專利名稱：一種余熱發(fā)電的太陽能聚光發(fā)電裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能聚光發(fā)電領域，尤指一種可對光熱發(fā)電過程中的余熱利用發(fā)電
的太陽能聚光發(fā)電裝置。
背景技術：
如圖1所示，現(xiàn)有的太陽能聚光發(fā)電裝置中，聚光發(fā)電裝置往往包括一聚光透鏡， 聚光透鏡一般采用平面菲涅爾透鏡l，對太陽光進行二次聚光的二次聚光棱鏡2，聚光電池 3。 二次聚光棱鏡2的聚光投射到聚光電池3上，從而使聚光電池3產生光電轉換，從而進 行發(fā)電。但是采用二次聚光棱鏡2再次聚光時，聚光電池3表面會產生極高的溫度，溫度一 般為200度以上，不利于聚光電池3進行光電轉化從而影響光電轉化的效率，因此常采用在 聚光電池3下方設置一散熱器4進行散熱從而降低聚光電池3的溫度。這樣一來就造成了 這部分光能還沒有得到利用就流失掉了，非?？上А?兩種不同成份的導體材質組成閉合回路，當兩端存在溫度梯度時，回路中就會有 電流通過，此時兩端之間就存在電動勢一熱電動勢，這就是所謂的Seebeck效應(塞貝克效 應)。如圖2所示，將兩種不同類型的熱電轉換材料N型半導體材料和P型半導體材料的一 端結合并將其置于高溫狀態(tài)，另一端與一外部負荷連接并給以低溫時，由于高溫端的熱激 發(fā)作用較強，空穴和電子濃度也比低溫端高，在這種載流子濃度梯度的驅動下，空穴和電子 向低溫端擴散，從而在低溫開路端形成電勢差；如果將許多對P型和N型半導體材料連接起 來組成模塊，就可得到足夠高的電壓，形成一個半導體溫差發(fā)電塊。 在太陽能發(fā)電領域，已經有許多工程技術人員注意到利用太陽能聚光產生的高溫 作為半導體溫差發(fā)電裝置的高溫端，然后利用一個低溫端，如集熱器形成一個溫度高于環(huán)
境溫度的低溫端，就可以形成一個溫差發(fā)電裝置進行發(fā)電，具體可以參見"聚光集熱式太陽 能溫差發(fā)電裝置"專利號為CN200520120563. 0，這種直接利用太陽能聚光裝置產生高溫來 利用溫差發(fā)電塊進行發(fā)電的裝置存在發(fā)電效率不高的問題，發(fā)電量低，實際運用的意義不 大，性價比太低。因為溫差發(fā)電塊目前的熱電轉換效率都低于15%，目前一般的市售溫差發(fā) 電塊也就在4% 8 %左右，直接進行發(fā)電的意義非常有限。 余熱利用是目前太陽能發(fā)電領域設計的一個主要方向，如何最大限度的利用能 源、提高低品位能量的利用效率是人們努力的一個方向。本領域迫切希望能夠設計出一種 更為完善的光電、熱電利用裝置，能夠充分利用太陽能發(fā)電過程中產生的高溫余熱。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種余熱發(fā)電的太陽能聚光發(fā)電裝置，本聚光發(fā)電裝置采用 溫差發(fā)電裝置來利用余熱進行發(fā)電，同時利用集熱器對溫差發(fā)電裝置進行降溫形成低溫 面，從而一方面實現(xiàn)了余熱光電轉化，另一方面實現(xiàn)了余熱的熱利用，提高了太陽能利用效率。 本發(fā)明提供的技術方案如下
