高聚光光伏发电热电联产系统及其组元结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及聚光光伏的技术领域，特别涉及一种高聚光光伏发电热电联产系统及其组元结构。
【背景技术】
[0002]太阳能聚光光伏技术(CPV)，是一种使用透镜或反射镜面等光学元件，将大面积的阳光汇聚到一个极小的面积上，再通过高转化效率的光伏电池直接转换为电能的技术。
[0003]现有技术中聚光光伏发电系统的聚光器，依光学原理可分为折射聚光器和反射聚光器。折射聚光器使用的折射透镜，例如是菲涅耳透镜，在透镜的一侧有等距的齿纹，通过这些齿纹达到对指定光谱范围的光带通反射或折射的作用，这种透镜具有质量轻、厚度薄的特点。
[0004]反射聚光器使用镜面反光板或抛物柱曲面反射镜。并且，随着聚光倍数的提高，还可以在这类聚光器下增加一个二次聚光器，以达到使射入电池表面光谱更均匀、减少光损失、缩减聚光器到电池距离等目的。
[0005]然而，菲涅耳透镜或抛物柱曲面反射镜在加工时，存在难度大、精度低、费用高以及产品寿命短的问题，难以推广应用。镜面反光板如果使用塑料反光板，会由于反射层与骨架层(比如玻璃)的热胀冷缩系数不一样，导致反射面脱落，反光率下降或难以继续使用；镜面反光板如果使用薄铝板，则难以经受室外严苛环境(例如冰雹)，还会因擦洗而产生永久性损伤，并且加工成本高。
[0006]太阳光通过聚光器，汇聚到聚光太阳能电池处；然而，聚光太阳能电池在高光强、大电流状态下工作，聚光太阳能电池的峰值功率会随着温度的升高而降低，因此需要设计合理的散热系统来提高聚光光伏发电系统的发电效率，延长其使用寿命。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种高聚光光伏发电热电联产系统及其组元结构，通过主反射镜和次反射镜的两次汇聚反射，将阳光汇聚到主反射镜的开孔附近的太阳能电池或光吸收体处，将阳光能量转变成电能或者热能；并通过与太阳能电池或光吸收体连接的热沉，将热量传递到冷却介质或空气中，从而保证太阳能电池或光吸收体在高聚光比条件下具有合适的工作温度，以维持其工作效率。
[0008]为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种高聚光光伏发电热电联产系统的组元结构，任意一个组元中，包含:主反射镜，次反射镜，保护窗口，太阳能聚光组件；
太阳光从所述保护窗口的第一侧穿透该保护窗口，并射向位于保护窗口第二侧的主反射镜；
所述主反射镜将太阳光汇聚，并反射到设置在保护窗口上的次反射镜；
所述次反射镜将太阳光汇聚，并反射到设置在主反射镜上的太阳能聚光组件，将太阳光能转换为电能或热能。
[0009]优选地，所述主反射镜反射到次反射镜的太阳光中的一部分，经过次反射镜汇聚并反射到主反射镜上形成光斑；在主反射镜的光斑位置设有开孔，将太阳能聚光组件安装在开孔处。
[0010]优选地，所述太阳能聚光组件中，通过聚光棱镜或低倍聚光组件将汇聚到光斑处的太阳光能，汇聚到太阳能电池或光吸收体处来转换为电能或热能。
[0011]优选地，所述主反射镜反射到次反射镜的太阳光中的另一部分，透过次反射镜汇聚到位于第一侧的焦点处；
在该焦点处设置有另一个太阳能聚光组件，通过其中设置的聚光棱镜或低倍聚光组件将汇聚到焦点处的太阳光能，汇聚到这个太阳能聚光组件的太阳能电池或光吸收体处来转换为电能或热能。
[0012]优选地，所述太阳能聚光组件中的太阳能电池或光吸收体与热沉相连接，将热量传递给热沉，并通过热沉将热量散布到冷却介质或散布到周围的空气中。
[0013]优选地，所述热沉通过管道接口安装到冷却介质管道上，将热量传递给冷却介质管道中流过的冷却介质。
[0014]优选地，所述主反射镜是一凹面镜，次反射镜是另一凹面镜，保护窗口是一透光板；
所述保护保护窗口的第一侧对应了次反射镜的凹面，第二侧对应了次反射镜的凸面及主反射镜的凹面。
