本发明专利技术揭露一种具有旋转光伏电池组合件的聚光型与非聚光型的太阳能光伏系统以提升冷却效能、接收聚集与非聚集的太阳光、避免热点与延长光伏电池的使用寿命。此太阳能光伏系统包含：至少一反射器具有一向日侧与一非向日侧；以及至少一旋转件附接有光伏电池组合件位于反射器的向日侧，于此，旋转件是用以旋转。此具有光伏电池组合件的至少一旋转件位于反射器的向日侧且与反射器的焦点具有一预设距离，并且于运作时，光伏电池组合件具有至少一光照射表面用以接收从反射器的不同位置反射的太阳光，以及接收太阳的直射辐射与来自于四周的散射太阳能辐射。
【技术实现步骤摘要】
具有旋转光伏电池组合件的聚光型与非聚光型的太阳能光伏系统
本专利技术是有关于一种具有光伏电池的太阳能光伏系统，特别是有关于一种具有一个或多个旋转光伏电池组合件的太阳能光伏系统。其中，此太阳能光伏系统同时收集聚集与非聚集的日光。并且，此光伏电池组合件可形成太阳能光伏与太阳能热能系统组合的一部分。本专利技术申请案在此宣告，本案主张于2011年7月7日提交的美国专利商标局的美国临时申请案N0.61/505，154的优先权并请一并参考其内容。
技术介绍
太阳能技术处理许多太阳能用途的实际运用，而光伏电池组合件运用光生伏打效应(Photovoltaic effect)以直接转换太阳能为电能是广为人知的习知技术。典型的太阳能光伏电池组合件包含一个或多个固定位于地面上的光伏电池组合件，且此光伏电池组合件捕获太阳能，并转换此捕获的太阳能为电能。其中，太阳能包含能量包(光子，photons)。当光子撞击光伏电池组合件时，光子可能被反射、被吸收或通过光伏电池组合件。并且，光伏电池组合件是由半导体材料制作而得的。当光伏电池组合件吸收光子时，来自于半导体材料的原子中的电子会从其位置上脱落以产生电子流，而此电子流产生电能。一般来说，光伏电池组合件的能量输出与光伏电池组合件所吸收的光子数量具有直接关系。此外，借由集中太阳辐射到光伏电池组合件上，可增加光伏电池组合件的能量输出。其中，集中太阳辐射增加光伏电池组合件单位面积所到达的光子数量。另外，可借由使用抛物面反射器、菲涅耳镜(Fresnel miirors)、凸透镜或其它聚光的光学组件，藉以集中太阳辐射。但是，通常用于多接面(mult1-junction)光伏电池组合件的菲涅耳及凸透镜需要高的集中率。而线性或点性聚焦的抛物面反射器可用于不贵的硅基晶体或薄膜式光伏电池组合件，且其可具有较低的集中率。根据集中率的多少，被捕获的太阳能会导致光伏电池组合件过热，进而降低光伏电 池组合件的太阳能转换效率，以及缩短光伏电池组合件的使用寿命。近年来，具有太阳追踪能力的聚光反射器聚集太阳能与提供较高的能量输出，用以生产太阳能光伏电量已经有一定的应用技术。而一些技术也把重点放在结合聚光式光伏与热能之产生，藉以同时提供热量与光伏电力。习知的聚光太阳能光伏技术通常置放固定的光伏电池组合件于或靠近于聚光反射器的聚焦点或聚焦在线，且此固定的光伏电池组合件面对聚集的光线以吸收此聚集光线的能量。然而，尽管光线的聚集增加光伏电池组合件的输出，其也加热光伏电池组合件。如果光伏电池组合件的热无法有效的消散，则会影响光伏电池组合件的效能。对于典型的多晶或单晶光伏电池组合件来说，当其温度到达70摄氏度或更高时，电池的效率会大幅度的下滑。此外，于长期的高温运作环境下，亦会大幅度的缩短光伏电池组合件的使用寿命。一般来说，于相同的光线照射层级下，且于常见的10摄氏度至70摄氏度的操作温度下，光伏电池组合件的效率会与温度成反比。因此，于聚光及非聚光系统中，降低光伏电池组合件的温度是一个重要的目的。此外，于聚光系统中，当光伏电池组合件相对于聚焦区域产生偏移或过度聚焦时，可能会产生热点或不均匀的暴露于聚集光线下，而此些热点或不均匀地暴露可能会影响太阳能光伏系统的效率及电池的使用寿命。