—種余熱發(fā)電的太陽能聚光發(fā)電裝置，包括多個太陽能聚光發(fā)電模組以及安裝所
述太陽能聚光發(fā)電模組的追日跟蹤支架系統(tǒng)，所述太陽能聚光發(fā)電模組包括呈矩陣排列的
多個太陽能聚光發(fā)電單元，所述太陽能聚光發(fā)電單元包括一聚光透鏡，一設置在所述聚光
透鏡聚光區(qū)域的聚光電池；所述聚光電池下方設置一溫差發(fā)電裝置，所述溫差發(fā)電裝置的
高溫面與所述聚光電池緊密貼合，所述溫差發(fā)電裝置的低溫面與一集熱器的吸熱層緊密貼
合；所述各聚光電池及所述各溫差發(fā)電裝置之間串聯(lián)連接后向外輸出電能。 進一步地，本專利裝置中所述聚光透鏡為削頂曲面聚光透鏡，所述削頂曲面聚光
透鏡由一平面透鏡與一削頂中空曲面菲涅爾透鏡組成，所述削頂中空曲面菲涅爾透鏡為曲
面錐體形，所述平面透鏡粘接固定在所述削頂中空曲面菲涅爾透鏡的削頂區(qū)域形成削頂曲
面聚光透鏡。 進一步地，本專利裝置中所述平面透鏡是指平面菲涅爾透鏡。 進一步地，本專利裝置中所述溫差發(fā)電裝置為一半導體溫差發(fā)電塊。 進一步地，本專利裝置中所述太陽能聚光發(fā)電單元還設有一用于將所述削頂曲面
聚光透鏡的出射光進行二次聚光的二次聚光棱鏡。 進一步地，本專利裝置中所述追日跟蹤支架系統(tǒng)包括一用于安裝所述太陽能聚光 發(fā)電模組的支架安裝面，所述支架安裝面安裝在一固定立柱上，所述支架安裝面上設有一 太陽光強傳感器，所述立柱上設有用于調整所述支架安裝面的調整機構及控制機構，所述 控制機構根據(jù)所述太陽光強傳感器的信號控制所述調整機構調整所述支架安裝面轉動從 而保證所述支架安裝面始終正對著太陽。 進一步地，本專利裝置中所述調整機構包括一垂直調整機構與一水平調整機構， 所述垂直調整機構包括一設置在所述支架安裝面上的齒輪，一設置在所述立柱上的電機， 所述電機的螺旋傳動軸與齒輪嚙合；所述水平調整機構包括一套設在所述立柱上可圍繞所 述立柱轉動的轉動桿，一安裝在所述轉動桿一端的電機，所述轉動桿的另一端連接在所述 支架安裝面上。 進一步地，本專利裝置中所述聚光電池為III-V族多節(jié)太陽能電池。
進一步地，本專利裝置中所述聚光電池為砷化鎵太陽能電池。 本專利的太陽能聚光發(fā)電裝置工作方式主要是將太陽光經過削頂曲面聚光透鏡
把太陽光匯聚到二次聚光棱鏡上，經過二次聚光棱鏡把匯聚后的太陽光均勻化，然后直接
照射到砷化鎵太陽能電池上，太陽能電池發(fā)生光生伏打效應，產生直流電能；同時，在太陽
能電池下方設置有半導體溫差發(fā)電裝置，由于溫差發(fā)電需要保證半導體材料的溫度梯度，
這樣低溫面必須保證散熱，即將高溫面?zhèn)鲗У降蜏孛娴臒崃磕軌虿粩嗟纳l(fā)出去，才能在
熱量的流動過程中產生電動勢從而發(fā)電，為了保證溫差發(fā)電裝置的低溫面的散熱，在低溫
面設置一集熱器，通過集熱器將低溫面?zhèn)鲗н^來的熱量帶走，這樣一來可以避免太陽能電
池的溫度過高，從而影響太陽能電池的光電轉換效率，二來通過溫差發(fā)電裝置實現(xiàn)了余熱
發(fā)電，三來通過集熱器將溫差發(fā)電裝置的低溫面?zhèn)鲗н^來的熱量進行綜合利用，如用于熱
