一種分布式聚光分光的太陽(yáng)能綜合利用系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及太陽(yáng)能綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種分布式聚光分光的太陽(yáng)能綜合利用系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國(guó)的設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培總面積已經(jīng)達(dá)到了世界第一，溫室大棚的出現(xiàn)使得人們幾乎可以在一年四季中都能夠吃到新鮮的蔬菜和瓜果，極大地方便了人們的飲食生活。近年來(lái)在各地農(nóng)機(jī)等部門(mén)積極的積極推廣下，我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)取得了快速發(fā)展，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。另一方面，光伏產(chǎn)業(yè)具有可再生、充足、安全、清潔等特點(diǎn)，各國(guó)相繼投入大量資金，出臺(tái)了各種政策進(jìn)行支持，目前光伏太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)正處于發(fā)展的快車道，表現(xiàn)在產(chǎn)量的不斷提升，單位價(jià)格的不斷下降。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年全球太陽(yáng)能電池的產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到37.2GW，其中中國(guó)的產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)世界總產(chǎn)量的一半。在這一背景下，各種太陽(yáng)能輔助溫室大棚應(yīng)運(yùn)而生，特別是隨著LED照明的發(fā)展。隨著LED光電轉(zhuǎn)換效率的提升和價(jià)格的下降，LED和光伏發(fā)電進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合，太陽(yáng)能電池輸出直流電，而LED需要直流驅(qū)動(dòng)，光伏輸出的直流電無(wú)需經(jīng)過(guò)逆變，直接供給LED，不會(huì)產(chǎn)生逆變過(guò)程中的能量損失。
[0003]目前的太陽(yáng)能輔助照明溫室大棚存在著太陽(yáng)能量的綜合利用效率低等問(wèn)題，主要表現(xiàn)在:太陽(yáng)能電池的取向是固定的，不同時(shí)間區(qū)段的受光面積變化非常大，固定的太陽(yáng)能取向不能滿足各個(gè)區(qū)段的受光方向，帶來(lái)綜合接受能量低的問(wèn)題；太陽(yáng)能的光譜利用不科學(xué)，大棚上的光伏板專用采光，所有波段都用來(lái)發(fā)電，光伏板下的大棚內(nèi)則無(wú)法照到光照，導(dǎo)致在大棚上所能安裝的光伏板的數(shù)量受到限制。
[0004]因此，開(kāi)發(fā)出一種既可以兼顧大棚內(nèi)植物生長(zhǎng)、又可以達(dá)到太陽(yáng)能回收利用的綜合系統(tǒng)已經(jīng)成為急需解決的技術(shù)問(wèn)題。中國(guó)專利CN103997285A公開(kāi)了一種用于種植大棚的太陽(yáng)能綜合利用系統(tǒng)，解決了太陽(yáng)能量綜合利用效率低的問(wèn)題。但上述系統(tǒng)的光譜分光裝置是在沒(méi)有聚焦的情況下進(jìn)行分光處理，所需的光譜分光機(jī)構(gòu)面積較大，可能會(huì)帶來(lái)較大的成本壓力。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為了解決【背景技術(shù)】中存在的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種分布式聚光分光的太陽(yáng)能綜合利用系統(tǒng)，通過(guò)光學(xué)聚光和分光方式進(jìn)行光伏發(fā)電并滿足了植物照明的基本需求，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能高效綜合利用。
