一種全光譜的光伏光熱聯(lián)合系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種全光譜的光伏光熱聯(lián)合系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)IEA預(yù)測，至2050年，太陽能發(fā)電在全球電力供應(yīng)中份額將達(dá)到30%，而目前占比不到5%，太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)蘊(yùn)藏巨大的市場。面對全球能源尤其是清潔能源需求的巨大缺口，太陽發(fā)電產(chǎn)業(yè)從來都不存在“過剩”的說法，只是因?yàn)闆]有成本足夠低，能量轉(zhuǎn)換效率高的技術(shù)出現(xiàn)。
[0003]在太陽光全譜范圍內(nèi)目前單結(jié)太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的理論極限約為30%，因此太陽能光譜中將超過50%的能量無法得到有效利用。光伏光熱綜合利用是現(xiàn)在太陽能利用的一個(gè)大趨勢，例如已公布的中國專利申請第1022589159A號“真空管光伏光熱復(fù)合拋物面聚光器”，目的是復(fù)合拋物面聚光鏡和光伏光熱相結(jié)合的方式，利用冷卻介質(zhì)將光伏電池產(chǎn)生的熱能以及未能被光伏電池吸收的太陽光吸收轉(zhuǎn)化為熱能，提高太陽能的有效利用率。但是由于光伏光熱與真空管集成在同一模塊上，相互影響，造成了大部分不能光伏電池利用的光損失掉，同時(shí)也由于聚光造成光伏電池產(chǎn)生一定的溫升，影響了光電轉(zhuǎn)換效率。
[0004]目前，光伏光熱綜合利用裝置主要采用太陽光直射光伏電池并在光伏電池背面加裝冷卻系統(tǒng)，由于占太陽能45%的可見光照射到光伏電池上產(chǎn)生電能和熱能，占太陽能50%的近紅外光照射到光伏電池上僅產(chǎn)生熱能，因此近紅外光照射到光熱電池上，大幅度增加了光伏電池的熱負(fù)荷和溫升，使光伏電池發(fā)電效率降低，增加了光伏電池冷卻量。例如已公布的中國專利申請第102779885A號“一種太陽能聚光分頻光伏光熱聯(lián)產(chǎn)裝置”，采用了復(fù)合拋物面聚光器和太陽能分頻玻璃，目的是將太陽光中的近紅外光在照射到光伏電池前，過濾并回收，從而降低光伏電池的溫升，提高光電轉(zhuǎn)換效率。但該實(shí)用新型裝置側(cè)重于提高光電轉(zhuǎn)換效率，光熱裝置在其中只是輔助裝置，其光熱的功能未能得到充分的利用和發(fā)揮，從而未能很好的提高太陽能光伏光熱系統(tǒng)整體的能量轉(zhuǎn)換效率。
[0005]在保證光伏電池轉(zhuǎn)換率提升的情況下，如何充分利用太陽光全譜的能量，提高整個(gè)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率成為了光伏光熱綜合利用領(lǐng)域迫切的技術(shù)需求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型提供了一種全光譜的光伏光熱聯(lián)合系統(tǒng)，以充分利用太陽光全譜的能量，提高整個(gè)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率。
[0007]本實(shí)用新型提供的一種全光譜的光伏光熱聯(lián)合系統(tǒng)包括:聚光分頻裝置、光伏裝置和集熱裝置，所述聚光分頻裝置是由連續(xù)或非連續(xù)的光譜分頻器組成的聚光分頻鏡面，所述光伏裝置包括光伏電池層和曲面支撐層，所述光伏電池層位于所述聚光分頻裝置和所述曲面支撐層之間，所述集熱裝置設(shè)置在所述聚光分頻裝置的聚光位置上；
[0008]所述聚光分頻裝置將入射太陽光中為近紅外光和紫外光與可見光分離開來，所述聚光分頻裝置將所述近紅外光和紫外光反射并聚集到所述集熱裝置上，由所述集熱裝置吸收并轉(zhuǎn)換為熱能，所述聚光分頻裝置將所述可見光照射到所述光伏電池層，由所述光伏電池層轉(zhuǎn)換為電能。
[0009]優(yōu)選地，所述聚光分頻鏡面為槽形曲面，所述槽形聚光分頻鏡面為一連續(xù)式的或非連續(xù)式的，所述槽形聚光分頻鏡面的截面形狀包括:拋物線面、復(fù)合拋物線面和自由曲面。
[0010]優(yōu)選地，所述集熱裝置由同心的內(nèi)管和外管組成，所述內(nèi)管和外管之間是真空的。
[0011]優(yōu)選地，所述聚光分頻鏡面為蝶式曲面，所述蝶式聚光分頻鏡面的截面形狀包括:拋物線面、復(fù)合拋物線面和自由曲面。
[0012]優(yōu)選地，所述集熱裝置包括集熱管和位于所述集熱管上方的真空玻璃罩，所述真空玻璃罩與所述集熱管之間形成真空。
[0013]優(yōu)選地，所述集熱管為渦旋線狀的玻璃管，所述集熱管的進(jìn)出管分別與所述真空玻璃罩的進(jìn)出口連接。
[0014]優(yōu)選地，所述光伏裝置與所述聚光分頻裝置緊密相連。
[0015]優(yōu)選地，所述光伏裝置還包括支撐架、轉(zhuǎn)動(dòng)連接件、固定支撐組件和跟蹤及驅(qū)動(dòng)裝置，所述光伏電池層與光譜分頻器件之間設(shè)有真空隔熱層，所述支撐架支撐所述聚光分頻裝置、所述光伏電池和曲面支撐層，所述轉(zhuǎn)動(dòng)連接件連接所述支撐架和所述固定支撐組件，所述跟蹤及驅(qū)動(dòng)裝置連接所述支撐架和所述固定支撐組件，所述跟蹤及驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)所述檢測到的所述太陽光的入射角，調(diào)節(jié)所述聚光分頻裝置的水平角度。