水等。然后將整個聚光發(fā)電裝置的各聚光電池以及各溫差發(fā)電裝置之間串聯(lián)連接后把電壓
提高從而向外輸出電能。 本專利的效果在于( — ) 一直以來，太陽能聚光發(fā)電裝置中的太陽能聚光透鏡主要采用平面菲涅爾透鏡進行聚光，業(yè)界雖然已經覺察到平面菲涅爾透鏡具有色散、全反射、聚光倍數(shù)受限制等 缺點，但是一直無法找到改進的辦法，而曲面菲涅爾透鏡雖然有良好的光學透射效果，但是 其曲面形狀則對制造提出了更高的難度，采用傳統(tǒng)的鑄模、沖壓等方法，制造難度大，成本 高，因此很難大規(guī)模推廣。本專利巧妙的將平面菲涅爾透鏡與曲面菲涅爾透鏡結合起來，取 平面菲涅爾透鏡或凸透鏡的制造簡單方便、成本低的優(yōu)點與曲面菲涅爾透鏡的光學透射效 果好的優(yōu)點進行結合，巧妙的規(guī)避了曲面菲涅爾透鏡制作難度及成本的問題，從而為太陽 能聚光透鏡提供了 一種聚光效果更佳、成本更優(yōu)的聚光透鏡。 具體而言，削頂中空曲面聚光透鏡，避免了曲面菲涅爾透鏡制作過程中頂部曲面 帶來的脫膜難題，然后形成一個同削頂區(qū)域大小相同的平面菲涅爾透鏡，這種平面菲涅爾 透鏡的加工簡單方便，工藝也非常成熟。最后將這兩者粘接固定在一起，就形成了本專利的 削頂曲面聚光透鏡。當然平面菲涅爾透鏡也可以替換為凸透鏡或者其它平面透鏡。在制作 削頂中空曲面菲涅爾透鏡時，可以采用鑄模一次成型的方法，也可以采用在削頂中空曲面 錐體內粘貼透鏡薄膜的方式來制作。本專利的太陽能聚光發(fā)電裝置較現(xiàn)有技術中采用平面 菲涅爾透鏡的太陽能聚光發(fā)電裝置可以顯著提高光電轉化效率，特別是可以降低高倍聚光 太陽能系統(tǒng)對于追日跟蹤支架系統(tǒng)的精度要求。 ( 二 )本專利將傳統(tǒng)技術中，設置在太陽能電池下方的散熱器用溫差發(fā)電裝置、集 熱器來代替，避免了光熱能直接通過散熱器散發(fā)到環(huán)境中，造成能量的浪費，對余熱進行光 電、光熱利用，不但提高了太陽能光電轉化效率，而且實現(xiàn)了余熱的綜合利用。
圖1為現(xiàn)有技術的太陽能聚光發(fā)電裝置的工作示意圖； 圖2為溫差發(fā)電裝置的工作原理示意圖； 圖3為半導體溫差發(fā)電塊的結構示意圖； 圖4為本發(fā)明中削頂曲面聚光透鏡的結構示意圖； 圖5為本發(fā)明中削頂曲面聚光透鏡的第一種結構示意圖； 圖6為本發(fā)明中削頂曲面聚光透鏡的第二種結構示意圖； 圖7為本發(fā)明裝置的后視結構示意圖； 圖8為本發(fā)明裝置的側視結構示意圖； 圖9為本發(fā)明太陽能聚光發(fā)電模組的結構示意圖； 圖10為本發(fā)明太陽能聚光發(fā)電單元的結構示意圖； 圖11為本發(fā)明集熱器結構示意圖； 附圖標號說明 1-平面菲涅爾透鏡2-二次聚光棱鏡3-太陽能電池40-散熱片41-溫差發(fā)電裝 置42-高溫面43-P型半導體44-N型半導體45-低溫面46-電連接線5-追日跟蹤支架 系統(tǒng)51-固定立柱52-太陽光強傳感器53-支架安裝面54-垂直調整機構55-水平調整 機構6-太陽能聚光發(fā)電單元61-削頂曲面聚光透鏡62-削頂中空曲面菲涅爾透鏡63-削 頂區(qū)域64-平面菲涅爾透鏡65-凸透鏡7-太陽能聚光發(fā)電模組21-固定基板31-固定 基板8-集熱器81-吸熱層82-隔熱層83-水84-進水口 85-出水口
