一体式液体填充光谱滤光聚光器、系统及其光能调控方法，所述一体式液体填充光谱滤光聚光器，包括入射侧盖板，液体填充腔，出射侧盖板，以及入射侧盖板与出射侧盖板之间的密封；入射、出射侧盖板通过密封形成具有一定形状的空腔，空腔内填充对光伏电池响应光谱区间以外的辐射有吸收特性的半透明液体形成液体填充腔；通过对固体部分和液体部分联合进行光谱吸收及聚光形状的设计，形成集成光谱吸收功能、聚光功能与液体吸热功能的一体化的光学器件。本发明专利技术借用吸收液体填充层构造兼具聚光功能的一体化滤光聚光器件，实现动态调控聚光比或光谱吸收范围的效果；有助于降低光谱分光式光伏/热系统的设计的复杂性，降低成本。降低成本。
【技术实现步骤摘要】
Spectral characterisation and long
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term performance analysis of various commercial heat transfer fluids (HTF) as direct
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absorption filters for CPV
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T beam
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splitting applications. Appl Energy, 2014(113), 1496
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1511.中采用长方形的透明空腔容纳光谱吸收流体，该专利中的分光器件同样无聚光作用。
[0007]现有其他技术还包括数个有关非成像光学器件的液体滤光器的实例，以下内容并非有关技术的完整列表。国际专利号WO 2010/129220 A2公开了一种非成像聚光器，该专利让光线经过两种折射率不同的材料以分离光谱。
[0008]针对成像光学器件的液体透镜而言，由于成像光学器件的功能需求，现有技术实例实现了变焦的功能，但由于所属
不同，均未考虑将聚光和分频两个功能的结合。目前实现的方式有：1）中国专利公开号：CN208044108U，公开一种基于菲涅尔透镜的可变焦液体透镜，包括菲涅尔透镜的镜片，镜片的一个表面带有多个环形的凹槽，凹槽内沿镜片的镜面方向填充有二层液体，其中一层为极性液体层，另一层为非极性液体层，极性液体层可在电场作用下改变二种液体接触面的曲率，凹槽的开口部设有透光材料制成的盖板，盖板与镜片相贴连，盖板上和/或镜片上设有透明的电极。2）CN207946593U，公开一种微型双液体透镜装置，包括外壳、第一电极、第二电极，所述外壳的底部安装有底盖板，且外壳的顶部安装有顶盖板，底盖板的上部设置有第一电极和第二电极，第一电极和第二电极的上部分别涂覆有超疏水涂层，超疏水涂层的上部填充有导电盐溶液，导电盐溶液的外侧填充有绝缘油，外壳的外壁设置有装配螺纹；这些设计均为考虑光谱分频吸收与聚光的结合，同时，在结构上均为通过单层或多层填充液体形态的变化来达到变焦距的目的，而并非通过不同液体折射率变化实现聚光或焦距变化。
[0009]现有其他技术还包括数个有关成像光学器件的液体透镜或照明系统透镜的实例，以下内容并非有关技术的完整列表。如：CN101661121A，，CN111965742A，CN111830611A，CN211718555U，CN111751911A，CN111766701A，，CN111352230A，CN111212726A，CN111077601A，CN110927837A，CN209946515U，CN105390066A，CN104035149A，CN111352178A等。这些可变焦透镜的技术方案也都包括了液体透镜部件，但是，均通过电润湿、温度等效应改变液体形状实现变焦功能而未考虑通过液体透镜实现光谱分频吸收和聚光的结合，无法为太阳能分频聚光系统提供液体吸收式光谱滤光与聚光功能。
[0010]因此，基于液体填充或液体透镜单一器件实现光谱分频与聚光功能的结合，目前尚无类似装置实例，无论是从成本还是从配置灵活性的角度来看，聚光分频一体化的光学器件在光伏光热综合利用系统的推广应用方面都具有十分重要的意义。
技术实现思路
[0011]本专利技术提出一种一体式液体填充光谱滤光聚光器，该器件是一种融太阳能液体吸收式光谱滤光与聚光功能为一体的光学器件。改变了以往聚光分频光伏/热系统中需要分别设置滤光器和聚光器的常规构成，有助于降低光伏/热系统的设计的复杂性，降低生产制造安装成本。
[0012]本专利技术目的在于，利用单一光学器件同时实现填充液体对太阳辐照的吸收滤光和聚光功能。具体的技术方案如下：一体式液体填充光谱滤光聚光器，包括入射侧盖板，液体填充腔，出射侧盖板，以
及入射侧盖板与出射侧盖板之间的密封圈。其中，入射侧盖板和出射侧盖板均由透明固体材料构成；所述的液体填充腔被设计为一个或多个腔室，腔室内由同一种半透明液体，或者多种折射率不同、但对光伏电池响应光谱区间以外的辐射有较好吸收特性的半透明液体填充，形成液体填充腔。
