專利名稱：可自散熱的太陽能聚集型光伏發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能利用、新能源開發(fā)技術(shù)的領(lǐng)域，具體渉及發(fā)電和加熱用 的一種太陽能聚集器。
背景技術(shù)：
礦物燃料的日漸減少，人類對能源需求量越來越大，為了可持續(xù)發(fā)展，保 護(hù)環(huán)境，人類需要尋找潔凈豐富的新能源。在各種能源中太陽能存量最豐富，分 布面最廣，最潔凈，太陽能是人類可持續(xù)發(fā)展的最可信賴的能源；但太陽能密度 低，又受日夜、季節(jié)、地理和氣候的影響而不穩(wěn)定，不如礦物燃料的能源好用。 人類長期開展太陽能利用研究，現(xiàn)在人們不僅能簡單地利用太陽能制熱水，干燥 谷物，并已能夠利用太陽能發(fā)電。
太陽能發(fā)電，有光-伏發(fā)電和光-熱發(fā)電兩種方法。
光伏發(fā)電方法是讓太陽光直接投射在平板式太陽能電池板上，普通的太陽 能電池板是單晶硅和多晶硅半導(dǎo)體材料，發(fā)電效率約為投射的太陽能輻射功率的 12 15%，其余份額的太陽能輻射能都轉(zhuǎn)化為熱量。
實(shí)際上，單晶硅和多晶硅半導(dǎo)體材料的電子能隙為1.12電子伏特，可利用 的太陽輻射的波長范圍在0.4 1.1um,其它波長的太陽輻射能照射在太陽能電 池板上只能轉(zhuǎn)化為熱電，使太陽能電池板溫度升高。研究表明，硅太陽能電池板 在0'C以上每升高rC,輸出功率下降3 4%。由于硅太陽能電池板這一溫度特 性，使得硅太陽能電池板工作溫度不能太高，不能接收高強(qiáng)度的輻射太陽能。也 因此難以使用較高倍率的聚光法，降低光伏發(fā)電的成本。目前，單晶硅和多晶硅 的太陽能電池板的價(jià)格為40元/峰瓦，平均利用系數(shù)僅0.15左右，光伏發(fā)電設(shè)備 實(shí)際造價(jià)約為常規(guī)礦物燃料發(fā)電設(shè)備的50 60倍。
光-熱發(fā)電方法是把太陽光聚焦后投射在太陽能接收器上，在太陽能接收器 上轉(zhuǎn)化為熱量，對熱接收器內(nèi)的傳熱工質(zhì)一水或?qū)嵊?、或金屬鹽加熱，再加熱 水變?yōu)樗羝苿悠啓C(jī)發(fā)電。但其設(shè)備復(fù)雜、系統(tǒng)龐大， 一次性投資太大。
因此，降低太陽能發(fā)電成本、提高發(fā)電效率，是太陽能利用研究的重要點(diǎn)。
為了降低太陽能發(fā)電成本，有人提出利用光伏發(fā)電與房屋供暖和生活用熱水 相結(jié)合的電熱聯(lián)產(chǎn)法。例如專利申請?zhí)枮镃N200410025990.0的"太陽電熱聯(lián) 產(chǎn)裝置"，這種方法是把太陽能輻射在光伏電池板上，在光伏電池板背面用冷卻 水收集光伏電池上產(chǎn)生的熱量，這種熱量使得冷卻水溫度一般上升到50 6(TC， 可作供暖和生活熱水用，但不能用于發(fā)電(因發(fā)電時效率太低)。因此這種方法 不適合大型太陽能發(fā)電站，因?yàn)榇藭r產(chǎn)生大量的溫度僅50 60'C的冷卻水，是 無用的熱量，而水卻是寶貴的，需要用散熱器散熱回收，如果是強(qiáng)迫循環(huán)，則要 額外消耗泵動力。而且，由于是把太陽能的全頻譜輻射能一起利用、-不加區(qū)分， 因而在光伏電池板上產(chǎn)生的熱量較高，僅用冷卻水收集光伏電池上產(chǎn)生的熱量還 不足以將電池板的溫度降低到使其有足夠高的效率；同時，冷卻水系統(tǒng)的進(jìn)出水 管會給整個裝置跟蹤太陽方向時的轉(zhuǎn)動帶來一些困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了要克服現(xiàn)有太陽能光伏發(fā)電方法的不足，提出了通過自散熱方式 提高單位面積太陽能電池板發(fā)電功率和太陽能利用效率，以降低太陽能發(fā)電設(shè)備 的造價(jià)，使太陽能發(fā)電設(shè)備投資和發(fā)電成本大幅度降低。
