太陽能集光裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型為一種太陽能集光裝置，特別是指一種用于太陽能電池或聚光式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)上以提高太陽能發(fā)電效率的太陽能集光裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前太陽能發(fā)電技術(shù)是以太陽能電池為主流，但目前太陽能電池發(fā)電面臨最大的問題，在于太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率不佳，造成發(fā)電效能不足的問題，以致于傳統(tǒng)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)必須使用大量的太陽能電池板產(chǎn)生電流，因此造成系統(tǒng)成本高昂。
[0003]為解決太陽能電池轉(zhuǎn)換效率不佳的問題，現(xiàn)有的太陽能發(fā)電系統(tǒng)一直設(shè)法改進(jìn)太陽能電池的材料與工藝技術(shù)以期望提高其轉(zhuǎn)換效率，然仍難有突破性的進(jìn)展。采用II1、V族材料以多層結(jié)構(gòu)方式雖其轉(zhuǎn)換效率較高，然因其所需搭配的菲涅爾透鏡(fresnel lens)及雙軸追日系統(tǒng)要求的精度均極高，否則其有效放大倍率將陡降，故而其成本仍是偏高。是以，近來逐漸有以反射板或透鏡等集光裝置搭配追日之方式以提高硅材太陽能電池之光通量使其增效。
[0004]除了太陽能電池外，近年來聚光太陽能熱發(fā)電(或稱聚焦型太陽能熱發(fā)電:Concentrated solar power，縮寫:CSP)亦蓬勃發(fā)展中。CSP是一個(gè)集熱式的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。它使用反射鏡或透鏡，利用光學(xué)原理將較大面積的陽光匯聚到一個(gè)相對(duì)細(xì)小的集光區(qū)中，令太陽能集中，在發(fā)電機(jī)上的集光區(qū)受太陽光照射而升高溫度，由光熱轉(zhuǎn)換原理將太陽能轉(zhuǎn)換化為熱能，熱能再通過熱機(jī)(通常是蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī))做功驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，從而產(chǎn)生的電力。
[0005]在上述的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，或聚光太陽能熱發(fā)電(CSP)系統(tǒng)中，通常多采用反射板作為聚集太陽光能的技術(shù)手段。如圖13所示，為一個(gè)常用反光式太陽能集光裝置的模型，用以揭示其基本構(gòu)造及原理。常用的反光式太陽能集光裝置主要構(gòu)造為在一光能轉(zhuǎn)換單元I的側(cè)邊設(shè)置上多個(gè)傾斜的反射板3，利用反射板3將一太陽光源的光線反射于光能轉(zhuǎn)換單元I的受光面2上，藉由反射板3的反射作用，能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)換單元I的受光面2的范圍以外的光線反射到光能轉(zhuǎn)換單元I的受光面2上。
[0006]常用的反光式太陽能集光裝置的集光效率，可定義為集光裝置的有效集光區(qū)域的面積相對(duì)于光能轉(zhuǎn)換單元I受光面2的面積，當(dāng)各個(gè)反射板3組合起來的有效集光區(qū)域的面積(即各個(gè)反射板3頂端的開口所圍繞起來的面積)越大，則能夠?qū)⒏嗟奶柟庠吹墓饩€集中到光能轉(zhuǎn)換單元I的受光面2上，而提高光能轉(zhuǎn)換單元I的有效進(jìn)光量，因此若要增加集光裝置的集光效率，便必須增加反射板3的有效集光區(qū)域的面積，方能夠?qū)⒏蠓秶墓饩€集中到光能轉(zhuǎn)換單元I的受光面2上。
