CN113541596B - 一种太阳能全光谱分频能量主动调控方法及装置 - Google Patents

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CN113541596B CN202110576777.2A CN202110576777A CN113541596B CN 113541596 B CN113541596 B CN 113541596B CN 202110576777 A CN202110576777 A CN 202110576777A CN 113541596 B CN113541596 B CN 113541596B
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Abstract

本发明属于聚光太阳能综合利用技术领域，提供了一种太阳能全光谱分频能量主动调控方法及装置，本方法通过得到
Figure DDA0003084687290000011
与βn关联式和
Figure DDA0003084687290000012
与βn关联式，其中
Figure DDA0003084687290000013
为聚光装置主动偏转角βn后的集热量占比，
Figure DDA0003084687290000014
为聚光装置主动偏转βn后的发电量占比；根据已获得的
Figure DDA0003084687290000016
与βn关联式和
Figure DDA0003084687290000015
与βn关联式，控制聚光装置进行主动偏转βn即可实现子***热电需求与本装置热电输出达到相互匹配；本装置包括聚光装置、集热装置、复合光谱分频器以及光伏电池，所述复合光谱分频器位于所述聚光装置与所述集热装置之间的聚光路径中，所述光伏电池位于所述复合光谱分频器与所述光伏电池之间的反射路径中。本发明解决了光谱能量分配方案与辐照、负荷同时变动的复杂的变工况条件不适应不匹配的问题。

Description

一种太阳能全光谱分频能量主动调控方法及装置
技术领域
本发明属于太阳能光伏/光热综合利用技术领域，具体涉及一种太阳能全光谱分频能量主动调控方法及装置。
背景技术
光伏及光热利用为目前太阳能利用的主要技术手段。但太阳能光伏仅能利用部分波段太阳辐射，太阳能光热利用存在利用效率较低、成本较高等问题。对此，众多研究者对采用分频装置，将部分适宜光伏的波段分配给光伏电池，剩余波段分配给光热利用的太阳能光伏/光热综合利用技术展开研究。该技术因太阳能综合利用率高，可同时满足电、热甚至冷等不同形式的能量需求而日益受到关注。
已有的光谱能量分配多是通过固定分频截止波长的分频膜将可见光波段光谱能用于光伏发电，紫外和红外波段光谱能用来集热，满足后续***的热能需求。固定分频截止波长意味着光谱能量分配方案时时不变。但在实际运行中，源侧太阳辐照强度、太阳光谱能量分布以及用户侧电、热能量需求时常变动。固定不变的光谱能量分配方案难以与复杂的变工况条件相适应，保证***能够时刻满足用户侧热电需求，维持***综合性能最优。
发明内容
本发明提供一种太阳能全光谱分频能量主动调控方法及装置，解决了目前太阳能分频光伏/光热利用技术中，固定的光谱能量分配方案与辐照、负荷同时变动的复杂的变工况条件不适应不匹配的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种太阳能全光谱分频能量主动调控方法，包括聚光装置和集热装置，所述聚光装置将聚集的光反射至所述集热装置上，还包括复合光谱分频器和光伏电池，所述复合光谱分频器位于所述聚光装置与所述集热装置之间的聚光路径中，所述光伏电池位于所述复合光谱分频器与所述光伏电池之间的反射路径中，所述调控方法具体包括以下步骤：
步骤S1、确定所述聚光装置的跟踪偏转角度
Figure RE-GDA0003204145490000011
：
S1-1、在确定方位太阳光束入射下，所述聚光装置进行太阳光跟踪偏转，使太阳光通过所
述聚光装置反射至所述复合光谱分频器上；
S1-2、记录当下所述聚光装置的跟踪偏转角度
Figure RE-GDA0003204145490000012
，
Figure RE-GDA0003204145490000013
小于等于90°；
步骤S2、计算所述聚光装置跟踪偏转
Figure RE-GDA0003204145490000014
后集热量占比
Figure RE-GDA0003204145490000015
和发电量占比
