高倍聚光光伏发电供热系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种高倍聚光光伏发电供热系统，包括太阳能光伏电池组件、高热流密度散热器、高倍可调聚光装置和双轴自动跟踪装置等，高倍可调聚光装置安装在双轴自动跟踪装置主框架上，通过实时跟踪太阳将太阳光反射聚焦在太阳能光伏电池组件上；太阳能光伏电池组件位于高倍可调聚光装置的焦点位置，并与高热流密度散热器直接层压相连，将太阳能转化成电能的同时，通过散热器将剩余的热能带走，实现太阳能光电光热综合利用。本实用新型专利技术解决了高倍聚光中太阳光强分布不均匀、聚光比不可调节以及光伏电池温度过高导致的效率低下甚至电池损坏等问题；结构简单且聚光倍数可调节，防风性能和稳定性好；发电的同时提供热水，提高了聚光系统的综合效率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及太阳能光电光热综合利用的
，尤其是一种高倍聚光光伏发电供热系统。
技术介绍
传统的太阳能光伏发电系统是采用大面积的光伏电池进行发电，此类系统发电成本很高，而且效率低下。为了节约成本，人们开始采用跟踪聚光的方式来增大电池表面的太阳辐照强度，提高系统的性价比。太阳能聚光形式可分为反射和折射两种。国内外采用的折射方式一般都为菲涅尔透镜聚光(如专利ZL97204018. 8)，缺点是系统透光率难以提高，光强分布均匀性较差。另一种反射形式大多为槽式和碟式聚光。槽式聚光(如专利ZL200520076826. 2) 一般只能获得低于100倍的聚光倍数，而且大多采用晶硅类太阳能电池，发电效率较低，经济效益不明显。而碟式聚光大多采用大型抛物面反射形式，这种抛物面制造难度大，容易碎裂，整体防风性能及稳定性差。也有人提出一些留有间隙的阵列结构，有一定的实用价值，但结构的变动容易导致光伏电池表面光强分布不均匀，出现系统局部过热现象，不能保证系统的长期可靠运行；同时此类系统一般聚光比固定，不易调节，灵活性、适应性较差。而且在聚光太阳能光伏发电系统中，有一部分太阳能以热能的形式散布到周围环境中，光伏电池会因此温度过高而效率下降甚至损坏，若能妥善收集利用这部分热能，可以很大程度上提高系统的整体综合效率。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有技术中存在的不足，提出一种高倍聚光光伏发电供热系统，该系统采用结构简单，聚光倍数可调节的聚光跟踪装置及高热流密度散热装置，发电的同时获得热媒，根本上解决系统聚光不均匀及聚光后系统光伏组件温度过高等问题，提高系统的光电光热综合效率，降低系统成本。为了实现上述目的，本技术的技术方案是一种高倍聚光光伏发电供热系统，该系统包括底座、高热流密度散热器、太阳能光伏电池组件、高倍可调聚光装置、双轴自动跟踪装置、蓄电池和水箱；所述的双轴自动跟踪装置包括俯仰传动构件、水平传动构件、控制箱、光敏元件；所述的高倍可调聚光装置包括主框架、铝条支架、竖杆、平面反射镜阵列和托台；所述的水平传动构件安装在底座上，由电机和转盘组成；俯仰传动构件安装在主框架上，由电机和推杆组成；光敏元件固定在主框架上，与平面反射镜阵列的整个水平面相垂直；控制箱则通过螺丝固定在底座上，控制箱内通过传输控制信号给俯仰传动构件、水平传动构件和光敏元件，随时根据太阳光强的变化来调整系统的方位角和高度角，保证系统准确实时的跟踪太阳方向；所述的高倍可调聚光装置安装在所述的主框架上，通过实时跟踪太阳将太阳光反射聚焦在所述的太阳能光伏电池组件上；所述的太阳能光伏电池组件位于所述高倍可调聚光装置的焦点位置，并与所述的高热流密度散热器直接层压相连；所述的高热流密度散热器固定在所述的托台上，通过循环管道与系统外边缘竖杆顶端的进出水口相连。