专利名称：一种高光效聚光型太阳能发电系统的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及太阳能发电技术，尤其涉及一种高光效聚光型太阳能发电系统。
背景技术：
现今市场上有多种太阳能光伏技术，太阳能作为一种干净的可再生能源。传统光伏系统的重要组成单位是太阳能电池。太阳能电池通过某些特殊材料如硅或硒中的光电现象把光能转化为电能。当太阳光线射到太阳能电池上的时候，电子被“刺激”而成为“自由电子”，并在外部电路中流动从而形成电流。传统太阳能电池通常分两类晶态硅电池和薄膜电池，晶态硅电池还可以进一步分为单晶硅电池和多晶硅电池；薄膜电池包括非晶硅电池、铜铟镓二硒太阳能电池(CIS) 和镉碲薄膜太阳能电池(CdTe )。太阳能电池的性能可由“能量转换效率”来表达，即太阳光能转化为电能的转化效率。早期的硅电池只有大概百分之几的转化效率，现今传统太阳能电池转化效率只能达到20%，而采用传统太阳能电池的光伏系统的转换效率最多只有17%。为了使系统获得较高的电能，传统光伏系统通常会使用大量的太阳能电池，系统的使用占地空间也会成倍扩大。在当前光伏材料短缺而导致成本上升的情况下，为了减少使用光伏系统中的光伏材料，并且提高光伏系统效率，近几年研发出一种新型高聚度光伏技术。该技术通常采用多接面聚光型太阳能电池、高聚光透镜和太阳光追踪器的组合，其太阳能转化效率高达31%-40. 7%。多接面聚光型太阳能电池必须要在位于高聚光透镜焦点附近时才能发挥功能，因此为使模块总是朝向太阳的方位，必须搭配使用太阳追踪系统。此设计虽然可以提高转换效率，但却存在透镜及太阳光追踪系统的重量及体积较大等问题，且绝大部分系统在追踪太阳光时所需运动幅度和范围很大，并消耗不少因摆动重型系统而所需的能量，不适用于一般住宅屋顶，更难以推广运用于地域面积有限的地区的高层建筑屋顶。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于，多接面聚光型太阳能电池必须要在位于高聚光透镜焦点附近时才能发挥功能，需要模块总是朝向太阳的方位，必须搭配使用太阳追踪系统，但存在透镜及太阳光追踪系统的重量及体积较大等问题，且绝大部分系统在追踪太阳光时所需运动幅度和范围很大，并消耗不少因摆动重型系统而所需的能量，不适用于一般住宅屋顶，针对现有技术的上述缺陷，提供一种高光效聚光型太阳能发电系统。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种高光效聚光型太阳能发电系统，包括至少一个能独立工作的高光效聚光型太阳能发电模组，高光效聚光型太阳能发电模组包括用于将太阳光聚焦于焦点上的高聚度太阳能收集单元，设于高聚度太阳能收集单元光路的焦点上、将高聚度太阳能收集单元所聚焦的太阳光进行聚光并将光能转换为电能的太阳能聚光及能量转换单元、以及控制太阳能聚光及能量转换单元位于焦点上的太阳能聚光轨迹预测单元。[0009]优选的，所述太阳能聚光轨迹预测单元可同时控制多个高光效聚光型太阳能发电模组的太阳能聚光及能量转换单元。优选的，所述高聚度太阳能收集单元包括位于同一光路且相互平行的第一非球面菲涅耳透镜和第二非球面菲涅耳透镜。第一非球面菲涅耳透镜的第一个面为平面、第二个面为非曲面菲涅耳面；第二非球面菲涅耳透镜的第一个面为非曲面菲涅耳面、第二个面为平面。