基于多片條形平面鏡反射并具自動跟蹤太陽功能的聚光光伏系統的制作方法
【專利摘要】一種基于多片條形平面鏡反射并具自動跟蹤太陽功能的聚光光伏系統，該系統將跟蹤太陽裝置和聚光光伏裝置集成為一體，使用多片條形反射鏡將太陽光集中反射到同一光伏電池面以實現聚光，所有條形反射鏡都統一由小型步進電機或其他動力驅動通過簡單的機械系統驅動旋轉，以自動跟蹤太陽。因為條形反射鏡可以做的很窄很輕，因而對步進電機的負載要求很小，可實現自帶的微型太陽追蹤功能,且具有強的耐磨損能力和抗風能力。
【專利說明】基于多片條形平面鏡反射并具自動跟蹤太陽功能的聚光光伏系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能光伏發電【技術領域】，具體是一種基于多片條形平面鏡反射并具自動跟S示太陽功能的聚光光伏系統。
【背景技術】
[0002]太陽能光伏技術在新能源開發中具有巨大潛力，其中，聚光光伏技術是利用聚光光學系統比如透鏡、反光鏡等把太陽光聚集起來增加光強，從幾倍到幾百倍太陽光不等，再入射到小面積的半導體電池片上(只有傳統太陽能電池面積的幾分之一或幾百分之一)，這樣就能大大減少半導體電池片的使用量。因此，引入聚光光伏技術可以大大減少昂貴的半導體電池片的使用量，從而大幅降低太陽能光伏發電系統的成本；二是在聚光條件下，光電轉換效率一般會更高。但多倍聚光光伏技術的弱點是其必須配備成本較高的太陽跟蹤系統才能正常工作，因而目前并沒有被廣泛應用。研發具有太陽跟蹤功能的新型實用聚光光伏組件是突破太陽能光伏技術瓶頸和降低太陽能發電成本的重要途徑之一。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種基于多片條形平面鏡反射并具自動跟蹤太陽功能的聚光光伏系統，它能夠將條形反射鏡做得很窄很輕，因而對步進電機的負載要求很小，并且具有自動追蹤太陽功能，具有強的耐磨損能力和抗風能力。
[0004]本發明通過以下技術方案實現上述目的:一種基于多片條形平面鏡反射并具自動跟蹤太陽功能的聚光光伏系統，是將跟蹤太陽和聚光光伏系統集成于同一光伏組件內，使用多片條形反射鏡將太陽光集中反射到同一半導體光伏電池片上以實現聚光，每一片條形反射鏡圍繞各自的縱向軸線旋轉。
[0005]所述光伏電池片為硅基材料、砷化鎵材料或其他半導體材料。
[0006]所述光伏電池片的背面設有冷卻系統。
[0007]所述條形平面鏡由小型電機及齒輪傳動方式驅動旋轉或以其他動力驅動旋轉，以自動追蹤太陽。
[0008]所述冷卻系統為金屬散熱片或管道水冷/液冷系統。
[0009]所述每一片條形反射鏡的旋轉速度統一且為太陽照射角變化速度的一半，從而實現對太陽的跟蹤，并時刻將入射的太陽光反射聚集到光伏電池片表面。
[0010]所述條形反射鏡和光伏電池片受光部分均封裝起來形成光伏組件，只留出光伏電池片背部和散熱器接觸外界空氣以實現散熱。
[0011]因為條形反射鏡可以做得很窄很輕，因而對步進電機的負載要求很小，可實現自帶的微型太陽追蹤功能。如果對條形反射鏡數目、形狀和位置做不同的優化光學設計，可以實現2-20倍聚光，從而節省50% -95%光伏電池片材料。
[0012]本發明的突出優點在于:[0013]I)利用多片簡單的條形平面鏡聚光發電，大大減少了半導體光伏電池片的用量從而實現超低成本；
[0014]2)光伏電池片上光強分布均勻,有利于發電效率和光伏電池片的壽命；