[0016]優(yōu)選地，所述光伏電池層與所述曲面支撐層之間采用導(dǎo)熱硅膠連接粘合，且所述支撐鏡面相對于所述光伏電池層的外側(cè)面設(shè)置有散熱槽。
[0017]優(yōu)選地，所述聚光分頻裝置和所述光伏電池層以至少兩組截面大小相同或不同的環(huán)狀的均勻的設(shè)置在所述支曲面支撐層上。
[0018]根據(jù)上述實(shí)施例提供的一種全光譜的光伏光熱聯(lián)合系統(tǒng)，通過聚光分頻裝置將太陽光中的近紅外光和紫外光與可見光分離開來，聚光分頻裝置將近紅外光和紫外光反射并聚集到集熱裝置，由集熱裝置吸收，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，可見光則直接通過光譜分頻器透射到光伏電池層，由光伏電池層轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，可以充分利用太陽光全譜的能量，提高整個(gè)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率。
【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種全光譜的光伏光熱聯(lián)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為圖1所示全光譜的光伏光熱聯(lián)合系統(tǒng)的剖面圖；
[0022]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的另一種全光譜的光伏光熱聯(lián)合系統(tǒng)的剖面圖；
[0023]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的又一種全光譜的光伏光熱聯(lián)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5為圖4所示全光譜的光伏光熱聯(lián)合系統(tǒng)的局部示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0026]下面結(jié)合圖1-圖5，對本實(shí)用新型提供的全光譜的光伏光熱聯(lián)合系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)描述:
[0027]請參閱圖1和圖2，為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種全光譜的光伏光熱聯(lián)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖及剖面圖，該系統(tǒng)包括:聚光分頻裝置、光伏裝置和集熱裝置3，聚光分頻裝置是由兩組非連續(xù)的光譜分頻器件21組成的聚光分頻鏡面，與光伏裝置緊密相連，所述的光伏裝置包括光伏電池層16、曲面支撐層15、支撐架11、轉(zhuǎn)動(dòng)連接件12、固定支撐組件13和跟蹤及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)14，光伏電池層16位于光譜分頻器件21和曲面支撐層15之間，集熱裝置3設(shè)置在聚光分頻器的聚光位置上；
[0028]聚光分頻裝置將入射太陽光中的近紅外光和紫外光與可見光分離開來，將其中的近紅外光和紫外光反射聚集到集熱裝置3，由集熱裝置3吸收并轉(zhuǎn)換為熱能，而可見光則直接透射過光譜分頻器件照射到光伏電池層16上，由光伏電池層16轉(zhuǎn)換為電能。
[0029]該光伏光熱聯(lián)合系統(tǒng)與水平面具有一定的角度，其角度范圍:0° -90°，該角度可通過手動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0030]本實(shí)施例的聚光分頻裝置為槽形聚光分頻鏡面。該槽型聚光分頻鏡面是由連續(xù)的光譜分光器件21構(gòu)成，其截面形狀可以但不限于拋物線面、復(fù)合拋物線面、自由曲面。
[0031]光譜分頻器件21工作原理是基于光學(xué)薄膜或光學(xué)元件的折射、干涉或衍射而產(chǎn)生光譜分光/分頻功能，該光學(xué)薄膜或光學(xué)元件包括但不限于:薄膜濾光片/膜，高折射率nl與低折射率n2介電薄層材料或金屬-介電薄層材料相互交疊排列，或者折射率隨厚度漸變的介電薄層材料；全息光柵；衍射微光學(xué)元件。
[0032]集熱裝置3由兩根同心玻璃管31和33組合而成，其中內(nèi)管33外表面覆蓋了太陽光選擇性吸收涂層。在內(nèi)外玻璃管之間是真空層32，可有效防止熱量的散失，提高光熱利用率。選擇性吸收涂層的材料為太陽能熱利用中常見的高吸收率低反射率材料。真空集熱裝置3中注滿集熱介質(zhì)，其集熱介質(zhì)通過自然循環(huán)作用促使介質(zhì)傳輸熱能到蓄熱系統(tǒng)中。集熱介質(zhì)可以但不限于水、油等液態(tài)物質(zhì)和石蠟、鋁合金、無機(jī)鹽等固態(tài)物質(zhì)。
[0033]光伏電池層16可采用但不限于晶硅薄膜太陽能電池組件。
[0034]光譜分頻器件21與光伏電池層16之間設(shè)有真空層22，可避免光譜分頻器件21的熱量傳導(dǎo)給光伏電池層16，從而造成光伏電池層16的溫升導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換效率的降低。
[0035]光伏電池層16與槽形曲面支撐層15之間采用導(dǎo)熱硅膠17連接粘合，其槽型曲面支撐層15的外側(cè)面設(shè)置有散熱槽，可通過風(fēng)冷降低光伏電池的溫升，提高光電轉(zhuǎn)換效率。
[0036]該光伏光熱聯(lián)合系統(tǒng)中的光伏裝置還支撐架11、轉(zhuǎn)動(dòng)連接件12、固定