所述的高倍可调聚光装置是由平面反射镜阵列组成，安装在所述双轴自动跟踪装置的主框架上。所述的平面反射镜阵列通过万向节与铝条支架相连，各平面镜间留有一定的防风空隙。高倍可调聚光装置的聚光倍数可以通过铝条支架结构和平面镜的数量进行调节，一般可达500-1000倍聚光。所述的铝条支架固定在所述双轴自动跟踪装置的主框架上，形成类似抛物面的形状，铝条间间隔大于一个平面镜的宽度。所述的万向节上表面与平面镜相连，底部用螺丝固定在铝条支架上，可以通过调节中间的耦合球栓在三维空间内改变平面镜的位置。所述的太阳能光伏电池组件的光伏电池板背面与所述的高热流密度散热器直接层压相连，避免了用硅胶类材料而形成的导热热阻。所述的太阳能光伏电池组件的光伏电池板是由砷化镓(GaAs)电池通过串并联与二级管直接焊接在一块电池基板上。所述的高热流密度散热器是一种中空铝盒结构，内部排列一定比例的肋片，上表面开有进出水口与系统的循环管道相连，下表面直接与所述的太阳能光伏电池组件层压固定。本技术的设计思想以及原理主要在于本技术所述的一种高倍聚光光伏发电供热系统，包括太阳能光伏电池组件、高热流密度散热器、高倍可调聚光装置、双轴自动跟踪装置、蓄电池和水箱。所述的光伏电池组件的光伏电池板背面与所述的高热流密度散热器直接层压相连，四边采用低温焊接，边缘处可用导热硅胶密封，输出端可通过电线与蓄电池相连；这样避免了光伏电池板与散热器之间的传热热阻，大大提高了系统的换热效率。所述的光伏电池组件中的光伏电池板由砷化镓电池、二极管和基板组成；砷化镓电池通过串并联与二极管直接层压在基板上，表面涂有高透光的胶保护层，保证整块光伏电池板的透光、导热以及绝缘性能；砷化镓电池的串并联方式、砷化镓电池数目及砷化镓排版形式需根据系统聚光情况进行计算确定。所述的高倍可调聚光装置是将反射平面镜阵列安装在所述的双轴自动跟踪装置的主框架上，在主框架上相应的螺孔位置安装铝条支架，螺孔间距大于一个平面镜的宽度，保证平面镜之间互不遮挡，同时螺孔间距过大会导致系统总面积过大，加大系统耗材，影响系统的稳定性。铝条支架在主框架上形成类似抛物面的结构，表面用万向节与反射平面镜相连，通过万向节的调节可以使每块平面镜的反射光准确落在光伏电池板上，从而既可以获得较为均匀的光强分布，又可以控制聚光倍数的大小，使得聚光倍数可以调节。所述的万向节上端为一圆台，可以与平面反射镜背面粘连；下端为一套筒，底部打孔并通过螺丝固定在铝条支架上；中间是可以用螺母锁紧的耦合球栓，球栓通过弹簧压入套筒内。所述的万向节可以在三维空间内任意角度转动，以便调整平面反射镜的位置，最后可用螺母锁紧固定。所述的高倍可调聚光装置通过主框架的循环管道与所述的高热流密度换热装置的进出口管道相连。 所述的双轴自动跟踪装置是由水平传动构件、俯仰传动构件、控制箱、光敏元件组成的双轴跟S示系统。所述的水平传动构件是通过电动转盘来跟踪太阳在方位角上的变化。所述的俯仰传动构件是通过电动推杆来跟踪太阳在高度角上的变化。所述的光敏元件安装在主框架上与系统的整个反射镜平面相垂直。所述的控制箱与水平传动构件、俯仰传动构件、光敏元件相连接，通过光敏控制程序和逐时机械控制程序等主程序输出控制信号，自动、实时、准确地跟踪太阳的位置。所述的高热流密度散热器是一种带有一定肋片分布的中空铝盒，上表面开有4个进出水口，分别与所述高倍可调聚光装置支架上的进出口相连，下表面与所述太阳能光伏电池组件直接层压相连。所述的高热流密度散热器安装在所述高倍可调聚光装置的托台上，托台位于外边缘竖杆顶端的中间位置，即系统的焦点位置。由平面反射镜反射的太阳光到达位于焦点的光伏电池组件上，光能被转化成电能和热能，电能通过连接在电池板上的导线输出到蓄电池中，而高热流密度散热器能充分带走剩余的大部分热能，通过输出管道输送到水箱中，最后通过循环回路，系统可持续循环工作。