优选的，所述第一非球面菲涅耳透镜的非曲面菲涅耳面与所述第二非球面菲涅耳透镜的非曲面菲涅耳面相距一定距离相对设置。优选的，所述太阳能聚光及能量转换单元包括将高聚度太阳能收集单元所聚焦的太阳光进行聚光的太阳能聚光透镜，以及与所述太阳能聚光透镜紧密贴合将太阳能聚光透镜所聚焦的光能转换为电能的多接面聚光型太阳能电池。 优选的，所述太阳能聚光轨迹预测单元包括供太阳能聚光及能量转换单元自动沿着XY轴做线性运动的水平与垂直线性运动轨道、给所述太阳能聚光及能量转换单元运动提供动力的马达、存储太阳光轨迹的太阳光聚光轨迹数据库、以及根据太阳光聚光轨迹数据库存储的太阳光轨迹给马达发送控制信号的控制器。优选的，所述太阳光聚光轨迹数据库存储有至少一个地区的365组该地区的每日太阳光聚光预测轨迹和12组该地区的每月太阳光聚光预测轨迹。优选的，每组每日太阳光聚光预测轨迹包括上午9点正至下午4点正每间隔15分钟I个坐标点的29个XY坐标点；每组每月太阳光聚光预测轨迹包括12个微调角度。本实用新型高光效聚光型太阳能发电系统包括四个高光效聚光型太阳能发电模组，朝南方向安装于建筑顶层平台、或阳光不会被遮挡的平地。实施本实用新型的高光效聚光型太阳能发电系统，具有以下有益效果采用独特设计的光学组件配合太阳光聚光预测轨迹，使整个系统在运行过程中不需每时每刻大面积大幅度摆动，并获得极高的能量转换效率，且系统无需占用大面积空间。
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中图I是本实用新型高光效聚光型太阳能发电系统实施例的内部结构示意图；图2是本实用新型高光效聚光型太阳能发电系统实施例的外部结构示意图；图3是本实用新型高光效聚光型太阳能发电系统实施例的高光效聚光型太阳能发电模组示意图；图4是本实用新型高光效聚光型太阳能发电系统实施例的太阳能聚光轨迹预测单元示意图；图5、6是本实用新型高光效聚光型太阳能发电系统实施例的每日太阳光聚光预测轨迹示意图；图7是本实用新型高光效聚光型太阳能发电系统实施例的每日太阳能聚光及能量转换单元的预测轨迹示意图；图8、9是本实用新型高光效聚光型太阳能发电系统实施例的每月太阳光聚光预测轨迹示意图；[0026]图10是本实用新型高光效聚光型太阳能发电系统实施例的每月高光效聚光型太阳能发电系统的预测轨迹示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进一步详细说明。如图1、2所示，一种高光效聚光型太阳能发电系统，包括至少一个能独立工作的高光效聚光型太阳能发电模组，高光效聚光型太阳能发电模组包括用于将太阳光聚焦于焦点上的高聚度太阳能收集单元1，设于高聚度太阳能收集单元I光路的焦点上、将高聚度太阳能收集单元I所聚焦的太阳能进行聚光并将光能转换为电能的太阳能聚光及能量转换单元2、以及控制太阳能聚光及能量转换单元2位于焦点上的太阳能聚光轨迹预测单元 3。其中，太阳能聚光轨迹预测单元可同时控制多个高光效聚光型太阳能发电模组的太阳能聚光及能量转换单元。上述三个单元根据特定的尺寸要求安装成一个高光效聚光型太阳能发电模组。本实用新型高光效聚光型太阳能发电系统，包括四个高光效聚光型太阳能发电模组。当然，也可按照实际需要选用任意个高光效聚光型太阳能发电模组并将其组装成一个大型的高光效聚光型太阳能发电系统。如图3所示，高聚度太阳能收集单元I包括位于同一光路且相互平行的的第一非球面菲涅耳透镜11和第二非球面菲涅耳透镜12。