[0007]圖13所示為一對(duì)反射板3以向上且同時(shí)朝外傾斜的方向安裝于光能轉(zhuǎn)換單元I的受光面2的周圍，當(dāng)光能轉(zhuǎn)換單元I的受光面2面向太陽時(shí)，太陽光源的光線會(huì)沿著光軸a的方向照射于光能轉(zhuǎn)換單元I的受光面2，且光軸a和受光面2相互垂直。由于太陽可視為一無限遠(yuǎn)的光源，所以投射于反射板3的反射面的入射光線LI的行進(jìn)方向也可視為和光軸a相互平行。光線LI經(jīng)由反射板3反射后會(huì)形成一個(gè)投射于受光面2的反射光線L2，由反射原理，光線照射于平面上的入射角和反射角會(huì)相等，因此光線LI和反射板3反射面的夾角Θ I亦會(huì)等于反射光線L2和反射板3的反射面之間的夾角Θ 2。當(dāng)反射板3的反射面為平面狀時(shí)，從反射板3的反射面每一個(gè)位置反射出去的光線角度都會(huì)和反射光線L2的角度相同。
[0008]然而，隨著太陽光照射于反射板3的位置越接近反射板3的上端，被反射板3反射的光線投射于受光面2上的位置會(huì)越往遠(yuǎn)離該受光面2與該反射板3相交會(huì)處的另一端靠近，因此當(dāng)反射板3的高度H超過一定高度，反射板3所反射的光線的投射點(diǎn)位置便落于受光面2的外側(cè)。如圖13所示，圖中標(biāo)示反射光線L4表示為從反射板3最頂端邊緣位置入射的光線L3被該反射板3反射后投射于受光面2最邊緣位置的反射光線的路徑，因此當(dāng)反射板3的高度大于圖13中所標(biāo)示反射光線L4和反射板3交會(huì)的高度位置時(shí)，該部分反射板3所反射的光線便會(huì)位于反射光線L4的外側(cè)，亦即反射的光線會(huì)落于受光面2的外側(cè)，而無法投射在光能轉(zhuǎn)換單元I的受光面上，而無法供光能轉(zhuǎn)換單元I發(fā)電。
[0009]如圖13所示，由于反射板3高度高于和反射光線L4交會(huì)點(diǎn)以上的部分為無效的反射面，因此從光能轉(zhuǎn)換單元I的受光面2 —直到反射板3與反射光線L4交會(huì)點(diǎn)之間的高度定義為有效集光高度H，而將兩個(gè)反射板3位于兩交會(huì)點(diǎn)之間的間距定義為有效集光寬度W。從上述模型可知，如果反射板3的有效集光寬度W越大，則集光裝置的集光效率越高，因此唯有透過改變反射板3與受光面2的相對(duì)傾斜角度α才能夠使反射板3的有效集光寬度W增加。
[0010]進(jìn)一步就常用反光式太陽能集光裝置的模型加以分析，如圖13所示，透過光線反射原理可知入射光線LI與反射面3之夾角Θ I會(huì)和反射光線L2與反射面3之夾角Θ 2相等，因此若反射板3和受光面2的相對(duì)傾斜角度α等于45度的狀態(tài)下，反射光線L2的反射路徑會(huì)和入射光線LI呈90度夾角，以致于反射光線L2會(huì)和受光面2相互平行而無法被投射在受光面2上。而當(dāng)反射板3和受光面2的相對(duì)傾斜角度α超過45度之后，反射板3所反射的反射光線L2開始投射于受光面2之上。
[0011]如圖14Α及圖14Β所示，揭示反射板3和受光面2相對(duì)傾斜角度α對(duì)于有效集光高度H與有效集光寬度W的影響。其中可發(fā)現(xiàn)當(dāng)光能轉(zhuǎn)換單元I的受光面2寬度固定的情形下，當(dāng)反射板3和受光面2相對(duì)傾斜角度α逐漸增加(即反射板3從接近45度傾斜狀態(tài)逐漸變化為接近90度的狀態(tài))，反射板3的有效集光寬度W會(huì)逐漸增加，但有效集光高度H也會(huì)隨之增加。同時(shí)，從圖14Α至圖14Β的變化可知，當(dāng)反射板3與受光面2的相對(duì)傾斜角度α增加時(shí)，有效集光寬度W增加的幅度會(huì)逐漸地小于有效集光高度H的增加幅度，甚至于在反射板3和受光面2的相對(duì)傾斜角度α大約在大于75度以后，有效集光高度H隨著相對(duì)傾斜角度α增加的變化速度會(huì)急劇增加，因此造成有效集光高度H和有效集光寬度W比率懸殊的狀況。
[0012]因此，在常用的反光式太陽能集光裝置的有效集光寬度W的增加幅度受到其幾何形狀的限制，而無法大幅增加，否則將面臨反射板3的高度過高，導(dǎo)致集光裝置體積龐大，且提高了設(shè)置成本降低其實(shí)用性。