同時，還可以通過分頻的方法把太陽能的全頻譜輻射能加以區(qū)分，降低太陽 能電池板本身的吸熱，實(shí)現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電并生產(chǎn)數(shù)百度中高溫?zé)崮艿碾姛崧?lián)產(chǎn) 方法，進(jìn)一步提高單位面積太陽能電池板發(fā)電功率和太陽能利用效率。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下-
一種可自散熱的太陽能聚集型光伏發(fā)電裝置，包括有全反射聚光器、二次反 射分光板、光電池、散熱器、支架及驅(qū)動機(jī)構(gòu)；其特征在于所述的全反射聚光 器為曲面形的金屬板表面拋光作為反射面，全反射聚光器把太陽輻射的直射射線 反射集中投射在二次反射分光板上；二次反射分光板為曲面的反射透射鏡，其凸 面與全反射聚光器的凹面相對，布置在全反射聚光器的焦點(diǎn)前，其焦線和全反射 聚光器的焦線重合，使二次反射的太陽輻射束投射到布置在全反射聚光器中間的 光電池上，其余的太陽輻射束則透過二次反射分光板；光電池背面粘結(jié)有表面絕 緣層的金屬導(dǎo)熱板，再與金屬的附加散熱板一起把全反射聚光器的金屬板固夾在 其間，導(dǎo)熱板、附加散熱板和全反射聚光器共同構(gòu)成散熱器；附加散熱板的外表 面和全反射聚光器的背面涂有散熱涂層；光電池把接收的太陽輻射能的一部分轉(zhuǎn) 換為電能輸出，其余的轉(zhuǎn)化為熱能通過散熱器傳出；所述的全反射聚光器和二次 反射分光板均被固定在可動支架上，可動支架帶動全反射聚光器連同其上的光電 池和導(dǎo)熱板、附加散熱板以及二次反射分光板一起在固定支架上轉(zhuǎn)動，通過驅(qū)動 機(jī)構(gòu)，使全反射聚光器的光軸面在工作時跟蹤太陽中心點(diǎn)。
所述的全反射聚光器1的焦線可采用三種布置方式使光軸面跟蹤太陽中心 點(diǎn)第一種是全反射聚光器的焦線沿東西方向水平放置并固定，光軸面以水平的 焦線為軸跟隨太陽的正午高度角南北向轉(zhuǎn)動，使光軸面與水平面的夾角保持與太 陽正午高度角相同，光軸面總穿過太陽中心點(diǎn)；第二種是全反射聚光器的焦線沿 南北方向傾斜于地面布置并固定，傾斜角與當(dāng)?shù)氐奶柲芄夥l(fā)電的光電池板最 佳傾角相同，光軸面以傾斜的焦線為軸跟隨太陽的時角自東向西轉(zhuǎn)動，使光軸面 總穿過太陽中心點(diǎn)；第三種是全反射聚光器的焦線傾斜于地面布置，傾斜角與當(dāng) 地的太陽能光伏發(fā)電的光電池板最佳傾角相同，并保持光軸面與水平面垂直，光 軸面以垂線為軸跟隨太陽的方位角自東向西轉(zhuǎn)動，使光軸面的方位角與太陽的方 位角相同，光軸面總穿過太陽中心點(diǎn)。
所述的全反射聚光器1和二次反射分光板2的曲面形狀首選拋物線曲面，次 選雙曲線曲面；所述的光電池首選單晶硅或多晶硅光電池。
所述的二次反射分光板2反射的光譜范圍與光電池的適用光譜范圍相匹配，
波長為0.4 1.1um。
為了更好地利用太陽能，可以在二次反射分光板的焦線處放置一個熱接收
器，固定在可動支架上；所述的熱接收器是有玻璃保護(hù)真空腔和直通金屬吸熱管 的熱接收器，吸熱管的外表面鍍有中溫選擇性吸熱涂層，吸熱管的兩端分別與連 通外部的進(jìn)、出輸熱管連接，其內(nèi)部有傳熱工質(zhì)流過。
當(dāng)裝置采用第三種跟蹤方式時，所述的散熱器的導(dǎo)熱板和/或附加散熱板采 用有表面絕緣層的多通孔的金屬板或管組件替代，通孔內(nèi)有冷卻水流過，通孔的 兩端分別與連通外部的進(jìn)、出冷卻水管連接。 綜上所述，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明采用了三種自散熱措施第一，利用光電池背面的導(dǎo)熱板，把光電池 產(chǎn)生的熱量傳輸給全反射聚光器和附加散熱板，經(jīng)金屬導(dǎo)熱、散熱涂層輻射和空 氣自然對流把熱量散發(fā)給空氣和環(huán)境，尤其是巧妙地利用了大面積的全反射聚光 器背面進(jìn)行輻射散熱，有很強(qiáng)的自散熱調(diào)節(jié)能力，既簡化了結(jié)構(gòu)、又降低了成本， 實(shí)現(xiàn)了一物兩用；第二，利用二次反射分光板分光把一部分光電池不能利用的太 陽能分流到熱接收器上或環(huán)境中，既減少了光電池本身所產(chǎn)生的熱量，還能夠?qū)?