其中，第一非球面菲涅耳透镜11的第一个面为平面、第二个面为非曲面菲涅耳面；第二非球面菲涅耳透镜12的第一个面为非曲面菲涅耳面、第二个面为平面。第一非球面菲涅耳透镜11和第二非球面菲涅耳透镜12的材料选用德国EvonikIndustries专业运用于太阳能技术的ACRYLITE，其形状为正方形，大小为300mmX 300mm，镜片厚度分别约为15mm和18mm。经过光学设计软件LightTools设计、模拟并优化，高聚度太阳能收集单元I的光学效率最高可达90%。另外，第一非球面菲涅耳透镜11的非曲面菲涅耳面与第二非球面菲涅耳透镜12的非曲面菲涅耳面相距一定距离相对设置，当该一定距离为105mm时，若有平行光线(假设太阳光线为平行光线)垂直(O度)入射第一非球面菲涅耳透镜11的平面，平行光线会在穿过高聚度太阳能收集单元I后距离第二非球面菲涅耳透镜12的平面约280mm平面的中心形成焦点；若平行光线相对第一非球面菲涅耳透镜11的30度角入射，则平行光线可在穿过高聚度太阳能收集单元I后距离第二非球面菲涅耳透镜12的平面约190_平面的边缘形成焦点；以此类推，若平行光线在介于O度与30度间任意角度射入第一非球面菲涅耳透镜
11的平面，平行光线都可在穿过透镜组后距离第二非球面菲涅耳透镜12的平面约280mm至190mm之间的平面的上形成焦点。因此，高聚度太阳能收集单元I也可称为多焦点式非球面菲涅耳透镜组。如图3所示，太阳能聚光及能量转换单元2包括将高聚度太阳能收集单元I所聚焦的太阳光进行聚光的太阳能聚光透镜21，以及与太阳能聚光透镜21紧密贴合将太阳能聚光透镜21所聚焦的光能转换为电能的多接面聚光型太阳能电池22。其中，太阳能聚光透镜21的材料为BK7，透镜直径为20mm，厚度约为15mm。经过光学设计软件LightTools设计、模拟并优化。太阳能聚光透镜21的第一个面为球面，第二个面为平面，与多接面聚光型太阳能电池22紧密贴合。多接面聚光型太阳能电池22采用德国AZURSPACE的3C40C型电池。电池有效工作区域面积为100mm2，太阳能转化电能效率为37%。整个太阳能聚光及能量转换单元2将放置在不同角度的平行光线穿过高聚度太阳能收集单元I后的不同焦点处，以保证聚焦后的平行光线经过太阳能聚光透镜21后可以均匀分布在多接面聚光型太阳能电池22的工作区域内。高聚度太阳能收集单元I中的多焦点式非球面菲涅耳透镜组的面积约为太阳能聚光及能量转换单元2中多接面聚光型太阳能电池22工作区域面积的500倍，故高光效聚光型太阳能发电模组称为500倍高光效聚光型太阳能发电模组，高光效聚光型太阳能发电系统称为500倍高光效聚光型太阳能发电系统。使用500倍高聚度太阳能收集单元I可使IOOmm2的多接面聚光型太阳能电池22吸收到与50000mm2的多接面聚光型太阳能电池22相同量的太阳光线，从而减少使用多接面聚光型太阳能电池22，大幅度降低系统成本。
