本发明专利技术公开了一种基于太阳能梯度利用的高效聚光发电装置，包括支架，所述支架上安装有初次反射镜、圆弧光谱分频器、光伏组件、再次反射镜和集热器，其中初次反射镜用于反射太阳光；圆弧光谱分频器用于接收初次反射镜上反射的太阳光并进行透射和反射；光伏组件用于接收圆弧光谱分频器透射的太阳光进行光伏发电；再次反射镜用于将圆弧光谱分频器反射的太阳光进行再次反射；集热器用于接收圆弧光谱分频器反射的太阳光及接收再次反射镜反射的太阳光进行光热发电。本发明专利技术能将光伏组件可以利用的波段透射到其上进行光伏发电，而将不利于光伏组件进行光伏发电的波段反射到集热器上进行光热发电，光伏组件上的能流密度大，光伏组件发电量高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳能发电装置领域，更具体地，涉及一种基于太阳能梯度利用的高效聚光发电装置。
技术介绍
太阳能作为新能源开发利用中的一个重要形式，具有广阔的应用前景。传统的太阳能利用主要是光热利用和光伏发电，但是由于太阳能能流密度低导致这两种方式的利用效率不高。因此，如何高效低成本地开展太阳能利用成为太阳能应用中亟待解决的问题。目前，太阳能热发电都是采用聚光方式来加热集热器内的工质，随后再将得到的较高温度的工质送入汽轮机进行发电；对于光伏发电，采用太阳能聚光技术可以节省太阳能电池板使用数量，降低发电成本，但却会进一步使光伏板工作温度过高而导致效率急剧下降。在地面上观测的太阳辐射的波段范围大约为0.295～2.5μm，短于0.295μm和大于2.5μm波长的太阳辐射，因地球大气中臭氧、水气和其他大气分子的强烈吸收，不能到达地面。其中0.38～1.1μm波段范围内的光线比较适合光伏发电，波长大于1.1μm的光谱则作为热能耗散在光伏板内部，因此造成光伏板过热，一旦散热性能达不到要求，光伏电池的发电效率会急剧降低。此外，聚光系统中只有菲涅尔式和塔式聚光系统才是可以通过调节反射镜倾角来使得光伏电池表明的能流密度均匀，而蝶式以及槽式聚光系统均会导致电池表面产生“热斑”，降低光伏板效率。一种GaInP/GaAs/Ge三结光伏电池(Luque A，Hegedus S.Handbook of photovoltaic science and engineering[M].Jorn Wiley&Sons，2011.)的光谱响应曲线显示出，该光伏电池已将光伏转换区间扩展至300～1800nm。多结电池具有超高的转换效率，但造价昂贵，一般与聚光系统构成HCPV发电系统，在聚光比大于400时具有经济实用价值。因此，开展聚光光伏发电是具有经济价值的。在光伏热水系统中，如专利CN201758374U(于德勇.一种一体式太阳能光伏光热板的)，计划在进行光伏发电的同时，使用流体流过太阳能电池板背面，带走电池内的热量，从而降低电池工作温度；然后收集加热得到的热水，加以利用。这种系统从理论上达到了太阳光的综合利用，但是加热得到的流体温度最高不到80℃，属于低品位温度热水，实际有效利用程度低。有文章指出，两级透射-反射聚光分频电热联产系统具有更高的太阳能利用效率(两级透射-反射聚光分频电热联产系统设计和分析，王刚等，中国科学技术大学，2012)。因此，开展太阳能聚光分频光伏光热协同高效发电是值得研究的。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于太阳能梯度利用的高效聚光发电装置，解决了光伏组件表面过热和光斑不均，节约了光伏组件的材料，提高了光伏组件转换效率和热利用效率。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于太阳能梯度利用的高效聚光发电装置，包括支架和冷却装置，所述支架上安装有初次反射镜、圆弧光谱分频器、光伏组件、再次反射镜和集热器，其中初次反射镜，相对于水平面倾斜布置，用于反射太阳光；圆弧光谱分频器，其开口朝上，用于接收初次反射镜上反射的太阳光并进行透射和反射；光伏组件，位于圆弧光谱分频器的上方，用于接收圆弧光谱分频器透射的太阳光进行光伏发电，其盖合在圆弧光谱分频器上与圆弧光谱分频器上端的两边缘均接触；冷却装置，用于向光伏组件通风进行冷却；再次反射镜，用于将圆弧光谱分频器反射的太阳光进行再次反射；集热器，用于接收圆弧光谱分频器反射的太阳光及接收再次反射镜反射的太阳光进行光热发电。优选地，光伏组件包括上光伏板和下光伏板，下光伏板盖合在圆弧光谱分频器上与圆弧光谱分频器上端的两边缘均接触，上光伏板能直接利用照射的太阳光进行光伏发电，下光伏板能接受圆弧光谱分频器透射的太阳光进行光伏发电。优选地，还包括用于向光伏组件通风进行冷却的冷却装置。优选地，还包括PID温度调控装置，其连接在光伏组件上，用于检测光伏组件的温度并向冷却装置发出送风调控指令。优选地，所述PID温度调控装置包括多个温度传感器，该多个温度传感器沿光伏组件的纵向设置。优选地，所述光伏组件包括上光伏板和下光伏板，下光伏板盖合在圆弧光谱分频器上与圆弧光谱分频器上端的两边缘均接触，上光伏板和下光伏板之间设置有多个竖挡板，上光伏板、竖挡板及下光伏板共同形成一冷却风通道，所述冷却装置向冷却风通道内通风从而对光伏组件进行冷却。