专利名称：高效低成本的太阳能电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及当前世界上最有发展前景的新能源技术，特别是一种高效低成本的太 阳能电源是可再生能源的重要组成部分。技术背景通过太阳能电池将太阳辐射能转换为电能的发电系统称为太阳能光伏发电系统， 它将太阳的光能直接转化为电能，产生的电源为直流电，可以直接以直流电的形式应用，也 可以用逆变器将其转换成为交流电，进行应用。也可以用蓄电池等储能器将电能存放起来， 按需随时释放使用。预计太阳能光伏发电将发展成重要的供电方式，在世界可持续能源结 构中占有重要的比例，广泛应用于工业、农业、科技、文教、国防和人民生活的各个领域。与公共电网相连接的太阳能光伏发电系统是太阳能光伏发电进入大规模商业化 发电阶段，成为电力工业组成部分的重要方向，是当今世界太阳能光伏发电技术发展的主 流趋势，特别是其中的光伏电池与建筑相结合的联网屋顶太阳能光伏发电系统，是美、欧、 日等众多国家竞相发展的热点，市场广阔、前景诱人。目前，商品光伏电池的光转换效率仅10 14%，外用光伏电池发电的成本仍然是 其他常规发电方式的几倍，成本高是制约其广泛应用的最重要因素，而且通常结构十分复 杂，仅使用其电能、大量的热能没有充分利用其发电的功能。本发明的目的是设计一种聚光和热能复合的发电装置，充分利用太阳能的光和热 联合发电，提高了发电效率，降低了成本，其材料成本低、制造工艺简单，功率数量级可作为 日用电源、商用电源和企业用电源使用，本发明的发电成本可降为6美分/kw. h，可以与市 电竞争，进入公共电网。本发明是通过以下技术方案实现的根据用电负载的特点可设计分为①直流系统，②交流系统，③交直流混合系统， 其主要区别是系统中是否有逆变器，本发明主要由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、逆 变器等部分组成太阳能光伏发电系统。为了提高太阳能的利用效率采用太阳能自动跟踪式 聚光发电反射器，高效收集太阳光和其他光使之照射到太阳能电池表面上、大大提高光电 池的转换效率。太阳能电池吸收了具有高能量的光子激发出光生载流子-电子-空穴对，在 P-N结两边产生异性电荷的积累从而产生光生电动势、获得功率输出把太阳能或其他光能 直接转换成了电能。也可以在太阳能电池的背面接触之间用真空蒸镀法沉积一层高反射率 的金属表面(能被光电池吸收并转换成电能光的波长)，使任何辐射波都容易透过半导体 材料进入背表面反射面，它能反射透过电池基本到达背表面的光从而增加了光的利用率。研究表明太阳辐射能转换成电能的卡诺循环效率可达95%，而目前太阳能电池 理论效率的上限仅为33%，这说明太阳能电池的光电转换效率还有很大的潜力，而造成太 阳能电池能量损失的主要因素就是热损失、温度对太阳能电池的电输出性能影响是非常大 的，随着温度的升高，光电池短路电流增加不大，而开路电压降低很快，几乎是呈线性关系， 从而使得太阳能电池的转换效率降低、输出功率下降。
太阳能电池在工作的时候必须曝晒在太阳之下、发电时太阳能电池本身也在不断 产生热量、造成太阳能电池的实际工作温度都不是标准条件下的25°C、往往比较高、本发明 安装在聚光反射器聚焦点附近的换热器以水为热量载体利用太阳能制取热水(或以空气 为热量载体制取热空气)，换热器朝向聚光反射器的表面上装有太阳能电池，光电池与换热 器之间有导热连接，换热器装有进水口、出水口及温度控制装置顶部连接热交换器，热交 换器向内注入冷水向外排放热水，按设计要求调谐太阳能电池的工作温度、提高太阳能电 池的电输出效率。本发明由传热导体、换能导体、散热导体、稳恒磁场组成热能发电器，换能导体的 两个方面分别连接传热导体和散热导体、热能经传热导体传向换能导体经散热导体向外散 热、稳恒磁场的方向平行于导体间的连接面、垂直于换能导体中的温度梯度方向、这样换能 导体上便产生电势将热能直接转化为电能向外输出或储存。本发明的一种高效低成本太阳能电源具有如下优点1.输出能量大发电系统与平板式光电池相比，输出功率增加60%以上。