[0006]本實(shí)用新型提出的一種分布式聚光分光的太陽(yáng)能綜合利用系統(tǒng)，包括N個(gè)聚光分光模塊，每個(gè)聚光分光模塊包括聚光機(jī)構(gòu)、分光機(jī)構(gòu)和光伏發(fā)電裝置，其中，分光機(jī)構(gòu)位于聚光機(jī)構(gòu)和光伏發(fā)電裝置之間，聚光機(jī)構(gòu)的受光面與分光機(jī)構(gòu)的受光面相對(duì)設(shè)置，在分光機(jī)構(gòu)的受光面設(shè)有分光膜，在聚光機(jī)構(gòu)上設(shè)有透光孔；聚光機(jī)構(gòu)用于對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行匯聚并照射到分光機(jī)構(gòu)上，分光機(jī)構(gòu)用于接收聚光機(jī)構(gòu)匯聚的太陽(yáng)光并通過(guò)分光膜進(jìn)行分光；經(jīng)分光機(jī)構(gòu)的透射光照射到光伏發(fā)電裝置上用于光伏發(fā)電，經(jīng)分光機(jī)構(gòu)的反射光穿過(guò)聚光機(jī)構(gòu)的透光孔。
[0007]優(yōu)選地，聚光機(jī)構(gòu)的受光面為蝶形曲面，分光機(jī)構(gòu)的受光面為蝶形曲面結(jié)構(gòu)；優(yōu)選地，聚光機(jī)構(gòu)和分光機(jī)構(gòu)的中心軸線處于同一條直線上；優(yōu)選地，透光孔與聚光機(jī)構(gòu)同軸設(shè)置；優(yōu)選地，光伏發(fā)電裝置與聚光機(jī)構(gòu)和分光機(jī)構(gòu)的中心軸線處于同一條直線上；優(yōu)選地，經(jīng)分光機(jī)構(gòu)的最大角度范圍內(nèi)的透射光落到光伏發(fā)電裝置上。
[0008]優(yōu)選地，聚光分光模塊還包括散光板，散光板安裝在聚光機(jī)構(gòu)的透光孔處，散光板用于接收經(jīng)分光機(jī)構(gòu)的反射光并將反射光均勻地散射出去。
[0009]優(yōu)選地，聚光機(jī)構(gòu)采用鋼化超白玻璃或者化學(xué)鋼化玻璃，受光面進(jìn)行鍍層處理；優(yōu)選地，聚光機(jī)構(gòu)的聚光倍率采用x-x。
[0010]優(yōu)選地，分光機(jī)構(gòu)包括分光鏡，分光膜覆蓋在分光鏡表面；優(yōu)選地，分光鏡米用硬質(zhì)透明材料制成；優(yōu)選地，分光膜采用光子晶體膜、多層介質(zhì)膜或多層有機(jī)聚合物膜；優(yōu)選地，分光膜通過(guò)粘貼或者真空鍍膜方式覆蓋在分光鏡表面。
[0011]優(yōu)選地，分光膜用于反射預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光并透射其余波長(zhǎng)范圍的光，優(yōu)選地，根據(jù)植物生長(zhǎng)所需吸收光譜進(jìn)行設(shè)計(jì)分光膜的反射特性，反射特性包括反射光譜、反射光強(qiáng)、反射帶寬；優(yōu)選地，分光膜反射預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光包括藍(lán)光和紅光；優(yōu)選地，藍(lán)光包括波長(zhǎng)為+/-納米的藍(lán)光，紅光包括波長(zhǎng)為+/-納米的紅光。
[0012]優(yōu)選地，光伏發(fā)電裝置采用單晶背柵電極光伏芯片或多結(jié)寬譜太陽(yáng)能電池；優(yōu)選地，寬譜太陽(yáng)能電池采用II1-V族材料制成，優(yōu)選地，采用InGaP/GaAs/Ge材料制成。
[0013]優(yōu)選地，N個(gè)聚光分光模塊按XX Y的陣列方式排列，其中，XX Y = N ;優(yōu)選地，還包括跟蹤模塊，跟蹤模塊與N個(gè)聚光分光模塊的聚光機(jī)構(gòu)連接，跟蹤模塊用于根據(jù)太陽(yáng)光的入射角度調(diào)整聚光機(jī)構(gòu)的位置。
[0014]優(yōu)選地，跟蹤模塊包括第一跟蹤模塊，第一跟蹤模塊包括N個(gè)萬(wàn)向支撐軸、N個(gè)第一調(diào)節(jié)桿、第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、第一驅(qū)動(dòng)桿和X個(gè)第一傳動(dòng)桿，N個(gè)聚光機(jī)構(gòu)分別固定在N個(gè)萬(wàn)向支撐軸上，N個(gè)第一調(diào)節(jié)桿分別與N個(gè)聚光機(jī)構(gòu)連接，處于陣列中同一行的Y個(gè)聚光機(jī)構(gòu)所連接的Y個(gè)第一調(diào)節(jié)桿均與同一個(gè)第一傳動(dòng)桿連接，X個(gè)第一傳動(dòng)桿均與第一驅(qū)動(dòng)桿連接，第一驅(qū)動(dòng)桿與第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接；優(yōu)選地，第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用雙軸跟蹤電機(jī)。