[0015]3)每片條形平面鏡體積小重量輕容易被精確驅動，跟蹤太陽準確度高；
[0016]4)因所附帶的太陽跟蹤機械系統被封裝在水氣密封的組件系統里，只要整個系統被穩固在地面或建筑物上，將完全不受風力和其他惡劣天氣情況影響，抗風能力遠大于基于馬達轉動追日的平板光伏系統，且具有更低的成本；
[0017]5)該組件容易安裝、替換、維護和運輸,不影響建筑美觀,適合光伏建筑一體化應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明所述基于多片條形平面鏡反射并具自動跟蹤太陽功能的聚光光伏系統在太陽光入射角為O度的情況下的結構示意圖及聚光示意圖。
[0019]圖2是本發明所述基于多片條形平面鏡反射并具自動跟蹤太陽功能的聚光光伏系統的三維結構示意圖。
[0020]圖3是本發明所述基于多片條形平面鏡反射并具自動跟蹤太陽功能的聚光光伏系統在太陽光入射角為30度的情況下，跟蹤太陽功能和聚光示意圖。
[0021]圖4是本發明所述基于多片條形平面鏡反射并具自動跟蹤太陽功能的聚光光伏系統在太陽光入射角為60度的情況下，跟蹤太陽功能和聚光示意圖。
[0022]圖5和圖6為光學設計軟件里的光強模擬結果示意圖。
[0023]圖7為單個該聚光光伏組件的三維結構示意圖。
[0024]圖8為多個該聚光光伏組件的三維結構示意圖。
[0025]圖9、圖10為該聚光光伏組件應用實例圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步說明。
[0027]圖1示出了本發明所述基于多片條形平面鏡反射并具自動跟蹤太陽功能的聚光光伏系統，在太陽光O度入射情況下，該聚光光伏系統的縱剖面構造圖和聚光示意圖，
[0028]圖2示出了本發明所述基于多片條形平面鏡反射并具自動跟蹤太陽功能的聚光光伏系統的三維結構示意圖。每一條形反射鏡都可以繞各自的縱向軸線旋轉，如圖中箭頭所示，圖中只示范性地標出三片。
[0029]在不同太陽光入射角的情況下，該系統同時具備跟蹤太陽功能和聚光功能。每一條形反射鏡的旋轉速度統一且為太陽照射角變化速度的一半，從而實現對太陽的跟蹤，并時刻將入射的太陽光反射聚集到光伏電池片表面。圖3是本發明所述基于多片條形平面鏡反射并具自動跟蹤太陽功能的聚光光伏系統在太陽光入射角為30度的情況下，跟蹤太陽功能和聚光功能。圖4是本發明所述基于多片條形平面鏡反射并具自動跟蹤太陽功能的聚光光伏系統在太陽光入射角為60度的情況下,跟蹤太陽功能和聚光功能。而圖1是太陽光入射角為O度的情況下，跟蹤太陽功能和聚光功能。
[0030]圖5和圖6為光學設計軟件里的光強模擬結果。其中，圖5為無聚光系統時入射太陽光的光強分布，最大光強為1000W/m2 ;圖6為使用10片條形平面鏡聚光時光伏電池片上的光強分布，最大光強為650W/m2,因而實現了約6.5倍的聚光度。
[0031]圖7為單個該聚光光伏組件的三維結構示意圖；
[0032]圖8為多個該聚光光伏組件的三維結構示意圖；
[0033]圖9、圖10為該聚光光伏組件應用實例圖。
[0034]圖1中的標記為:太陽能半導體電池片及散熱器1、條形反射鏡2、光伏組件封裝箱體3。