Figure RE-GDA0003204145490000016
，具体计算方法，包括如下步骤：
S2-1、记录所述聚光装置接收到的辐射通量
Figure RE-GDA0003204145490000021
所述集热装置接收到的集热量
Figure RE-GDA0003204145490000022
以及所述光伏电池接收到的发电量
Figure RE-GDA0003204145490000023
S2-2、得出所述聚光装置跟踪偏转
Figure RE-GDA0003204145490000024
后集热量占比
Figure RE-GDA0003204145490000025
和发电量占比
Figure RE-GDA0003204145490000026
步骤S3、将步骤S1中所述聚光装置跟踪偏转
Figure RE-GDA0003204145490000027
后此时所述聚光装置所在平面定义为参照面；步骤S4、计算所述聚光装置主动偏转βn后集热量占比
Figure RE-GDA0003204145490000028
和发电量占比
Figure RE-GDA0003204145490000029
具体计算方法，包括如下步骤：
S4-1、调控所述聚光装置进行主动偏转；
S4-2、记录进行主动偏转后所述聚光装置的主动偏转角βn，βn为所述聚光装置进行主动偏转后当下所述聚光装置所在平面与参照面之间的夹角，参照面顺时针方向为正，参照面逆时针方向为负；
S4-3、记录行主动偏转后所述聚光装置接收到的辐射通量
Figure RE-GDA00032041454900000210
所述集热装置接收到的集热量
Figure RE-GDA00032041454900000211
以及所述光伏电池接收到的发电量
Figure RE-GDA00032041454900000212
S4-4、根据步骤S4-3中的数据，计算得出所述聚光装置动偏转βn后集热量占比
Figure RE-GDA00032041454900000213
和发电量占比
Figure RE-GDA00032041454900000214
步骤S5、获得
Figure RE-GDA00032041454900000215
与βn关联式和
Figure RE-GDA00032041454900000216
与βn关联式：
步骤S5-1、重复N次步骤S4，得到N组βn与
Figure RE-GDA00032041454900000217
的对应数值；
步骤S5-2、将步骤S2中得到的
Figure RE-GDA00032041454900000218
和
Figure RE-GDA00032041454900000219
作为初始值，将
Figure RE-GDA00032041454900000220
与步骤S5-1中得到的N组βn与
Figure RE-GDA00032041454900000221
对应数值进行拟合，将
Figure RE-GDA00032041454900000222
与步骤S5-1中得到的N组βn与
Figure RE-GDA00032041454900000223
对应数值进行拟合，获得
Figure RE-GDA00032041454900000224
与βn关联式和
Figure RE-GDA00032041454900000225
与βn关联式；
步骤S6、计算所求工况下所需集热量占比
Figure RE-GDA00032041454900000226
或者所需发电量占比
Figure RE-GDA00032041454900000227
具体计算方法，包括如下步骤：
S6-1、记录所求工况下下游用热量
Figure RE-GDA00032041454900000228
或者用电量
Figure RE-GDA00032041454900000229
以及所述聚光装置接收到的辐射通量 Qlens；
S6-2、根据步骤S6-1记录的数据确定所求工况下所需集热量占比
Figure RE-GDA00032041454900000230
或者所需发电量占比
Figure RE-GDA00032041454900000231
步骤S7、确定主动偏转角βreq：
将步骤S6中获得的所需集热量占比
Figure RE-GDA00032041454900000232
或者所需发电量占比
Figure RE-GDA00032041454900000233
带入步骤S5中获得的
Figure RE-GDA0003204145490000031
与βn关联式或者
