一种百叶窗式太阳能聚光光伏/光热/照明一体化系统

所属技术领域

本发明涉及一种百叶窗式太阳能聚光光伏/光热/照明一体化系统，是一种利用聚光叶片与光伏电池及光热单元结合而成的系统，实现了垂直空间上光伏、光热、照明一体化的太阳能复合利用。属于太阳能光伏光热与建筑照明应用领域。

背景技术：

建筑与工业、交通并称三大耗能产业。目前，我国建筑总能耗约占社会总能耗的20.7％。并且，随着人们对美好生活的追求不断提高，这一比例将会越来越高。建筑能耗主要集中在照明、空调系统、热水等方面。将太阳能利用技术应用在建筑上，则能有效缓解建筑上传统能源消耗过高的问题。一方面，太阳光是人们习惯的光源，在室内利用天然的自然光代替照明系统不仅可以节约电能消耗，也可以提高室内的采光质量。另一方面，捕获入射到建筑南墙上的太阳能，进行光伏光热复合利用，产生电力和热水，则能进一步降低建筑对传统能源的依赖。然而，目前还没有针对这种太阳能建筑的成熟应用方案。

鉴于此，兼顾使用功能及美观性的前提下，本发明提供一种百叶窗式太阳能聚光光伏/光热/照明一体化系统。根据几何光学原理，对百叶窗叶片进行了光学设计，使其具有聚光作用。薄膜太阳能电池布置在位于室内侧聚光叶片的侧棱处，汇聚的光线经光电转化过程产生电能。薄膜太阳能电池背面布置有导热翅片和冷却水流道，利用冷缺水带走积聚在太阳能薄膜电池上的热量，从而避免了电池温度的持续升高，同时也可以得到家庭用热水。冷却水流道同时可以充当聚光叶片的旋转轴，通过旋转轴可以调节聚光叶片的开合角度从而实现对太阳的跟踪，同时也可以兼顾室内的照明需求。

技术实现要素：

本发明基于几何光学原理设计了一种聚光百叶窗叶片，入射的太阳光被汇聚到聚光叶片的侧棱处，侧棱处覆盖有薄膜太阳能电池，薄膜太阳能电池将入射的太阳能转化为电能。薄膜太阳能电池背面设计有翅片和冷却水流道，利用冷缺水带走积聚在光伏电池上的热量，避免了电池温度的升高，同时可以得到热水。冷却水流道还可以充当聚光叶片的旋转轴，通过旋转轴可以调节聚光叶片的开合角度从而实现对太阳的跟踪，同时也可以兼顾室内的照明需求。利用上述过程，实现了太阳能聚光光伏/光热/照明在建筑上的一体化应用。本发明是通过如下技术方案实现的：

一种百叶窗式太阳能聚光光伏/光热/照明一体化系统，其主要结构包括，支架(1)，若干聚光叶片(2)，反射膜(4)，太阳能薄膜电池(7)，翅片(8)，冷却水流道(转轴)(10)，保温层(9)。若干聚光叶片(2)通过冷却水流道(转轴)(10)安装在支架(1)上，形成窗体。聚光叶片(2)上表面为全反射面(3)，下表面贴有反射膜(4)为反射面，聚光叶片(2)的侧棱处贴有薄膜太阳能电池(7)，薄膜太阳能电池(7)的外侧为翅片(8)，冷却水流道(转轴)(10)与翅片(8)连接，翅片(8)外侧为保温层(9)。

当光线(11)入射到聚光叶片(2)上时，经若干次反射(5)全反射(6)过程被汇聚到太阳能薄膜电池上(7)，太阳能薄膜电池(7)将汇聚的太阳能转化为电能。为了避免太阳能薄膜电池(7)温度的持续升高，影响其光电转化效率，在其外侧设置有翅片(8)和冷却水流道(10)，冷却水一方面可以带走积聚在太阳能薄膜电池(7)上的热量，另一方面，温度升高的冷却水可以作为家庭热水使用。冷却水流道(10)还可以作为聚光叶片(2)的转轴，通过转轴调节百叶窗叶片式聚光器(1)的开合角度实现对太阳位置的跟踪，同时也能兼顾室内的采光需求。