·[0037]太阳能聚光轨迹预测单元3包括供太阳能聚光及能量转换单元2自动沿着XY轴做线性运动的水平与垂直线性运动轨道31、给太阳能聚光及能量转换单元2运动提供动力的马达32、存储太阳光轨迹的太阳光聚光轨迹数据库(图未示出)、以及根据太阳光聚光轨迹数据库存储的太阳光轨迹给马达32发送控制信号的控制器33。如图4、5、6所示，太阳光聚光轨迹数据库存储有至少一个地区(如香港地区)的365组该地区的每日太阳光聚光预测轨迹和12组该地区的每月太阳光聚光预测轨迹。其中，每组每日太阳光聚光预测轨迹包括上午9点正至下午4点正每间隔15分钟I个坐标点的29个XY坐标点；每月太阳光聚光预测轨迹包括12个微调角度Θ。当然，系统若要使用于其他地区，需要重新编排当地太阳光聚光轨迹数据。所有预测轨迹都经过LightTools的太阳追踪功能进行精确的分析及模拟，并配合使用当地天文台提供的该地区太阳照射角度、运行轨迹与日照量等数据，使模块或系统中的多接面聚光型太阳能电池22能根据每组太阳光聚光预测轨迹有效的收集到所有太阳光聚光。每日太阳运动轨迹都在偏南的方位由东向西运行，若高光效聚光型太阳能发电系统按照图6中参考坐标摆放，太阳每天由东边升起，上午9点正时，太阳光线以大约正30度角入射高聚度太阳能收集单元1，在190_处形成焦点，经过太阳能聚光透镜21后均匀分布在多接面聚光型太阳能电池22上，转化为电能；同样，到中午12点半，太阳光线以大约O度角入射高聚度太阳能收集单元I ;到下午4点正，太阳位置偏西，太阳光线以大约负30度角入射高聚度太阳能收集单元I。一年365天整个运行过程中的29X365=10585个XY坐标点都按日期顺序储存在太阳光聚光轨迹数据库中，并由控制器33给予马达信号，太阳能聚光及能量转换单元2可自动沿着XY轴做线性运动到达指定时间的指定坐标点，实现每日太阳光聚光自动捕捉。对于大型高效能聚光型太阳能发电系统，控制器33和马达32的电力可由系统自身产生的电力供给。由于马达在上午9点正至下午4点正每间隔15分钟才会有一次运动，且其推动的太阳能聚光及能量转换单元2重量极轻，故马达32可选用较低耗电量的配置。如图7、8、9所示，每月太阳光聚光预测轨迹包括12个微调角度Θ。每日太阳轨迹会随着天气的寒暑转换而南北移动，根据LightTools的太阳追踪功能的分析及仿真所得，高光效聚光型太阳能发电系统需要每隔I个月沿着南北方向做一次微调。若高光效聚光型太阳能发电系统如图9中参考坐标摆放，在一月份时的每日太阳轨迹为偏南约Θ =46°的位置，到六月和七月份时，每日太阳轨迹在偏南约Θ =0°的位置，达到十二月份，每日太阳轨迹再次回到偏南约Θ =46°的位置。一年12次的微调可由手动实现，也可根据不同地区的实际情况决定每隔几个月进行一次微调。高光效聚光型太阳能发电系统朝南方向安装于建筑顶层平台、或阳光不会被遮挡的其他任意平地，使高聚度太阳能收集单元能正确收集到每日太阳光。安装完成后，按月份微调系统偏南Θ角度，并开启太阳光聚光轨迹预测单元中的控制器，系统便可自动收集太 阳能，整个系统的能量换率最高可达33. 3% (不计其他电子部件的损耗)。此外，本实用新型是通过实施例进行描述的，但本实用新型不局限于实施例。本领域技术人员知悉，在不脱离本实用新型的范围情况下，可以进行各种改变。
权利要求1.一种高光效聚光型太阳能发电系统，其特征在于，包括至少一个能独立工作的高光效聚光型太阳能发电模组，所述高光效聚光型太阳能发电模组包括用于将太阳光聚焦于焦点上的高聚度太阳能收集单元(1)，设于所述高聚度太阳能收集单元(I)光路的所述焦点上、将所述高聚度太阳能收集单元(I)聚焦的太阳光进行聚光并将光能转换为电能的太阳能聚光及能量转换单元(2)，以及控制所述太阳能聚光及能量转换单元(2)位于所述焦点上的太阳能聚光轨迹预测单元(3)。
