一种紧凑式聚光光伏光热一体化模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能热电联用技术领域，涉及一种光伏光热一体化模块，尤其是紧凑式光伏光热一体化模块。
【背景技术】
[0002]在目前能源危机与环境污染的双重压力下，开发一种新型可再生高效清洁能源受到了越来越多学者的关注。太阳能不仅清洁无污染，而且具有普遍性、丰富性和永久性的特点。据计算，太阳辐射到地球的能量高达4X 115MW,是地球能耗的2000倍。因此，开发太阳能资源对解决世界能源环境问题具有重大的现实意义。
[0003]太阳能光伏光热一体化技术不仅能够有效降低光伏组件的温度，提高光伏发电效率，而且能够产生热能，从而极大提高了太阳能的转换效率。但是，光热产物温度受制于光伏电池的许用温度，一般低于60°C。此外，由于太阳光的能流密度低，光伏电池的使用面积大，这使得太阳能利用系统的成本较高。常用的聚光技术虽然减少了光伏电池或集热管的使用量，降低了成本，但是由于聚光单元本身的光学特性，其与阳光接收单元之间存在较大的距离，系统体积通常较大，不利于太阳能系统的抗风，对采光面积有限的家庭用户也难以接受。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种紧凑式聚光光伏光热一体化模块，以缩小光伏光热一体化模块的体积，并且能够根据不同季节的用能需求，对系统的光电和光热单元进行切换。
[0005]为了达到上述目的，本发明的解决方案是:
[0006]一种紧凑式聚光光伏光热一体化模块，包括聚焦太阳光的聚光单元、反射太阳光的反光单元、对太阳光进行光热转化的光热单元和对太阳光进行光电转化的光电单元和调节单元；所述调节单元与所述反光单元连接，以调节所述反光单元与聚光单元之间的夹角，将太阳光汇聚到光电单元或光热单元所处的位置。
[0007]所述聚光单元布置在所述反光单元上方。
[0008]所述调节单元包括旋转轴，所述反光单元安装在所述旋转轴上。
[0009]所述旋转轴与所述反光单元铰接，以由所述旋转轴带动所述反光单元旋转。
[0010]所述光热单元和所述光电单元均包括内部通道，且所述内部通道内均含有流体，以收集热量。
[0011]所述光电单元包括中空的铝管、通过粘结层粘贴在所述铝管外侧表面的光伏电池以及包围所述铝管其他外侧表面的保温层。
[0012]所述光热单元包括表面镀有光谱选择性吸收层的太阳能真空集热管。
[0013]所述聚光单元包括板状的线性聚焦菲涅尔聚光透镜。
[0014]所述反光单元为反光镜。
[0015]所述模块还包括阳光自动跟踪单元和用于支撑所述聚光单元、所述光电单元、所述光热单元、所述反光单元和所述调节单元的外部支撑框架结构；所述阳光自动跟踪单元与所述外部支撑框架结构连接，以由所述阳光自动跟踪单元引导所述外部支撑框架结构运动，使得所述聚光单元的表面对准太阳光。
[0016]由于采用上述方案，本发明的有益效果是:
[0017]I)缩小系统体积。在聚光单元与其焦点之间布置反光单元，改变系统焦点位置，有效降低了系统的厚度，使系统紧凑化、模块化，便于生产、运输、安装和使用。
[0018]2)增大系统灵活性。反光单元布置在旋转轴上，可根据季节不同及用户需求进行光电与光热的切换，适应生活需要。
[0019]3)有效降低了成本。采用聚光技术能够大幅度减少光伏电池及集热管的面积，降低了太阳能利用系统的成本。
[0020]4)有效提高光电转换效率。光伏电池布置在通有冷却流体的方形铝管上，温度得到有效控制，从而提尚光电转化效率。
【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例中紧凑式聚光光伏光热一体化模块的结构示意图。
[0022]附图中:1、聚光透镜；2、光伏电池；3、方形铝管；4、集热管；5、平面镜；6、旋转轴；7、阳光自动跟踪单元；8、外部支撑框架结构。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
[0024]本发明提出了一种紧凑式聚光光伏光热一体化模块，图1为该模块的结构示意图。该模块包括聚光单元、反光单元、光热单元、光电单元以及调节单元。聚光单元聚集太阳光；反光单元用于将聚光单元聚集的太阳光反射至光热单元或光电单元；聚光单元布置在反光单元之上。光热单元用于将吸收的太阳光光能转变为热能；光电单元用于对太阳光进行光电转化；调节单元则与反光单元连接，通过调节反光单元与聚光单元之间的夹角，将太阳光汇聚到光电单元或光热单元所处的不同位置。
[0025]该模块还包括阳光自动跟踪单元7和用于支撑聚光单元、光电单元、光热单元、反光单元和调节单元的外部支撑框架结构8，该外部支撑框架结构8与阳光自动跟踪单元7连接。聚光单元包括板状的线性聚焦菲涅尔聚光透镜1，能够在阳光自动跟踪单元7的引导下通过外部支撑框架结构8的运动带动其运动，使得其始终将表面对准太阳。
[0026]光热单元包括集热管4，集热管4为玻璃或石英材质，表面镀有光谱选择性吸收层，内部具有通道，通道内为水或其他流体，能够进行热量的收集。
