光谱补偿式太阳能光伏发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种光谱补偿式太阳能光伏发电系统，主要由反射镜组、叠层太阳能电池、管理控制系统和电力系统四部分组成。该系统的基本功能是：利用对特定谱段或者特定波长的太阳光具有反射作用的半反射镜，补偿叠层电池电流输出较弱的结，解决叠层电池在使用过程中因入射光谱的不均导致的各结电流输出失配的问题。其特点在于该系统将使用的反射镜分为全太阳光谱反射功能的全光谱反射镜与对特定谱段或者特定波长的太阳光具有反射作用的半反射镜两种，反射镜组将太阳光反射到叠层电池表面后，叠层电池表面的探测器获得电流失配信号，并将其反馈至控制系统，控制系统输出信号驱动半反射镜对叠层电池输出电流较弱的相应子电池进行光谱补偿。
【专利说明】光谱补偿式太阳能光伏发电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新能源发电领域，尤其涉及一种光谱补偿式的太阳能光伏发电系统。
【背景技术】
[0002]最近几年，新能源的利用技术有了长足的发展，随着世界各国的大力提倡，利用新能源(例如太阳能、风能、潮汐能、地热能、核能等)进行发电逐渐得到了应用。
[0003]目前，太阳能发电主要采用光伏发电和光热发电两种技术。光伏发电采用晶体硅太阳能电池，砷化镓太阳能电池，以及非晶硅、化合物薄膜电池等的光伏效应将太阳能转换为电能。其主要的发电技术有晶体娃太阳能电站技术，聚光光伏电站技术和光伏建筑一体化技术等几种。光热发电则主要有槽式、塔式和碟式三种形式。各种技术在全球都已经出现了一些工程实例，但是因为成本问题一直未能得到大规模推广。
[0004]在众多的太阳能电池种类中，叠层太阳能电池一直保持着最高的光电转换效率(多结的砷化镓电池理论效率更超过50%)，所以聚光太阳能发电多采用叠层太阳能电池作为叠层太阳能电池件。叠层太阳能电池获得高性能叠层电池的关键问题是解决叠层太阳能电池各结之间的电流匹配，但是该问题在电池生产和现实应用过程中一直较难实现。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种光谱补偿式太阳能光伏发电系统，用于解决现有利用叠层太阳能电池的光伏发电系统中各结之间因入射光谱不均所引起的电流失配问题。
[0006]为了解决现有技术中存在的上述问题及其他问题，本发明提供一种光谱补偿式太阳能光伏发电系统，包括:反射镜组，包括具有全太阳光谱反射功能的全光谱反射镜与对特定谱段的太阳光具有反射作用的半反射镜两种；叠层太阳能电池，设置在一载体上且受光面朝向所述反射镜组用于吸收经由所述反射镜组反射过来的太阳光并将所述太阳光转化为电能和热能；所述叠层太阳能电池为包括至少两个P-n结的多结太阳能电池；所述叠层太阳能电池表面配有可以反映照射到其太阳光谱情况的探测器，并将获得的信号反馈输出；管理控制装置，与所述叠层太阳能电池和所述反射镜组相连，用于根据从所述叠层太阳能电池反馈输出的光电转换数据分别控制所述反射镜组中的全光谱反射镜及半反射镜调整反射角度以对所述叠层太阳能电池中电流输出较弱的子电池进行聚光和/或光补偿；电力装置，与所述叠层太阳能电池相连，用于接收所述叠层太阳能电池所产生的电能并将所述电能进行转换输出。
[0007]在本发明的光谱补偿式太阳能光伏发电系统中，所述反射镜组中的全光谱反射镜及半反射镜均包括反射镜和对应配置、以驱动所述反射镜调整跟踪太阳光的反射角度的跟踪装置。所述反射镜组中的反射镜采用一维、准一维、二维以及准二维的跟踪方式中的任一种来跟踪太阳光。所述反射镜为平面镜或曲面镜。所述半反射镜为反射光谱与叠层太阳能电池需要补偿的光谱互补的光伏组板，或者表面采用镀反射膜的方式实现其对特定频谱的光起到反射功能的反射镜。
[0008]在本发明的光谱补偿式太阳能光伏发电系统中，所述叠层太阳能电池表面的探测器反馈输出的光电转换数据包括电流失配信号，所述探测器将电流失配信号反馈至所述管理控制装置，所述管理控制装置输出信号驱动半反射镜对所述叠层太阳能电池输出电流较弱的相应结进行光补偿。