Figure RE-GDA0003204145490000032
与βn关联式中，得到对应的主动偏转角βreq；
步骤S8、进行主动调控：
根据步骤S6中得到的主动偏转角βreq，调节所述聚光装置偏转βreq。
作为本发明的进一步优选，所述聚光装置接收到的辐射通量Qreceive计算公式为：
Qreceive＝DNI·Areceive
其中：DNI为对应的太阳直射辐射强度，Areceive为所述聚光装置开口接收面积。
作为本发明的进一步优选，步骤2中，
Figure RE-GDA0003204145490000033
的计算公式：为
Figure RE-GDA0003204145490000034
Figure RE-GDA0003204145490000035
的计算公式：为
Figure RE-GDA0003204145490000036
作为本发明的进一步优选，步骤4中，
Figure RE-GDA0003204145490000037
的计算公式：为
Figure RE-GDA0003204145490000038
Figure RE-GDA0003204145490000039
的计算公式：为
Figure RE-GDA00032041454900000310
作为本发明的进一步优选，步骤6中，所需集热量占比
Figure RE-GDA00032041454900000311
的计算公式：为
Figure RE-GDA00032041454900000312
所需集热量占比
Figure RE-GDA00032041454900000313
的计算公式：为
Figure RE-GDA00032041454900000314
还提供了一种用于太阳能全光谱分频能量主动调控方法的调控装置，包括：
复合光谱分频器，复合光谱分频器包括至少两个分频膜，每个分频膜的分频截止波长均不一致；
第一复合抛物面反射镜，所述第一复合抛物面反射镜贴附布置在所述集热装置上，所述第一复合抛物面反射镜的开口方向朝向所述复合光谱分频器；
第二复合抛物面反射镜，所述第二复合抛物面反射镜贴附布置在所述光伏电池上，所述第二复合抛物面反射镜的开口方向朝向所述复合光谱分频器。
作为本发明的进一步优选，每个分频膜依次拼接形成板形结构或者弧形结构或者双曲线结构。
作为本发明的进一步优选，每个分频膜的截止波长均在所述光伏电池工作范围内。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1.本发明在聚光路径中布置复合光谱分频器，使得太阳能同时转化为电能和热能，满足建筑多级能耗需求，实现太阳能全光谱高效转化利用，进而提高能源综合利用效率。
2.本发明借助聚光装置和集热装置及复合光谱分频器特殊布置，稳定装置输出热量和电量，实现热电能量的动态分频调控及按需供应，进而维持下游用热子***或用电子***运行于稳定设计点工况，最终使整个***高效运行。
3.本发明实际操作中通过改变聚光光斑于复合光谱分频器中不同分频膜上分布比例，实现热电能量比调控，调控方法简单易操作，从聚光源头实现光伏/集热***对外按需输出热电能量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明优选实施例1主动调控装置的结构示意图；
图2是本发明在跟踪偏转时光谱的分布状态图；
图3是本发明图2中A部分局部放大图；
图4是本发明在主动偏转时光谱的分布状态图；
图5是本发明图4中B部分局部放大图；
图6是本发明
Figure RE-GDA0003204145490000041
与βn关联式和
Figure RE-GDA0003204145490000042
与βn关联式函数关系图。
图中：1、棱镜；2、聚光反射镜；3、集热管；4、光伏电池；5、第一分频膜；6、第二分频膜；7、第一复合抛物面反射镜；8、第二复合抛物面反射镜；9、复合光谱分频器。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
为解决目前太阳能分频光伏/光热利用技术中，固定的光谱能量分配方案与辐照、负荷同时变动的复杂的变工况条件不适应不匹配的问题，本申请提供了一种太阳能全光谱分频能量主动调控方法及装置。
上述调控方法包括聚光装置和集热装置，聚光装置将聚集的光反射至集热装置上。上述调控方法还包括复合光谱分频器9和光伏电池4，复合光谱分频器9位于聚光装置与集热装置之间的聚光路径中，光伏电池4位于复合光谱分频器9与光伏电池4之间的反射路径中。