[0015]優(yōu)選地，跟蹤模塊還包括第二跟蹤模塊，第二跟蹤模塊包括N個(gè)第二調(diào)節(jié)桿、第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、第二驅(qū)動(dòng)桿和Y個(gè)第二傳動(dòng)桿；N個(gè)第二調(diào)節(jié)桿分別與N個(gè)聚光機(jī)構(gòu)連接，連接在任意一個(gè)聚光機(jī)構(gòu)上的第一調(diào)節(jié)桿和第二調(diào)節(jié)桿具有預(yù)定夾角；處于陣列中同一列的X個(gè)聚光機(jī)構(gòu)所連接的X個(gè)第二調(diào)節(jié)桿均與同一個(gè)第二傳動(dòng)桿連接，Y個(gè)第二傳動(dòng)桿均與第二驅(qū)動(dòng)桿連接，第二驅(qū)動(dòng)桿與第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接；優(yōu)選地，第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用雙軸跟蹤電機(jī)。
[0016]在本實(shí)用新型中，聚光分光模塊均包括聚光機(jī)構(gòu)、分光機(jī)構(gòu)、光伏發(fā)電裝置，分光機(jī)構(gòu)位于聚光機(jī)構(gòu)與光伏發(fā)電裝置之間，聚光機(jī)構(gòu)的受光面與分光機(jī)構(gòu)的受光面相對(duì)設(shè)置，在分光機(jī)構(gòu)的受光面設(shè)有分光膜，在聚光機(jī)構(gòu)上設(shè)有透光孔；聚光機(jī)構(gòu)用于對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行匯聚并照射到分光機(jī)構(gòu)上；分光機(jī)構(gòu)用于接收聚光機(jī)構(gòu)匯聚的太陽(yáng)光并通過(guò)分光膜進(jìn)行分光，具體地分光膜反射預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光并透射其余波長(zhǎng)范圍的光；經(jīng)分光機(jī)構(gòu)的透射光照射到光伏發(fā)電裝置上用于光伏發(fā)電，經(jīng)分光機(jī)構(gòu)的反射光穿過(guò)聚光機(jī)構(gòu)的透光孔照射在植物上用于植物生長(zhǎng)。
[0017]本實(shí)用新型中，聚光機(jī)構(gòu)位于最下方，光伏發(fā)電裝置位于最上方，分光機(jī)構(gòu)位于聚光機(jī)構(gòu)和光伏發(fā)電裝置之間，通過(guò)聚光機(jī)構(gòu)對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行匯聚，然后通過(guò)分光機(jī)構(gòu)對(duì)匯聚的太陽(yáng)光進(jìn)行分光，其中一部分太陽(yáng)光經(jīng)分光機(jī)構(gòu)透射到光伏發(fā)電裝置上進(jìn)行光伏發(fā)電，另一部分太陽(yáng)光經(jīng)分光機(jī)構(gòu)反射到透光孔處并照射在植物上用于植物生長(zhǎng)，不僅可以進(jìn)行光伏發(fā)電還可以滿足植物照明的基本需求，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能高效綜合利用。
[0018]在太陽(yáng)能綜合利用過(guò)程中，通過(guò)先聚光再分光可以大大降低分光膜的面積，實(shí)現(xiàn)了成本的大幅度降低；聚光以后再分光可以采用成本較高但結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的多層膜設(shè)計(jì)，使得分光后的兩部分光更加適合光伏發(fā)電與植物生長(zhǎng)。
[0019]本實(shí)用新型中，聚光機(jī)構(gòu)和分光機(jī)構(gòu)采用蝶形曲面結(jié)構(gòu)，保證了聚光機(jī)構(gòu)匯聚的太陽(yáng)光均能落到分光機(jī)構(gòu)上，同時(shí)也保證了經(jīng)分光機(jī)構(gòu)的反射光均能匯聚到透光孔處并照射到植物上。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型提出的一種分布式聚光分光的太陽(yáng)能綜合利用系統(tǒng)光學(xué)原理圖；
[0021]圖2為本實(shí)用新型提出的一種分布式聚光