其余的太陽能進(jìn)行綜合利用，實(shí)現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電并生產(chǎn)數(shù)百度中高溫?zé)崮艿碾?熱聯(lián)產(chǎn)；第三，在需要使用溫?zé)崴畷r或采用大聚光比時，還可在散熱器上進(jìn)一步 利用冷卻水散熱。三種散熱方式，在使用普通硅光電池的情況下使本發(fā)明的光伏 發(fā)電裝置的聚光比可以達(dá)到20 30。
由于光電池板的價(jià)格昂貴、遠(yuǎn)高于裝置中其他部件的價(jià)格，因而其效率的提 高將有利于整個設(shè)備系統(tǒng)的性價(jià)比的大幅度提高。而且，輻射散熱和分頻導(dǎo)熱也 大大節(jié)省了成本，初步計(jì)算，利用本發(fā)明方法的直接發(fā)電成本會比普通平板光電
池板發(fā)電方法節(jié)省投資4-10倍。
另外，本發(fā)明的三種跟蹤太陽方式，各有特點(diǎn)第一、二兩種跟蹤太陽方式， 由于焦線位置固定，都可以在全反射聚光器的焦線處放置熱接收器，回收透過二 次反射分光板分光的太陽能，得到20 25%的中高溫?zé)崮?，熱接收器無運(yùn)動部件， 連接方便；采用第一種跟蹤方式時，全反射聚光器的光軸面調(diào)整角度范圍較小， 一日一變，全年僅在土23.5。C范圍之內(nèi)，但是早、晚太陽高度角小的時候，端部 反射不能被光電池接收，端部損失較大，需要上午和下午分別在端頭輪流放置端 面反射板，減少端部損失；第二種跟蹤太陽方式，端部損失較少，可以通過每半 年輪換放置一次端面反射板就可克服端部損失，但全反射聚光器的光軸面必需每 閂從東向西跟隨太陽時角轉(zhuǎn)動；第三種跟蹤太陽方式，因?yàn)槭且缘孛鏋橹蚊妫?br> 轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加工容易，裝置的穩(wěn)定性很好，但采用第三種跟蹤方式時熱接收器 的輸熱管的進(jìn)、出管同傳熱工質(zhì)總管的連接都要有一處轉(zhuǎn)動連接，使熱回收系統(tǒng) 相對復(fù)雜些；而且當(dāng)采用冷卻水散熱時存在同樣的問題。
熱接收器收集到的中高溫?zé)崮?，溫度達(dá)至少150 280'C,可以通過導(dǎo)熱油或
水等傳熱工質(zhì)把熱量帶到儲熱罐內(nèi)，用于驅(qū)動溴化鋰制冷機(jī)制冷，裂解甲醇燃
料提高發(fā)電效率，與火力發(fā)電廠聯(lián)用預(yù)熱鍋爐給水溫度，或用于低沸點(diǎn)工質(zhì)的發(fā) 電等。小型裝置的散熱器冷卻水則可作為生活熱水用。
因此，采用上述措施后，單位面積光電池板上輸出電功率可以提高10 15
倍，可大幅度降低太陽能發(fā)電的成本。


圖1是本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)的工作原理和關(guān)鍵部件關(guān)系示意說明圖。
圖2是本發(fā)明的二次反射分光板焦線處有熱接收器5的結(jié)構(gòu)的工作原理和關(guān)
鍵部件關(guān)系示意說明圖。
圖3是本發(fā)明釆用第一種跟蹤方式的裝置三維結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是圖3的裝置在轉(zhuǎn)軸處的橫斷面視圖。并且示意了并聯(lián)組裝的結(jié)構(gòu)。
圖5是圖3的裝置在光軸面的剖視圖。
圖6是本發(fā)明采用第二種跟蹤方式的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是本發(fā)明采用第三種跟蹤方式的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是本發(fā)明采用第三種跟蹤方式并且?guī)Я死鋮s水散熱器系統(tǒng)的裝置的結(jié)構(gòu)
