聚光型復(fù)合太陽能光伏光熱聯(lián)合收集轉(zhuǎn)化器的制造方法
【專利摘要】一種聚光型復(fù)合太陽能光伏光熱聯(lián)合收集和轉(zhuǎn)化裝置包含一個封閉式聚光器和一個真空管復(fù)合光伏光熱轉(zhuǎn)化接收器用于同時產(chǎn)生電能和熱能。封閉結(jié)構(gòu)使得聚光器可以由輕薄的材料制造并且免除支撐和緊固構(gòu)件但依然保持足夠的機械強度以抵抗風(fēng)載。此種結(jié)構(gòu)使得聚光器可以大幅度地降低其成本和重量。此種結(jié)構(gòu)可以相對于開放式聚光器提高光學(xué)效率，并且對反光表面提供自然保護。此種結(jié)構(gòu)可防止復(fù)合光伏光熱轉(zhuǎn)化器受到沾染。其中的真空管復(fù)合光伏光熱聯(lián)合轉(zhuǎn)化器不僅可大幅度提高系統(tǒng)的太陽能轉(zhuǎn)化效率并且能夠輸出高溫?zé)崮堋４隧椞匦允沟锰柲懿膳?，制冷，以及熱發(fā)電成為經(jīng)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】聚光型復(fù)合太陽能光伏光熱聯(lián)合收集轉(zhuǎn)化器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能收集轉(zhuǎn)化器，具體地來說是有關(guān)一種封閉式結(jié)構(gòu)聚光型復(fù)合太陽能光熱和光電聯(lián)合收集轉(zhuǎn)化裝置的。
【背景技術(shù)】
[0002]制約太陽能技術(shù)發(fā)展的三大因素是高成本，低效率，和間斷性。為使太陽能技術(shù)獲得廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，太陽能技術(shù)必須大幅度降低成本，從根本上提高效率，并且徹底解決間斷性的問題。造成太陽能技術(shù)高成本和低效率的根本原因在于太陽能資源的特性和太陽能轉(zhuǎn)化技術(shù)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(xiàn)有常規(guī)技術(shù)采用大面積收集器直接收集轉(zhuǎn)化太陽能的方式利用太陽能，對于有限的能流密度，需要大表面積的收集裝置來滿足使用要求。由于現(xiàn)有的收集轉(zhuǎn)化裝置例如平板光伏都十分昂貴，因而造成太陽能系統(tǒng)成本高居不下。另外，由于太陽輻射是波段很寬的復(fù)色光，其光子能量分布在從0.5到4.0電子伏特的廣闊范圍內(nèi)，而用于轉(zhuǎn)化太陽能的半導(dǎo)體禁帶寬度是固定的。在光子激發(fā)光生電子對以及其后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(zhuǎn)化為熱能，只有很少一部分轉(zhuǎn)化為電能，從而造成轉(zhuǎn)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(tǒng)的間斷性和不穩(wěn)定性。解決太陽能系統(tǒng)高成本的一個有效途徑是采用聚光器對太陽光進行匯聚濃縮從而大大縮小太陽能轉(zhuǎn)化裝置的面積。提高效率的一種有效措施是采用電熱聯(lián)產(chǎn)的方式同時產(chǎn)生熱能和電能。通常的平板型太陽能電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)因其產(chǎn)生的熱能溫度太低因而用途有限。聚光型復(fù)合太陽能電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)不僅可大幅度降低太陽能系統(tǒng)的成本，極大地提高太陽能系統(tǒng)的效率，而且可以產(chǎn)生高溫?zé)嵩矗瑥亩鵀榭朔柲芟到y(tǒng)的間斷性創(chuàng)造條件。
[0003]聚光型復(fù)合太陽能電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)高效低成本的關(guān)鍵在于電熱聯(lián)產(chǎn)組件的結(jié)構(gòu)和器件。電熱聯(lián)產(chǎn)組件主要由太陽光聚光器和接收器構(gòu)成。低成本高性能的太陽光聚光器是大幅度降低成本的關(guān)鍵要素。然而現(xiàn)行的太陽能聚光器都是相對比較昂貴的?？傮w來說，有兩種太陽光聚光器，一種是基于折射原理的菲涅耳透鏡，另一種是基于反射原理的拋物面反射鏡。大多數(shù)大規(guī)模聚光太陽能系統(tǒng)都采用反射式聚光器。絕大多數(shù)的太陽光聚光器都設(shè)計為槽式或碟式凹面鏡，而且?guī)缀跛械陌济骁R都是開放式的。這些開放式的聚光器都是用硬質(zhì)材料成形成所需要的幾何形狀，并且用緊固件進行加固以維持其幾何形狀不變形。為抵抗風(fēng)載，用于制作聚光器的硬質(zhì)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(zhì)量。因而常規(guī)的聚光器都顯得笨重和昂貴。例如，用于建造大型太陽能熱發(fā)電站的槽式聚光器其建造材料玻璃或鋁合金，以及鋼質(zhì)緊固結(jié)構(gòu)就占據(jù)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(huán)境中無法避免灰塵和其他污染物的沾染。