[0015]优选地，所述组元的横向尺寸为300mm~500mm ;所述横向尺寸与主反射镜的直径相对应。
[0016]优选地，所述主反射镜的直径B为300_，次反射镜的直径C为60_，光斑的直径小于5mm，聚光比达到2700:1。
[0017]本发明的另一个技术方案是提供一种高聚光光伏发电热电联产系统，其中包含多个单元，这些单元安装在一个二维转动跟踪支架上，随所述二维转动跟踪支架转动来保持与太阳对准；
每个单元包含多个上述任意一项描述的组元，这些组元排列成一个阵列并固定在该单元的结构框架上。
[0018]与现有技术相比，本发明所述高聚光光伏发电热电联产系统及其组元结构，其优点在于:
与大型的太阳能电池阵列(如槽式、碟式和塔式太阳能热发电系统)相比，本发明的阳光能量相对分散，不至于烧毁元件，同时聚光比更高。太阳能电池之间的连接方式也更加灵活，特别是小电流输出方式可以减小电路损耗。
[0019]与菲涅尔透镜的聚光方式比较，本发明的聚光光斑更小，光学系统传输效率更高。与菲涅耳透镜或抛物柱曲面反射镜相比，本发明对主次反射镜的加工更为简单，有效降低成本。
[0020]与一般其他的光伏发电或热电联供系统相比，本发明由于采用了次反射镜，通过光谱分光技术可以很便利地进行太阳光的分光利用，为更先进的分光型光伏发电和分光型热电联供应用提供了技术可能性与实施案例，从而可以最高效率地利用太阳能。
[0021]本发明中通过与太阳能电池或光吸收体连接的热沉，将热量传递到冷却介质或空气中，从而保证太阳能电池或光吸收体在高聚光比条件下具有合适的工作温度，以维持其工作效率。
【附图说明】
[0022]图1是本发明所述高聚光光伏发电热电联产系统中任意一个组元的结构示意图；图2是本发明所述高聚光光伏发电热电联产系统中太阳能电池组件及热沉的连接关系不意图；
图3是本发明所述高聚光光伏发电热电联产系统的整体结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]本发明提供一种高聚光光伏发电热电联产系统，其中包含多个组元。如图1所示是其中任意一个组元的结构示意图。所述组元中，主要包含:主反射镜1，次反射镜2，保护窗口 3，太阳能聚光组件4。
[0024]其中，保护窗口 3的第一侧是该组元面向太阳光的一侧，即太阳光尚未穿透保护窗口 3的一侧(图1中示为左侧)；保护窗口 3的第二侧则是太阳光穿透保护窗口 3之后的一侦U (图1中示出为右侧)。
[0025]主反射镜I位于保护窗口 3的第二侧，并与保护窗口 3第二侧的表面之间以设定的距离相互隔开。太阳光透过保护窗口 3之后，射向主反射镜1，由主反射镜I汇聚并反射到次反射镜2。
[0026]次反射镜2设置在保护窗口 3的安装孔处。例如，使该安装孔开设于保护窗口 3的中间。主反射镜I反射到次反射镜2的一部分太阳光，经过次反射镜2反射之后，在主反射镜I的某个位置汇聚形成一处光斑。
[0027]在主反射镜I上与汇聚光斑对应的位置设有开孔，使太阳能聚光组件4能够安装在该开孔处以接收汇聚的太阳光。例如，该开孔的位置在主反射镜I的中心附近。太阳能聚光组件4中主要的部件是太阳能电池6或者光吸收体，通过聚光棱镜5将汇聚到光斑处的阳光能量，进一步汇聚到太阳能电池6或者光吸收体处以转变为电能或者热能进行利用。在别的示例中，还可以使用其他的低倍聚光组件替换上述聚光棱镜5来实现进一步汇聚阳光能量的作用。
[0028]本例中，主反射镜I是一凹面镜，次反射镜2是另一凹面镜，保护窗口 3为一基本平整的透光板。保护窗口 3的第一侧对应了次反射镜2的凹面，第二侧对应了次反射镜2的凸面及主反射镜I的凹面。然而，在满足上述对太阳光实现“保护窗口 3透光到主反射镜1，主反射镜I 一次反射汇聚到次反射镜2，次反射镜2再二次反射汇聚到主反射镜I”的情况下，也可以使用其他形状的主反射镜1、次反射镜2或保护窗口 3。并且，上文中，诸如保护窗口 3与主反射镜I的间隔距离，次反射镜2在保护窗口 3上的布置位置