示意圖(以二次反射分光板2焦線處不設(shè)置熱接收器5為例)。 圖9是本發(fā)明裝置的組合系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，進(jìn)一步說明本發(fā)明。但本發(fā)明并不僅限于此。 圖1、 2是本發(fā)明的可自散熱的太陽能聚集型光伏發(fā)電裝置的工作原理和關(guān) 鍵部件關(guān)系示意說明圖。如圖1、 2所示，裝置主要包括有全反射聚光器1， 二 次反射分光板2，光電池3，散熱器4，熱接收器5等；其中-
全反射聚光器首選拋物線曲面的槽式反射聚光器，即聚光器的橫截面為拋物 線(也可用修正的拋物線曲面替代；所述的修正的拋物線曲面是在靠近中心處的 曲率大于拋物線的曲率，在靠邊緣處的曲率小于拋物線的曲率)，次選雙曲線，
各橫截面的拋物線或雙曲線的焦點(diǎn)位于一條直線上；拋物線或雙曲線曲面是用鋁 板la壓制成形，凹槽面拋光作為反射表面lb，反射率達(dá)0.85左右，反射面的開
口面積與光電池板的面積之比、即聚光器的集中比選取在30;拋光鋁表面涂上 防氧化的二氧化硅保護(hù)膜，鋁板的背面涂有對太陽光有反射且散熱良好的散熱涂 層4b，例如銀白色的鋁漆，或摻有二氧化鈦的白漆，或硝基黑漆，這些漆的遠(yuǎn)
紅外發(fā)射率高達(dá)0.92 0.96;聚光器的正面反射太陽光，背面為輻射散熱器；全 反射聚光器1的光軸面，即曲面的焦點(diǎn)連線(簡稱焦線)與頂點(diǎn)連線(簡稱頂點(diǎn)線) 所組成的平面跟隨太陽轉(zhuǎn)動，使光軸面在工作時總穿過太陽中心點(diǎn)。
光電池2首選單晶或多晶硅光電池，本實(shí)例是由16塊型號STP125E/S1，尺 寸規(guī)格125毫米X 125毫米的單晶硅光電維板串聯(lián)組成2米長度的單元光電池板 條，放置在拋物線或雙曲線曲面的頂點(diǎn)線為中心的鋁反射板中間(即頂點(diǎn)線處)， 單晶硅光電池用導(dǎo)熱性能良好并絕緣的粘結(jié)劑(例如醋酸乙烯酯)粘在其背面的 金屬導(dǎo)熱板4a上。
導(dǎo)熱板4a和附加散熱板4c是表面為氧化鋁絕緣表面的鋁板，用螺栓把導(dǎo)熱 板4a和附加散熱板4c以及反射板la緊密連接，導(dǎo)熱板4a和附加散熱板4c把 反射板la固夾在中間；附加散熱板4c的表面可以和反射板la的背面一樣涂上 散熱涂層4b,共同構(gòu)成光電池的散熱器4;所述的散熱器4是一種輻射散熱器， 光電池產(chǎn)生的熱量通過熱傳導(dǎo)傳給背面導(dǎo)熱板4a和附加散熱板4c以及反射板 la后，再通過輻射和對流的方法散發(fā)到環(huán)境和空氣中去。
二次反射分光板2首先是能夠?qū)⑷瓷渚酃馄骶奂奶柟饽芊瓷涞焦怆姵?上，同時又能夠?qū)⒐怆姵夭恍枰墓夂蜔嵬干浞至?。因而，二次反射分光板采?與全反射聚光器相適應(yīng)的曲面反射透射鏡(所述的':相適應(yīng)"就是兩者的曲面形 狀能夠使二次反射的太陽輻射束投射到布置在全反射聚光器中間的光電池上)； 二次反射分光板的凸面和凹面均為曲面，首選拋物線曲面(也可用修正的拋物線 曲面替代)，次選雙曲線曲面，實(shí)施例的二次反射分光板條長2米，形狀似長條 瓦片，寬與光電池板寬度基本相同，取130毫米，采用拋物線曲面；二次反射分 光板的凸面和全反射聚光器的凹面相對，布置在全反射聚光器的焦點(diǎn)前，即二次 反射分光板位于全反射聚光器與其焦點(diǎn)之間，二次反射分光板的焦線和全反射聚 光器的焦線重合(實(shí)際安裝時，只要偏差不超過二次反射分光板焦距的1/2都可 以)。所述的反射透射鏡就是光學(xué)系統(tǒng)中常用的使某些波段的光譜反射、而使某 些波段的光譜透射的鏡面，通常是在透明的玻璃或塑料基材表面鍍有選擇性的多 層介質(zhì)反射膜來實(shí)現(xiàn)所需的反射或透射波長范圍，是光學(xué)領(lǐng)域中的成熟技術(shù)。