入射到聚光装置上的太阳光反射并聚集到复合光谱分频器9上，复合光谱分频器9将太阳光分频为近红外光、紫外光、可见光，其中近红外光和紫外光由集热装置吸收，转变为热能，复合光谱分频器9将可见光反射到光伏电池4，由光伏电池4转变为电能。
实施例1
本实施例提供一种优选实施方案，一种太阳能全光谱分频能量主动调控方法，本调控方法通过聚光装置主动偏转的调控方式控制本装置热电输出，需首先确定本装置几何布置和参数，再得到
Figure RE-GDA0003204145490000043
与βn关联式和
Figure RE-GDA0003204145490000044
与βn关联式。根据已获得的
Figure RE-GDA0003204145490000045
与βn关联式和
Figure RE-GDA0003204145490000046
与βn关联式，控制聚光装置进行主动偏转βn即可实现子***热电需求与本装置热电输出达到相互匹配。
本实施方案中聚光装置包括棱镜1和聚光反射镜2，棱镜1具有跟踪偏转调控功能，聚光反射镜2设置于棱镜1正下方；集热装置采用集热管3，设置于聚光反射镜2聚光路径尾部。
上述调控方法包括复合光谱分频器9和光伏电池4，复合光谱分频器9位于聚光反射镜2 的聚光路径中，光伏电池4位于复合光谱分频器9反射路径中。棱镜1进行太阳光跟踪偏转，使太阳光通过聚光反射镜2反射至复合光谱分频器9上，复合光谱分频器9将太阳光分频为近红外光和紫外光、可见光，近红外光和紫外光由集热管3吸收，转变为热能，复合光谱分频器9将可见光反射至光伏电池4上，由光伏电池4转变为电能。
上述调控方法具体包括以下步骤：
步骤S1、确定棱镜1的跟踪偏转角度
Figure RE-GDA0003204145490000051
S1-1、在确定方位太阳光束入射下，棱镜1进行太阳光跟踪偏转，使太阳光通过聚光反射镜2反射至复合光谱分频器9上；
S1-2、记录当下棱镜1的跟踪偏转角度
Figure RE-GDA0003204145490000052
为水平面与棱镜1中轴线之间的夹角，
Figure RE-GDA0003204145490000053
小于等于90°；
步骤S2、计算棱镜1跟踪偏转
Figure RE-GDA0003204145490000054
后集热量占比
Figure RE-GDA0003204145490000055
和发电量占比
Figure RE-GDA0003204145490000056
具体计算方法，包括如下步骤：
S2-1、记录进行跟踪偏转
Figure RE-GDA0003204145490000057
后聚光反射镜2表面接收到的辐射通量
Figure RE-GDA0003204145490000058
集热管3接收的集热量
Figure RE-GDA0003204145490000059
以及光伏电池4接收到的发电量
Figure RE-GDA00032041454900000510
S2-2、得出棱镜1跟踪偏转
Figure RE-GDA00032041454900000511
后集热量占比
Figure RE-GDA00032041454900000512
和发电量占比
Figure RE-GDA00032041454900000513
跟踪偏转后集热量占比
Figure RE-GDA00032041454900000514
的计算公式为：
Figure RE-GDA00032041454900000515
跟踪偏转后发电量占比
Figure RE-GDA00032041454900000516
的计算公式为：
Figure RE-GDA00032041454900000517
步骤S3、将步骤S1中棱镜1跟踪偏转
Figure RE-GDA00032041454900000518
后此时棱镜1中轴线所在平面定义为参照面；
步骤S4、计算棱镜1主动偏转βn后集热量占比
Figure RE-GDA00032041454900000519
和发电量占比
Figure RE-GDA00032041454900000520
具体计算方法，包括如下步骤：
S4-1、调控棱镜1进行主动偏转，主动偏转任意角度，优选地，偏转1°；
S4-2、记录进行主动偏转后棱镜1的主动偏转角βn，βn为棱镜1进行主动偏转后当下棱镜1中轴线与参照面之间的夹角，参照面顺时针方向为正，参照面逆时针方向为负；
S4-3、记录进行主动偏转βn后聚光反射镜2表面接收到的辐射通量
Figure RE-GDA0003204145490000061
集热管3接收的集热量
Figure RE-GDA0003204145490000062