[0004]聚光型太陽能收集轉(zhuǎn)化裝置都需要跟蹤太陽，聚光器的重量給太陽能跟蹤系統(tǒng)添加了很大的負(fù)擔(dān)。作為復(fù)合電熱聯(lián)合轉(zhuǎn)化裝置的另一重要部件接收器以及其與聚光器的結(jié)合在太陽能電熱聯(lián)合轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中亦起著舉足輕重的作用。[0005]在常規(guī)收集轉(zhuǎn)化裝置中，大部分接收器不包含太陽能光伏轉(zhuǎn)化器件。在包含太陽能光伏轉(zhuǎn)化器件的接收器中，其太陽能電熱轉(zhuǎn)化器件與聚光器的相互作用沒有受到足夠的關(guān)注。對于開放式系統(tǒng)這種相互作用相對比較弱。
[0006]復(fù)合電熱聯(lián)合轉(zhuǎn)化裝置被廣泛證明是行之有效的改善太陽能系統(tǒng)效率的方法。平板聯(lián)合轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的總效率被證明達(dá)72%。然而平板系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量屬低溫?zé)嵩?，其品質(zhì)不適合做熱發(fā)電，制冷和采暖應(yīng)用。另外平板式系統(tǒng)并沒有達(dá)到降低系統(tǒng)成本的目的。聚光型復(fù)合電熱聯(lián)合轉(zhuǎn)化系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)高效率，低成本，并且實現(xiàn)高品質(zhì)電力轉(zhuǎn)換。但迄今為止還沒有一項成功的方式能夠把光伏系統(tǒng)整合進入聚光太陽能熱利用系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0007]本項發(fā)明提出一種聚光型太陽能復(fù)合電熱聯(lián)合轉(zhuǎn)化裝置，其中包括太陽光聚光器和電熱聯(lián)產(chǎn)接收器。本發(fā)明中的聚光器采用封閉結(jié)構(gòu)從而避免了使用高強度硬質(zhì)材料，并且免除了笨重的緊固結(jié)構(gòu)。這種獨特的結(jié)構(gòu)使得此種聚光器能夠由薄輕的材料制成但依舊保持比較強的機械強度來抵抗風(fēng)壓。此種獨特的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)高效低成本。本發(fā)明中的接收器是由真空管，吸收器和太陽電池構(gòu)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(gòu)成，管道中泵入傳熱流體。當(dāng)匯聚陽光入射在吸收器上時，部分陽光被直接轉(zhuǎn)化為電能，而其余部分被轉(zhuǎn)化為熱能。這部分被轉(zhuǎn)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(jié)省了常規(guī)太陽電池的封裝材料，而且保證了高溫產(chǎn)熱。在接收器體系結(jié)構(gòu)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(lián)產(chǎn)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]此聚光型復(fù)合太陽能光伏光熱聯(lián)合轉(zhuǎn)化體系不僅有潛力大幅度降低成本，大幅度提高轉(zhuǎn)化效率，而且能夠從根本上提高熱能輸出的品質(zhì)。低成本高溫?zé)嵩床粌H可使經(jīng)濟適用的太陽能采暖和制冷成為可能，而且使低成本太陽能熱發(fā)電成為可能。與太陽能熱儲存相結(jié)合，將能夠有效地消除太陽能系統(tǒng)的間斷性。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0009]附圖對本項發(fā)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(lián)合收集轉(zhuǎn)化裝置的裝配圖。此裝置包含一個封閉結(jié)構(gòu)聚光器和一個真空管太陽能光伏光熱聯(lián)合轉(zhuǎn)化組件。在此系統(tǒng)中，電熱聯(lián)合轉(zhuǎn)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(gòu)成；電熱聯(lián)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，和涂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(guī)反射器結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和入射及反射光路。[0016]圖7是光伏光熱聯(lián)合轉(zhuǎn)化組件另一種實現(xiàn)方式的截面圖。其中翼片板為圓管所替代，薄膜太陽電池涂敷在圓管的下半部。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(jié)合附圖對本項發(fā)明的技術(shù)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(lián)合轉(zhuǎn)化裝置由封閉結(jié)構(gòu)聚光器和接收器組成。在此體系結(jié)構(gòu)中，接收器被整合在封閉結(jié)構(gòu)聚光器中從而防止了任何污染物沾染。聚光器的封閉結(jié)構(gòu)使得它可以由輕薄的材料制備但依然具備一定的機械強度以抵抗風(fēng)壓。此封閉結(jié)構(gòu)免除了常規(guī)開放系統(tǒng)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(gòu)成聚光器的封閉結(jié)構(gòu)。反光層18是制備在槽式拋物面的內(nèi)表面上的。