由于太陽輻射的波長是全頻譜，而單晶硅或多晶硅電池板可利用的太陽輻射 的波長范圍在0.4 1.1 u m，因而在二次反射分光板2上所鍍的選擇性多層介質(zhì) 反射膜2a最好能夠使其反射0.4 1.1 li m波長范圍的光而透過其它波長的光輻 射，把光電池不能利用的一部分太陽能透射分流，使輻射頻率范圍適合光電池發(fā) 電的有效光輻射束反射到光電池3上，而透過另外的熱輻射束(對于單晶硅或多 晶硅光電池，有效光輻射束應(yīng)選在波長0.4 l.lum之間，當(dāng)然，在實(shí)際設(shè)計(jì)加 工時，由于材料、工藝等因素的影響，該有效反射光譜的范圍可以有所波動)。 如果直接利用目前常規(guī)使用的適合可見光范圍(即反射光譜范圍為0.4~0.8 n m)
的反射膜也可以。實(shí)施例采用的是以Si02作為低折射率材料、以柳205作為高
折射率材料所組成的多層介質(zhì)反射膜，可以實(shí)現(xiàn)對400nm到1100nm波段的光的 反射，平均反射率達(dá)到90%。
熱接收器5的作用就是收集從二次反射分光板2上透過的熱輻射束的能量。 它是有玻璃真空保護(hù)腔5a和直通金屬吸熱管5b的管式熱接收器，吸熱管外表面 鍍有中溫選擇性吸熱涂層5c，通常為金屬陶瓷氧化物，例如美國Luz公司采用 的Mo/Al203涂層，工作在450°C 500°C，性能穩(wěn)定，也可采用AlN/不銹鋼/銅 涂層，以便較多地吸收太陽輻射能而減少中低溫的熱輻射損失；吸熱管內(nèi)流過傳 熱工質(zhì)。熱接收器布置在二次反射分光板的凹面方向，熱接收器的吸熱管中心線 與全反射聚光器和二次反射分光板的焦線重合。
太陽光路的行程是首先全反射聚光器把平行于光軸面的直射太陽光輻射， 集中30倍反射投射在二次反射分光板上；分光板的凸面反射一部分適用于光電 池板的入射輻射，使二次反射光又以平行于光軸面的方向照射在光電池板上；當(dāng) 分光板上所反射的波長范圍為0.4 1.1 u m時，光電池板上集中了波長范圍0.4 1.1 "m的太陽直射輻射中的26%和天空漫射輻射中的14%的輻射能轉(zhuǎn)化為電 能，另外的轉(zhuǎn)化為低溫?zé)崮埽晒怆姵乇趁娴妮椛渖崞?通過輻射和自然對流 散發(fā)到環(huán)境和空氣中去；投射在分光板上沒有被反射的太陽輻射穿過分光板，或 散發(fā)到環(huán)境和空氣中去，或照射在熱接收器的直通吸熱管5b上，這部分熱量可 以轉(zhuǎn)化為至少150 280'C的熱量，通過導(dǎo)熱油、或水等工質(zhì)把熱量帶到儲熱罐， 再通過放置在儲熱罐內(nèi)的換熱器進(jìn)一步轉(zhuǎn)換到具體應(yīng)用方式，例如把熱發(fā)電系統(tǒng) 的水工質(zhì)加熱，用水蒸汽推動汽輪機(jī)發(fā)電。
圖3是本發(fā)明采用第一種跟蹤方式，即全反射聚光器的焦線東西方向水平布 置，以全反射聚光器的焦線為軸線轉(zhuǎn)動的裝置三維示意圖。圖4是其在轉(zhuǎn)軸處的 橫斷面視圖。圖5則是其在光軸面的剖視圖。
圖3中表示的全反射聚光器采用焦線東西向布置，拋物線曲面的光軸面與水 平面的夾角等于太陽正午高度角的跟蹤方式；全反射聚光器單元長度2米，可以 根據(jù)需要組合成足夠長度，例如80米到100米為一排；上午全反射聚光器的西 端插有端面板lc，下午在東端插有端面板，西端的端面板拆去；全反射聚光器1、 二次反射分光板2和熱接收器5均被固定在可動支架6上，可動支架6由底面框 架6a和端面框架6b構(gòu)成；可動支架6是安裝在固定支架7上，繞全反射聚光器 的焦線為軸，沿固定支架7上的圓弧軌道7d轉(zhuǎn)動。
