聚光型複合太陽能光伏光熱聯合收集轉化器的製造方法
2023-05-16 13:21:21 2
聚光型複合太陽能光伏光熱聯合收集轉化器的製造方法
【專利摘要】一種聚光型複合太陽能光伏光熱聯合收集和轉化裝置包含一個封閉式聚光器和一個真空管複合光伏光熱轉化接收器用於同時產生電能和熱能。封閉結構使得聚光器可以由輕薄的材料製造並且免除支撐和緊固構件但依然保持足夠的機械強度以抵抗風載。此種結構使得聚光器可以大幅度地降低其成本和重量。此種結構可以相對於開放式聚光器提高光學效率，並且對反光表面提供自然保護。此種結構可防止複合光伏光熱轉化器受到沾染。其中的真空管複合光伏光熱聯合轉化器不僅可大幅度提高系統的太陽能轉化效率並且能夠輸出高溫熱能。此項特性使得太陽能採暖，製冷，以及熱發電成為經濟可行。另外，真空管接收器隔絕了太陽能吸收器和聚光器器壁間的熱量交換。
【專利說明】聚光型複合太陽能光伏光熱聯合收集轉化器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種太陽能收集轉化器，具體地來說是有關一種封閉式結構聚光型複合太陽能光熱和光電聯合收集轉化裝置的。
【背景技術】
[0002]制約太陽能技術發展的三大因素是高成本，低效率，和間斷性。為使太陽能技術獲得廣泛的應用和發展，太陽能技術必須大幅度降低成本，從根本上提高效率，並且徹底解決間斷性的問題。造成太陽能技術高成本和低效率的根本原因在於太陽能資源的特性和太陽能轉化技術的特性。太陽輻射是一種稀疏的光能，照射到地球表面的平均太陽能輻射能流密度只有大約800W/m2。現有常規技術採用大面積收集器直接收集轉化太陽能的方式利用太陽能，對於有限的能流密度，需要大表面積的收集裝置來滿足使用要求。由於現有的收集轉化裝置例如平板光伏都十分昂貴，因而造成太陽能系統成本高居不下。另外，由於太陽輻射是波段很寬的複色光，其光子能量分布在從0.5到4.0電子伏特的廣闊範圍內，而用於轉化太陽能的半導體禁帶寬度是固定的。在光子激發光生電子對以及其後的電子及空穴的輸運過程中，太陽輻射能量的絕大部分都轉化為熱能，只有很少一部分轉化為電能，從而造成轉化效率低下。太陽輻射隨天氣的變化和晝夜的輪替造成太陽能系統的間斷性和不穩定性。解決太陽能系統高成本的一個有效途徑是採用聚光器對太陽光進行匯聚濃縮從而大大縮小太陽能轉化裝置的面積。提高效率的一種有效措施是採用電熱聯產的方式同時產生熱能和電能。通常的平板型太陽能電熱聯產系統因其產生的熱能溫度太低因而用途有限。聚光型複合太陽能電熱聯產系統不僅可大幅度降低太陽能系統的成本，極大地提高太陽能系統的效率，而且可以產生高溫熱源，從而為克服太陽能系統的間斷性創造條件。
[0003]聚光型複合太陽能電熱聯產系統高效低成本的關鍵在於電熱聯產組件的結構和器件。電熱聯產組件主要由太陽光聚光器和接收器構成。低成本高性能的太陽光聚光器是大幅度降低成本的關鍵要素。然而現行的太陽能聚光器都是相對比較昂貴的。總體來說，有兩種太陽光聚光器，一種是基於折射原理的菲涅耳透鏡，另一種是基於反射原理的拋物面反射鏡。大多數大規模聚光太陽能系統都採用反射式聚光器。絕大多數的太陽光聚光器都設計為槽式或碟式凹面鏡，而且幾乎所有的凹面鏡都是開放式的。這些開放式的聚光器都是用硬質材料成形成所需要的幾何形狀，並且用緊固件進行加固以維持其幾何形狀不變形。為抵抗風載，用於製作聚光器的硬質材料和緊固件材料都必須具備一定的強度，厚度和一定的質量。因而常規的聚光器都顯得笨重和昂貴。例如，用於建造大型太陽能熱發電站的槽式聚光器其建造材料玻璃或鋁合金，以及鋼質緊固結構就佔據了 40%多的聚光器成本。另外，開放式聚光器其反射表面直接暴露在室外環境中無法避免灰塵和其他汙染物的沾染。
[0004]聚光型太陽能收集轉化裝置都需要跟蹤太陽，聚光器的重量給太陽能跟蹤系統添加了很大的負擔。作為複合電熱聯合轉化裝置的另一重要部件接收器以及其與聚光器的結合在太陽能電熱聯合轉化系統中亦起著舉足輕重的作用。[0005]在常規收集轉化裝置中，大部分接收器不包含太陽能光伏轉化器件。在包含太陽能光伏轉化器件的接收器中，其太陽能電熱轉化器件與聚光器的相互作用沒有受到足夠的關注。對於開放式系統這種相互作用相對比較弱。
