專利名稱：曲面光伏聚光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能利用聚光器，特別是一種一維跟蹤光伏聚光器，屬于 太陽(yáng)能聚光技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能作為一種清潔、無(wú)污染的可再生能源，其開發(fā)和利用被認(rèn)為世界能源戰(zhàn)略 的重要組成部分。太陽(yáng)能的利用主要包含太陽(yáng)能熱利用和太陽(yáng)能光伏發(fā)電兩大類。太陽(yáng)能光伏技術(shù) 中，通過(guò)聚光技術(shù)來(lái)減少在一個(gè)系統(tǒng)中使用的光伏電池的面積，進(jìn)而降低成本，同時(shí)達(dá)到較 高的光電轉(zhuǎn)換效率。因而大批科研工作者對(duì)太陽(yáng)能利用中的聚光原理進(jìn)行了探索和研究， 根據(jù)光學(xué)原理的不同，主要分為折射式聚光器和反射式聚光器；按照聚光的形式分為點(diǎn)聚 焦聚光器和線性聚焦聚光器。對(duì)于太陽(yáng)能聚光光伏系統(tǒng)，常用的菲涅爾透鏡是一種點(diǎn)聚焦 折射式聚光器，它可以實(shí)現(xiàn)高倍聚光，但它仍存在不少問(wèn)題采光口面積難以做大；由于透 射率的限制而光學(xué)效率難以提高；聚合物材料的穩(wěn)定性和可靠性差；成本較高；具有多結(jié) 電池敏感的色散性能等。合適的反射式聚光方案可以避免這些問(wèn)題，目前采用的反射式聚光器主要是大型 拋物面聚光器，但它的缺點(diǎn)是經(jīng)拋物面反射后的光線到達(dá)電池組件接受面上時(shí)，能流密度 不均勻。對(duì)于晶體硅太陽(yáng)電池組件，表面陰影或光強(qiáng)分布不均勻是導(dǎo)致輸出功率降低的主 要原因之一，光照不均勻?qū)е碌氖涫枪夥M件和光伏方陣中一個(gè)很嚴(yán)重的問(wèn)題，此時(shí)組 件或方陣的功率輸出往往受系統(tǒng)中最差的電池或組件影響非常大。正常電池的能量輸出就 會(huì)加到光強(qiáng)較弱的電池上(或被旁通二極管卸荷)而不是輸出到負(fù)載或電網(wǎng)。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)光照均勻性的曲面 光伏聚光器。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案為一種曲面光伏 聚光器，該新曲面光伏聚光器包括長(zhǎng)方體狀的光伏電池組件、與光伏電池組件相連的固定 支桿、由固定支桿支撐和固定，并位于光伏電池組件下方的新曲面反光板、用于支撐新曲面 反光板且設(shè)置在新曲面反光板下面的的支架、與支架相連接并設(shè)置在新曲面反光板中心正 下方的轉(zhuǎn)動(dòng)軸和通過(guò)光伏電池組件及轉(zhuǎn)動(dòng)軸的對(duì)稱面，該對(duì)稱面將新曲面反光板分成對(duì)稱 的兩部分，光伏電池組件有與新曲面反光板相對(duì)的接受面；曲面反光板和光伏電池組件之間的位置固定，新 曲面反光板可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn) 動(dòng)；轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)使得太陽(yáng)光線與對(duì)稱面平行，該與對(duì)稱面平行的太陽(yáng)光線經(jīng)新曲面反光板 的反射后覆蓋光伏電池組件的接受面；曲面反光板的剖面曲線方程式為y = (x-m (χ)) 2/4f (χ) +η (χ)[0010]其中X-新曲面反光板的剖面曲線的橫坐標(biāo)，y-新曲面反光板的剖面曲線的縱坐 標(biāo)，f (χ)、m (χ)、η (χ)為關(guān)于χ的函數(shù)式。優(yōu)選的，光伏電池組件包括單品硅光伏電池和散熱鋁翅片；單晶硅光伏電池采用 寬度為62. 5mm的硅片，散熱翅片在單晶硅光伏電池的背部。優(yōu)選的，曲面反光板采用0. 5mm-2mm的玻璃鏡或鍍反射膜的金屬板。優(yōu)選的，當(dāng)對(duì)稱面與地面垂直時(shí)，光伏電池組件的接受面與地面所構(gòu)成的角度在 0° -90° 之間。有益效果 1)采用了新曲線方程y = (x-m(x))2/4f(x)+n(x)代替拋物面方程y = x2/4f，可 以根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需求，通過(guò)選擇合適的f (X)、m (χ)、η (χ)等函數(shù)式，實(shí)現(xiàn)光伏電池板接受面 的光照均勻性的要求。