[0013]本专利技术公开的一体式液体填充光谱滤光聚光器的按照聚光方式可分为线性聚光和点聚光两种。所述线性聚光器整体形态可为长方形、切面为拱形的长条结构等，以液体填充腔的最中间位置为轴，液体填充腔的设计结构呈对称样式，线性聚光器可将来自光源的光聚集至线性目标区域上。所述点聚光器整体形态可为扁平圆柱体、切面为拱形的旋转对称结构等，以液体填充腔的最中间圆心位置为中心，其他的液体填充腔沿半径方向依次排布，呈同心圆环状结构，点聚光器可以将来自光源的光聚集至点状的目标区域上。基于上述结构，对固体部分和液体部分联合进行光谱吸收及聚光设计，形成集成光谱吸收功能、聚光功能与液体吸热功能的一体化的光学器件。入射侧盖板和出射侧盖板间可留有多个液体填充腔，线聚光时，填充腔为线性并排排列，点聚光时，填充腔为同心圆环状排列，液体填充腔每个腔室内填充着光学性质不一的半透明液体；入射侧盖板和出射侧盖板间也可为单个液体填充腔，腔室内填充同一种半透明液体。
[0014]本专利技术提出的一体式液体填充光谱滤光聚光器对光谱范围的调控，即滤光过程由填充液体对光谱的选择性吸收来实现。根据填充液体的种类和数量，本专利技术中液体填充式聚光器对光谱的方向调控，即聚光过程可由下述两种设计原理实现。原理一是通过调节每个液体填充腔内填充液体的折射率来实现聚光功能，当液体填充腔被设计为多个独立的腔室时，每个液体填充腔内填充折射率不同的光谱选择性吸收液体，折射率不同的填充液体使光线发生不同程度的偏折，起到主要的光线方向调控作用；原理二是通过调节聚光器结构以实现聚光功能，当液体填充腔内填充着单一的光谱选择性吸收液体时，聚光器的结构设计，即光线在界面的倾斜程度起主要的光线方向调控作用。可以基于上述两种设计原理的一种或两种的结合以实现本专利技术装置。
[0015]此外，本专利技术还公开了一种光学器件、光伏光热综合利用系统、一种跟踪聚光系统以及光能调控方法。
[0016]本专利技术公开的一种光学器件，包括上述一体式液体填充光谱滤光聚光器结构。
[0017]本专利技术公开的一种光伏光热综合利用系统，该系统包括权上述光学器件的结构。
[0018]本专利技术公开的一种跟踪聚光系统，该系统包括上述光学器件的结构，通过单轴及双轴方式对太阳进行跟踪。
[0019]本专利技术公开一种光能调控方法，包括采用上述光学器件实现光能调控方法，该方法对光能调控的实现取决于光谱选择性吸收液体的选择、液体填充腔上表面倾斜角度的选取和光线传播方向液体厚度的设计；所述光谱选择性吸收液体的选取和光线传播方向液体厚度的设计可实现对特定光谱范围液体光能吸收的调控以及到达光伏电池表面光谱的波长范围调控；所述液体填充腔上表面倾斜结构以及液体折射率的选择可实现对到达光伏电池表面光线的方向调控；光线垂直射向入射侧盖板，在倾斜角度为θ的液体填充腔上表面发生折射，再经填充液体和出射侧盖板内的传播，最终投射到光伏本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一体式液体填充光谱滤光聚光器，包括入射侧盖板，液体填充腔，出射侧盖板，所述入射侧盖板和出射侧盖板通过密封形成液体填充腔，其特征为：所述的液体填充腔被设计为一个或多个的腔室，所述液体填充腔内填充着对光伏电池响应光谱区间以外的辐射有吸收特性的半透明液体，在腔室的一定光学形态设计下，可在单一器件同时实现折射聚光和填充液体吸收滤光的功能。2.根据权利要求1所述的一体式液体填充光谱滤光聚光器，其特征为：当液体填充腔内填充着单一的光谱选择性吸收液体时，光线在界面的倾斜角度起主要的光线方向调控作用；当液体填充腔被设计为多个并排腔室时，每个液体填充腔内填充折射率不同的多种光谱选择性吸收液体，液体的折射率起主要的光线方向调控作用；当液体填充腔被设计为多个并排腔室时，也可通过折射率与光线在界面的倾斜角度共同调控光线方向。3.根据权利要求1所述的一体式液体填充光谱滤光聚光器，其特征为：所述光谱滤光作用可单独通过半透明液体实现，入射侧盖板、出射侧盖板的固体在太阳光谱内完全透明；也可通过半透明液体和入射侧盖板、出射侧盖板的光谱吸收共同作用实现光谱滤光，此时固体和液体在不同光谱区间具有吸收作用。4.根据权利要求1所述的一体式液体填充光谱滤光聚光器，其特征为：所述出射侧盖板或入射侧盖板设计可为聚光透镜的形态，所述聚光透镜可为菲涅尔透镜结构、球面透镜、非球面透镜、线性菲涅尔透镜、线性球面透镜、和线性非球面透镜，达到固体形态的出射侧盖板或入射侧盖板和填充液体共同聚光的效果。5.根据权利要求1所述的一体式液体填充光谱滤光聚光器，其特征为：所述液体填充式聚光器为线性聚光器，整体形态可为长方形、切面为拱形的长条结构等，以液体填充腔的最中间位置为轴，液体填充腔的设计结构呈对称样式；入射侧盖...
【专利技术属性】
技术研发人员：巨星，赵爽，曲椿煜，徐超，杜小泽，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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