太陽能電熱利用裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及太陽能利用，是一種太陽能電熱利用裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，太陽能主要有熱利用和電利用兩個方面。熱利用是指將太陽光的光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，如太陽能熱水器。電利用主要有光伏發(fā)電和光熱發(fā)電，光伏發(fā)電的原理是光生伏打效應，當太陽光照射光伏電池時，將產(chǎn)生電動勢，接上負載產(chǎn)生電能。光熱發(fā)電的原理是利用吸收器吸收太陽光作為高溫熱源，熱工質(zhì)吸收熱，進入下一步動力循環(huán)，常見的有蒸汽輪機和燃氣輪機等，產(chǎn)生機械能，帶動發(fā)電機發(fā)電。光熱發(fā)電的常見形式有碟式、槽式和塔式系統(tǒng)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)，如中國專利文獻刊載的授權(quán)公告號CN202364156U，授權(quán)公告日2012年8月I日，發(fā)明名稱為“太陽能模組結(jié)構(gòu)”，其主要包括有模組箱體、菲涅爾透鏡組、遮陽板及接收器組件，模組箱體包括一由底板與兩側(cè)邊板成型的中部鋁板和兩端鋁板組成，中部鋁板底板上設有接收器組件。
[0004]還有如中國專利文獻刊載的授權(quán)公告號CN201918922U，授權(quán)公告日2011年8月3日，發(fā)明為“便攜式菲涅爾透鏡太陽能自動跟蹤發(fā)電加熱兩用裝置”，其主要結(jié)構(gòu)在于菲涅爾透鏡可卸性的裝在支架上，支架固裝在二維實時自動跟蹤裝置上，還具有位于菲涅爾透鏡的焦點部位附近的集熱功能體，其一面為光伏電池，另一面為全反射鏡，集熱功能體裝在位于機架上的功能轉(zhuǎn)換軸上，轉(zhuǎn)動該軸能實現(xiàn)發(fā)電與集熱之間的相互轉(zhuǎn)換。
[0005]從以上兩件文獻不難看出，現(xiàn)有的太陽能利用裝置大都僅實現(xiàn)某一種方式的利用，而并沒有實現(xiàn)多種方式綜合利用，故太陽能利用效率較低。除此以外，現(xiàn)有的太陽能利用裝置在電利用時，直接由菲涅爾透鏡將太陽光聚焦至光伏電池進行發(fā)電，但根據(jù)愛因斯坦的光子能量方程，短波的光子具有較高的能量，長波光子能量就相對較低。對于光伏電池，這種效應就體現(xiàn)得非常明顯，因為波長大于光伏電池半導體材料禁帶寬度的光子，將完全不能利用。這也就是說，太陽光中的某些光子對于光伏電池不但沒有利用價值，反而因光熱升高了光伏電池的溫度，降低了光伏電池效率。所以，現(xiàn)有的太陽能利用裝置不管是在結(jié)構(gòu)方面，還是利用方式上都存在不足，有待改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服上述不足，本發(fā)明旨在向本領(lǐng)域提供一種太陽能電熱利用裝置，使其解決現(xiàn)有同類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)欠合理，太陽能利用方式較為單一、效率較低的技術(shù)問題。其目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0007]該太陽能電熱利用裝置包括菲涅爾透鏡、鍍膜分頻鏡、光伏電池、熱接收器、聚光反射鏡，其結(jié)構(gòu)要點在于所述菲涅爾透鏡、鍍膜分頻鏡位于所述光伏電池、熱接收器之間，所述菲涅爾透鏡、鍍膜分頻鏡接受所述聚光反射鏡的聚光光束，所述光伏電池、熱接收器兩者其一位于所述菲涅爾透鏡的聚焦處，另一者位于所述鍍膜分頻鏡反射所述聚光光束的聚焦處。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過結(jié)合聚光反射鏡(一次鏡)、菲涅爾透鏡(二次鏡)和鍍膜分頻鏡，主要為了實現(xiàn)以下目的:1、通過增設鍍膜分頻鏡，達到太陽光分頻、分級利用的目的，可有效提高太陽能利用效率。2、通過聚光反射鏡與菲涅爾透的組合，實現(xiàn)二次聚光，使得聚焦處的光斑強度達到設計要求，而且均勻性更好，能夠提高光伏電池的效率，防止因出現(xiàn)熱點而損壞光伏電池。3、聚光系統(tǒng)一般都配合太陽光跟蹤系統(tǒng)使用，但由于實際設計制造過程的問題，使得跟蹤系統(tǒng)成本較高，而本發(fā)明采用二次聚焦，使得聚光光斑因跟蹤系統(tǒng)誤差的影響較小，從而可以相對降低跟蹤系統(tǒng)所需精度，降低設備成本。
