一种集光器及光伏系统技术方案

本申请提供了一种集光器及光伏系统，所述集光器包括光波导基质和分布在光波导基质中的纳米级散射颗粒，所述纳米级散射颗粒的折射率小于所述光波导基质的折射率。由于纳米级散射颗粒与光波导基质之间存在折射率差，从而能够对入射到光波导基质内部的光进行散射。而且低折射率材料具有吸光系数低、重量轻等特点，能够减轻集光器的重量。

A kind of light collector and photovoltaic system

【技术实现步骤摘要】
一种集光器及光伏系统
本专利技术涉及太阳能发电
，尤其涉及一种集光器及光伏系统。
技术介绍
随着世界能源危机与环境问题的加剧，太阳能产业受到越来越多的重视，而作为太阳能产业的重要分支，光伏产业也有较快的发展。在光伏发电中，为了在不使用太阳跟踪系统的情况下进行聚光太阳能光伏发电，既能利用到太阳的直射光、也能利用斜射光，一般通过设置有光波导基质的集光器将太阳光传输到粘贴于光波导基质侧面的太阳能电池，实现等效聚光。所谓光波导基质为由光透明介质构成的传输光频电磁波的导行结构，其传输原理为：在不同折射率的介质分界面上，电磁波的全反射现象使光波局限在光波导及其内部有限的区域内传播。集光器为通过在光波导基质中分布荧光材料或散射体而构成的集光器件。现在使用的荧光材料主要为有机染料和量子点，荧光材料器件的主要优点在于可以通过筛选不同荧光材料匹配特定的电池，此外荧光材料的斯托克斯位移也利于制作大尺寸器件。荧光材料的主要缺点在于对阳光吸收波段有限，量子效率也有限。此外，量子点材料还存在成本高昂，制作器件困难等不利因素，如量子点在加工过程中极易团聚。相比之下，散射材料成本相对低廉，而散射对阳光的选择性也较弱，即可对宽波长范围的阳光实现散射。但是现有技术中散射材料的可选范围较窄。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种集光器及光伏系统，以解决现有技术中散射材料可选范围较窄的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种集光器，包括：光波导基质；分布在所述光波导基质中的纳米级散射颗粒；所述纳米级散射颗粒的折射率小于所述光波导基质的折射率。优选地，所述纳米级散射颗粒为气凝胶颗粒、水溶胶颗粒或MgF2颗粒中的一种或至少两种的组合。优选地，所述纳米级散射颗粒的直径范围为1nm-100nm，包括端点值。优选地，所述纳米散射颗粒的颗粒体积分数范围为0.1％-30％，包括端点值。优选地，所述纳米散射颗粒均匀分布在所述光波导基质中；所述光波导基质为板状结构，其侧壁用于耦合太阳能电池。优选地，所述光波导基质为长方体结构包括位于所述板状结构所在平面的第一边和第二边，以及垂直于所述第一边和第二边的第三边。优选地，所述第一边的边长范围为10mm-5000mm，包括端点值；所述第二边的边长范围为10mm-5000mm，包括端点值；所述第三边的边长范围为1mm-30mm，包括端点值。优选地，所述光波导基质的材质为聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃、EVA或石英。本专利技术还提供一种光伏系统，包括：集光器；贴附在所述集光器侧壁的多个太阳能电池；其中，所述集光器为上面任意一项所述的集光器。优选地，所述太阳能电池为硅太阳能电池、III-V族太阳能电池、铜铟镓硒太阳能电池或杂化钙钛矿太阳能电池等。经由上述的技术方案可知，本专利技术提供的集光器，包括光波导基质和分布在光波导基质中的纳米级散射颗粒，所述纳米级散射颗粒的折射率小于所述光波导基质的折射率。由于纳米级散射颗粒与光波导基质之间存在折射率差，从而能够对入射到光波导基质内部的光进行散射。而且低折射率材料具有吸光系数低、重量轻等特点，能够减轻集光器的重量。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，还可以根据提供的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集光器的立体结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种集光器的剖面结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种光伏系统立体结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种光伏系统剖面结构示意图。具体实施方式正如
