CN101795099A - 一种太阳能发电*** - Google Patents

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Abstract

一种高利用率高效的太阳能发电***，它是基于平面镜反射聚光和太阳光谱分频技术，将太阳谱中的可见光和红外线分开，利用光伏发电和红外发电技术，直接将太阳能高利用率高效转化成电能。***包括：反射聚光器，用于均匀反射并汇聚全太阳光谱；光分频双工器，用于高透射太阳光可见光和高反射红外光谱，将太阳谱中的可见光和红外线分开；光伏电池板用于将接收的可见光转化成电能；红外电池板用于将红外能直接转化成电能；光伏电池板和红外电池板并联连接向负载供电。本发明具有光能汇聚均匀、能量利用率与转化率高、发电持续时间长、发电量大、易于加工与批量生产、成本相对低廉、便于维护更换等特点。

Description

一种太阳能发电***
技术领域
本发明涉及太阳能发电领域，尤其涉及一种利用太阳光谱可见光与红外线分频发电的太阳能发电***。
背景技术
现今社会使用的能源主要是火力发电、水电和核电。火电需要燃烧化石燃料，而化石燃料蕴藏量有限，且燃烧释放出大量二氧化碳和硫化物等破坏生态环境的污染物；水利资源是有限的；核电可能会造成可怕的事故。因此，为了人类社会可持续发展，人们必须寻找新的可替代能源。太阳能作为一种“取之不尽，用之不竭”的清洁能源，没有温室气体排放，不产生环境污染，具有良好的环境效益和社会效应，太阳能光伏发电是二十一世纪最理想的新能源之一。
在太阳辐射光谱中，其中有40％在可见光区，50％在红外区，10％在紫外区。但在太阳能直接发电利用上，大部分局限在太阳能可见光范围，而太阳辐射的红外能直接发电技术未被充分开发利用。即使在太阳能光伏发电中，大多数采用方位固定的大面积平板式光电转化模式。实践表明，这种模式不仅光电转换率低，发电能力差，而且***格高，与常规电能相比缺乏竞争力。所有这些都极大限制了太阳能光伏发电***的大规模发展和普及。因此研究高利用率、高效率和低成本太阳电池发电***具有极其重要的现实意义和巨大的经济价值。
发明内容
本发明的目的是针对以上现有技术存在的缺点，提供了一种太阳能发电***，可充分利用太阳光谱可见光与红外线分频发电。
本发明提供的一种太阳能发电***，技术方案为：设有反射聚光器、光分频双工器、光伏电池板和红外电池板；光伏电池板设于反射聚光器的焦轴上，红外电池板安放于反射聚光器的底部，光分频双工器处于光伏电池板和红外电池板之间；反射聚光器所汇聚太阳光中的可见光经光分频双工器透射到光伏电池板，反射聚光器所汇聚太阳光中的红外线经光分频双工器反射到红外电池板；光伏电池板将可见光转化成电能，红外电池板将红外能转化成电能，光伏电池板和红外电池板并联连接以向负载提供电能。
而且，所述光分频双工器采用干涉性短波通滤光学薄膜。
而且，所述光伏电池板采用双面结构，干涉性短波通滤光学薄膜附着在光伏电池板朝向反射聚光器的一面上。
而且，所述反射聚光器由左右两个半抛物柱面形全反射镜组成，每个半抛物柱面式形反射镜是由若干块全反射平面镜顺序拼接而成。
而且，所述全反射平面镜为矩形双层玻璃结构，双层玻璃间设有反射层，所述反射层采用全反射银表面或聚酞亚胺镀铝薄膜。
本发明提供的太阳能发电***不仅利用了太阳能的可见光能部分，还利用了太阳能中的红外能，并且均直接转化成了电能，整个***能量利用率高。本发明还提出采用均匀反射聚光技术，大大节约了太阳能电池板使用数量，降低了***发电成本。由于红外能无处无时不有，在反射聚光器配合采集红外线下，红外电池板能够实现昼夜发电，克服了光伏电池只有太阳光才能发电的缺点。光分频双工器的使用，则可以阻隔太阳辐射中的红外能到达太阳能电池板，减小了电池的热负荷，使在相同的冷却条件下可以得到更大的聚光比。总之，利用本发明提出的太阳能发电***进行太阳能发电，相对于单纯的光伏发电方法，不仅能量利用率高，发电效率高，而且发电时间长，输出功率大；***构建成本相对低廉，易于批量生产，具有良好的社会效应和巨大的经济价值。
附图说明
图1为本发明实施例的结构图。
图2为本发明实施例的光路图。
图3为本发明实施例的电路原理图。
图4为本发明实施例的红外电池基本单元原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，详细说明本发明的技术方案。
参见图1，本发明所提供***包括反射聚光器、光分频双工器9、光伏电池板11和红外电池板10。因为抛物线具有聚焦特性，实施例的反射聚光器采用一种平面镜组合全反射聚光器，其由左右两个半抛物柱面形全反射镜组成，每个半抛物柱面式形反射镜是由若干块全反射平面镜顺序拼接而成，其中右面的半抛物柱面式形反射镜由全反射平面镜1、2、3和4构成，左面的半抛物柱面式形反射镜由全反射平面镜5、6、7和8构成。位于反射聚光器焦轴上的光伏电池板11，也相应呈左右两半分别接受左右两面半抛物柱面式形反射镜所反射的太阳光。红外电池板10安放于反射聚光器的底部，光分频双工器9处于光伏电池板11和红外电池板10之间。这样设置后，使得反射聚光器所汇聚太阳光中的可见光经光分频双工器9透射到光伏电池板11，反射聚光器所汇聚太阳光中的红外线经光分频双工器9反射到红外电池板10。光伏电池板11将可见光转化成电能，红外电池板10将红外能转化成电能，光伏电池板11和红外电池板10并联连接即可共同为向负载提供电能。