[0006]複合電熱聯合轉化裝置被廣泛證明是行之有效的改善太陽能系統效率的方法。平板聯合轉化系統的總效率被證明達72%。然而平板系統產生的熱量屬低溫熱源，其品質不適合做熱發電，製冷和採暖應用。另外平板式系統並沒有達到降低系統成本的目的。聚光型複合電熱聯合轉化系統不僅能實現高效率，低成本，並且實現高品質電力轉換。但迄今為止還沒有一項成功的方式能夠把光伏系統整合進入聚光太陽能熱利用系統。
【發明內容】
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[0007]本項發明提出一種聚光型太陽能複合電熱聯合轉化裝置，其中包括太陽光聚光器和電熱聯產接收器。本發明中的聚光器採用封閉結構從而避免了使用高強度硬質材料，並且免除了笨重的緊固結構。這種獨特的結構使得此種聚光器能夠由薄輕的材料製成但依舊保持比較強的機械強度來抵抗風壓。此種獨特的結構能夠實現高效低成本。本發明中的接收器是由真空管，吸收器和太陽電池構成，其中的太陽電池安裝在吸收器上，而吸收器是封裝在真空管中的。此吸收器由翼片管或者直接由管道構成，管道中泵入傳熱流體。當匯聚陽光入射在吸收器上時，部分陽光被直接轉化為電能，而其餘部分被轉化為熱能。這部分被轉化的熱能被管道中的傳熱流體帶出。接收器中的真空管道作為光伏組件不僅節省了常規太陽電池的封裝材料，而且保證了高溫產熱。在接收器體系結構中，真空管是安裝在聚光器焦線上的。在此體系中，真空管隔離了電熱聯產接收器和封閉式聚光器，從而消除了封閉式聚光器與高溫接收器之間的相互作用。
[0008]此聚光型複合太陽能光伏光熱聯合轉化體系不僅有潛力大幅度降低成本，大幅度提高轉化效率，而且能夠從根本上提高熱能輸出的品質。低成本高溫熱源不僅可使經濟適用的太陽能採暖和製冷成為可能，而且使低成本太陽能熱發電成為可能。與太陽能熱儲存相結合，將能夠有效地消除太陽能系統的間斷性。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0009]附圖對本項發明的要點進行了解釋和說明:
[0010]圖1是聚光型太陽能光伏光熱聯合收集轉化裝置的裝配圖。此裝置包含一個封閉結構聚光器和一個真空管太陽能光伏光熱聯合轉化組件。在此系統中，電熱聯合轉化組件安裝在封閉聚光器的焦線上。
[0011]圖2是圖1的截面圖。其中封閉式聚光器由上部透明蓋層10，下部槽式拋物面15，以及反射表面18構成；電熱聯合組件安裝在底部槽式拋物面的焦線上。
[0012]圖3是圖2 —部件的截面放大圖。其中真空管太陽能光伏光熱組件包含一個真空管20，一個翼片管25用作吸收器，和塗敷在吸收器上的薄膜太陽電池28。
[0013]圖4是圖1沿長度方向的截面圖。其中聚光器由兩個端頭封閉而且光伏光熱組件也在兩頭密封。
[0014]圖5顯示的是常規反射器結構以及入射光和反射光的光路。
[0015]圖6顯示的是我們封閉式聚光器的反射結構和入射及反射光路。[0016]圖7是光伏光熱聯合轉化組件另一種實現方式的截面圖。其中翼片板為圓管所替代，薄膜太陽電池塗敷在圓管的下半部。此圓管可以是金屬，也可以是玻璃，兩種圓管都是密封在真空管中的。
【具體實施方式】:
[0017]下面結合附圖對本項發明的技術方案作進一步說明。
[0018]如圖1所示，此聚光型太陽能光伏光熱聯合轉化裝置由封閉結構聚光器和接收器組成。在此體系結構中，接收器被整合在封閉結構聚光器中從而防止了任何汙染物沾染。聚光器的封閉結構使得它可以由輕薄的材料製備但依然具備一定的機械強度以抵抗風壓。此封閉結構免除了常規開放系統笨重昂貴的支撐和緊固材料，因而使得它廉價輕便。
[0019]如圖2所示，上半部透明蓋層10以及下半部槽式拋物面15連接起來構成聚光器的封閉結構。反光層18是製備在槽式拋物面的內表面上的。在裝置的裝配結構中，接收器是安裝在下部槽式拋物面15的焦線上。其中接收器形成一個真空空間把吸收器和其餘的聚光器空間隔離開來從而消除吸收器和聚光體的相互作用。