[0035]實施本發明的第一步是對聚光系統的設計，可利用計算機軟件對該聚光系統進行光學設計和模擬，主要是根據聚光倍數需求和組件大小確定每一聚光組件單元需要多少片條形反射鏡。每一條形反射鏡提供約0.5-1倍左右的太陽光。這是因為在太陽近直射時候為近I倍，在斜射時小于I倍；另外條形鏡間需要一定的空隙，小部分太陽光會透過這些空隙而不被反射至太陽能電池片上；最后光伏電池片和冷卻系統也阻擋了小部分陽光。使用不同的條形鏡數目、寬度、及綜合整個聚光組件的寬度、高度可以實現不同聚光倍數設計。圖5為在光學設計軟件里使用10片條形平面鏡聚光模擬的結果，實現了約為6.5倍的聚光度。一般情況下，考慮到組件尺寸和普通單晶硅光伏電池所能承受的聚光度，2-20的聚光倍數較為實用。
[0036]光伏電池片主要為娃基材料,也可以為砷化鎵材料或其他半導體材料，因聚光產生的高溫一般會降低光電轉換效率，所以在光伏電池片的背面，非受光面附帶有冷卻系統，以使光伏電池片降溫冷卻保持正常的光伏發電性能，冷卻系統可為金屬散熱片或管道水冷/液冷系統。
[0037]條形平面鏡用小型電機附帶齒輪傳動方式驅動旋轉，或使用其他方式驅動旋轉。旋轉速度統一恒定且為太陽照射角變化速度的一半，從而實現跟蹤太陽，并時刻將入射光反射聚集到光伏電池片表面；也可使用其他光電傳感器探測太陽的方位角和陰雨天情況，并控制條形鏡的旋轉、啟停和速度從而精確跟蹤太陽。
[0038]將條形鏡和光伏電池片受光部分等部件都封裝起來形成光伏組件，只留出光伏電池片背部和散熱器接觸外界空氣以實現散熱，這樣的封裝組件能抗御各種惡劣天氣并具有相當強的抗風能力。該聚光光伏組件可被用于各種太陽能發電系統中，比如中小型平坦/斜屋頂光伏系統、太陽能電站、以及太陽能路燈等其他太陽能終端產品上，圖9、圖10僅示出中小型平坦/斜屋頂光伏系統。
【權利要求】
1.一種基于多片條形平面鏡反射并具自動跟蹤太陽功能的聚光光伏系統，其特征是:將跟蹤太陽和聚光光伏系統集成于同一光伏組件內，使用多片條形反射鏡將太陽光集中反射到同一半導體光伏電池片上以實現聚光，每一片條形反射鏡圍繞各自的縱向軸線旋轉。
2.根據權利要求1所述的基于多片條形平面鏡反射并具自動跟蹤太陽功能的聚光光伏系統，其特征是:所述光伏電池片為硅基材料、砷化鎵材料或其他半導體材料。
3.根據權利要求1所述的基于多片條形平面鏡反射并具自動跟蹤太陽功能的聚光光伏系統，其特征是:所述光伏電池片的背面設有冷卻系統。
4.根據權利要求3所述的基于多片條形平面鏡反射并具自動跟蹤太陽功能的聚光光伏系統，其特征是:所述冷卻系統為金屬散熱片或管道水冷/液冷系統。
5.根據權利要求1所述的基于多片條形平面鏡反射并具自動跟蹤太陽功能的聚光光伏系統，其特征是:所述條形平面鏡由小型電機及齒輪傳動方式驅動旋轉。
6.根據權利要求1所述的基于多片條形平面鏡反射并具自動跟蹤太陽功能的聚光光伏系統，其特征是:所述每一片條形反射鏡的旋轉速度統一且為太陽照射角變化速度的一半，從而實現對太陽的跟蹤，并時刻將入射的太陽光反射聚集到光伏電池片表面。
7.根據權利要求1所述的基于多片條形平面鏡反射并具自動跟蹤太陽功能的聚光光伏系統，其特征是:所述條形反射鏡和光伏電池片受光部分均封裝起來形成光伏組件，只留出光伏電池片背部和散熱器接觸外界空氣以實現散熱。
【文檔編號】H02S40/22GK103997286SQ201410195790
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月9日 優先權日:2014年5月9日
【發明者】郭新華, 劉海波 申請人:桂林凱創光伏科技有限公司