以及光伏电池4接收到的发电量
Figure RE-GDA0003204145490000063
S4-4、根据步骤S4-3中的数据，计算得出棱镜1主动偏转βn后集热量占比
Figure RE-GDA0003204145490000064
和发电量占比
Figure RE-GDA0003204145490000065
主动偏转βn后集热量占比
Figure RE-GDA0003204145490000066
的计算公式为：
Figure RE-GDA0003204145490000067
主动偏转βn后发电量占比
Figure RE-GDA0003204145490000068
的计算公式为：
Figure RE-GDA0003204145490000069
步骤S5、获得
Figure RE-GDA00032041454900000610
与βn关联式和
Figure RE-GDA00032041454900000611
与βn关联式：
步骤S5-1、重复N次步骤S4，得到N组βn与
Figure RE-GDA00032041454900000612
的对应数值；
步骤S5-2、将步骤S2中得到的
Figure RE-GDA00032041454900000613
和
Figure RE-GDA00032041454900000614
作为初始值，将
Figure RE-GDA00032041454900000615
与步骤S5-1中得到的N组βn与
Figure RE-GDA00032041454900000616
对应数值进行拟合，以及
Figure RE-GDA00032041454900000617
与步骤S5-1中得到的N组βn与
Figure RE-GDA00032041454900000618
对应数值进行拟合；
βn与
Figure RE-GDA00032041454900000619
的对应数据与Exponential函数最为接近，故按照Exponential函数形式：: y＝y0+Aexp(R0x)进行拟合建立坐标系，如图6所示，以主动偏转角βn为横坐标，输出量占比C为纵坐标，输出占比C包括用热量占比和用电量占比，用热量占比等同于
Figure RE-GDA00032041454900000620
用电量占比等同于
Figure RE-GDA00032041454900000621
根据以上参数获得
Figure RE-GDA00032041454900000622
与βn关联式和
Figure RE-GDA00032041454900000623
与βn关联式:
Figure RE-GDA00032041454900000624
Figure RE-GDA00032041454900000625
与βn关联式为：
Figure RE-GDA00032041454900000626
Figure RE-GDA00032041454900000627
Figure RE-GDA00032041454900000628
与βn关联式为：
Figure RE-GDA00032041454900000629
根据
Figure RE-GDA00032041454900000630
与βn关联式和
Figure RE-GDA00032041454900000631
与βn关联式即可通过调节棱镜1的主动偏转角βn的数值实现对热电能量的按需输出，藉此实现装置热电能量输出和用热子***热需求或用电子***电需求的相互匹配。
步骤S6、以热定电运行方式为例，计算所求工况下所需集热量占比
Figure RE-GDA00032041454900000632
或者所需发电量占比
Figure RE-GDA00032041454900000633
具体计算方法，包括如下步骤：
S6-1、记录所求工况下下游用热量
Figure RE-GDA00032041454900000634
或者用电量
Figure RE-GDA00032041454900000635
以及聚光反射镜2表面接受到的辐射通量Qlens；
S6-2、根据步骤S6-1记录的数据确定所求工况下所需集热量占比
Figure RE-GDA0003204145490000071
或者所需发电量占比
Figure RE-GDA0003204145490000072
所需集热量占比
Figure RE-GDA0003204145490000073
的计算公式为：
Figure RE-GDA0003204145490000074
所需集热量占比