[0020]如圖3所示，接收器是一個真空管光伏光熱組件。此組件由一個翼片管吸收器25，一個真空管20，和薄膜太陽電池28構成。在接收器構造中，製備有薄膜太陽電池的翼片管被密封在真空管中。當聚焦的太陽光穿透真空管入射到薄膜太陽電池，部分光能量被直接轉化為電能，其它部分被轉化為熱能，轉化的熱能通過翼片管收集並通過傳熱流體傳輸而出。此型結構的太陽能光伏光熱轉化組件不僅確保高轉化效率，而且節省薄膜電池的封裝材料。此種結構在產生電能和熱能的同時還產生高溫熱能。此種系統在提高效率降低成本的同時將使得太陽能採暖，空調和熱發電變得經濟和實用。
[0021]圖4所示是此裝置沿長度方向的截面圖。此型聚光器可以以兩種方式加以封閉。一是模壓上下凹形蓋層後對接在一起形成封閉結構。另一種是用板材彎成透明蓋層和槽型拋物面，二者合成筒型聚光器，然後再用端頭對其兩端進行封閉。
[0022]與常規開放式聚光器相比，封閉結構聚光器將反射表面封閉在聚光器腔體內部。此種結構不僅對反光層提供自然保護，同時減少光學系統的光學損失。如圖5所示，在常規開放式聚光器中，反射層35是製備在透明板下層34的。當入射陽光30穿透板層形成光路31然後被反射層35反射形成光路32和返回光路33。這裡入射光線在被匯聚到接收器前在透明板層中完成了一個往返行程。如圖6所示，在本發明的封閉式結構聚光器中，反光層42是製備在板層43的上表面的，入射陽光40直接被反射形成光路41。考慮額外的透明蓋層，封閉式聚光器節省一個行程的光路。
[0023]如圖7所示，真空管複合太陽能光伏光熱轉化組件有另一種構成方式，其中翼片管可以由圓管替代。圓管可以是玻璃的也可以是金屬的，因而其可以構成全玻璃真空管或者是金屬玻璃真空管。
【權利要求】
1.一種太陽能收集轉化裝置由如下部分構成:一個封閉結構聚光器；一個由真空管，翼片管，以及薄膜太陽電池構成的接收器；接收器安裝在聚光器的焦線上；其中，薄膜太陽電池製備在翼片管的下表面上；而整個翼片管是密封在真空管中的；其中，接收器形成一個真空空間，其一方面用於提高熱轉化效率，另一方面消除接收器與聚光器間的傳熱。
2.根據權利要求1所述的封閉結構聚光器，其第一種實施例包含一個透明的上罩，一個拋物面聚光槽，以及反射表面；此聚光器由一個凹形透明上罩和一個凹形下拋物面槽連接而成一封閉結構；其中的凹形上罩和凹形下槽均可模壓成形為單個整體；封閉的結構使得聚光器可以由輕薄的材料製備但依然保有足夠的機械強度來抵抗風載；封閉的結構可以免除開放式結構所需的笨重和昂貴的支撐和緊固材料。
3.根據權利要求2所述的封閉結構聚光器，其反光面是製備在下部凹形拋物面槽的內表面的；入射的太陽光當其穿透上部透明上蓋到達下部反射面後，立刻被反射至接收器。
4.根據權利要求1所述的封閉結構聚光器，其第二種實施例包含一個彎曲的上部透明蓋罩，一個彎曲的底部拋物面槽，兩個端頭，和一個反射層；其中上部透明罩蓋和下部拋物面槽連接構成一個筒狀結構；此筒狀結構由兩個端頭封閉構成一個封閉結構聚光器。
5.根據權利要求4所述的封閉結構聚光器，其反射層是製備在下部拋物面槽的內表面上的；穿透上表面的太陽光將被直接反射到接收器。
6.根據權利要求1所述的太陽能收集轉化裝置，其接收器的第一個實施例包含一個真空管，一個翼片管，一個薄膜太陽電池；其中薄膜電池是製備在翼片管的下辦表面上的；翼片管密封在真空管中。
7.根據權利要求1所述的太陽能收集轉化裝置，其接收器的第二個實施例包含一個真空管，一個圓管或者方管，一個薄膜太陽電池；其中薄膜電池是製備在圓管或者方管的下辦表面上的；圓管或者方管密封在真空管中。
8.根據權利要求7所述的接收器，其中的方管或者圓管可以式玻璃的也可以是金屬的，二者皆密封於真空管中。
【文檔編號】F24J2/05GK103574924SQ201210287632
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月9日 優先權日:2012年8月9日
【發明者】施鋒 申請人:施鋒