2.根据权利要求I所述的高光效聚光型太阳能发电系统，其特征在于，所述太阳能聚光轨迹预测单元(3)可同时控制多个所述高光效聚光型太阳能发电模组的所述太阳能聚光及能量转换单元(2)。
3.根据权利要求I所述的高光效聚光型太阳能发电系统，其特征在于，所述高聚度太阳能收集单元(I)包括位于同一光路且相互平行的第一非球面菲涅耳透镜(11)和第二非球面菲涅耳透镜(12)。
4.根据权利要求3所述的高光效聚光型太阳能发电系统，其特征在于，所述第一非球面菲涅耳透镜(11)的第一个面为平面、第二个面为非曲面菲涅耳面；所述第二非球面菲涅耳透镜(12)的第一个面为非曲面菲涅耳面、第二个面为平面；所述第一非球面菲涅耳透镜(11)的非曲面菲涅耳面与所述第二非球面菲涅耳透镜(12)的非曲面菲涅耳面相距一定距尚相对设置。
5.根据权利要求I所述的高光效聚光型太阳能发电系统，其特征在于，所述太阳能聚光及能量转换单元(2)包括将所述高聚度太阳能收集单元(I)所聚焦的太阳光进行聚光的太阳能聚光透镜(21)，以及与所述太阳能聚光透镜(21)紧密贴合将所述太阳能聚光透镜(21)所聚焦的光能转换为电能的多接面聚光型太阳能电池(22)。
6.根据权利要求I所述的高光效聚光型太阳能发电系统，其特征在于，所述太阳能聚光轨迹预测单元(3)包括供所述太阳能聚光及能量转换单元(2)自动沿着XY轴做线性运动的水平与垂直线性运动轨道(31)、给所述太阳能聚光及能量转换单元(2)运动提供动力的马达(32)、存储太阳光轨迹的太阳光聚光轨迹数据库、以及根据所述太阳光聚光轨迹数据库存储的太阳光轨迹给所述马达(32 )发送控制信号的控制器(33 )。
7.根据权利要求6所述的高光效聚光型太阳能发电系统，其特征在于，所述太阳光聚光轨迹数据库存储有至少一个地区的365组所述地区的每日太阳光聚光预测轨迹和12组所述地区的每月太阳光聚光预测轨迹。
8.根据权利要求7所述的高光效聚光型太阳能发电系统，其特征在于，每组所述每日太阳光聚光预测轨迹包括上午9点正至下午4点正每间隔15分钟I个坐标点的29个XY坐标点；每组所述每月太阳光聚光预测轨迹包括12个微调角度。
9.根据权利要求I所述的高光效聚光型太阳能发电系统，其特征在于，所述高光效聚光型太阳能发电系统包括四个高光效聚光型太阳能发电模组。
10.根据权利要求I或9所述的高光效聚光型太阳能发电系统，其特征在于，所述高光效聚光型太阳能发电系统朝南方向安装于建筑顶层平台、或阳光不会被遮挡的平地。
专利摘要本实用新型公开了一种高光效聚光型太阳能发电系统，包括至少一个能独立工作的高光效聚光型太阳能发电模组，高光效聚光型太阳能发电模组包括用于将太阳光聚焦于焦点上的高聚度太阳能收集单元(1)，设于高聚度太阳能收集单元(1)光路的所述焦点上、将高聚度太阳能收集单元(1)所聚焦的太阳能进行聚光并将光能转换为电能的太阳能聚光及能量转换单元(2)、以及控制太阳能聚光及能量转换单元(2)位于焦点上的太阳能聚光轨迹预测单元(3)。采用独特设计的光学组件配合太阳光聚光预测轨迹，使整个系统在运行过程中不需每时每刻大面积大幅度摆动，并获得极高的能量转换效率，且系统无需占用大面积空间。
文档编号H01L31/052GK202616271SQ20122024989
公开日2012年12月19日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者周圣胤, 王智才, 黄骏业, 雷致行 申请人:香港生产力促进局