[0008]結(jié)合上述方案，可以得到的具體方案一結(jié)構(gòu)為:所述鍍膜分頻鏡為透過短波光、反射長波光，所述光伏電池位于所述菲涅爾透鏡聚焦短波光的聚焦處，所述熱接收器位于所述鍍膜分頻鏡反射長波光的聚焦處。通過設置該種鍍膜分頻鏡，使聚光反射鏡的聚光光束中能被光伏電池利用的短波光透過鍍膜分頻鏡，并通過菲涅爾透鏡實現(xiàn)二次聚光，最終被光伏電池利用進行光伏發(fā)電；而聚光光束中無法被光伏電池利用的長波光則直接被鍍膜分頻鏡反射至熱接收器，進行熱利用或光熱發(fā)電。這樣不僅達到合理利用太陽光的目的，且能有效減少無效光對光伏電池的不利影響，提聞光伏電池的效率。
[0009]通過對方案一進行改變，可以得到方案二的結(jié)構(gòu)為:所述鍍膜分頻鏡為透過長波光、反射短波光，所述熱接收器位于所述菲涅爾透鏡聚焦長波光的聚焦處，所述光伏電池位于所述鍍膜分頻鏡反射短波光的聚焦處。該方案相比方案一，是通過改變鍍膜分頻鏡的濾光特性，從而可以調(diào)換光伏電池與熱接收器的位置，亦可實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0010]在上述方案一與方案二結(jié)構(gòu)中，所述菲涅爾透鏡與鍍膜分頻鏡的組合使用替換為表面鍍有分頻鍍膜的菲涅爾透鏡。通過該種結(jié)構(gòu)，可降低使用成本，且結(jié)構(gòu)更為簡化，安裝使用更為方便。
[0011]所述聚光反射鏡為碟式、槽式以及塔式定日鏡三者中的任意一種。優(yōu)選為碟式和槽式。
[0012]所述鍍膜分頻鏡的反射面為平面、凸面、凹面三者的任意一種。當菲涅爾透鏡與鍍膜分頻鏡組合替換為表面鍍有分頻鍍膜的菲涅爾透鏡時，反射面可以同樣為平面、凸面、凹面三者的任意一種。反射面的具體選取形式是根據(jù)實際所需熱接受器形式、所需光斑大小以及安裝位置等進行確定的。
[0013]根據(jù)方案一結(jié)構(gòu)，該太陽能電熱利用裝置的利用方法為:首先由聚光反射鏡對太陽光進行一次聚光形成聚光光束，聚光光束照射至所述鍍膜分頻鏡和菲涅爾透鏡，經(jīng)鍍膜分頻鏡的分光、反射作用，透過鍍膜分頻鏡的光束由菲涅爾透鏡進行二次聚光，二次聚光后的光束被所述光伏電池接收利用，未透過鍍膜分頻鏡的光束被鍍膜分頻鏡反射至所述熱接收器，并被熱接收器接收利用。通過該種方式，實現(xiàn)了太陽光分頻、分級利用，有效提高了太陽能利用效率。
[0014]在上述方案一的利用方法中，所述聚光反射鏡反射的聚光光束經(jīng)所述菲涅爾透鏡后，由于不同波長的光其折射率不同，會出現(xiàn)一定程度的色散現(xiàn)象，而色散現(xiàn)象會影響聚光效果，這對于實現(xiàn)更高能流密度來說是不利的因素，按現(xiàn)有技術(shù)來說，勢必需要去克服這個因素。但對于光伏電池來說，恰恰可以利用色散的原理，選擇合適的菲涅爾透鏡來放大色散現(xiàn)象，通過這樣，使得透過菲涅爾透鏡的這部分太陽光經(jīng)過色散分成不同波長的光譜分布，根據(jù)該光譜分布布置相應能帶間隙的光伏電池，即可實現(xiàn)光伏電池高效利用光能的目的。
[0015]根據(jù)上述色散原理的應用，對上述方案一的利用方法進行改進，可以得到以下兩種改進方案。
[0016]利用方法改進方案一:選擇長焦距菲涅爾透鏡，使得透過菲涅爾透鏡的不同波長的光有足夠的光程使其分散開，形成方便光伏電池布設的光譜帶。為了進一步有效地分離不同波段，將光伏電池的分布設計為錐面排布，使透過菲涅爾透鏡的光束在錐面上形成光譜帶，這樣不僅方便相應能帶間隙的光伏電池排布至對應光譜位置，且有利于提高光伏電池的效率。
[0017]利用方法改進方案二:取消所述鍍膜分頻鏡，所述聚光反射鏡反射的聚光光束經(jīng)所述菲涅爾透鏡二次聚光，二次聚光后的光束被所述光伏電池接收利用。該方案，即全部的太陽光利用色散原理被不同能帶間隙的光伏電池接收進行光伏發(fā)電。
[0018]本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理簡單，設計靈活，制造成本低，適用范圍廣，可根據(jù)實際需要，合理分配光利用和熱利用，有效提高了太陽能電利用和熱利用的效率，適合應用于太陽能利用領(lǐng)域，或同類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)改進。
【附圖說明