Figure RE-GDA0003204145490000075
的计算公式为：
Figure RE-GDA0003204145490000076
步骤S7、确定主动偏转角βreq：
将步骤S6中获得的所需集热量占比
Figure RE-GDA0003204145490000077
或者所需发电量占比
Figure RE-GDA0003204145490000078
带入步骤S5中获得的
Figure RE-GDA0003204145490000079
与βn关联式或者
Figure RE-GDA00032041454900000710
与βn关联式中，得到对应的主动偏转角βreq；
步骤S8、进行主动调控：
根据步骤S6中得到的主动偏转角βreq，调节棱镜1偏转βreq。
上述步骤中聚光反射镜2表面接收到的辐射通量Qreceive计算公式为：
Qreceive＝DNI·Areceive
其中：DNI为对应的太阳直射辐射强度，Areceive为光伏集热集成装置开口接收面积。
依赖于上述调控方法，优选实施方案之一采用一种太阳能全光谱分频能量主动调控装置，本调控装置具体结构如下：
如图1所示，本调控装置包括棱镜1、聚光反射镜2、光伏电池4以及复合光谱分频器9，本装置具体几何布置和参数如下：
上述聚光反射镜2采用半抛物槽式反射镜，其设置于钢结构内，聚光反射镜2正上方设置有棱镜1，复合光谱分频9的形状包括但不限于板状结构、弧形结构、双曲线结构，本实施方案中复合光谱分频9的形状为双曲线结构，且布置在聚光反射镜2与集热管3之间的聚光路径中并固接在钢结构上。本调控装置通过棱镜1旋转实现太阳跟踪，棱镜1的旋转是通过控制器控制与棱镜1连接的驱动装置进行调节。复合光谱分频9包括至少两个分频膜，每个分频膜的分频截止波长均不一致，优选地，复合光谱分频9由第一分频膜5和第二分频膜 6拼接而成，第一分频膜5和第二分频膜6的分频截止波长均不一致且均在光伏电池4工作范围内。如图2至图5所示，在辐照度变化和热电能量需求变化的综合工况下，通过棱镜1主动偏转调节聚光光斑于复合光谱分频器9上的分布，实现热电输出与热电需求能量匹配。
本实施方案还包括第一复合抛物面反射镜7和第二复合抛物面反射镜8，第一复合抛物面反射镜7贴附布置在集热管3上，第一复合抛物面反射镜7的开口方向朝向复合光谱分频器9；第一复合抛物面反射镜7将主动调控后光斑偏移导致的散溢光束重新聚焦反射至集热管3上，避免因主动调控导致光束损失。第二复合抛物面反射镜8贴附布置在光伏电池4上，第二复合抛物面反射镜8的开口方向朝向复合光谱分频器9；第二复合抛物面反射镜8将主动调控后光斑偏移导致的散溢光束重新聚焦反射至光伏电池4上，避免因主动调控导致光束损失。
假设本装置辐照为DNI＝1000W/m2，采用AM1.5下标准太阳光谱数据，以春分上午10 点为例确定太阳方位。棱镜1宽度1.8m，棱镜1顶角为10°，棱镜1上表面总开口面积Areceive为180m2，半抛物槽式反射镜开口宽度1.8m，焦距1.0m，复合光谱分频器9制作双曲线结构，与半抛物槽式反射镜共焦线布置，两者的焦距均为0.12m，集热管3直径为0.1m，光伏电池4宽度0.12m，第一分频膜5截止波长为500nm至1100nm(反射此波段光谱能量)，第二分频膜6截止波长为765nm至1100nm(反射此波段光谱能量)，本装置的集热效率ηcol＝63％，复合光谱分频器9分频效率τ为0.95，聚光工作中第一分频膜5接收聚光占比为R1(跟踪偏转下为0.5)，第二分频膜6接收聚光占比为R2(跟踪偏转下为0.5)，采用以热定电运行策略为例，该装置的用热子***设计热需求Qreq应同装置设计辐照下的集热量一致。
本装置的具体主动调控方法如下：
在本装置实际工作时，根据下式计算本装置在跟踪偏转状态下的集热量Qabs，0:
Qabs,0＝ηcol·τ·Areceive
Figure RE-GDA0003204145490000081
Figure RE-GDA0003204145490000082
实际运行状态中，若源侧太阳直射辐射未变，用户侧热需求Qreq变化为55kW，为使下游用热子***热需求Qreq与Qabs，0达到能量匹配，即Qabs，0＝Qreq，则可通过调节主动偏转角βreq大小来维持用热子***热需求和装置热输出的相互匹配。为确定βreq数值，需首先根据Qreq和 Qabs，0确定本装置集热量占比
Figure RE-GDA0003204145490000083
具体计算如下：
Figure RE-GDA0003204145490000084
根据