[0009]在本发明的光谱补偿式太阳能光伏发电系统中，所述叠层太阳能电池采用II1- V族化合物叠层电池、硅基叠层电池、或铜铟镓硒叠层电池。所述叠层太阳能电池为一个独立且完整的太阳能电池器件。所述叠层太阳能电池由多个分立的电池单元组成，所述电池单元之间采用串联和/或并联连接方式。所述电池单元内置有探测器，用于探测到达所述电池单元表面的太阳光和补偿光的强度。所述探测器为太阳能光谱探测器或者与所使用电池单元具有相同叠层结构的标准电池，得出反应所使用电池表面的入射光状况的数据输出至管理控制装置。所述电池单元是由一个到多个电池子单元组成，所述电池子单元之间采用串联和/或并联连接方式。
[0010]本发明提供的光谱补偿式太阳能光伏发电系统，主要是利用光学补偿的方式实现对叠层太阳能电池中输出电流较低的结进行补偿，解决电流匹配的问题，提高叠层太阳能电池的能量输出。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明的光谱补偿式太阳能光伏发电系统在一个实施方式中的功能框图。
[0012]图2为图1中叠层太阳能电池的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0014]请参阅图1及图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0015]鉴于现有叠层太阳能电池技术存在由于系统中各结之间不能有效解决电流匹配而导致电池能量的输出受限的问题，本发明的发明人对现有技术进行了改进，提出了一种光谱补偿式太阳能光伏发电系统，利用光谱补偿的方式实现对叠层太阳能电池的输出电流较低的结进行补偿，解决电流匹配的问题，提高叠层太阳能电池的能量的输出。
[0016]以下将通过具体实施例来对本发明所提出的光谱补偿式太阳能光伏发电系统进行详细说明。请参阅图1，显示为本发明的光谱补偿式太阳能光伏发电系统在一个实施方式中的结构框图。如图1所示，所述光谱补偿式太阳能光伏发电系统包括:承载塔11、反射镜组13、叠层太阳能电池15、管理控制装置17、电力装置19。[0017]以下对上述各个部分进行详细描述。
[0018]承载塔11是主要起到承载作用的结构。在本实施方式中，承载塔11可以新建或者采用已建成的各种信号塔、输电线塔、天线塔、灯塔、烟?、风车、房屋或楼宇等各种形式的建筑。承载塔11 一般设计得具有一定高度，其高度一般为I米至300米。
[0019]反射镜组13设置在承载塔11的就近区域(例如距离承载塔11 一定范围的地面上或建筑平面上)。在本实施方式中，反射镜组13进一步包括用于将不同方向照射过来的太阳光予以反射的一个或多个数量的反射镜，每一个反射镜都配置有对应的跟踪装置133，利用跟踪装置133，可以驱动对应的反射镜调整跟踪太阳光的反射角度。
[0020]在本实施方式中，反射镜组13中的反射镜是可以采用一维、准一维、二维、准二维甚至是其他的多维或准多维的跟踪方式中的任一种来跟踪太阳光。特别地，在这里，反射镜组13中的反射镜分为对太阳光光谱全反射的全光谱反射镜131以及对特定波长或者特定波段的太阳光光谱反射的半反射镜132，其中，反射镜组13中的全光谱反射镜131起聚光的作用，而半反射镜132在起到聚光的作用的同时还对叠层太阳能电池15起到光谱补偿的作用。在实际应用中，反射镜组13中的反射镜(无论是全光谱反射镜131还是半反射镜132)可以采用平面镜、曲面镜或其他形状的镜子。具体地，所述半反射镜132为反射光谱与叠层太阳能电池15需要补偿的光谱互补的光伏组板，或者表面采用镀反射膜的方式实现其对特定频谱的光起到反射功能的反射镜。
[0021]叠层太阳能电池15设置在承载塔11上且受光面朝向反射镜组13用于吸收经由反射镜组13的反射镜(包括全光谱反射镜131和半反射镜132)反射过来的太阳光并将所述太阳光转化电能。在本实施方式中，所述叠层太阳能电池为包括顶电池、中间结以及底电池的三结太阳能电池，优选地，所述三结太阳能电池可以采用II1- V族化合物叠层电池、硅基叠层电池、铜铟镓硒(CIGS)叠层电池、或Ge基GalnP2/GaAs/Ge三结太阳能电池。