因?yàn)楣夥姵亟M件的輸出功率由接受的能流密度最小的部分決定， 所以改善均勻性后能顯著提升光伏電池組件的輸出功率。2)其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，效果明顯，將f(x)采用關(guān)于χ的一次函數(shù)，m(x)和n(x)取為零就 可以明顯改善光照的均勻性。3)可變性強(qiáng)，通過(guò)該變f(X)、m(X)、n(X)等函數(shù)式，可以在各種不同的光伏電池組 件的位置和接受面朝向的情況下達(dá)到需要的聚光效果。
圖1是曲面光伏聚光器的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖中有光伏電池組件1、曲面反光板2、支架3、轉(zhuǎn)動(dòng)軸4、對(duì)稱面5、固定支桿6、接 受面11 ；圖2a是本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例中曲面光伏聚光器的光路圖；圖中有接受面11、曲面反光板2 ；圖2b是相關(guān)技術(shù)中拋物面光伏聚光器的光路圖；圖中有接受面11、拋物面反光板6。圖3a是本實(shí)用新型提供的第二個(gè)實(shí)施例中新曲面光伏聚光器光路圖；圖中有接受面11、曲面反光板2 ；圖3b是相關(guān)技術(shù)中拋物面光伏聚光器的光路圖；圖中有接受面11、拋物面反光板6。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。傳統(tǒng)的拋物線方程為y = x2/4f，運(yùn)用該曲線的聚光器，在理論上使得匯聚后的光 線聚焦在一條線上，無(wú)法在給定的接受面得到均勻的能流分布。本發(fā)明中，新曲線是在拋物 線方程上進(jìn)行改進(jìn)而得到的。新曲面反光板(2)的剖面曲線方程式為y = (x-m (χ)) 2/4f (χ) +η (χ)其中χ-新曲線的橫坐標(biāo)，y_新曲線的縱坐標(biāo)，f(x)、！Ii(X)、n(x)為關(guān)于χ的函數(shù) 式，選用一次或二次函數(shù)，其中的常數(shù)項(xiàng)需根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)情況而選定。針對(duì)不同的設(shè)計(jì)需求，選擇合適的f (χ)、m(x)、n(x)，就可以實(shí)現(xiàn)將太陽(yáng)光較為均勻的聚焦在電池板上，理論上對(duì)于每一種設(shè)計(jì)情況，都存在一條曲線使得光線完全均勻的 照射到電池板上，但由于設(shè)計(jì)情況的多樣化，找到適合所有情況的曲線方程是不可能的，所 以根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇f (X)、m(x)、η (χ)等函數(shù)式，滿足需要的光照均勻度并保證曲線方程 式足夠簡(jiǎn)化即可。該曲面光伏聚光器包括新曲面反光板2、設(shè)置在新曲面反光板2上方的光伏電池 組件1、用于連接并支撐新曲面反光板2的支架3、與支架相連接的轉(zhuǎn)動(dòng)軸4和通過(guò)曲面反 光板2及轉(zhuǎn)動(dòng)軸4的對(duì)稱面5。光伏電池組件1設(shè)有接受面11 ； 曲面反光板2和光伏電池組件1之間的相對(duì)位置固定，并可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)； 通過(guò)跟蹤裝置的跟蹤，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)使得太陽(yáng)光線與對(duì)稱面5平行。此平行光線經(jīng)曲 面反光板2的反射后覆蓋光伏電池組件1的接受面11 ；光伏電池組件1包括單晶硅光伏電 池和散熱鋁翅片；單晶硅光伏電池采用寬度為62. 5mm的硅片，散熱翅片在單晶硅光伏電池 的背部；曲面反光板2采用0. 5mm-2mm的玻璃鏡或鍍反射膜的金屬板。當(dāng)對(duì)稱面5與地面 垂直時(shí)，光伏電池組件1的接受面11與地面所構(gòu)成的角度在0° -90°之間。其中，新曲面反光板2的開口方向?yàn)樯戏剑c開口相反的方向?yàn)橄路?。?shí)施例1如圖2a為新曲面聚光器的反射光路圖。光伏電池組件1接受面寬度為30mm，幾何 聚光比為130倍。