Figure RE-GDA0003204145490000085
与βn关联式，确定对应的主动偏转角βreq为6.52°，根据得到的βreq数值调节棱镜1主动偏转6.52°，即可保证本装置的集热能量输出与用热子***热需求相互匹配。
本实施方案针对聚光装置的类型，得出相对应的
Figure RE-GDA0003204145490000086
与βn关联式和
Figure RE-GDA0003204145490000087
与βn关联式，从而针对不同的聚光装置进行相应的主动偏转角βn调控。本实施方案在聚光路径中布置复合光谱分频器9，使得本装置将太阳能同时转化为电能和热能，满足建筑多级能耗需求，实现太阳能全光谱高效转化利用，进而提高能源综合利用效率。本实施方案借助聚光装置、集热装置及复合光谱分频器9特殊布置，稳定本调控装置输出热量或电量，实现热电能量的动态分频调控及按需供应，进而维持下游用热子***或用电子***运行于稳定设计点工况，最终使整个***高效运行。本实施方案实际操作中通过改变聚光光斑于复合光谱分频器9中不同分频膜上分布比例，实现热电能量比调控，调控方法简单易操作，从聚光源头实现光伏/集热***对外按需输出热电能量。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种太阳能全光谱分频能量主动调控方法，包括聚光装置和集热装置，所述聚光装置将聚集的光反射至所述集热装置上，其特征在于：包括复合光谱分频器和光伏电池，所述复合光谱分频器位于所述聚光装置与所述集热装置之间的聚光路径中，所述光伏电池位于所述复合光谱分频器与所述光伏电池之间的反射路径中，所述调控方法具体包括以下步骤：
步骤S1、确定所述聚光装置的跟踪偏转角度
Figure FDA0003731955870000011
S1-1、在确定方位太阳光束入射下，所述聚光装置进行太阳光跟踪偏转，使太阳光通过所述聚光装置反射至所述复合光谱分频器上；
S1-2、记录当下所述聚光装置的跟踪偏转角度
Figure FDA0003731955870000012
Figure FDA0003731955870000013
小于等于90°；
步骤S2、计算所述聚光装置跟踪偏转
Figure FDA0003731955870000014
后集热量占比
Figure FDA0003731955870000015
和发电量占比
Figure FDA0003731955870000016
具体计算方法，包括如下步骤：
所述聚光装置接收到的辐射通量Qreceive计算公式为：
Qreceive＝DNI·Areceive
其中：DNI为对应的太阳直射辐射强度，Areceive为所述聚光装置开口接收面积；
S2-1、记录所述聚光装置跟踪偏转
Figure FDA0003731955870000017
后接收到的辐射通量
Figure FDA0003731955870000018
所述集热装置接收到的集热量
Figure FDA0003731955870000019
以及所述光伏电池接收到的发电量
Figure FDA00037319558700000110
S2-2、得出所述聚光装置跟踪偏转
Figure FDA00037319558700000111
后集热量占比
Figure FDA00037319558700000112
和发电量占比
Figure FDA00037319558700000113
Figure FDA00037319558700000114
的计算公式：为
Figure FDA00037319558700000115
Figure FDA00037319558700000116
的计算公式：为
Figure FDA00037319558700000117
步骤S3、将步骤S1中所述聚光装置跟踪偏转
Figure FDA00037319558700000118
后此时所述聚光装置所在平面定义为参照面；
步骤S4、计算所述聚光装置主动偏转βn后集热量占比
Figure FDA00037319558700000119
和发电量占比
Figure FDA00037319558700000120
具体计算方法，包括如下步骤：
S4-1、调控所述聚光装置进行主动偏转；
S4-2、记录进行主动偏转后所述聚光装置的主动偏转角βn，βn为所述聚光装置进行主动偏转后当下所述聚光装置所在平面与参照面之间的夹角，参照面顺时针方向为正，参照面逆时针方向为负；
S4-3、记录进行主动偏转后所述聚光装置接收到的辐射通量
Figure FDA00037319558700000121
