CN201315553Y - 一维线聚焦聚光光伏发电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种一维线聚焦聚光光伏发电装置，解决了现有的聚焦聚光光伏发电装置的***容差特性比较小、跟踪***故障率高、可靠性低、成本高、抗风沙能力差的技术问题。包括支架、仰角调节机构、壳体、安装在壳体顶部的聚光***以及安装在壳体底部的聚光太阳能电池组件，壳体通过仰角调节机构设置在支架上；聚光***为线性菲涅耳聚光棱镜阵列，聚光太阳能电池组件安装在线性菲涅耳聚光棱镜阵列的焦距处。具有提高太阳电池的单位面积的输出功率，有利于提高电池寿命，使***具有良好的抗风性能，具有良好的散热效果，制冷效率高，成本比二维跟踪***大大降低，便于安装调试和维护等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光伏发电装置，尤其涉及一种线聚焦聚光光伏发电装置。
背景技术
太阳能光伏发电技术将太阳能直接转换为电能，因而是最有应用前景的太阳能利用方式之一，将成为未来基础能源的重要组成部分。所以光伏产业是近年来世界上增长最快的高新技术产业之一，但光伏发电产业目前存在的主要问题是：太阳电池材料昂贵和发电成本过高的问题；生产太阳能电池所需的半导体材料短缺，与微电子等半导体行业竞争原材料；过高的发电成本客观上制约了光伏发电产业的发展，目前国内外主要依靠政府补贴。进一步的降低成本和提高效率成为光伏产业大规模发展的关键，而降低成本的关键是减少昂贵的太阳电池片的实际用量。
聚光光伏发电技术是通过聚光器而使较大面积的阳光会聚在一个较小的范围内，克服太阳辐射能流密度低的缺陷，可以成倍提高太阳能电池的短路电流，从而使得同样数量的半导体材料产生更多的电能，而增加的聚光部件的价格远低于所节约的半导体材料价格，从而大幅度降低光伏发电***的成本，有利于光伏发电***在我国的推广应用。
目前聚光光伏装置的集光角特性不好，例如对入射光线的方向十分敏感，很小的指向误差就会使电池输出功率大大降低，因此必须对太阳进行二维精确跟踪，导致成本高，可靠性变差。
跟踪聚光光伏发电***中的自动跟踪太阳机构分为只有一根转轴的一维跟踪***和具有两相交转轴的二维跟踪***。前者只需要一套受控于控制电路的跟踪驱动装置，成本相对低廉，但是只能在一维方向上正对太阳，无法保证太阳能电池一年四季都以最佳位置对准太阳，总会损失一部分太阳照射的能量；后者需要两套跟踪驱动装置，太阳能电池可以始终正对太阳，但是造价较高，推广受限。以V形槽式反射聚光光伏发电装置为例，为了节约成本，基本上采用一维跟踪太阳。
而现有的反射聚光光伏技术，容差特性小，需要加装跟踪***，金属镀膜成本较高，且不适用于风沙较大的地区。比如菲涅耳棱镜和反射抛物面等，基本上根据成像光学的设计方法设计而成，容差特性比较小，当每天太阳位置变动时，聚光焦斑移动，光斑偏离电池表面，输出电能急剧下降，必须对太阳进行跟踪才能保证日光到达电池表面，加大了成本；而且跟踪***的故障率高、抗风沙能力差、可靠性降低。
发明内容
本实用新型提出了一种一维线聚焦聚光光伏发电装置，它解决了现有的聚焦聚光光伏发电装置的***容差特性比较小、跟踪***故障率高、可靠性低、成本高、抗风沙能力差的技术问题。
本实用新型的技术解决方案是：
一种一维线聚焦聚光光伏发电装置，包括支架、仰角调节机构、壳体、安装在壳体顶部的聚光***以及安装在壳体底部的聚光太阳能电池组件，所述壳体通过仰角调节机构设置在支架上；其特殊之处是：所述聚光***为线性菲涅耳聚光棱镜阵列，所述聚光太阳能电池组件安装在线性菲涅耳聚光棱镜阵列的焦距处。