技术介绍
部分所述，使用散射颗粒的集光器成本较低，但是使用的散射材料的可选范围较窄。专利技术人发现，出现上述现象的原因是，现有的散射材料大都基于金属氧化物或硫化物材料，诸如TiO2，ZnS等，这些材料由于具有较高的折射率(TiO2为2.55)，从而实现散射体与透明基质之间较大的折射率差，对入射光产生较强的散射。而现有技术中，除了采用高折射率材料外，目前尚无低折射率材料用于散射型集光器件的相关应用，这主要是因为现有的光波导基质，如PMMA、玻璃等的折射率大都在1.5左右，而低折射率材料的折射率大都在1-1.5之间，折射率差较小，因此散射系数并不高。导致散射材料通常在比光波导基质折射率高的材料中选择，因此可选范围比较窄。基于此，本专利技术提供一种集光器，包括：光波导基质；分布在所述光波导基质中的纳米级散射颗粒；所述纳米级散射颗粒的折射率小于所述光波导基质的折射率。本专利技术提供的集光器，包括光波导基质和分布在光波导基质中的纳米级散射颗粒，所述纳米级散射颗粒的折射率小于所述光波导基质的折射率。由于纳米级散射颗粒与光波导基质之间存在折射率差，从而能够对入射到光波导基质内部的光进行散射。而且低折射率材料具有吸光系数低、重量轻等特点，能够减轻集光器的重量。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做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。本专利技术提供一种集光器，请参见图1和图2，其中，图1为本专利技术实施例提供的一种集光器的立体结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种集光器的剖面结构示意图；所述集光器包括：光波导基质1；分布在所述光波导基质1中的纳米级散射颗粒2；所述纳米级散射颗粒2的折射率小于所述光波导基质1的折射率。需要说明的是，本实施例中不限定纳米散射颗粒2的具体材质，理论上，只要是纳米散射颗粒2的折射率比光波导基质的折射率小，与光波导基质具有折射率差的材质，均能够实现集光，只是集光效果有差异。当纳米散射颗粒的折射率与光波导基质的折射率之差越大时，散射效果越好，也即集光器的集光效果越好。本实施例中纳米级散射颗粒的具体材质，可以是气凝胶颗粒，也可以是水溶胶颗粒或者MgF2颗粒，还可以是上述气凝胶颗粒、水溶胶颗粒或者MgF2颗粒中的任意两种的组合，或者三者均包括。本实施例中对此不作限定。正如专利技术人发现的，低折射率散射材料与光波导基质的折射率差距较小，导致散射系数并不高，但是可以通过增加散射粒子的浓度或提高光程来进行弥补。此外，新型的低折射率材料如气凝胶的折射率约为1，与光波导基质的折射率已经有了相对可观的差距。而且，低折射率材料也具有自己的优势，如吸光系数低，重量轻等，因此也是可用于散射器件的良好材料。如上面所述，由于低折射率散射材料与光波导基质的折射率差距较小，导致散射系数不高，为此，可以增加纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集光器，其特征在于，包括：/n光波导基质；/n分布在所述光波导基质中的纳米级散射颗粒；/n所述纳米级散射颗粒的折射率小于所述光波导基质的折射率。/n

【技术特征摘要】
1.一种集光器，其特征在于，包括：
光波导基质；
分布在所述光波导基质中的纳米级散射颗粒；
所述纳米级散射颗粒的折射率小于所述光波导基质的折射率。


2.根据权利要求1所述的集光器，其特征在于，所述纳米级散射颗粒为气凝胶颗粒、水溶胶颗粒或MgF2颗粒中的一种或至少两种的组合。


3.根据权利要求1所述的集光器，其特征在于，所述纳米级散射颗粒的直径范围为1nm-100nm，包括端点值。


4.根据权利要求1所述的集光器，其特征在于，所述纳米散射颗粒的颗粒体积分数范围为0.1％-30％，包括端点值。


5.根据权利要求1所述的集光器，其特征在于，所述纳米散射颗粒均匀分布在所述光波导基质中；所述光波导基质为板状结构，其侧壁用于耦合太阳能电池。


6.根据权利要求1所述的集光器，其特征在于，所述光波导基质为长方...

【专利技术属性】
技术研发人员：高琛，张峰，鲍骏，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34