本發(fā)明屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種分頻式低倍聚光光伏-高倍聚光光熱/熱電耦合的太陽能全光譜利用系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無論是化石能源的逐漸枯竭，還是日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，都促使以太陽能為代表的可再生綠色能源受到越來越多的關(guān)注。目前最具應(yīng)用前景的太陽能利用方式主要有：光伏、熱電以及光熱。

太陽能光伏電池利用光生伏特效應(yīng)，可以將部分太陽光直接轉(zhuǎn)換為電能。由于半導(dǎo)體材料禁帶寬度的限制，光伏電池可以利用的太陽光主要集中在可見光范圍(波長(zhǎng)在300nm至800nm)，因此理想光伏電池的轉(zhuǎn)換效率的shockley理論極限為30％，這意味著有70％以上的太陽能沒有被利用。聚光設(shè)備雖然可以通過增加光伏電池的入射光強(qiáng)，提高光伏電池的轉(zhuǎn)換效率，但是高聚光比同時(shí)會(huì)帶來高溫，從而降低光伏電池的性能。為了保證光伏電池的轉(zhuǎn)換效率，通常需要額外添加冷卻系統(tǒng)。此外，高聚光比也意味著更多未能被光伏利用的太陽能以熱能形式耗散掉。目前，適合高倍聚光的光伏材料是砷化鎵，該半導(dǎo)體材料不僅轉(zhuǎn)換效率高，而且溫度敏感性較低。但是砷化鎵材料價(jià)格非常昂貴，而且砷是劇毒的。單晶硅材料價(jià)格低廉，商用單晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到22％，是目前主要的量產(chǎn)型光伏電池。然而，單晶硅太陽能電池?zé)崦舾行暂^高，不適用于高倍聚光光伏系統(tǒng)。

太陽能熱電器件是通過吸收太陽光，在半導(dǎo)體上形成溫度差異，之后利用塞貝克效應(yīng)產(chǎn)生電流?，F(xiàn)有的熱電器件轉(zhuǎn)換效率較低，通常低于5％。熱電材料需要較低的熱導(dǎo)率，同時(shí)在熱端有較高的溫度，以便在整個(gè)器件上形成溫差。這就意味著熱電器件不宜放在光伏電池下面形成串聯(lián)的光伏-熱電耦合系統(tǒng)。

太陽能光熱利用的核心是將太陽光以熱的形式收集起來，利用高倍聚光設(shè)備可以得到溫度很高熱源。該熱源可以通過熱機(jī)、熱電器件轉(zhuǎn)換為電能，或者通過熱化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)換為化學(xué)能。雖然這樣可以實(shí)現(xiàn)太陽能的全光譜利用，但是整個(gè)過程都需要先把太陽能先轉(zhuǎn)換為較低品位的熱能，再轉(zhuǎn)換為電能或者化學(xué)能，這就導(dǎo)致太陽能全光譜利用效率很低。

因此，實(shí)現(xiàn)太陽能高效低成本的全光譜利用，是目前太陽能利用技術(shù)的迫切需求和必然趨勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種太陽能全光譜的高效低成本利用的分頻式低倍聚光光伏-高倍聚光光熱/熱電耦合的太陽能全光譜利用系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：包括帶有太陽光實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)的若干個(gè)基于低倍聚光光伏的高倍分頻聚光器以及設(shè)置在其反射光路聚焦處的光熱/熱電復(fù)合集熱管，在光熱/熱電復(fù)合集熱管上方安裝有位于其反射光路聚焦處的光熱二級(jí)聚光器；

所述的基于低倍聚光光伏的高倍分頻聚光器包括自上而下依次設(shè)置的光譜選擇性透射玻璃、低倍光伏聚光器、光伏電池和散熱翅片，光譜選擇性透射玻璃覆蓋在低倍光伏聚光器上方，低倍光伏聚光器貼于光伏電池上方，散射翅片貼于光伏電池下面；

所述的光熱/熱電復(fù)合集熱管包括自外向內(nèi)同軸設(shè)置的玻璃外管、圓環(huán)式金屬內(nèi)管、熱電器件和玻璃內(nèi)管，熱電器件沿周向分布在圓環(huán)式金屬內(nèi)管的內(nèi)環(huán)與玻璃內(nèi)管之間，且在圓環(huán)式金屬內(nèi)管的外環(huán)內(nèi)壁面與內(nèi)環(huán)外壁面之間流通傳熱工質(zhì)或熱化學(xué)反應(yīng)物。

所述的若干個(gè)基于低倍聚光光伏的高倍分頻聚光器以拋物線或線性菲涅爾式分布。

所述的光譜選擇性透射玻璃采用透射可見光300nm～800nm的太陽光，而反射其余波段的太陽光，從而起到分頻作用的青藍(lán)色玻璃。

所述的低倍光伏聚光器為復(fù)合拋物面聚光器，由高反射率的反光鋁或平面鏡制成，其聚光比為5，能夠?qū)⑼高^選擇性透射玻璃的可見光波段的太陽光聚焦在光伏電池上。