上述聚光***还包括二次反射镜阵列，所述二次反射镜阵列为安装在聚光太阳能电池组件两侧并与聚光太阳能电池组件形成V形槽结构的平面反射镜。
上述聚光***还包括二次反射镜阵列，所述二次反射镜阵列为安装在聚光太阳能电池组件两侧并与聚光太阳能电池组件形成V形槽结构的抛物面反射镜。
上述聚光***还包括二次反射镜阵列，所述二次反射镜阵列为安装在聚光太阳能电池组件上方的透射式柱面镜。
上述线性菲涅耳聚光棱镜阵列为弧形棱镜阵列或平面形棱镜阵列。
上述线性菲涅耳聚光棱镜阵列包括上层的高透光玻璃和下层的菲涅耳棱镜贴膜。
上述线性菲涅耳聚光棱镜阵列为光学树脂材料制成的棱镜阵列。
上述仰角调节机构为设置在壳体和支架间的一套蜗轮蜗杆结构。
上述聚光太阳能电池组件包括太阳能电池和散热装置，所述散热装置为散热金属板或者散热翅片。
上述聚光太阳能电池组件还包括设置在散热装置内的水箱。
本实用新型的优点是：
1、本实用新型采用了菲涅耳聚光棱镜阵列，提高了单位面积的光通量和能流密度，提高了电池单位面积输出功率，太阳能电池的用量仅为固定式光伏发电***的1/5到1/10。线聚焦菲涅尔聚光棱镜阵列收集太阳光线，同时对太阳电池具有保护左右，有利于提高电池寿命。
2、本实用新型采用了二次反射镜阵列来优化菲涅耳聚光棱镜阵列的性能，提高了聚光太阳能电池对入射光线方向的容差，保证了透镜的反射率极小，使透射日光的损耗降到最小，提高太阳电池的单位面积的输出功率；当每天太阳位置发生移动时，无需对太阳进行跟踪。
3、本实用新型采用了弧形棱镜结构，使***具有良好的抗风性能。
4、本实用新型棱镜上层采用高透光玻璃，下面采用菲涅耳棱镜贴膜，具有良好的抗风沙特性。
5、本实用新型仰角调整机构采用蜗轮蜗杆装置，具有良好的机械强度和抗风特性。本实用新型可适应不同季节或太阳照射方向的变化，只需按季节定期调整角度则可。当太阳能电池因太阳赤纬角发生变化而偏离正对太阳进行跟踪的位置时，可以借助仰角调整机构人工调节装置的仰角，调整太阳能电池倾斜角，使线聚焦聚光光伏发电装置始终以较为理想的方位正对太阳，从而充分发挥太阳能电池的作用。
6、当太阳能电池受到聚光照射时，温度会有所升高，会直接降低太阳能电池的发电量。本实用新型采用的聚光太阳能电池组件的底板是散热金属板或者散热翅片，具有良好的散热效果。
7、本实用新型在散热装置内设置水箱，制冷效率高，输出电能同时，还可获得热能输出。
8、本实用新型以线聚焦聚光和仰角调整机构巧妙实现了基本接近二维跟踪太阳***同样的作用效果，而成本比二维跟踪***大大降低。
9、***便于组合形成阵列，便于安装调试和维护。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的使用状态示意图；
图3是本实用新型的聚光***及聚光太阳能电池组件的结构示意图；
图4是本实用新型的聚光太阳能电池组件的结构示意图；
其中：1-线性菲涅耳聚光棱镜阵列，2-平面反射镜，21-柱面镜，3-壳体，4-支架，5-蜗轮蜗杆机构，6-太阳能电池组件，61-太阳能电池，62-散热装置，63-水箱。
具体实施方式
一种一维线聚焦聚光光伏发电装置，包括支架4、仰角调节机构、壳体3、安装在壳体3顶部的二次反射镜阵列和线性菲涅耳聚光棱镜阵列1以及安装在壳体3底部的聚光太阳能电池组件6；壳体3通过仰角调节机构设置在支架4上；聚光太阳能电池组件6安装在线性菲涅耳聚光棱镜阵列1的焦距附近；二次反射镜阵列可以是安装在聚光太阳能电池组件6两侧并与聚光太阳能电池组件6形成V形槽结构的平面反射镜2，也可以是安装在聚光太阳能电池组件6两侧并与聚光太阳能电池组件6形成V形槽结构的抛物面反射镜，还可以是安装在聚光太阳能电池组件6上方的透射式柱面镜21；线性