在强制对流冷却或其它附加冷却方法的情况下，习知的光伏电池组合件借由表面辐射与自然对流，而消散热量到周围环境中。一些光伏设备，特别是那些使用聚光太阳能的光伏设备，可能也会利用散热器连接于光伏电池组合件上以增加冷却。但仍没有一种高效率的设备，可以借由增加表面对流而冷却光伏电池组合件。而且，对于增加电力密度，且提升太阳照射于光伏电池组合件表面的均匀度仍有技术上的需求。尤其特别着重于大尺度的光伏设备，或者当使用反射器以增加光伏电池组合件的能量输出时。
技术实现思路
本专利技术利用光伏电池组合件旋转于聚光反射器上，以增加光伏电池组合件的电力输出，且此聚光反射器可例如为抛物面反射器或其它的光线聚集组件。光伏电池组合件的旋转使得聚集光线辐射能均匀的分布于光伏电池组合件的表面上，此旋转也可减少光伏电池组合件上的热点的可能性，其中，反射器或镜面于聚光系统的使用会产生此热点。此外，光伏电池组合件的旋转可借由增加对流冷却，藉以降温光伏电池组合件，进而导致电池效率的提升及电池寿命的延伸。并且，借由周期性旋转进出于聚光系统的聚焦点或聚焦线或聚焦区的内外，此旋转光伏电池将以更好的速率进行冷却。于此光伏电池组合件位于聚焦处外的时候，其仍然借由非聚集的太阳能辐射而持续生产电功率。借由放置光伏电池组合件于旋转件的整个表面上，藉以提升光伏电池组合件的有效表面面积，进而于固定设备的尺寸大小时，增加整体电能的生产量。于太阳能光伏系统中，依据反射器的设计，光伏电池组合件放置于向日侧的不同区域，会暴露于不同集中率的太阳辐射，进而以不同的辐射强度照射于光伏电池组合件上。举例来说，于线性聚焦(槽式)的光伏系统中，当光伏电池组合件被放置于靠近聚焦线处且面对反射器时，光伏电池组合件为暴露于最强的聚集辐射中，此亦即为最高的集中率。而当从聚 焦线处移开光伏电池组合件，或者改变与聚集光线的角度时，会降低辐射强度。当光伏电池组合件被完全旋转远离聚集光线，且面对聚光反射器的开口时，光伏电池组合件并无暴露于聚集光线中，但暴露于射向此反射器且还未聚集的光线中。本专利技术是有关于布置于转动件四周的旋转光伏电池组合件，且旋转光伏电池组合件依序暴露于聚集太阳辐射与非聚集太阳辐射的区域，此区域因太阳反射器而具有不同的太阳辐射，藉以降低光伏电池组合件设备的电池温度与增加电力输出。借由持续或周期性起止的来回转动，位于周围的光伏电池组合件中的不同区域均可暴露于聚集或非聚集的太阳辐射。并且，可决定照射于聚光太阳能光伏系统中的旋转光伏电池组合件的辐射强度，此是借由聚光反射器或透镜系统的聚光能力或聚光率以决定此辐射强度。此外，旋转式光伏电池组合件于向日侧的位置也会决定此辐射强度。换句话说，可借由光伏电池组合件与聚光反射器的距离决定辐射强度。本专利技术也揭露放置与调整此旋转光伏电池组合件的方法，藉以于使用聚光太阳能热系统时，可达到不同的预设暴露量层级。此方法也可以用于低聚光或非聚光的太阳能系统，也就是具有较小或没有聚光函数的太阳反射器反射太阳光到光伏电池组合件的特定区域。因此，于聚光及非聚光太阳能光伏系统均可利用此方法。除了借由旋转以增加光伏电池组合件的表面对流冷却外，本专利技术更可结合其它的冷却方法以进一步冷却光伏电池组合件。本专利技术所揭露的一种方法为结合旋转光伏电池组合件与内流系统，以及利用热转换介质(固体、液体或气体)以回收光伏电池组合件所产生的热能。本专利技术之此热回收系统也可结合一种分离式热能收集单元，藉以利用相同的太阳能反射器以于高温情况下同时产生光伏电力与热能。本专利技术也揭露其它的散热方法，例如散热件、热导管与强制对流。并且，此些散热方法也可整合于本专利技术的系统中。