[0013]故如何藉由反射板3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改良，來提高太陽能集光裝置的集光效率，以克服上述的缺失，已成為該項(xiàng)事業(yè)所欲解決的重要課題之一?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0014]本實(shí)用新型實(shí)施例在于提供一種太陽能集光裝置，其所欲解決的問題在于解決常用的以反射板作為集光技術(shù)手段的太陽能集光裝置增加有效集光寬度時(shí)會(huì)導(dǎo)致反射板高度急速增加，致使反射板的集光效率受限而無法提升的問題。
[0015]本實(shí)用新型采用技術(shù)手段，系為將反射板的反光面由多個(gè)相互連接的反光面組合而成，各個(gè)不同的反光面被布置成和一光能轉(zhuǎn)換單元的受光面的夾角各自不同的傾斜角度，并且使得每一個(gè)反光面可將垂直于受光面的太陽光源的光線反射后投射在反光面的相同投射區(qū)域中，使得各該反光面所投射的光線集中在所述光能轉(zhuǎn)換單元的受光面上。
[0016]本實(shí)用新型實(shí)施例，主要包括:一光能轉(zhuǎn)換單元、及至少兩個(gè)反射裝置。所述光能轉(zhuǎn)換單元可為一太陽能電池板，或者為一用于聚光太陽能熱發(fā)電(CSP)系統(tǒng)使用的光熱轉(zhuǎn)換裝置，該光能轉(zhuǎn)換單元具有一受光面，所述兩個(gè)反射裝置分別設(shè)置于所述受光面相對(duì)的兩側(cè)邊，兩個(gè)所述反射裝置分別具有多個(gè)彼此相互連接的反射面，其中每一所述反射面與所述受光面之間分別具有不同相對(duì)傾斜角度，且每一所述反射面與受光面的相對(duì)傾斜角度介于45度至90度范圍內(nèi)，其中每一所述反射面分別具有不同的反射面高度以及傾斜角度，并且每一所述反射面的高度及傾斜角度系布置成使得各該反射面能夠分別地將所述太陽光源的光線反射于所述光能轉(zhuǎn)換單元的所述受光面上的同一投射區(qū)域中。
[0017]本實(shí)用新型實(shí)施例，提供了一種太陽能集光裝置，用以將一太陽光源的光線集中到一光能轉(zhuǎn)換單元，以提高所述光能轉(zhuǎn)換單元的進(jìn)光量，所述光能轉(zhuǎn)換單元具有一受光面，所述受光面位于一基準(zhǔn)平面上，其特征在于，所述太陽能集光裝置包括:至少兩個(gè)反射裝置，用以將所述太陽光源的光線反射于所述受光面上，兩個(gè)所述反射裝置分別設(shè)置于所述受光面相對(duì)的兩側(cè)邊，兩個(gè)所述反射裝置分別具有多個(gè)彼此相互連接的反射面，其中每一所述反射面分別具有不同的相對(duì)于所述基準(zhǔn)平面的傾斜角度，并且每一所述反射面的相對(duì)傾斜角度系布置成使得各所述反射面能夠分別地將所述太陽光源的光線反射于所述光能轉(zhuǎn)換單元的所述受光面上。
[0018]其特征在于，每一個(gè)所述反射裝置的多個(gè)所述反射面分別具有不同的反射面高度以及各所述反射面相對(duì)于所述基準(zhǔn)平面的傾斜角度，并且每一所述反射面的高度及傾斜角度系布置成使得各所述反射面能夠分別地將所述太陽光源的光線反射于所述光能轉(zhuǎn)換單元的所述受光面上的同一投射區(qū)域中。
[0019]其特征在于，每一個(gè)所述反射裝置的多個(gè)所述反射面將所述太陽光源的光線反射形成的反射光線投射于所述受光面上所形成的所述投射區(qū)域至少涵蓋所述受光面的一側(cè)邊緣至所述受光面的中央位置的范圍。
[0020]其特征在于，多個(gè)所述反射面將所述太陽光源的光線反射形成的反射光線投射于所述受光面上所形成的所述投射區(qū)域涵蓋所述受光面的全部范圍。
[0021]其特征在于，每一所述反射面相對(duì)于所述受光面的相對(duì)傾斜角度分別介于45度至90度的角度范圍內(nèi)，且每一個(gè)所述反射裝置的多個(gè)所述反射面之中，最鄰近于所述受光面的所述反射面具有最小的傾斜角度，且最遠(yuǎn)離所述受光面的所述反射面具有最大的傾斜角度