菲涅耳聚光棱镜阵列1可以是弧形棱镜阵列或平面形棱镜阵列，具体结构可采用上层的高透光玻璃和下层的菲涅耳棱镜贴膜或者用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚碳酸酯等材料制成；仰角调节机构为设置在壳体3和支架4间的一套蜗轮蜗杆机构5，所述蜗轮蜗杆机构5包括设置在支架4上的蜗杆以及固定在壳体3一端面重心附近的涡轮，仰角调节机构的蜗轮通过轴承座支撑在支架4上；聚光太阳能电池组件6包括太阳能电池61和散热装置62，散热装置62为散热金属板或者散热翅片，其内部可设置吸收热量的水箱63；本实用新型采用水冷方式，制冷效率高，同时获得热能输出，提高对光热的利用，也可采用风冷方式冷却电池降低***成本。
一维线聚焦菲涅耳聚光棱镜阵列为轴对称结构，具有宽集光角特性，光斑为线状；棱镜可以是弧形或者平面形。
日光通过线聚焦菲涅尔聚光棱镜聚焦，投射到位于棱镜焦距附近的二级聚光器上，经反射最后投射到接收器(太阳能电池)的表面。太阳电池接受到的光能，光电效应转化为电流和电压，经输出电路输出电能。电池背面与基座通过导热胶连接到散热器，热能通过散热器带走，以保持电池处在较低的工作温度。
本实用新型适用于多种太阳能利用装置，如太阳能集热器、太阳能光伏电源等，大大提高了太阳能的利用效率。该装置结构简单，可靠性高，便于对准和调整。
Claims (10)
1、一种一维线聚焦聚光光伏发电装置，包括支架(4)、仰角调节机构、壳体(3)、安装在壳体(3)顶部的聚光***以及安装在壳体(3)底部的聚光太阳能电池组件(6)，所述壳体(3)通过仰角调节机构设置在支架(4)上；其特征在于：所述聚光***为线性菲涅耳聚光棱镜阵列(1)，所述聚光太阳能电池组件(6)安装在线性菲涅耳聚光棱镜阵列(1)的焦距处。
2、根据权利要求1所述的一维线聚焦聚光光伏发电装置，其特征在于：所述聚光***还包括二次反射镜阵列，所述二次反射镜阵列为安装在聚光太阳能电池组件(6)两侧并与聚光太阳能电池组件(6)形成V形槽结构的平面反射镜(2)。
3、根据权利要求1所述的一维线聚焦聚光光伏发电装置，其特征在于：所述聚光***还包括二次反射镜阵列，所述二次反射镜阵列为安装在聚光太阳能电池组件(6)两侧并与聚光太阳能电池组件(6)形成V形槽结构的抛物面反射镜。
4、根据权利要求1所述的一维线聚焦聚光光伏发电装置，其特征在于：所述聚光***还包括二次反射镜阵列，所述二次反射镜阵列为安装在聚光太阳能电池组件(6)上方的透射式柱面镜(21)。
5、根据权利要求1或2或3或4所述的一维线聚焦聚光光伏发电装置，其特征在于：所述线性菲涅耳聚光棱镜阵列(1)为弧形棱镜阵列或平面形棱镜阵列。
6、根据权利要求5所述的一维线聚焦聚光光伏发电装置，其特征在于：所述线性菲涅耳聚光棱镜阵列(1)包括上层的高透光玻璃和下层的菲涅耳棱镜贴膜。
7、根据权利要求5所述的一维线聚焦聚光光伏发电装置，其特征在于：所述线性菲涅耳聚光棱镜阵列(1)为光学树脂材料制成的棱镜阵列。
8、根据权利要求7所述的一维线聚焦聚光光伏发电装置，其特征在于：所述仰角调节机构为设置在壳体(3)和支架(4)间的一套蜗轮蜗杆机构(5)。
9、根据权利要求8所述的一维线聚焦聚光光伏发电装置，其特征在于：所述聚光太阳能电池组件(6)包括太阳能电池(61)和散热装置(62)，所述散热装置(62)为散热金属板或者散热翅片。
10、根据权利要求9所述的一维线聚焦聚光光伏发电装置，其特征在于：所述聚光太阳能电池组件(6)还包括设置在散热装置(62)内的水箱(63)。
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