具体实施时，全反射平面镜可以采用矩形双层玻璃结构，双层玻璃间设有反射层。反射层可以采用反射率很高的全反射银表面，或耐高温的聚酞亚胺镀铝薄膜。所述全反射平面镜的尺寸、个数和安装位置可以根据发电量大小、太阳能电池板大小、反射聚光器所需的安装位置和角度决定，并且需使太阳光照射在光分频双工器上总的叠加能流密度呈均匀分布。
图2展示了***中的光路。全反射平面镜1、2、3和4沿抛物曲线以一定的角度和位置依次首尾相连形成连续弯折的右半槽形镜面，即右面的半抛物柱面式形反射镜。使对每一块全反射平面镜1、2、3、4而言，反射后所形成的太阳影像大小位置都相同，光照射在光分频双工器9右侧上总的叠加能流密度呈均匀分布。同理，全反射平面镜5、6、7和8按照一定的角度和位置依次首尾相连形成连续弯折的左半槽形镜面，即左面的半抛物柱面式形反射镜。使对每一块全反射平面镜5、6、7、8而言，反射后所形成的太阳影像大小位置都相同，光照射在光分频双工器9左侧上总的叠加能流密度呈均匀分布。根据平面镜反射规律，无论是平行还是圆锥光束入射的太阳辐射，反射后不可能汇聚到某一焦点上。而对于平板反射镜，其上每一点所反射的能量及方向均相同，而在平板光伏接收平面内所接收的能量也都相同。因此本发明提供的平面镜组合全反射聚光器，目的是实现高倍均匀聚光，将太阳能均匀汇聚照射在太阳能电池板上，提高入射到光伏电池单位面积上的太阳辐射能流密度，增加电池板输出功率，减少昂贵的光电池板的用量，降低发电成本。与传统抛物面反射器相比，等口径平面镜组合全反射聚光器的聚光效率比传统抛物面反射器略低，但所述平面镜组合全反射聚光器反射所获得的能流密度分布更为均匀，而且大大降低了反射面加工难度、精度和成本，维护更换更方便快捷。
光分频双工器9可采用现有的干涉性短波通滤光学薄膜。该薄膜取二氧化钛作为高折射率材料，取二氧化硅作为低折射率材料，因此能够同时透射可见光和反射红外光。因为光分频双工器9采用薄膜结构，可以将其直接附着到光伏电池板11上。具体实施时，光伏电池板11可以采用单面结构或双面结构，单面就是指只有朝向反射聚光器的一面接收可见光，双面就是朝向天空的那一面也直接接收可见光。总之干涉性短波通滤光学薄膜要附着在光伏电池板11朝向反射聚光器的一面上。双面结构的吸收可见光的效率更高，但电池热负荷更高，实施时可根据具体情况选用。
参见图3，光伏电池板11和红外电池板10输出的电能经并联后可直接传输给负载，富余的电能可储存在蓄电池中。可以在***中设置电子控制器进行***控制，例如操控反射聚光器完成太阳跟踪，跟踪电池输出功率并当输出过载时通过反馈控制电能存储到蓄电池等。具体实施时根据功能需要，由本领域技术人员设计电子控制器即可。
光伏电池板采用常见的硅太阳能电池板即可。为了便于实施参考起见，本发明建议采用一种高效能低成本的红外电池板。这种红外电池板包括红外电池基本单元，所述红外电池基本单元由红外接收天线、交直流整流器和与红外接收天线相邻的电极构成；所述红外接收天线，接收红外电磁波，将红外电磁波的能量转化成高频交流电能后输入交直流整流器；交直流整流器采用桥式整流电路实现，通过桥式整流电路将电极与红外接收天线相连接；所述交直流整流器，将红外接收天线所输入高频交流电能转化成直流电，通过电极提供直流电。当需要比较大的电量时，可以在红外电池板中设置多个红外电池基本单元，这些红外电池基本单元通过电极级联即可。
如图4所示，实施例的红外电池基本单元由一个作为红外线接收天线的宽带对称平面接收天线10.1、四个构成桥式整流电路的整流MIN二极管10.3和两个电极10.2组成。实施例中，宽带对称平面接收天线10.1采用宽带平面蝶形天线，天线空间几何尺寸根据实际环境的红外辐射频率范围而定。电极10.2采用排列在红外接收天线两个馈电点所在直线两侧的金属条带(两个电极分别分布在两侧)，电极延伸方向与红外接收天线两个馈电点所在直线方向一致；红外接收天线与相邻电极之间有空白区域，在保障电极与红外接收天线无直接电气连接和不影响红外接收天线电气性能条件下，由电极所用金属条带向空白区域作延伸(外观上表现为条带的一侧有凸出)。电极延伸方向与宽带平面蝶形天线两馈电点所在直线的延长线方向相一致，图4中用虚线表示该直线，由于宽带平面蝶形天线为对称结构，该线是宽带平面蝶形天线的一条中心线。红外接收天线的天线体和电极材料相同，采用同样的导电金属即可；红外接收天线的表面为绝缘层。桥式整流电路构成方式为，在红外接收天线的每个馈电点与相邻两侧的电极之间分别跨接整流MIN二极管10.3，因此共设有四个二极管。