所述集热装置接收到的集热量
Figure FDA00037319558700000122
以及所述光伏电池接收到的发电量
Figure FDA00037319558700000123
S4-4、根据步骤S4-3中的数据，计算得出所述聚光装置主动偏转βn后集热量占比
Figure FDA00037319558700000124
和发电量占比
Figure FDA00037319558700000125
步骤S5、获得
Figure FDA0003731955870000021
与βn关联式和
Figure FDA0003731955870000022
与βn关联式：
步骤S5-1、重复N次步骤S4，得到N组βn与
Figure FDA0003731955870000023
的对应数值；
Figure FDA0003731955870000024
的计算公式：为
Figure FDA0003731955870000025
Figure FDA0003731955870000026
的计算公式：为
Figure FDA0003731955870000027
步骤S5-2、将步骤S2中得到的
Figure FDA0003731955870000028
和
Figure FDA0003731955870000029
作为初始值，将
Figure FDA00037319558700000210
与步骤S5-1中得到的N组βn与
Figure FDA00037319558700000211
对应数值进行拟合，将
Figure FDA00037319558700000212
与步骤S5-1中得到的N组βn与
Figure FDA00037319558700000213
对应数值进行拟合，获得
Figure FDA00037319558700000214
与βn关联式和
Figure FDA00037319558700000215
与βn关联式；
步骤S6、计算所求工况下所需集热量占比
Figure FDA00037319558700000216
或者所需发电量占比
Figure FDA00037319558700000217
具体计算方法，包括如下步骤：
S6-1、记录所求工况下下游用热量
Figure FDA00037319558700000218
或者用电量
Figure FDA00037319558700000219
以及所述聚光装置接收到的辐射通量Qlens；
S6-2、根据步骤S6-1记录的数据确定所求工况下所需集热量占比
Figure FDA00037319558700000220
或者所需发电量占比
Figure FDA00037319558700000221
所需集热量占比
Figure FDA00037319558700000222
的计算公式：为
Figure FDA00037319558700000223
所需发电量占比
Figure FDA00037319558700000224
的计算公式：为
Figure FDA00037319558700000225
步骤S7、确定主动偏转角βreq：
将步骤S6中获得的所需集热量占比
Figure FDA00037319558700000226
或者所需发电量占比
Figure FDA00037319558700000227
带入步骤S5中获得的
Figure FDA00037319558700000228
与βn关联式或者
Figure FDA00037319558700000229
与βn关联式中，得到对应的主动偏转角βreq；
步骤S8、进行主动调控：
根据步骤S6中得到的主动偏转角βreq，调节所述聚光装置偏转βreq。
2.一种用于权利要求1所述的太阳能全光谱分频能量主动调控方法的调控装置，其特征在于，包括：
复合光谱分频器，复合光谱分频器包括至少两个分频膜，每个分频膜的分频截止波长均不一致；
第一复合抛物面反射镜，所述第一复合抛物面反射镜贴附布置在所述集热装置上，所述第一复合抛物面反射镜的开口方向朝向所述复合光谱分频器；
第二复合抛物面反射镜，所述第二复合抛物面反射镜贴附布置在所述光伏电池上，所述第二复合抛物面反射镜的开口方向朝向所述复合光谱分频器。
3.根据权利要求2所述的调控装置，其特征在于：每个分频膜依次拼接形成板形结构或者弧形结构或者双曲线结构。
4.根据权利要求2所述的调控装置，其特征在于：每个分频膜的截止波长均在所述光伏电池工作范围内。
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