[0022]在具体实现上，叠层太阳能电池15可以有不同的结构组成。例如，在一种情况下，叠层太阳能电池15可以是一个独立且完整的太阳能电池器件。在另一种情况下，叠层太阳能电池15则可以是由多个分立的电池单元组成，所述电池单元之间采用串联和/或并联连接方式；更进一步地，所述电池单元还可以是由一个到多个电池子单元组成，所述电池子单元之间采用串联和/或并联连接方式。
[0023]另外，叠层太阳能电池15配置有二次光学系统。在一种情况下，若叠层太阳能电池15是一个独立且完整的太阳能电池器件，则所述独立的太阳能电池器件配置有一个二次光学系统。在另一种情况下，若叠层太阳能电池15是由多个分立的电池单元组成，则每一个电池单元单独配置有对应的一个二次光学系统，也可以是由多个电池单元共用一个二次光学系统。
[0024]再有，叠层太阳能电池15还配置有可以感知入射光谱状况的探测器，用于探测到达所述电池单兀表面的太阳光和补偿光的强度。同样，在一种情况下，若叠层太阳能电池15是一个独立且完整的太阳能电池器件，则所述独立的太阳能电池器件配置有一个探测器
12。在另一种情况下，若叠层太阳能电池15是由多个分立的电池单元组成，则它们可以共同使用同一个探测器12或者每一个电池单元单独配置一个探测器12 (如图2所示)。
[0025]请参阅图2，显示为本发明光谱补偿式太阳能光伏发电系统中叠层太阳能电池的结构示意图，如图2所示，根据实际工作温度，在叠层太阳能电池15的背部集成有散热系统14，散热系统14可以选择使用主动式散热、被动式散热或者二者兼有的综合散热方式。
[0026]管理控制装置17是与叠层太阳能电池15和反射镜组13相连，用于从叠层太阳能电池15反馈输出的光电转换数据，并根据所述光电转换数据分别控制反射镜组13中的反射镜(包括全光谱反射镜131和/或半反射镜132)调整反射角度以对叠层太阳能电池15中电流输出较弱的子电池进行聚光和/或光补偿。
[0027]所述叠层太阳能电池15表面的探测器反馈输出的光电转换数据包括电流失配信号，所述探测器12将电流失配信号反馈至所述管理控制装置17，所述管理控制装置17输出信号驱动半反射镜132对所述叠层太阳能电池15输出电流较弱的相应结进行光补偿。具体地，管理控制装置17根据叠层太阳能电池15内置探测器12探测到的信号与15本身输出的电学信号作出光谱补偿判断，发出控制指令至反射镜组13中相应的一个或多个的跟踪装置133，由跟踪装置133驱动对应的半反射镜132，调整跟踪太阳光的反射角度，使叠层太阳能电池15表面的入射光谱状况得以改变；叠层太阳能电池15内置探测器12探测到的信号与15本身输出的电学信号再次反馈给管理控制装置17，管理控制装置17统根据反馈的信息再次做出判断调整反射镜组13中各反射镜的角度；如此反复若干回合。既，根据季节、时日、天气阴晴等条件下太阳的运转规律，实时驱动并调整反射镜组13中各反射镜(包括全光谱反射镜131和/或半反射镜132)的反射角度，以便于能使得太阳光的资源获取达到最大化。
[0028]电力装置19是与叠层太阳能电池15相连，用于接收叠层太阳能电池15所产生的电能并将所述电能进行转换并输出。
[0029]由上可知，本发明提供的光谱补偿式太阳能光伏发电系统，主要是利用光学补偿的方式实现对叠层太阳能电池的中间结的输出电流进行补偿，解决电流匹配的问题，提高叠层太阳能电池的能量的输出。
[0030]以下将通过一具体实例来对本发明所提出的光谱补偿式太阳能光伏发电系统进行详细说明。
[0031]具体实例:
[0032]本实例的系统总体结构如图1所示。承载塔11高为50米；反射镜镜场13中的反射镜由南北向20排呈扇形排列并在距塔南向40米的位置排列，反射镜的数量为1000块，几何聚光倍数1000倍，其中，全反射镜131的数量为800块，分频反射镜132的数量为200块，上述反射镜(包括全反射镜131和分频反射镜132)采用三维跟踪的方式跟踪太阳光；叠层太阳能电池15采用比较成熟的Ge基GalnP2/GaAs/Ge三结太阳电池作为聚光太阳能组件，在一个标准太阳下所述三结太阳能电池中的顶电池、中间结、底电池的电流密度比约为