有益效果：

(1)将百叶窗叶片设计为聚光叶片，在不影响室内采光的同时实现了对垂直空间太阳能资源的有效利用，能有效缓解建筑上传统能源消耗过高的问题。

(2)太阳能薄膜电池安装在聚光叶片的侧棱处，不与外界环境接触，增加了电池的运行稳定性。此外，采用冷却水对电池进行冷却的措施，避免电池温度升高的同时，

还能得到生活热水，提高了系统的能量利用效率。

(3)实现了建筑上聚光光伏/光热/照明一体化的太阳能复合利用模式，装置结构紧凑，无需额外的安装空间，具有较好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明结构示意图；

图2为聚光叶片下表面为漫反射表面的太阳能聚光光伏/光热/照明一体化系统；

图3薄膜太阳能电池与冷却水流道直接接触的太阳能聚光光伏/光热/照明一体化系统；

图4为薄膜太阳能电池位于冷却水流道内侧的太阳能聚光光伏/光热/照明一体化系统；

图5为聚光叶片为双节结构的太阳能聚光光伏/光热/照明一体化系统；

其中，1-支架；2-聚光叶片；3-全反射面；4-反射膜；5-反射光线；6-全反射光线；7-太阳能薄膜电池；8-翅片；9-保温层；10-冷却水流道(转轴)；11-入射光线；12-漫反射面；13-方形冷却水流道；14-冷却水；15-转轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本发明技术方案做进一步详细说明。

图1是本发明一种百叶窗式太阳能聚光光伏/光热/照明一体化系统的结构示意图。其主要结构包括：支架(1)，聚光叶片(2)，反射膜(4)，太阳能薄膜电池(7)，翅片(8)，冷却水流道(转轴)(10)，保温层(9)。各部分连接关系为，聚光叶片(2)通过冷却水流道(转轴)(10)固定在支架(1)上，聚光叶片(2)的下表面贴有反射膜(4)为反射面，太阳能薄膜电池(7)安装在聚光叶片(2)的侧棱处，太阳能薄膜电池(7)另一侧为翅片(8)，翅片(8)与冷却水流道(转轴)(10)连接，翅片外侧则覆盖有保温层(9)。

一种百叶窗式太阳能聚光光伏/光热/照明一体化系统的运行原理如下：入射光线(11)入射到聚光叶片(2)上时，部分光线经反射膜(4)反射后汇聚到太阳能薄膜电池(7)上，另一部分光线到达叶片上表面，经全反射(6)后汇聚到太阳能薄膜电池(7)上，太阳能薄膜电池(7)吸收太阳能转化为电能的同时产生热量，热量通过导热翅片(8)到达冷却水流道(10)，被加热的冷却水之后输送到用户端。冷却水流道(10)同时作为转轴，可以调节聚光叶片(2)的开合角度，从而实现对太阳位置的跟踪，同时也实现了对室内照度的调节。通过上述过程，实现了太阳能聚光光伏/光热/照明在建筑上的一体化应用。

如图2所示的一个实施实例，聚光叶片(2)下表面为漫反射表面(12)，经漫反射过程汇聚到太阳能薄膜电池(7)上的太阳能流密度分布的更加均匀，提高了系统的发电效率。

如图3所示的一个实施实例，太阳能薄膜电池(7)与方形冷却水流道(13)直接接触，冷却水(14)能对太阳能薄膜电池(7)进行直接冷却，提高了冷却效率。

如图4所示的一个实施实例,太阳能薄膜电池(7)安装在方形冷却水流道(13)的内侧，不在太阳能薄膜电池(7)光谱响应波段的光线，首先被冷却水(14)吸收，从而可以提高太阳能薄膜电池(7)的光电转化效率。

如图5所示的一个实施实例，聚光叶片(2)为双节结构，增大了百叶窗叶片的宽度，提高了汇聚到太阳能薄膜电池(7)上的能量密度。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。