圖4進(jìn)一步說明全反射聚光器1， 二次反射分光板2，光電池板3，散熱器4 和熱接收器5的連接關(guān)系。圖4中表示了可動支架6的底面框架6a和端面框架 6b，以及固定支架7等；底面框架6a由形狀與全反射聚光器拋物線相同的拋物 線形周邊支撐條和長條形的軸向支撐桿組成，用角鋼或圓管制作，全反射聚光器 的反射面用螺釘和壓條壓緊在可動支架6的底面框架6a上；端面框架6b用角鋼 或圓管焊接成扇形狀，布置在可動支架6的兩端；端面支架6b在聚光器拋物線 面的焦點(diǎn)處安裝有一個帶圓環(huán)臺的套筒6c，套筒作為可動支架6的轉(zhuǎn)動軸，被 放置在固定支架7的軸承座7a中；在轉(zhuǎn)動軸外面也可裝上滾動軸承；套筒的內(nèi) 孔留做引出吸熱管5b用；端面框架6b下面安裝有滾輪9，滾輪9可在圓弧軌道 7d上轉(zhuǎn)動；固定支架7用地腳螺釘8固定在地上，其上焊有圓弧形軌道7d，用 角鋼制作；全反射聚光器1跟隨滾輪9帶動的可動支架6 —起轉(zhuǎn)動，通過驅(qū)動機(jī) 構(gòu)中的控制部件(例如天文觀測系統(tǒng)中常用的光電太陽跟蹤器或設(shè)定的跟蹤程 序)，使全反射聚光器的光軸面跟隨太陽的正午高度角南北向轉(zhuǎn)動，即全反射聚 光器的光軸面與水平面的夾角a等于太陽正午高度角、每日調(diào)整一次，調(diào)整范圍 較小，全年僅在±23.5°(:范圍之內(nèi)。圖中的連桿12為平動機(jī)構(gòu)的連桿，其兩端 的圓孔套在可動支架6的底面框架6a邊緣的軸銷11上。
圖5進(jìn)一步說明全反射聚光器1， 二次反射分光板2，光電池板3，散熱器4 和熱接收器5的連接關(guān)系。如圖5所示，二次反射分光板2安裝在套筒6c的圓 環(huán)臺上，并用弧形壓板2b和螺釘2c固定。二次反射分光板2的焦線與全反射聚 光器拋物線的焦線及吸熱管5b的中心線為同一直線(圖上用x表示)；圖上也同 時表示了熱接收器的真空腔5a、吸熱管5b、吸熱管外的吸熱涂層5c，以及固定 支架7，軸承支座7a,地腳螺釘8，光電池板3，散熱器的導(dǎo)熱板4a，全反射聚 光器1等的相對位置和連接關(guān)系，以及驅(qū)動滾輪9轉(zhuǎn)動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)(包括電機(jī) 10a和減速器10b，控制部件未畫出)。全反射聚光器l、 二次反射分光板2以及 光電池板3、導(dǎo)熱板4a、附加散熱板4c等都跟隨滾輪9帶動的可動支架6—起 轉(zhuǎn)動，吸熱管5b與連通外部的進(jìn)、出輸熱管之間剛性固定連接，不發(fā)生轉(zhuǎn)動和 移動。
圖6是本發(fā)明采用第二種跟蹤方式，全反射聚光器的焦線南北向傾斜固定布 置，以全反射聚光器的焦線為軸線轉(zhuǎn)動的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6中的南北兩處 的固定支架為7bl、 7b2，兩處固定支架的軸承支座7a上架有圓環(huán)臺的套筒6c，
兩套筒的軸線為全反射聚光器的拋物線面的焦線，焦線傾角e等于當(dāng)?shù)氐奶柲?br> 光伏發(fā)電的光電池板最佳傾角，按0 = 4)-S計(jì)算，其中4)為當(dāng)?shù)鼐暥?，S為修 正值，取SKT ~10° ，對于低緯度地區(qū)6的取值應(yīng)偏低，對于高緯度地區(qū)S的
取值應(yīng)偏高，例如對于赤道地區(qū)s的取值可為0° ;焦線傾角e的朝向?qū)τ诒卑?br> 球地區(qū)應(yīng)使焦線北高南低，對于南半球地區(qū)則正相反，應(yīng)使焦線南高北低。全反 射聚光器l， 二次反射分光板2，光電池板3，散熱器4被固定在可動支架6上，
端面框架6b下方安裝有滾輪9，在固定支架7bl上安裝有圓弧形軌道7d，全反 射聚光器的光軸面跟隨太陽的時角每天自東向西以傾斜的全反射聚光器焦線為 軸線轉(zhuǎn)動，使光軸面總穿過太陽中心點(diǎn)。吸熱管5b與連通外部的進(jìn)、出輸熱管
之間剛性固定連接，不發(fā)生轉(zhuǎn)動和移動。
