【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳能全光谱分频，具体是一种将固体分频和液体分频组合的光谱分频组件及其设计方法。
技术介绍
1、太阳能发电技术被认为是理想的太阳能利用技术。尽管太阳能电池的发电效率已经显着提高，但由于固有的半导体带隙特性，太阳能电池的能量损失大，转换效率比较低。在太阳光谱中，低能光子无法被太阳能电池利用。单晶硅太阳能电池的带隙能量为固定的，只能将波长短于某个固定频率的入射太阳光转化为电能。但同时，太阳能电池会吸收波长长于该固定频率的入射太阳光，将其转换为热能，提高太阳能电池温度，导致太阳能电池能量转换效率降低，太阳能电池的转换效率取决于入射光的频率，能量低于半导体材料带隙的光子（光热波段）将被太阳能电池转换为热能，提高太阳能电池温度，导致太阳能电池能量转换效率降低。因此光谱分频对于提高对太阳能全光谱的利用能力和提高太阳能电池的效率都有这重要的意义。
2、目前最常用的分频器件为水，其吸收光谱主要在1100nm以后，但水对于太阳能电池在紫外光谱范围中无法利用的光谱无法吸收，并且由于水的沸点较低的局限性，无法在某些特定的高倍聚光条件进行分频；在水的基础上，采用以水为基液的纳米流体可以进一步扩大纳米流体的吸收波段，从而尝试控制液体分频的区间。crisostomo 等人就制备了核壳型纳米颗粒并将其悬浮在水中用作硅太阳能电池的光谱分频器。该纳米流体虽然能吸收太阳能电池在紫外光谱无法利用的光谱，但只能透过波长为713-1100 nm的透射太阳光，其余的太阳光被半透明管中流动的纳米流体所吸收，局限性较大无法更为广泛的使用；而段如涛等人
3、总体而言，传统的单一固体分频将太阳光谱通过吸收式固体器件将太阳能捕获为热能，或透射/反射式器件进行分离进行分别转化，传统的单一液体吸收分频器件通过液体直接将太阳光捕获为热能。这些方式各有其优缺点：其中，吸收式固体器件与液体吸收分频器件能将太阳能部分光谱直接转化为热能，但通常有分频效果不佳，在光谱透过区域仍具有较大吸收比率（透过率80-90%，理想分频100%），在光谱吸收区域仍具有较大透过比率（透过率10~30%，理想分频0%）的问题，且透过率与光程存在直接关系，即朗伯比尔定律(lambert-beer law)定律，在现有技术中，光线均按照一次穿过吸收式固体器件与液体吸收分频器件设计（全光谱段单光程），无法针对性调控光程以改变透射和吸收情况。此外，液体吸收分频器件又具有直接将热能转化后存储于流体传热介质的优势，能够减少固体吸收分频器件需要通过换热将热量转移到液体传热介质的中间换热环节，减少能量品位降低。另一方面，透射/反射式器件虽能够实现不同区域显著更高的吸收率或透过率，但吸收率/透过率越高，需要的加工制造工艺月要求其介质膜内折射率的连续变化，工艺复杂成本较高。并且，透射/反射式器件的能量向热能转化时，还需要额外的吸收器，增加了系统的复杂程度。
4、因此，对现有技术进行改进，充分利用液体和固体分频各自的优势，提高分频效果并降低系统成本，是分频器件发展的重要途径。本专利技术采用较为简单的透射/反射式器件，结合液体吸收式分频，实现对不同光谱区间吸收光程的调控（光谱透过区域单光程，光谱吸收区域双光程），从而提高分频器件透过效率和吸收效率。相比于以往技术具有显著的创造性。
技术实现思路
1、本专利技术提出了一种将固体分频和液体分频进行组合的光谱分频组件方法，该固液光谱分频组件中的固体分频器件与液体分频器件组合后，能够根据光谱区间的要求实现部分光谱的高透过能力和剩余光谱的高吸收能力，其基本结构包括液体分频层、固体分频层和隔离层等。其特征在于：通过固体分频器件透射太阳能电池可利用光谱区间的能量，并反射太阳能电池不可利用光谱区间的能量；太阳能电池不可利用光谱区间的能量先通过液体分频器件吸收，再通过固体分频器件反射后再次通过液体分频器件吸收，从而实现两次吸收过程，增加吸收光程长度从而提高该区间吸收率，而太阳能电池可利用光谱区间的能量通过液体分频器件时仅有一次吸收过程，之后通过固体分频器件透射，减少光程长度从而减少该光谱区间不必要的吸收。
2、其目的在于，结合不同形态分频组件的特点和优势，使得通过该光谱分频组件照射到电池上的光谱为该电池工作的最佳光谱范围，从而可以提高太阳能全光谱利用效率，将太阳能的全光谱完美的分频成两个部分，一部分为用于太阳能发电所对应的紫外和可见光中的部分范围频率的光谱，另一部分为剩余范围频率的光谱用于太阳能的光热利用。从而达到全光谱的高效率利用。
3、具体的设计方案的进一步描述如下：
4、一种将固体分频和液体分频组合的光谱分频组件，用于根据太阳能电池类型，将太阳光谱按太阳能电池可转化及不可转化（或转化效率低）的情况进行按光谱分光的转化。该固液光谱分频组件本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种将固体分频和液体分频进行组合的光谱分频组件的设计方法，其特征为：
2.根据权利要求1所述的将固体分频和液体分频进行组合的光谱分频组件的设计方法，其特征在于，对光束一次穿过液体分频器件的吸收和光束经固体分频器件反射后二次穿过液体分频器件的吸收进行总体设计计算，降低液体分频层的厚度。
3.一种将固体分频和液体分频组合的光谱分频组件，该光谱分频组件采用权利要求1-2任一所述的将固体分频和液体分频进行组合的光谱分频组件的设计方法，其特征在于，所述的光谱分频组件将分频后的太阳能进行多种不同类型复合利用，包括但不限于，光伏转化、光热利用、光热发电、光催化和光热化学。
4.根据权利要求3所述的一种将固体分频和液体分频组合的光谱分频组件，其特征在于，分频后的太阳能可通过不同的太阳能电池器件来进行利用，包括但不限于，不同的太阳能电池，如硅电池、锗电池、砷化镓电池、钙钛矿电池。
5.根据权利要求3所述的一种将固体分频和液体分频组合的光谱分频组件，其特征在于，适用的太阳能的聚集设备包含但不限于非聚光、CPC聚光、槽式聚光、菲涅尔聚光。
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