Claims (5)

1.一种太阳能发电***，其特征在于：设有反射聚光器、光分频双工器、光伏电池板和红外电池板；光伏电池板设于反射聚光器的焦轴上，红外电池板安放于反射聚光器的底部，光分频双工器处于光伏电池板和红外电池板之间；反射聚光器所汇聚太阳光中的可见光经光分频双工器透射到光伏电池板，反射聚光器所汇聚太阳光中的红外线经光分频双工器反射到红外电池板；光伏电池板将可见光转化成电能，红外电池板将红外能转化成电能，光伏电池板和红外电池板并联连接以向负载提供电能。
2.根据权利要求1所述的太阳能发电***，其特征在于：所述光分频双工器采用干涉性短波通滤光学薄膜。
3.根据权利要求2所述的太阳能发电***，其特征在于：所述光伏电池板采用双面结构，干涉性短波通滤光学薄膜附着在光伏电池板朝向反射聚光器的一面上。
4.根据权利要求1或2或3所述的太阳能发电***，其特征在于：所述反射聚光器由左右两个半抛物柱面形全反射镜组成，每个半抛物柱面式形反射镜是由若干块全反射平面镜顺序拼接而成。
5.根据权利要求4所述的太阳能发电***，其特征在于：所述全反射平面镜为矩形双层玻璃结构，双层玻璃间设有反射层，所述反射层采用全反射银表面或聚酞亚胺镀铝薄膜。
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