具體實施例方式
下面結合實施例進一步說明本發(fā)明的技術方案。 如圖7為本發(fā)明裝置的后視結構示意圖，圖8為本發(fā)明裝置的側視結構示意圖；一 種余熱發(fā)電的太陽能聚光發(fā)電裝置，包括多個太陽能聚光發(fā)電模組7以及安裝太陽能聚光 發(fā)電模組7的追日跟蹤支架系統(tǒng)5，太陽能聚光發(fā)電模組7包括呈矩陣排列的多個太陽能聚 光發(fā)電單元6(參見圖9)，如圖10為本發(fā)明太陽能聚光發(fā)電單元的結構示意圖；如圖3所示 為溫差發(fā)電裝置的結構示意圖；太陽能聚光發(fā)電單元6包括一削頂曲面聚光透鏡61，一設 置在削頂曲面聚光透鏡61聚光區(qū)域的聚光電池即太陽能電池3 ;聚光透鏡61下方設有一 用于將削頂曲面聚光透鏡61的出射光進行二次聚光的二次聚光棱鏡2，太陽能電池3下方 設有一溫差發(fā)電裝置41。溫差發(fā)電裝置41的具體結構為由多組半導體材料組成的溫差發(fā) 電塊，其中P型半導體43與N型半導體44依次串接在一起，半導體材料的兩端分別設有高 溫面42與低溫面45，低溫面45上設置了兩個電連接線46，溫差發(fā)電裝置41可以直接采用 市售的各種成品，譬如北京帕爾貼半導體公司生產的TEcl-031100型號的半導體溫差發(fā)電 片。具體使用時，將溫差發(fā)電裝置41的高溫面42與太陽能電池3緊密貼合，溫差發(fā)電裝置 41的低溫面45與一集熱器8的吸熱層81緊密貼合；各聚光電池及各溫差發(fā)電裝置之間串 聯(lián)連接后向外輸出電能，電能可供離網(wǎng)和并網(wǎng)使用。聚光電池為III-V族多節(jié)太陽能電池 3，如磷化鎵銦、碲化鉻、砷化鎵等，優(yōu)選砷化鎵太陽能電池。二次聚光棱鏡2通過一固定基 板21固定在太陽能聚光發(fā)電單元6中，同樣，太陽能電池3固定在另一固定基板31上。
如圖11所示，集熱器8設有一吸熱層81，隔熱層82、吸熱層81與溫差發(fā)電裝置41 的低溫面緊貼在一起，隔熱層82將集熱器8圍成一密閉空間，密閉空間中設有循環(huán)流動的 傳熱介質，如水83等，集熱器8設有一個進水口 84， 一個出水口 85，這樣吸熱層81將溫差發(fā) 電裝置41的低溫面的熱量傳導到傳熱介質中，通過傳熱介質的不斷循環(huán)流動，從而將太陽 能電池3的熱量不斷的帶出，傳熱介質帶出的熱量可以進行充分利用，如作為熱水供應等。
如圖4 圖6所示，本專利中的削頂曲面聚光透鏡61由一平面透鏡與一削頂中空 曲面菲涅爾透鏡62組成，削頂中空曲面菲涅爾透鏡62為曲面錐體形，平面透鏡粘接固定在 削頂中空曲面菲涅爾透鏡62的削頂區(qū)域63形成削頂曲面聚光透鏡61。
本專利中平面透鏡是指光線出射面或入射面為平面的透鏡。