因此，本专利技术的一主要目的在于，提供一种具有旋转光伏电池组合件的太阳能光伏系统，特别是借由持续或定期旋转而收集不同级别辐射的聚集或非聚集的太阳光的太阳能光伏系统，且此太阳能光伏系统具有旋转光伏电池组合件。为达上述目的，本专利技术借由光伏电池组合件的旋转，藉以更有效的利用太阳能光伏系统的空间、加本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有旋转光伏电池组合件的聚光型与非聚光型的太阳能光伏系统，其特征在于，包含：至少一反射器，具有一向日侧与一非向日侧；至少一光伏电池组合件全部或部分覆盖至少一旋转件，且该至少一光伏电池组合件与该至少一旋转件位于该至少一反射器的该向日侧，且该至少一光伏电池组合件附接于该至少一旋转件的部份或全部外周围；以及其中该旋转件与该光伏电池组合件具有至少一表面积照射有该至少一反射器反射的太阳光，或者，直接照射有来自于周围的太阳光与散射辐射。
【技术特征摘要】
2011.07.07 US 61/505,154;2012.07.05 US 13/542,0561.一种具有旋转光伏电池组合件的聚光型与非聚光型的太阳能光 伏系统，其特征在于，包含: 至少一反射器，具有一向日侧与一非向日侧； 至少一光伏电池组合件全部或部分覆盖至少一旋转件，且该至少一光伏电池组合件与该至少一旋转件位于该至少一反射器的该向日侧，且该至少一光伏电池组合件附接于该至少一旋转件的部份或全部外周围；以及 其中该旋转件与该光伏电池组合件具有至少一表面积照射有该至少一反射器反射的太阳光，或者，直接照射有来自于周围的太阳光与散射辐射。2.如权利要求1所述的太阳能光伏系统，其特征在于，该至少一旋转件连接于一驱动系统，且用以旋转于特定速度、运动方式及方向。3.如权利要求2所述的太阳能光伏系统，其特征在于，该至少一旋转件的旋转运动方式与速度为定位的且可控制的，藉以最佳化该光伏电池组合件的电力输出及调整冷却率，包含持续旋转于一预设速度、周期性起止模式、固定或变动速度或其它预设旋转模式与速度。4.如权利要求1所述的太阳能光伏系统，其特征在于，该旋转件为实心或空心。5.如权利要求4所述的太阳能光伏系统，其特征在于，该旋转件用以作为一散热件。6.如权利要求1所述的太阳能光伏系统，其特征在于，该旋转件为空心且用以作为一开放式或封闭式流道或腔体以冷却附接于该旋转件的外表面的该光伏电池组合件。7.如权利要求6所述的太阳能光伏系统，其特征在于，该旋转件更涂有一热发射涂层于该旋转件的外表面及内表面之一者或二者之部份或全部表面积上。8.如权利要求1所述的太阳能光伏系统，其特征在于，该旋转件为空心且用以作为一开放式或封闭式流道或腔体以从该附接的光伏电池组合件或从该旋转件未覆盖该光伏电池组合件的至少一区域引出热量。9.如权利要求8所述的太阳能光伏系统，其特征在于，该流道或腔体更填充有至少一气体、至少一液体或至少一固体，藉以带走从该光伏电池组合件产生的热量，以及转换太阳辐射为热量。10.如权利要求8所述的太阳能光伏系统，其特征在于，该旋转件更涂有一热吸收涂层或一热发射涂层于外表面及内表面之一者或二者之部份或全部表面积上。11.如权利要求1所 述的太阳能光伏系统，其特征在于，该旋转件的外表面全部或部分覆盖有该光伏电池组合件。12.如权利要求1所述的太阳能光伏系统，其特征在于，附接于该至少一旋转件的外表面上的该光伏电池组合件具有复数个形状组合，包含四边形、三角形、圆形、其它适合形状或上述形状的混合组合，该至少一旋转件具有一截...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑佳卿，约翰·霍姆斯，
申请(专利权)人：郑佳卿，约翰·霍姆斯，
类型：发明
国别省市：
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