优选地，所述集热器为真空管式太阳能集热器。优选地，集热器位于圆弧光谱分频器的正下方，以接收圆弧光谱分频器反射的太阳光。优选地，所述初次反射镜包括左初次反射镜和右初次反射镜，左初次反射镜和右初次反射镜分别位于圆弧光谱分频器的左下方和右下方，圆弧光谱分频器接收左初次反射镜和右初次反射镜反射的太阳光。优选地，所述初次反射镜包括镜主体及分别一体成型在镜主体两端的弧面镜，镜主体为平面镜，镜主体相对于水平面的夹角为1～40°。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1)本专利技术中设计的圆弧光谱分频器对光伏组件的光谱相应波段中的光谱段具有高透射率，对另外波段的具有高反射率，因此其将光伏组件可以利用的波段透射到光伏组件上进行光伏发电，而将不利于光伏组件进行光伏发电的波段反射到集热器上进行光热发电，在避免了光伏组件过热的同时也加热了集热器内的流体；2)本专利技术由于采用倾斜布置的初次反射镜，通过合理布置初次反射镜和调节初次反射镜的倾斜角度使得透射光线在光伏组件的表面是均匀叠加的，保证了光伏组件表面能流密度分布的均匀性。在考虑了入射光线角度、玻璃初次反射镜倾斜误差、镜面的平整度、聚光器跟踪误差等光学误差，得到光伏组件表面能流密度能高达0.96，适合光伏组件的工作；3)本专利技术的光伏组件盖合在圆弧光谱分频器上，其与圆弧光谱分频器上端的两边缘均接触，二者使圆弧光谱分频器的内腔形成一半封闭腔，可以使透射进入半封闭腔内的太阳光经过多次反射后被光伏组件充分吸收，提高光电转换效率；另外，集热器放置在圆弧光谱分频器的正下方接收反射光，集热器的位置可以离地面比较近，减小了建造成本，有利于维修保养；4)本专利技术在光伏组件上还连接有PID温度调控装置，用于调节冷却系统工作状态，将光伏组件中不能转换为电能的那部分热能带走，使光伏组件处于最佳工作温度，避免光伏组件表面异常过热问题，保证光伏组件的正常本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于太阳能梯度利用的高效聚光发电装置，包括支架(1)和冷却装置(8)，所述支架(1)上安装有初次反射镜(2)、圆弧光谱分频器(3)、光伏组件(4)、再次反射镜(6)和集热器(7)，其特征在于：其中初次反射镜(2)，相对于水平面倾斜布置，用于反射太阳光；圆弧光谱分频器(3)，其开口朝上，用于接收初次反射镜(2)上反射的太阳光并进行透射和反射；光伏组件(4)，位于圆弧光谱分频器(3)的上方，用于接收圆弧光谱分频器(3)透射的太阳光进行光伏发电，其盖合在圆弧光谱分频器(3)上与圆弧光谱分频器(3)上端的两边缘均接触冷却装置(8)，用于向光伏组件(4)通风进行冷却；再次反射镜(6)，用于将圆弧光谱分频器(3)反射的太阳光进行再次反射；集热器(7)，用于接收圆弧光谱分频器(3)反射的太阳光及接收再次反射镜(6)反射的太阳光进行光热发电。
【技术特征摘要】
1.一种基于太阳能梯度利用的高效聚光发电装置，包括支架(1)和冷却装
置(8)，所述支架(1)上安装有初次反射镜(2)、圆弧光谱分频器(3)、
光伏组件(4)、再次反射镜(6)和集热器(7)，其特征在于：其中
初次反射镜(2)，相对于水平面倾斜布置，用于反射太阳光；
圆弧光谱分频器(3)，其开口朝上，用于接收初次反射镜(2)上
反射的太阳光并进行透射和反射；
光伏组件(4)，位于圆弧光谱分频器(3)的上方，用于接收圆弧
光谱分频器(3)透射的太阳光进行光伏发电，其盖合在圆弧光谱分频
器(3)上与圆弧光谱分频器(3)上端的两边缘均接触
冷却装置(8)，用于向光伏组件(4)通风进行冷却；
再次反射镜(6)，用于将圆弧光谱分频器(3)反射的太阳光进行再次反
射；
集热器(7)，用于接收圆弧光谱分频器(3)反射的太阳光及接收再次反
射镜(6)反射的太阳光进行光热发电。
2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能梯度利用的高效聚光发电装置，
其特征在于：光伏组件(4)包括上光伏板(41)和下光伏板(42)，下
光伏板(42)盖合在圆弧光谱分频器(3)上与圆弧光谱分频器(3)
上端的两边缘均接触，上光伏板(41)能直接利用照射的太阳光进行
光伏发电，下光伏板(42)能接受圆弧光谱分频器(3)透射的太阳光进
行光伏发电。
3.根据权利要求1所述的一种基于太阳能梯度利用的高效聚光发电装置，
其特征在于：还包括PID温度调控装置，其连接在光伏组件(4)上，
用于检测光伏组件(4)的温度并向冷却装置(8)发出送风调控指令。
4.根据权利要求3所述的一种基于太阳能梯度利用的高效聚光发电装置，
\t其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：李建兰，喻修成，丁傲霜，黄树红，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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