圖7是本發(fā)明采用第三種跟蹤方式，全反射聚光器的焦線南北向傾斜布置， 光軸面保持垂直，繞一根垂直的軸轉(zhuǎn)動的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖7所示，吸熱管5b經(jīng)連接管5d、 5e引至固定支架的垂直軸7c的上方， 經(jīng)可以轉(zhuǎn)動的管連接頭13a、 14a與連通外部的進(jìn)、出輸熱管13、 14連接，吸熱 管5b跟隨可動支架6同步繞垂直軸7c轉(zhuǎn)動；可動支架6有直立可轉(zhuǎn)動套筒6f 套在垂直軸7c上，套筒6f與可動支架6的底面框架6a和端面支架6b剛性連接； 由安裝在底面框架6a上的滾輪9和電機(jī)10a及減速機(jī)構(gòu)10b按太陽跟蹤控制程 序沿地平面繞垂直軸7c轉(zhuǎn)動；焦線傾角的設(shè)置與上述第二種跟蹤方式相同，全 反射聚光器的光軸面跟隨太陽的位置變化每天自東向西繞垂直軸7c轉(zhuǎn)動，使光 軸面的方位角與太陽的方位角相同。
圖8是本發(fā)明采用第三種跟蹤方式，全反射聚光器的焦線南北向傾斜布置， 光軸面保持垂直，繞一根垂直的軸轉(zhuǎn)動，帶冷卻水散熱器系統(tǒng)的裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖。圖8中散熱器4的導(dǎo)熱板4a和附加散熱板4c是采用多通孔的表面有氧化鋁 絕緣膜的鋁板(或扁管組件)4d替代，鋁板(或扁管組件)的每個通孔內(nèi)通過 水冷卻；使用水冷卻的結(jié)構(gòu)，在可動支架6的可轉(zhuǎn)動套筒6f上端的平臺6h上固 定有儲水桶4g，用連接管4e連接鋁板(或扁管組件)的通孔下端口和水桶4g 的底端口，用連接管4f連接鋁板(或扁管組件)的通孔上端口和水桶4g的上端 口，構(gòu)成水循環(huán)回路；儲水桶的頂面中間有可轉(zhuǎn)動小蓋4h，小蓋4h上固定有與 外部連通的進(jìn)、出水管15、 16。圖8所示的裝置適合需要溫?zé)崴畷r和采用大聚 光比時使用，在該裝置中也可添加熱接收器5。在添加水散熱器后，由于設(shè)計(jì)有 水自循環(huán)系統(tǒng)，在白天，儲水桶下部的冷水流經(jīng)水散熱器，冷卻光電池板后受熱 上升回到儲水桶，在夜晚，光電池板、聚光器等都成為輻射散熱器，儲水桶上部 的熱水流經(jīng)水散熱器，散熱下降回到儲水桶的下部，無需泵。外部取溫水時，是 通過與外部連通的進(jìn)、出水管15、 16。
圖9是本發(fā)明實(shí)施例1的多個單元裝置組合系統(tǒng)示意圖。如圖9所示的多個 單元裝置可以進(jìn)行串聯(lián)組合或并聯(lián)組合，組合系統(tǒng)可共用一套跟蹤控制系統(tǒng)；第 一、二種跟蹤方式的單元裝置進(jìn)行串聯(lián)組合時，各個單元裝置的全反射聚光器的 焦線在一根直線上，吸熱管首尾相接，各個可轉(zhuǎn)動支架由一根長軸帶動同步轉(zhuǎn)動； 第一、二種跟蹤方式的單元裝置進(jìn)行并聯(lián)組合時，各個單元裝置的全反射聚光器 的焦線彼此平行，各根吸熱管與兩根連通外部的進(jìn)、出總輸熱管17、 18并聯(lián)接， 利用一套驅(qū)動機(jī)構(gòu)10和平動機(jī)構(gòu)12就可帶動多個可動支架的同步轉(zhuǎn)動；第三種 跟蹤方式的單元裝置的水平面轉(zhuǎn)動只能并聯(lián)，用平動機(jī)構(gòu)帶動多個可動支架同步 繞垂直軸轉(zhuǎn)動。
權(quán)利要求
1、一種可自散熱的太陽能聚集型光伏發(fā)電裝置，包括有全反射聚光器、二次反射分光板、光電池、散熱器、支架及驅(qū)動機(jī)構(gòu)；其特征在于所述的全反射聚光器為曲面形的金屬板表面拋光作為反射面，全反射聚光器把太陽輻射的直射射線反射集中投射在二次反射分光板上；二次反射分光板為曲面的反射透射鏡，其凸面與全反射聚光器的凹面相對，布置在全反射聚光器的焦點(diǎn)前，其焦線和全反射聚光器的焦線重合，使二次反射的太陽輻射束投射到布置在全反射聚光器中間的光電池上，其余的太陽輻射束則透過二次反射分光板；光電池背面粘結(jié)有表面絕緣層的金屬導(dǎo)熱板，金屬導(dǎo)熱板與金屬的附加散熱板一起把全反射聚光器的金屬板固夾在其間，導(dǎo)熱板、附加散熱板和全反射聚光器共同構(gòu)成散熱器；附加散熱板的外表面和全反射聚光器的背面涂有散熱涂層；光電池把接收的太陽輻射能的一部分轉(zhuǎn)換為電能輸出，其余的轉(zhuǎn)化為熱能通過散熱器傳出；所述的全反射聚光器和二次反射分光板均被固定在可動支架上，可動支架帶動全反射聚光器連同其上的光電池和導(dǎo)熱板、附加散熱板以及二次反射分光板一起在固定支架上轉(zhuǎn)動，通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)，使全反射聚光器的光軸面在工作時跟蹤太陽中心點(diǎn)。