在裝置的裝配結(jié)構(gòu)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余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(gòu)成。在接收器構(gòu)造中，制備有薄膜太陽電池的翼片管被密封在真空管中。當(dāng)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(zhuǎn)化為電能，其它部分被轉(zhuǎn)化為熱能，轉(zhuǎn)化的熱能通過翼片管收集并通過傳熱流體傳輸而出。此型結(jié)構(gòu)的太陽能光伏光熱轉(zhuǎn)化組件不僅確保高轉(zhuǎn)化效率，而且節(jié)省薄膜電池的封裝材料。此種結(jié)構(gòu)在產(chǎn)生電能和熱能的同時還產(chǎn)生高溫?zé)崮?。此種系統(tǒng)在提高效率降低成本的同時將使得太陽能采暖，空調(diào)和熱發(fā)電變得經(jīng)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后對接在一起形成封閉結(jié)構(gòu)。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，然后再用端頭對其兩端進行封閉。
[0022]與常規(guī)開放式聚光器相比，封閉結(jié)構(gòu)聚光器將反射表面封閉在聚光器腔體內(nèi)部。此種結(jié)構(gòu)不僅對反光層提供自然保護，同時減少光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)損失。如圖5所示，在常規(guī)開放式聚光器中，反射層35是制備在透明板下層34的。當(dāng)入射陽光30穿透板層形成光路31然后被反射層35反射形成光路32和返回光路33。這里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(fā)明的封閉式結(jié)構(gòu)聚光器中，反光層42是制備在板層43的上表面的，入射陽光40直接被反射形成光路41?？紤]額外的透明蓋層，封閉式聚光器節(jié)省一個行程的光路。
[0023]如圖7所示，真空管復(fù)合太陽能光伏光熱轉(zhuǎn)化組件有另一種構(gòu)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(gòu)成全玻璃真空管或者是金屬玻璃真空管。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能收集轉(zhuǎn)化裝置由如下部分構(gòu)成:一個封閉結(jié)構(gòu)聚光器；一個由真空管，翼片管，以及薄膜太陽電池構(gòu)成的接收器；接收器安裝在聚光器的焦線上；其中，薄膜太陽電池制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，其一方面用于提高熱轉(zhuǎn)化效率，另一方面消除接收器與聚光器間的傳熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)；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(jié)構(gòu)使得聚光器可以由輕薄的材料制備但依然保有足夠的機械強度來抵抗風(fēng)載；封閉的結(jié)構(gòu)可以免除開放式結(jié)構(gòu)所需的笨重和昂貴的支撐和緊固材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的封閉結(jié)構(gòu)聚光器，其反光面是制備在下部凹形拋物面槽的內(nèi)表面的；入射的太陽光當(dāng)其穿透上部透明上蓋到達(dá)下部反射面后，立刻被反射至接收器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉結(jié)構(gòu)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(gòu)成一個筒狀結(jié)構(gòu)；此筒狀結(jié)構(gòu)由兩個端頭封閉構(gòu)成一個封閉結(jié)構(gòu)聚光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的封閉結(jié)構(gòu)聚光器，其反射層是制備在下部拋物面槽的內(nèi)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(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能收集轉(zhuǎn)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；其中薄膜電池是制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(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能收集轉(zhuǎn)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；其中薄膜電池是制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(jù)權(quán)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，二者皆密封于真空管中。
【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(yōu)先權(quán)日:2012年8月9日
【發(fā)明者】施鋒 申請人:施鋒