曲線方程為y = x7(6000-x/100)，光伏電池組件1接受面豎直朝下，圖 中將入射光線平均分為5段，每段包含的光能相等，從放大圖中可以看出光線到達(dá)光伏電 池組件1接受面上的情況，圖2b為采用拋物面曲線的并按同樣的聚光方式、同樣的尺寸設(shè) 計(jì)的聚光光路圖。經(jīng)計(jì)算，采用新曲面反射鏡后，光伏電池組件接受面上最小的能流密度提 升了約 65. 7%。實(shí)施例2如圖3a新曲面聚光器的反射光路圖。光伏電池組件1接受面寬度為30mm，幾何聚 光比為32倍。曲線方程為y = x7(4000+x/20)，左右兩塊光伏電池組件1的接受面的朝向 相對(duì)，分別接收對(duì)邊的反光板聚焦的光能。圖中將入射光線平均分為5段，每段包含的光能 相等，從放大圖中可以看出光線到達(dá)光伏電池組件1接受面的情況，圖3b為采用拋物面曲 線的并按同樣的聚光方式、同樣的尺寸設(shè)計(jì)的聚光光路圖。經(jīng)計(jì)算，采用新曲面反射鏡后， 光伏電池組件接受面上最小的能流密度提升了約11. 3%。
權(quán)利要求一種曲面光伏聚光器，其特征在于該新曲面光伏聚光器包括長(zhǎng)方體狀的光伏電池組件(1)、與光伏電池組件(1)相連的固定支桿(6)、由固定支桿(6)支撐和固定，并位于光伏電池組件(1)下方的曲面反光板(2)、用于支撐曲面反光板(2)且設(shè)置在曲面反光板(2)下面的的支架(3)、與支架(3)相連接并設(shè)置在新曲面反光板(2)中心正下方的轉(zhuǎn)動(dòng)軸(4)和通過(guò)光伏電池組件(1)及轉(zhuǎn)動(dòng)軸(4)的對(duì)稱面(5)，該對(duì)稱面(5)將曲面反光板(2)分成對(duì)稱的兩部分，光伏電池組件(1)設(shè)有與曲面反光板(2)相對(duì)的接受面(11)；曲面反光板(2)和光伏電池組件(1)之間的位置固定，曲面反光板(2)可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(4)轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)動(dòng)軸(4)轉(zhuǎn)動(dòng)使得太陽(yáng)光線與對(duì)稱面(5)平行，該與對(duì)稱面(5)平行的太陽(yáng)光線經(jīng)曲面反光板(2)的反射后覆蓋光伏電池組件(1)的接受面(11)；曲面反光板(2)的剖面曲線方程式為y＝(x-m(x))2/4f(x)+n(x)，其中x-曲面反光板(2)的剖面曲線的橫坐標(biāo)，y-曲面反光板(2)的剖面曲線的縱坐標(biāo)，f(x)、m(x)、n(x)為關(guān)于x的函數(shù)式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲面光伏聚光器，其特征在于光伏電池組件(1)包括單晶 硅光伏電池和散熱鋁翅片；單晶硅光伏電池采用寬度為62. 5mm的硅片，散熱翅片在單晶硅 光伏電池的背部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲面光伏聚光器，其特征在于曲面反光板(2)采用 0. 5mm-2mm的玻璃鏡或鍍反射膜的金屬板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲面光伏聚光器，其特征在于當(dāng)對(duì)稱面(5)與地面垂直時(shí)， 光伏電池組件(1)的接受面(11)與地面所構(gòu)成的角度在0° -90°之間。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種曲面光伏聚光器，該新曲面光伏聚光器包括長(zhǎng)方體狀的光伏電池組件(1)、與光伏電池組件(1)相連的固定支桿(6)、由固定支桿(6)支撐和固定，并位于光伏電池組件(1)下方的新曲面反光板(2)、用于支撐新曲面反光板(2)且設(shè)置在新曲面反光板(2)下面的的支架(3)、與支架(3)相連接并設(shè)置在新曲面反光板(2)中心正下方的轉(zhuǎn)動(dòng)軸(4)和通過(guò)光伏電池組件(1)及轉(zhuǎn)動(dòng)軸(4)的對(duì)稱面(5)，該對(duì)稱面(5)將新曲面反光板(2)分成對(duì)稱的兩部分，光伏電池組件(1)設(shè)有與新曲面反光板(2)相對(duì)的接受面(11)。該新曲面光伏聚光器能夠?qū)崿F(xiàn)光照均勻性。
文檔編號(hào)H02N6/00GK201594799SQ201020022518
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月13日
發(fā)明者余雷, 張耀明, 王軍 申請(qǐng)人:東南大學(xué)