所述的散熱翅片為直肋或者針肋翅片，其材質(zhì)為鋁。

所述的光伏電池為單晶硅太陽能電池。

所述的熱電器件熱端緊貼圓環(huán)式金屬內(nèi)管的內(nèi)環(huán)內(nèi)壁面，熱電器件冷端與玻璃內(nèi)管的外壁面相貼。

所述的玻璃外管與圓環(huán)式金屬內(nèi)管之間、圓環(huán)式金屬內(nèi)管的內(nèi)環(huán)與玻璃內(nèi)管之間均為真空結(jié)構(gòu)。

所述的圓環(huán)式金屬內(nèi)管的外環(huán)外壁面設(shè)置有高吸收比、低發(fā)射比的選擇性吸收膜層，圓環(huán)式金屬內(nèi)管的內(nèi)環(huán)內(nèi)壁面上設(shè)置有低發(fā)射比的鍍膜層。

所述的玻璃內(nèi)管內(nèi)流通給熱電器件冷端降溫的空氣。

本發(fā)明通過結(jié)合低倍聚光光伏和光譜選擇性透過玻璃，將可見光波段的太陽能光聚焦在光伏電池上，而將其余波段的太陽光聚焦在光熱/熱電復(fù)合集熱管。低倍聚光光伏在光譜選擇性透過玻璃和散熱翅片的作用下，光伏溫度溫度升高很小，因此可以使用低成本的單晶硅光伏電池。光熱/熱電復(fù)合集熱管，不僅可以加熱熱介質(zhì)，從而通過熱機(jī)或者熱化學(xué)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存，而且可以在不影響集熱的前提下，通過熱電器件輸出電能，是一種高效的集熱管。因此，該分頻式低倍聚光光伏-高倍聚光光熱/熱電耦合的太陽能全光譜利用系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)太陽能全光譜的高效利用，而且其設(shè)備成本低廉，適用面廣泛，具有極大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的市場(chǎng)前景。

本發(fā)明選擇性透射玻璃為青藍(lán)色玻璃將可見光波段的太陽光透射至所述光伏電池上，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；將其余波段的太陽光反射至所述光熱/熱電復(fù)合集熱管上，進(jìn)行熱能收集。

低倍光伏聚光器為復(fù)合拋物面聚光器(由高反射率的反光鋁制成)或者平面鏡，聚光比為5左右?？梢詫⑼高^所述選擇性透射玻璃的可見光波段的太陽光聚焦在光伏電池上。

光伏電池為低成本的單晶硅太陽能電池，其轉(zhuǎn)換效率為22％。光伏電池所用的聚光器為所述低倍光伏聚光器，同時(shí)所述選擇性透射玻璃又將一部分太陽光反射至所述光熱/熱電復(fù)合集熱管上，因此具有所述散熱翅片的光伏電池溫度升高很小，使所述光伏電池始終保持高效運(yùn)行。

玻璃外管與圓環(huán)式金屬內(nèi)管之間、圓環(huán)式金屬內(nèi)管的內(nèi)環(huán)與玻璃內(nèi)管之間均為真空結(jié)構(gòu)減少熱損失，在熱電器件良好工作的基礎(chǔ)上盡可能的減少導(dǎo)熱損失。

圓環(huán)式金屬內(nèi)管的外環(huán)內(nèi)壁面與內(nèi)環(huán)外壁面之間流通傳熱工質(zhì)或熱化學(xué)反應(yīng)物。高溫的傳熱工質(zhì)可以用于熱機(jī)發(fā)電，而加熱熱化學(xué)反應(yīng)物可以將熱能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，進(jìn)行了能量?jī)?chǔ)存

圓環(huán)式金屬內(nèi)管的內(nèi)環(huán)內(nèi)壁面上具有低發(fā)射比的鍍膜層，用于減少輻射熱損耗。所述玻璃內(nèi)管內(nèi)流通空氣，用于給所述熱電器件冷端降溫。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明基于低倍聚光光伏的高倍分頻聚光器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明基于低倍聚光光伏的高倍分頻聚光器的局部剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明光熱/熱電復(fù)合集熱管的剖面示意圖。

圖5是本發(fā)明光熱/熱電復(fù)合集熱管的局部剖面示意圖。

圖6是本發(fā)明另一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、基于低倍聚光光伏的高倍分頻聚光器，2、光熱/熱電復(fù)合集熱管，3、光熱二級(jí)聚光器，4、選擇性透射玻璃，5、低倍光伏聚光器，6、光伏電池，7、散熱翅片，9、玻璃外管，10、圓環(huán)式金屬內(nèi)管，11、玻璃內(nèi)管，12、熱電器件，13、圓環(huán)式金屬內(nèi)管內(nèi)環(huán)，14、圓環(huán)式金屬內(nèi)管外環(huán)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例1：