与现有技术相比，本技术的有益技术效果体现在以下方面1.本技术采用平面镜反射聚光，使得光强分布均匀，解决了传统聚光光伏发电系统聚光光强分布不均匀问题；2.本技术中的高热流密度散热器直接与光伏电池组件层压相连，避免了传统工艺中用硅胶类材料粘合所带来的传热热阻，能有效降低光伏电池组件的表面温度，提高光伏的光电转化效率，同时获得一定的热能，具有较高的光电光热综合效率； 3.本技术中的光伏电池组件根据高倍聚光系统严格本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高倍聚光光伏发电供热系统，其特征在于：该系统包括：底座（1）、高热流密度散热器（3）、太阳能光伏电池组件（4）、高倍可调聚光装置、双轴自动跟踪装置、蓄电池和水箱；所述的双轴自动跟踪装置包括俯仰传动构件（5）、水平传动构件（6）、控制箱（7）、光敏元件（8）；所述的高倍可调聚光装置包括主框架（2）、铝条支架（9）、竖杆（10）、平面反射镜阵列（11）和托台（12）；所述的水平传动构件（6）安装在底座（1）上，由电机和转盘组成；俯仰传动构件（5）安装在主框架（2）上，由电机和推杆组成；光敏元件（8）固定在主框架（2）上，与平面反射镜阵列（11）的整个水平面相垂直；控制箱（7）则通过螺丝固定在底座（1）上，控制箱（7）内通过传输控制信号给俯仰传动构件（5）、水平传动构件（6）和光敏元件（8），随时根据太阳光强的变化来调整系统的方位角和高度角，保证系统准确实时的跟踪太阳方向；所述的高倍可调聚光装置安装在所述的主框架（2）上，通过实时跟踪太阳将太阳光反射聚焦在所述的太阳能光伏电池组件上；所述的太阳能光伏电池组件（4）位于所述高倍可调聚光装置的焦点位置，并与所述的高热流密度散热器（3）直接层压相连；所述的高热流密度散热器（3）固定在所述的托台（12）上，通过循环管道与系统外边缘竖杆顶端的进出水口相连。...

【技术特征摘要】
1.一种高倍聚光光伏发电供热系统，其特征在于:该系统包括:底座(I)、高热流密度散热器(3)、太阳能光伏电池组件(4)、高倍可调聚光装置、双轴自动跟踪装置、蓄电池和水箱；所述的双轴自动跟踪装置包括俯仰传动构件(5)、水平传动构件(6)、控制箱(7)、光敏元件(8);所述的高 倍可调聚光装置包括主框架(2)、铝条支架(9)、竖杆(10)、平面反射镜阵列(11)和托台(12);所述的水平传动构件(6)安装在底座(I)上，由电机和转盘组成；俯仰传动构件(5)安装在主框架(2)上，由电机和推杆组成；光敏兀件(8)固定在主框架(2)上，与平面反射镜阵列(11)的整个水平面相垂直；控制箱(7)则通过螺丝固定在底座(I)上，控制箱(7 )内通过传输控制信号给俯仰传动构件(5 )、水平传动构件(6 )和光敏元件(8)，随时根据太阳光强的变化来调整系统的方位角和高度角，保证系统准确实时的跟踪太阳方向；所述的高倍可调聚光装置安装在所述的主框架(2)上，通过实时跟踪太阳将太阳光反射聚焦在所述的太阳能光伏电池组件上；所述的太阳能光伏电池组件(4)位于所述高倍可调聚光装置的焦点位置，并与所述的高热流密度散热器(3)直接层压相连；所述的高热流密度散热器(3)固定在所述的托台(12)上，通过循环管道与系统外边缘竖杆顶端的进出水口相连。2.根据权利要求1所述的高倍聚光光伏发电供热系统，其特征在于:所述的高倍可调聚光装置是由平面反射镜阵列组成，安装在所述双...

【专利技术属性】
技术研发人员：季杰，陈海飞，裴刚，王云峰，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：实用新型
国别省市：