[0027]光电单元包括中空的方形铝管3与光伏电池2，光伏电池2通过粘结层粘贴在方形铝管3的外侧表面。方形铝管3的内部具有通道，通道内为水或其他流体，用于收集光伏电池2在发电的同时产生的热量。方形铝管3的其它三个外侧表面布置有保温层，防止热量通过其他方式散失。
[0028]反光单元包括平面镜5，调节单元包括旋转轴6，平面镜5与旋转轴6铰接，旋转轴6能够带动平面镜5绕其中心轴线旋转，从而反光单元使光线聚集于光伏电池2或集热管4。旋转轴6和平面镜5的设置不仅可以实现光电单元与光热单元的切换，同时也缩小了模块的体积，使系统更加紧凑化。
[0029]图1中，左上为太阳，左下为封装后的多个该紧凑式聚光光伏光热一体化模块，右边为左下的虚线圆圈内的单个紧凑式聚光光伏光热一体化模块的放大示意图。在右边的放大示意图中，实线表示的平面镜和光线表示该紧凑式聚光光伏光热一体化模块处于进行光电转换为主的模式，虚线表示的平面镜和光线表示该紧凑式聚光光伏光热一体化模块处于进行光热转换为主的模式。
[0030]本发明在已有研宄的基础上，将聚光技术与反光技术相结合。采用了菲涅尔透射式聚光镜对太阳光进行收集，减少了光伏电池和太阳能集热管的使用面积，降低了系统成本。
[0031]同时，在菲涅尔聚光镜的下方设置平面镜，且通过调节单元调节平面镜的角度，实现了光电单元与光热单元自由切换。例如，夏季可切换到光电单元，在发电的同时产生40?50°C的热能，供家庭生活使用；冬季，由于气温降低，可切换到光热单元进行大量的光热转换，产生的热能可用于采暖。这样的结构不仅提高了该模块使用的灵活性，同时也缩小了系统的体积，使系统更加紧凑化。
[0032]此外，光热单元集热管外部镀光谱选择性吸收层，增大了光热转换效率，提高了光热产物出口温度；光电单元光伏电池贴在通有冷却流体的方形铝管表面，不仅降低了光伏电池温度，提高了光电转换效率，而且回收了光伏电池发电的同时产生的热量，提高了系统的总效率。
[0033]上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种紧凑式聚光光伏光热一体化模块，包括聚焦太阳光的聚光单元、反射太阳光的反光单元、对太阳光进行光热转化的光热单元和对太阳光进行光电转化的光电单元，其特征在于:还包括调节单元；所述调节单元与所述反光单元连接，以调节所述反光单元与聚光单元之间的夹角，将太阳光汇聚到光电单元或光热单元所处的位置。
2.根据权利要求1所述的紧凑式聚光光伏光热一体化模块，其特征在于:所述聚光单元布置在所述反光单元上方。
3.根据权利要求1所述的紧凑式聚光光伏光热一体化模块，其特征在于:所述调节单元包括旋转轴，所述反光单元安装在所述旋转轴上。
4.根据权利要求3所述的紧凑式聚光光伏光热一体化模块，其特征在于:所述旋转轴与所述反光单元铰接，以由所述旋转轴带动所述反光单元旋转。
5.根据权利要求1所述的紧凑式聚光光伏光热一体化模块，其特征在于:所述光热单元和所述光电单元均包括内部通道，且所述内部通道内均含有流体，以收集热量。
6.根据权利要求5所述的紧凑式聚光光伏光热一体化模块，其特征在于:所述光电单元包括中空的铝管、通过粘结层粘贴在所述铝管外侧表面的光伏电池以及包围所述铝管其他外侧表面的保温层。
7.根据权利要求5所述的紧凑式聚光光伏光热一体化模块，其特征在于:所述光热单元包括表面镀有光谱选择性吸收层的太阳能真空集热管。
8.根据权利要求1所述的紧凑式聚光光伏光热一体化模块，其特征在于:所述聚光单元包括板状的线性聚焦菲涅尔聚光透镜。
9.根据权利要求1所述的紧凑式聚光光伏光热一体化模块，其特征在于:所述反光单元为反光镜。
10.根据权利要求1所述的紧凑式聚光光伏光热一体化模块，其特征在于:所述模块还包括阳光自动跟踪单元和用于支撑所述聚光单元、所述光电单元、所述光热单元、所述反光单元和所述调节单元的外部支撑框架结构；所述阳光自动跟踪单元与所述外部支撑框架结构连接，以由所述阳光自动跟踪单元引导所述外部支撑框架结构运动，使得所述聚光单元的表面对准太阳光。
【专利摘要】本发明提出了一种紧凑式聚光光伏光热一体化模块，属于太阳能热电联用技术领域。该模块包括聚焦太阳光的聚光单元、反射太阳光的反光单元、对太阳光进行光热转化的光热单元、对太阳光进行光电转化的光电单元以及调节单元。该调节单元与反光单元连接，以控制反光单元与聚光单元之间的夹角，将太阳光汇聚到光电单元或光热单元所处的位置。本发明有效地缩小了光伏光热一体化模块的体积，增大了系统的灵活性，使得用户能够根据季节的不同和特定需求对光电与光热进行切换；同时，该系统还有效地提高了光电转换效率，降低了系统成本。
【IPC分类】H02S40-22, H02S10-30, H02S20-32
【公开号】CN104796067
【申请号】CN201510178907
【发明人】安巍, 张洁
【申请人】同济大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月15日