參見圖1，本實(shí)施例包括帶有太陽光實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)的若干個(gè)基于低倍聚光光伏的高倍分頻聚光器1以及設(shè)置在其反射光路聚焦處的光熱/熱電復(fù)合集熱管2，在光熱/熱電復(fù)合集熱管2上方安裝有位于其反射光路聚焦處的光熱二級(jí)聚光器3；

如圖2所示，基于低倍聚光光伏的高倍分頻聚光器1以線性菲涅爾式分布。從圖3中可知，基于低倍聚光光伏的高倍分頻聚光器1包括自上而下依次設(shè)置的光譜選擇性透射玻璃4、低倍光伏聚光器5、光伏電池6和散熱翅片7，光譜選擇性透射玻璃4覆蓋在低倍光伏聚光器5上方，低倍光伏聚光器5貼于光伏電池6上方，散射翅片7貼于光伏電池6下面；

選擇性透射玻璃4為青藍(lán)色玻璃，可以透射可見光范圍(300nm～800nm)的太陽光，而反射其余波段的太陽光。

低倍光伏聚光器5為復(fù)合拋物面聚光器，由高反射率的反光鋁或平面鏡制成，其聚光比為5，能夠?qū)⑼高^選擇性透射玻璃4的可見光波段的太陽光聚焦在光伏電池6上。

所述光伏電池6為低成本的單晶硅太陽能電池，其轉(zhuǎn)換效率為22％，散熱翅片7為直肋或者針肋翅片，其材質(zhì)為鋁。。

如圖4所示，光熱/熱電復(fù)合集熱管2包括自外向內(nèi)同軸設(shè)置的玻璃外管9、圓環(huán)式金屬內(nèi)管10、熱電器件12和玻璃內(nèi)管11，熱電器件12沿周向分布在圓環(huán)式金屬內(nèi)管10的內(nèi)環(huán)13與玻璃內(nèi)管11之間，且在圓環(huán)式金屬內(nèi)管10的外環(huán)內(nèi)壁面與內(nèi)環(huán)外壁面之間流通傳熱工質(zhì)或熱化學(xué)反應(yīng)物。

如圖5所示，所述熱電器件12沿周向分布在所述圓環(huán)式金屬內(nèi)管10內(nèi)環(huán)13與所述玻璃內(nèi)管11之間。所述熱電器件12熱端緊貼所述圓環(huán)式金屬內(nèi)管內(nèi)環(huán)13內(nèi)壁面，所述熱電器件12冷端與所述玻璃內(nèi)管12外壁面相貼。

所述玻璃外管9與所述圓環(huán)式金屬內(nèi)管10之間為真空。所述圓環(huán)式金屬內(nèi)管10的外環(huán)14內(nèi)壁面與內(nèi)環(huán)13外壁面之間流通傳熱工質(zhì)或熱化學(xué)反應(yīng)物。所述玻璃內(nèi)管11內(nèi)部流通空氣。

本發(fā)明具有太陽光實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)，盡可能始終保證太陽光垂直入射至基于低倍聚光光伏的高倍分頻聚光器1。當(dāng)太陽光到達(dá)基于低倍聚光光伏的高倍分頻聚光器1的表面，即，選擇性透射玻璃4時(shí)，可見光波段的太陽光被透射，進(jìn)而通過低倍光伏聚光器5聚集在光伏電池6上。由于選擇性透射玻璃4僅透射了可見光波段的太陽光，同時(shí)光伏電池6下安裝了散射翅片7，因此光伏電池6的溫度升高很小，光伏電池6則可以選擇低成本的單晶硅太陽能電池。另一部分沒有被選擇性透射玻璃4投射的太陽光將會(huì)被反射至光熱/熱電復(fù)合集熱管2和光熱二級(jí)聚光器3，最終被光熱/熱電復(fù)合集熱管2吸收，用于加熱圓環(huán)式金屬內(nèi)管10中傳熱工質(zhì)或者熱化學(xué)反應(yīng)物，高溫的傳熱工質(zhì)可以用于熱機(jī)發(fā)電，而加熱熱化學(xué)反應(yīng)物可以將熱能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，進(jìn)行了能量?jī)?chǔ)存。此外，圓環(huán)式金屬內(nèi)管內(nèi)環(huán)13與玻璃內(nèi)管11之間沿周向分布熱電器件12，來充分利用圓環(huán)式金屬內(nèi)管10中的熱能。圓環(huán)式金屬內(nèi)管外環(huán)14外壁面具有高吸收比、低發(fā)射比的選擇性吸收膜層。圓環(huán)式金屬內(nèi)管內(nèi)環(huán)13內(nèi)壁面上具有低發(fā)射比的鍍膜層，同時(shí)，圓環(huán)式金屬內(nèi)管內(nèi)環(huán)13與玻璃內(nèi)管11之間為真空，通過這種方法，在熱電器件12良好工作的基礎(chǔ)上盡可能的減少熱損失。玻璃內(nèi)管11流通空氣，用于給熱電器件12冷端降溫。

實(shí)施例2：圖6所示，本實(shí)施例的基于低倍聚光光伏的高倍分頻聚光器15以拋物線形式分布。其他同實(shí)施例1。