學(xué)濾光片設(shè)置在空心棱錐接收體的底部，平行光經(jīng)拋物面聚光器匯聚后通過高通光學(xué)濾光片入射至空心棱錐接收體內(nèi)的硅電池片，高通光學(xué)濾光片反射回的光則打到高通光學(xué)濾光片下方的砷化鎵太陽能電池上。
4.按權(quán)利要求1所述的聚光型太陽能雙發(fā)電組件，其特征在于:還包括第二短波通濾波片、空心棱錐接收體，空心棱錐接收體的各內(nèi)側(cè)面設(shè)置有硅電池片，所述帶通光學(xué)濾光片為具有曲率的高通光學(xué)濾光片，高通光學(xué)濾光片設(shè)置在空心棱錐接收體的底部，所述拋物面聚光器圓心處開有太陽光透射孔，第二短波通濾波片設(shè)置在太陽光透射孔下方，透過高通光學(xué)濾光片的太陽光投射至空心棱錐接收體內(nèi)的硅電池片，高通光學(xué)濾光片反射回的光則通過拋物面聚光器的太陽光透射孔投射至第二短波通濾波片，第二短波通濾波片再將可見波段分為兩個波段，分別用砷化鎵和GaInP材料電池板吸收，形成多發(fā)電系統(tǒng)。
5.按權(quán)利要求2所述的聚光型太陽能 雙發(fā)電組件，其特征在于:所述第一短波通濾波片的截止波長為850nm,則280_850nm的太陽光被上方的砷化鎵電池片吸收發(fā)電，850-1200nm的太陽光反射透過聚光器下方開口被晶娃電池片吸收發(fā)電。
6.按權(quán)利要求3所述的聚光型太陽能雙發(fā)電組件，其特征在于:所述高通光學(xué)濾光片的截止波長為850nm,聚光反射鏡收集的太陽光中小于850nm的光波反射到光路下方的砷化鎵電池片發(fā)電,其余大于850nm的匹配光波通過高通光學(xué)濾光片再由棱錐接收體內(nèi)側(cè)面安置的硅電池片接收發(fā)電。
7.按權(quán)利要求3所述的聚光型太陽能雙發(fā)電組件，其特征在于:所述高通光學(xué)濾光片的截止波長為850nm,大于850nm的匹配光波通過高通光學(xué)濾光片再由棱錐接收體內(nèi)側(cè)面安置的硅電池片接收發(fā)電，第二短波通濾波片將反射下來的280-850nm波段的可見光分為280-550nm和550_850nm，分別用GaInP和砷化鎵材料的電池板接收。
8.按權(quán)利要求3或4所述的聚光型太陽能雙發(fā)電組件，其特征在于:所述空心棱錐接收體位于拋物面聚光器的焦斑處，頂角可調(diào)，棱錐內(nèi)側(cè)面的數(shù)量為6-12個。
9.按權(quán)利要求3或4所述的聚光型太陽能雙發(fā)電組件，其特征在于:所述空心棱錐接收體的外部設(shè)置有冷卻裝置。
10.按權(quán)利要求9所述的聚光型太陽能雙發(fā)電組件，其特征在于:所述冷卻裝置為風(fēng)扇，在被所述空心棱錐接收體遮擋太陽光的一側(cè)區(qū)域中加入一塊太陽能電池板，太陽能電池板發(fā)的電用來驅(qū)動 風(fēng)扇，從而給空心棱錐接收體散熱。
全文摘要
本實(shí)用新型涉及聚光型太陽能發(fā)電設(shè)備，具體是一種聚光型太陽能雙發(fā)電組件，包括拋物面聚光器，其不同之處在于還包括帶通光學(xué)濾光片、砷化鎵電池片、硅電池片，帶通光學(xué)濾光片為第一短波通濾波片或高通光學(xué)濾光片中的一種，平行光經(jīng)拋物面聚光器匯聚后入射到帶通光學(xué)濾光片，帶通光學(xué)濾光片將聚集的太陽光按波段通過或反射從而在其上、下方分別形成高倍聚光焦斑和低倍聚光焦斑，砷化鎵電池片設(shè)置在高倍聚光焦斑所在區(qū)域，硅電池片設(shè)置在低倍聚光焦斑所在區(qū)域。本發(fā)明能同時適應(yīng)低倍和高倍聚光需求。
文檔編號H02N6/00GK103095176SQ20111033347
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者劉守華, 聶晶, 王雙寶, 李超, 嚴(yán)興隆, 溫晨龍, 曾火根 申請人:武漢凹偉能源科技有限公司