2.降低发电成本由于聚光发射作用可大幅度提高能量密度，单位面积的太阳能 电池可发出更大的电能，因此每瓦电的成本也明显下降。3.优化太阳能电池的工作温度，提高光电转换效率及电输出效率。4.构成一个光热、光电复合发电系统，技术成熟度高、产品质量好、性能卓越，可实 现大功率、材料成本低，总体处于先进水平，多个指标领先。5.太阳能发电利用率高既利用太阳能的光转电能又充分利用其热能转电，既是 发电装置又是供应热及开水的自动锅炉。6.装置结构简单，应用广泛、热能发电由于所需温差不大，可以用一杯热水做能源 发电、制造热水充电电源、太阳能余热利用、地热利用及制造相关发电用电系统。7.适用于别墅、农村住宅等不同档次标准的各类高低层建筑，一次性投入使用寿 命长、节省能源开支、适合各档次物业的管理和维修水平。8.可以根据用户及建筑的需求，对技术品种进行菜单式选择。
图1是本发明的高效低成本的太阳能电源发电系统基本结构图。图2是不同辐照强度下的太阳能电池I-V特性曲线。图3是不同温度下太阳能电池的I-V特性曲线。具体实施如图1所示的高效低成本太阳能电源，是一种聚光发电和热能发电复合的太阳能 发电装置，采用太阳能自动跟踪式聚光发射器，高效收集太阳光和其他光使之照射到太阳 能电池表面上，增加了辐照强度，大大提高了光电池的转换效率，同时利用换热器、热交换 器、自动温度控制器以水为热量载体，贴紧太阳能电池实现导热连接，使太阳能电池的工作 温度保持在最佳的工作温度25°C左右，换热器装有进出水口及自动温度控制器、顶部连接 交换器、热交换器向内注入冷水向外排放热水，换热器中的水有效的为太阳能电池的工作 温度降温冷却、又吸热获取大量热水，经温差循环进入热交换器中，热交换器中的冷水又流 入换热器内，不断循环使水温升到设计温度后排出进行热能发电。热能发电由铁磁性金属合金制成的换能导体、普通材料做成的传热导体和散热导 体、稳恒磁场组成、换热导体的两个面分别连接传热导体和散热导体、热水经传热导体传向换能导体经散热导体向外散热、稳恒磁场的方向平行于导体间的连接面，垂直于换能导体 的温度梯度方向。这样换能导体产生电势将热能直接转换成电能输出，换能导体按纵向多 组串联可产生高电势，在将多个等电势装置并联可实现大功率发电而且材料成本低。
图2、图3中所示的辐照强度对太阳能电池的电输出性能影响在设计和实际应用 中一定要加以重视、不可忽略。
权利要求
1.一种充分利用太阳能的光和热联合发电的高效低成本的太阳能电源，其特征是由 太阳能电池组件、自动跟踪聚光发射器、换热器、热交换器、热能发电、控制器、蓄电池组、逆 变器(备用逆变器)、交流配电柜、电表等组成。
2.根据权利要求1所述的高效低成本的太阳能电源，其特征是聚光发电中的多个组合 换热器以水或水溶液为热量载体。换热器与太阳能电池的导热连接可以用锡焊、导热胶等 方法固定，进一步减小太阳能电池占地面积。
3.根据权利要求1.2所述的高效低成本的太阳能电源其特征是热能发电的换能导体 具有高导磁性是电的优良导体、传热导体和散热导体是抗磁性强的热能的优良导体。将多 个等电势的温差电池组合，实现大功率。
全文摘要
本发明涉及当前世界上最有发展前景的新能源技术领域，特别是一种高效低成本的太阳能电源是可再生能源利用推广的重要方法之一。本发明设计一种聚光和热能复合发电的太阳能发电装置，充分利用太阳能的光和热联合发电。采用自动跟踪式聚光反射器，高效提高太阳能电池的转换效率，采用光电池与换热器的导热连接。按设计要求调节降低太阳能电池的工作温度。提高其电输出效率，采用电磁学的温差电池发电原理将本发明的热能直接转化成电能，提高了发电效率，降低了成本，其材料成本低，制造维护简便，功率数量级可作为家用、商业用、企业用的日用电源使用，由于发电成本降低可以与市电竞争进入公共电网。
文档编号H02N6/00GK102055375SQ20091015327
公开日2011年5月11日 申请日期2009年10月30日 优先权日2009年10月30日
发明者王红亚, 范志平 申请人:宁波卓奥电子科技有限公司