2、 如權(quán)利要求1所述的可自散熱的太陽能聚集型光伏發(fā)電裝置，其特征在 于所述的全反射聚光器的焦線采用三種布置方式使光軸面跟蹤穿過太陽中心 點(diǎn)，其中-第一種是全反射聚光器的焦線沿東西方向水平放置并固定，光軸面以水平的 焦線為軸跟隨太陽的正午高度角南北向轉(zhuǎn)動，使光軸面與水平面的夾角保持與太 陽正午高度角相同，光軸面總穿過太陽中心點(diǎn)；或者，第二種是全反射聚光器的焦線沿南北方向傾斜于地面布置并固定，傾 斜角與當(dāng)?shù)氐奶柲芄夥l(fā)電的光電池板最佳傾角相同，光軸面以傾斜的焦線為 軸跟隨太陽的時角自東向西轉(zhuǎn)動，使光軸面總穿過太陽中心點(diǎn)；或者，第三種是全反射聚光器的焦線傾斜于地面布置，傾斜角與當(dāng)?shù)氐奶?能光伏發(fā)電的光電池板最佳傾角相同，并保持光軸面與水平面垂直，光軸面以垂 線為軸跟隨太陽的方位角自東向西轉(zhuǎn)動，使光軸面的方位角與太陽的方位角相 同，光軸面總穿過太陽中心點(diǎn)。
3、 如權(quán)利要求l或2^f述的可自散熱的太陽能聚集型光伏發(fā)電裝置，其特 征在于所述的全反射聚光器和二次反射分光板的曲面形狀為拋物線曲面，或雙 曲線曲面；所述的光電池為單晶硅或多晶硅光電池。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的可自散熱的太陽能聚集型光伏發(fā)電裝置，其特 征在于所述的二次反射分光板反射的光譜范圍與光電池的適用光譜范圍相匹配，波長為0.4 l.lym。
5、 如權(quán)利要求1或2所述的可自散熱的太陽能聚集型光伏發(fā)電裝置，其特征在于在二次反射分光板的焦線處放置一個熱接收器，固定在可動支架上；所 述的熱接收器是有玻璃保護(hù)真空腔和直通金屬吸熱管的熱接收器，吸熱管的外表 面鍍有中溫選擇性吸熱涂層，吸熱管的兩端分別與連通外部的進(jìn)、出輸熱管連接， 其內(nèi)部有傳熱工質(zhì)流過。
6、如權(quán)利要求2所述的可自散熱的太陽能聚集型光伏發(fā)電裝置，其特征在于當(dāng)裝置采用第三種跟蹤方式時，所述的散熱器的導(dǎo)熱板和/或附加散熱板采 用有表面絕緣層的多通孔的金屬板或管組件替代，通孔內(nèi)有冷卻水流過，通孔的 兩端分別與連通外部的進(jìn)、出冷卻水管連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可自散熱的太陽能聚集型光伏發(fā)電裝置，包括全反射聚光器，二次反射分光板，光電池，散熱器等器件，或者還有熱接收器；用全反射聚光器把太陽輻射集中照射在二次反射分光板上，二次反射分光板將波長適合光電池工作的太陽輻射光束反射投射到光電池上、發(fā)出電，廢熱則利用粘貼在光電池板背后的導(dǎo)熱板、附加散熱板及全反射聚光器的背面涂層等組成的散熱器通過輻射和對流散走；其余波長的光束透過二次反射分光板，可以照射在熱接收器上產(chǎn)生約數(shù)百度的熱能。本發(fā)明的聚光比可高達(dá)20～30的太陽輻照，單位面積光電池發(fā)電功率可提高約15倍，并可獲得中高溫?zé)崮?。因此，將使太陽能發(fā)電的投資和發(fā)電的成本大幅度降低，有巨大經(jīng)濟(jì)和社會效益。
文檔編號G02B5/00GK101098112SQ20061008817
公開日2008年1月2日 申請日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月29日
發(fā)明者盧保羅, 李志宏, 王海千, 程文龍, 芃 胡, 莫松平, 陳則韶 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)