作為本專利的一個實施例，平面透鏡為平面菲涅爾透鏡64。作為本專利的另一個 實施例，平面透鏡為凸透鏡65。為了保證整個透鏡的透射效果，平面透鏡的面積小于削頂曲 面聚光透鏡61有效受光面積的35% 。 本專利中，削頂曲面聚光透鏡61的制作方法，按照如下步驟進行制作 首先鑄模成型形成一削頂中空曲面錐體，削頂區(qū)域為一圓形區(qū)域； 然后在削頂中空曲面錐體內粘貼透鏡薄膜形成削頂中空曲面菲涅爾透鏡62 ; 再次鑄模成型形成一塊與削頂區(qū)域63相同大小的平面菲涅爾透鏡64 ; 最后將平面菲涅爾透鏡64粘接固定到削頂中空曲面菲涅爾透鏡62的削頂區(qū)域63
形成削頂曲面聚光透鏡61。 粘貼透鏡薄膜是指將透鏡薄膜按照曲面菲涅爾透鏡各個"齒"的折射率、折射角度 的不同對應粘貼到削頂中空曲面錐體內，透鏡薄膜可以選擇美國3M公司生產的透鏡薄膜， 通過這種粘貼的方式可以產生與沖壓成型一樣的效果。
如圖7、圖8所示，追日跟蹤支架系統(tǒng)5包括一用于安裝太陽能聚光發(fā)電模組7的 支架安裝面53，支架安裝面53安裝在一固定立柱51上，支架安裝面53上設有一太陽光強 傳感器52，立柱51上設有用于調整支架安裝面53的調整機構及控制機構，調整機構是指一 垂直調整機構54與一水平調整機構55，垂直調整機構54包括一設置在支架安裝面53上 的齒輪，一設置在立柱51上的電機，電機的螺旋傳動軸與齒輪嚙合；水平調整機構55包括 一套設在立柱51上可圍繞立柱51轉動的轉動桿， 一安裝在轉動桿一端的電機，轉動桿的另 一端連接在支架安裝面53上?？刂茩C構根據(jù)太陽光強傳感器52的信號控制水平調整機構 55及垂直調整機構54調整支架安裝面53轉動從而保證支架安裝面53始終正對著太陽。
具體安裝時，首先將立柱51垂直固定在地面上；垂直調整機構54調整支架安裝面 53的高度角，水平調整機構55調整支架安裝面53的方位角；太陽光強傳感器52實時檢測 太陽角度，控制機構根據(jù)太陽光強傳感器52檢測到的太陽角度調整水平調整機構55及垂 直調整機構54，使太陽光垂直照射到太陽能聚光發(fā)電模組7的上表面。
本領域技術人員應該認識到，上述的具體實施方式
只是示例性的，是為了更好的 使本領域技術人員能夠理解本專利，不能理解為是對本專利包括范圍的限制，只要是根據(jù) 本專利所揭示精神的所作的任何等同變更或修飾，均落入本專利包括的范圍。
權利要求
一種余熱發(fā)電的太陽能聚光發(fā)電裝置，包括多個太陽能聚光發(fā)電模組以及安裝所述太陽能聚光發(fā)電模組的追日跟蹤支架系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能聚光發(fā)電模組包括呈矩陣排列的多個太陽能聚光發(fā)電單元，所述太陽能聚光發(fā)電單元包括一聚光透鏡，一設置在所述聚光透鏡聚光區(qū)域的聚光電池；所述聚光電池下方設置一溫差發(fā)電裝置，所述溫差發(fā)電裝置的高溫面與所述聚光電池緊密貼合，所述溫差發(fā)電裝置的低溫面與一集熱器的吸熱層緊密貼合；所述各聚光電池及所述各溫差發(fā)電裝置之間串聯(lián)連接后向外輸出電能。
2. 根據(jù)權利要求1所述余熱發(fā)電的太陽能聚光發(fā)電裝置，其特征在于， 所述聚光透鏡為削頂曲面聚光透鏡，所述削頂曲面聚光透鏡由一平面透鏡與一削頂中空曲面菲涅爾透鏡組成，所述削頂中空曲面菲涅爾透鏡為曲面錐體形，所述平面透鏡粘接 固定在所述削頂中空曲面菲涅爾透鏡的削頂區(qū)域形成削頂曲面聚光透鏡。
