一种太阳能全光谱分频调控的光伏光热联合系统技术方案

本发明专利技术公开了一种太阳能全光谱分频调控的光伏光热联合系统。该系统包括聚光装置、光伏电池组件和分频集热装置，所述分频集热装置设置在所述聚光装置的聚光位置上方，以及所述光伏电池组件位于所述聚光装置上和所述分频集热装置的正下方，所述分频集热装置包括分频装置和集热管；入射到所述聚光装置上的太阳光反射并聚集到所述分频集热装置上，所述分频装置将所述太阳光分频为近红外光和紫外光、可见光，所述近红外光和紫外光直接从分频装置透射到所述集热管并被其吸收，转变为热能，所述分频装置将所述可见光反射到所述光伏电池组件，由所述光伏电池组件转变为电能。采用本发明专利技术，可以充分利用太阳光全谱的能量，提高整个系统的能量转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能利用
，尤其涉及一种太阳能全光谱分频调控的光伏光热联合系统。
技术介绍
据国际能源机构IEA预测，至2050年，太阳能发电在全球电力供应中份额将达到30%，而目前占比不到5%，太阳能发电产业蕴藏巨大的市场。面对全球能源尤其是清洁能源需求的巨大缺口，太阳发电产业从来都不存在“过剩”的说法，只是因为没有成本足够低，能量转换效率高的技术出现。在太阳光全谱范围内目前单结太阳能电池转换效率的理论极限约为30%，因此太阳能光谱中将超过50%的能量无法得到有效利用。光伏光热综合利用是现在太阳能利用的一个大趋势，例如已公布的中国专利申请第1022589159A号“真空管光伏光热复合抛物面聚光器”，目的是复合抛物面聚光镜和光伏光热相结合的方式，利用冷却介质将光伏电池产生的热能以及未能被光伏电池吸收的太阳光吸收转化为热能，提高太阳能的有效利用率。但是由于光伏光热与真空管集成在同一模块上，相互影响，造成了大部分不能光伏电池利用的光损失掉，同时也由于聚光造成光伏电池产生一定的温升，影响了光电转换效率。目前，光伏光热综合利用装置主要采用太阳光直射光伏电池并在光伏电池背面加装冷却系统，由于占太阳能45%的可见光照射到光伏电池上产生电能和热能，占太阳能50%的近红外光照射到光伏电池上仅产生热能，因此近红外光照射到光热电池上，大幅度增加了光伏电池的热负荷和温升，使光伏电池发电效率降低，增加了光伏电池冷却量。例如已公布的中国专利申请第102779885A号“一种太阳能聚光分频光伏光热联产装置”，采用了复合抛物面聚光器和太阳能分频玻璃，目的是将太阳光中的近红外光在照射到光伏电池前，过滤并回收，从而降低光伏电池的温升，提高光电转换效率。但该专利技术装置侧重于提高光电转换效率，光热装置在其中只是辅助装置，其光热的功能未能得到充分的利用和发挥，从而未能很好的提高太阳能光伏光热系统整体的能量转换效率。在保证光伏电池转换率提升的情况下，如何充分利用太阳光全谱的能量，提高整个系统的能量转换效率成为了光伏光热综合利用领域迫切的技术需求。
技术实现思路
本专利技术提供了一种太阳能全光谱分频调控的光伏光热联合系统，以充分利用太阳光全谱的能量，提高整个系统的能量转换效率。本专利技术提供的太阳能全光谱分频调控的光伏光热联合系统包括聚光装置、光伏电池组件和分频集热装置，所述分频集热装置设置在所述聚光装置的聚光位置上方，以及所述光伏电池组件位于所述聚光装置上和所述分频集热装置的正下方，所述分频集热装置包括分频装置和集热管；入射到所述聚光装置上的太阳光反射并聚集到所述分频集热装置上，所述分频装置将所述太阳光分频为近红外光和紫外光、可见光，所述近红外光和紫外光由所述集热管吸收，转变为热能，所述分频装置将所述可见光反射到所述光伏电池组件，由所述光伏电池组件转变为电能。优选地，所述聚光装置包括槽形反光镜，所述槽形反光镜为连续式的或分联式的，所述槽形反光镜的内表面采用全反射银表面或镀铝薄膜，所述槽形反光镜的截面形状包括:抛物线面、复合抛物线面和自由曲面。优选地，所述集热管由同心的内管和外管组成，所述内管和外管之间是真空的。优选地，所述聚光装置包括蝶式聚光器，所述蝶式聚光器的截面形状包括:抛物线面、复合抛物线面和自由曲面。优选地，所述分频集热装置还包括位于所述集热管上方的真空玻璃罩，所述真空玻璃罩与所述集热管之间形成真空。优选地，所述集热管为涡旋线状的玻璃管，所述集热管的进出管分别与所述真空玻璃罩的进出口连接。