1:(0.8(H).95):(1.2-1.5)。整个叠层太阳能电池15由多个小的GalnP2/GaAs/Ge三结太阳能电池单元拼接而成，每一个三结太阳能电池单元内置的探测器12，可以探测到到达其表面的太阳光及补偿光的强度，并将数据发送至管理控制装置17 ;管理控制装置17根据获得的数据输出控制指令至反射镜组13的跟踪装置133，从而调整反射镜组13中各个全光谱反射镜131和/或各个半反射镜132的反射角度,对叠层太阳能电池15中电流输出小的中间结进行光补偿，起到提高系统电能输出的作用。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0033]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种光谱补偿式太阳能光伏发电系统，其特征在于，包括: 反射镜组，包括具有全太阳光谱反射功能的全光谱反射镜与对特定谱段的太阳光具有反射作用的半反射镜两种； 叠层太阳能电池，设置在一载体上且受光面朝向所述反射镜组用于吸收经由所述反射镜组反射过来的太阳光并将所述太阳光转化为电能和热能；所述叠层太阳能电池为包括至少两个p-n结的多结太阳能电池；所述叠层太阳能电池表面配有可以反映照射到其太阳光谱情况的探测器，并将获得的信号反馈输出； 管理控制装置，与所述叠层太阳能电池和所述反射镜组相连，用于根据从所述叠层太阳能电池反馈输出的光电转换数据分别控制所述反射镜组中的全光谱反射镜及半反射镜调整反射角度以对所述叠层太阳能电池中电流输出较弱的子电池进行聚光和/或光补偿； 电力装置，与所述叠层太阳能电池相连，用于接收所述叠层太阳能电池所产生的电能并将所述电能进行转换输出。
2.根据权利要求1所述的光谱补偿式太阳能光伏发电系统，其特征在于，所述反射镜组中的全光谱反射镜及半反射镜均包括反射镜和对应配置、以驱动所述反射镜调整跟踪太阳光的反射角度的跟踪装置。
3.根据权利要求2所述的光谱补偿式太阳能光伏发电系统，其特征在于，所述反射镜组中的反射镜采用一维、准一维、二维以及准二维的跟踪方式中的任一种来跟踪太阳光。
4.根据权利要求3所述的光谱补偿式太阳能光伏发电系统，其特征在于，所述反射镜为平面镜或曲面镜。
5.根据权利要求3或4所述的光谱补偿式太阳能光伏发电系统，其特征在于，所述半反射镜为反射光谱与叠层太阳能电池需要补偿的光谱互补的光伏组板，或者表面采用镀反射膜的方式实现其对特定频谱的光起到反射功能的反射镜。
6.根据权利要求1所述的光谱补偿式太阳能光伏发电系统，其特征在于，所述叠层太阳能电池表面的探测器反馈输出的光电转换数据包括电流失配信号，所述探测器将电流失配信号反馈至所述管理控制装置，所述管理控制装置输出信号驱动半反射镜对所述叠层太阳能电池输出电流较弱的相应结进行光补偿。
7.根据权利要求1所述的光谱补偿式太阳能光伏发电系统，其特征在于，所述叠层太阳能电池采用II1- V族化合物叠层电池、硅基叠层电池、或铜铟镓硒叠层电池。
8.根据权利要求7所述的光谱补偿式太阳能光伏发电系统，其特征在于，所述叠层太阳能电池为一个独立且完整的太阳能电池器件。
9.根据权利要求7所述的光谱补偿式太阳能光伏发电系统，其特征在于，所述叠层太阳能电池由多个分立的电池单元组成，所述电池单元之间采用串联和/或并联连接方式。
10.根据权利要求9所示的光谱补偿式太阳能光伏发电系统，其特征在于，所述电池单元内置有用于探测到达所述电池单元表面的太阳光和补偿光的强度的探测器。
11.根据权利要求10所示的光谱补偿式太阳能光伏发电系统，其特征在于，所述探测器为太阳能光谱探测器或者与所使用电池单元具有相同叠层结构的标准电池。
12.根据权利要求9或10所述的光谱补偿式太阳能光伏发电系统，其特征在于，所述电池单元是由一个到多个电池子单元组成，所述电池子单元之间采用串联和/或并联连接方式。
【文档编号】G02B7/198GK103684210SQ201210315971
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年8月30日 优先权日:2012年8月30日
【发明者】陈小源, 杨康, 李东栋, 王亮兴, 方小红, 付苓, 李明, 李成 申请人:中国科学院上海高等研究院