3. 根據(jù)權利要求2所述余熱發(fā)電的太陽能聚光發(fā)電裝置，其特征在于， 所述平面透鏡是指平面菲涅爾透鏡。
4. 根據(jù)權利要求1所述余熱發(fā)電的太陽能聚光發(fā)電裝置，其特征在于， 所述溫差發(fā)電裝置為一半導體溫差發(fā)電塊。
5. 根據(jù)權利要求1所述余熱發(fā)電的太陽能聚光發(fā)電裝置，其特征在于， 所述太陽能聚光發(fā)電單元還設有一用于將所述削頂曲面聚光透鏡的出射光進行二次聚光的二次聚光棱鏡。
6. 根據(jù)權利要求1所述余熱發(fā)電的太陽能聚光發(fā)電裝置，其特征在于， 所述追日跟蹤支架系統(tǒng)包括一用于安裝所述太陽能聚光發(fā)電模組的支架安裝面，所述支架安裝面安裝在一固定立柱上，所述支架安裝面上設有一太陽光強傳感器，所述立柱上 設有用于調整所述支架安裝面的調整機構及控制機構，所述控制機構根據(jù)所述太陽光強傳 感器的信號控制所述調整機構調整所述支架安裝面轉動從而保證所述支架安裝面始終正 對著太陽。
7. 根據(jù)權利要求6所述余熱發(fā)電的太陽能聚光發(fā)電裝置，其特征在于， 所述調整機構包括一垂直調整機構與一水平調整機構，所述垂直調整機構包括一設置在所述支架安裝面上的齒輪，一設置在所述立柱上的電機，所述電機的螺旋傳動軸與齒輪 嚙合；所述水平調整機構包括一套設在所述立柱上可圍繞所述立柱轉動的轉動桿， 一安裝 在所述轉動桿一端的電機，所述轉動桿的另一端連接在所述支架安裝面上。
8. 根據(jù)權利要求1所述余熱發(fā)電的太陽能聚光發(fā)電裝置，其特征在于，所述聚光電池為ni-v族多節(jié)太陽能電池。
9. 根據(jù)權利要求8所述余熱發(fā)電的太陽能聚光發(fā)電裝置，其特征在于， 所述聚光電池為砷化鎵太陽能電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種余熱發(fā)電的太陽能聚光發(fā)電裝置，包括多個太陽能聚光發(fā)電模組以及安裝太陽能聚光發(fā)電模組的追日跟蹤支架系統(tǒng)，太陽能聚光發(fā)電模組包括呈矩陣排列的多個太陽能聚光發(fā)電單元，太陽能聚光發(fā)電單元包括一聚光透鏡，一聚光電池；聚光電池下方設置一溫差發(fā)電裝置，溫差發(fā)電裝置的高溫面與聚光電池緊密貼合，溫差發(fā)電裝置的低溫面與一集熱器的吸熱層緊密貼合；各聚光電池及各溫差發(fā)電裝置之間串聯(lián)連接后向外輸出電能。本聚光發(fā)電裝置采用溫差發(fā)電裝置來利用余熱進行發(fā)電，同時利用集熱器對溫差發(fā)電裝置進行降溫形成低溫面，一方面實現(xiàn)了余熱光電轉化，另一方面實現(xiàn)了余熱的熱利用，提高了太陽能利用效率。
文檔編號G02B3/00GK101719748SQ20091025226
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月28日 優(yōu)先權日2009年11月28日
發(fā)明者王士濤 申請人:上海聚恒太陽能有限公司;王士濤