优选地，所述聚光装置还包括支撑装置，所述支撑装置支撑所述槽形反光镜或蝶式聚光器。优选地，所述支撑装置包括支撑架、转动连接件、固定支撑组件和跟踪及驱动装置，所述支撑架支撑所述聚光装置，所述转动连接件连接所述支撑架和所述固定支撑组件，所述跟踪及驱动装置连接所述聚光装置和所述固定支撑组件，所述跟踪及驱动装置根据所述检测到的所述太阳光的入射角，调节所述聚光装置的角度。优选地，所述光伏电池组件与所述槽形反光镜或蝶式聚光器之间设置有冷却管道。优选地，所述集热管中注满集热介质。可见，根据本专利技术提供的一种太阳能全光谱分频调控的光伏光热联合系统，与现有技术相比，具有如下的优点和特点:采用太阳光谱分光技术，通过光谱分光器件将可见光与太阳光中的红外光和紫外光分离开来。通过聚光装置，将太阳光进行聚集，提高能量密度。对光伏电池来说可以减小电池面积，同时提高转换效率；对于光热转换而言可以提高集热效率，进而提高高温热源温度。先通过聚光装置将太阳光子聚焦到太阳光谱分光器件上，获得高能量密度的光子流。光子流经过太阳光谱分光器件的分光之后，可见光波段光子反射出来，照射到光伏电池上，获得吸收；紫外和红外光子则透过，被集热器所吸收。从而实现了太阳光谱中不同波段的光子的分段有效利用。本专利技术装置能独立控制光伏和光热转换，主动有效利用占太阳光谱50%以上的红外光和紫外光作为集热源，同时将剩余的可见光光子用于光伏电池，充分各部分波段光子的各自优势。同时能将光伏和光热有机结合在整个系统中，从而可以最大限度的获得更优化的太阳能转换效率。本专利技术将太阳光谱分光器件和集热器件结合在一起，光伏组件和聚光镜面结合在一起，可以高效低损耗的分离和吸收太阳光子，从而保障了总体能量转换效率。本专利技术采用的聚光装置为具有广泛应用前景的槽式和锅式聚光器件，以及配备的单轴太阳跟踪系统，在保障必要的聚光倍数情况下，具有较大成本优势或成本下降潜力。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种太阳能全光谱分频调控的光伏光热联合系统的结构示意图；图2为图1所示光伏光热联合系统的剖面图；图3为本专利技术实施例提供的另一种太阳能全光谱分频调控的光伏光热联合系统的结构不意图；图4为本专利技术实施例提供的又一种太阳能全光谱分频调控的光伏光热联合系统的结构不意图；图5为图4所示光伏光热联合系统的局部示意图。【具体实施方式】下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合图1-图5，对本专利技术提供的太阳能全光谱分频调控的光伏光热联合系统进行详细描述:请参阅图1和图2，为本专利技术实施例提供的一种太阳能全光谱分频调控的光伏光热联合系统的结构示意图及其剖面图，该系统包括聚光装置、光伏电池组件21和分频集热装置，分频集热装置设置在聚光装置的聚光位置上方，以及光伏电池组件21位于聚光装置上和分频集热装置的正下方，分频集热装置包括分频装置31和集热管322 ;入射到聚光装置上的太阳光被反射并聚集到分频集热装置上，分频装置31将太阳光分离为近红外光和紫外光、可见光，近红外光和紫外光直接透过分频装置31被集热管322吸收，转变为热能，分频装置31将可见光反射到光伏电池组件21，由光伏电池组件21本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能全光谱分频调控的光伏光热联合系统，其特征在于，所述系统包括聚光装置、光伏电池组件和分频集热装置，所述分频集热装置设置在所述聚光装置的聚光位置上方，以及所述光伏电池组件位于所述聚光装置上和所述分频集热装置的正下方，所述分频集热装置包括分频装置和集热管；入射到所述聚光装置上的太阳光反射并聚集到所述分频集热装置上，所述分频装置将所述太阳光分频为近红外光和紫外光、可见光，所述近红外光和紫外光由所述集热管吸收，转变为热能，所述分频装置将所述可见光反射到所述光伏电池组件，由所述光伏电池组件转变为电能。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何祝兵，王恺，苏奇聪，徐保民，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44