专利名称：分频吸收的太阳能热光伏装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光电直接转化装置，即是一种分频吸收的太阳能全频谱热光伏装置。背景技术：
太阳能热光伏系统(STPV)源于普通热光伏系统(TPV)及将太阳能直接转化为 电能的光伏系统(PV)，其原理为通过集聚器会聚大量的太阳光来加热辐射器，使得 辐射器达到较高的温度，从而对外发出辐射能。在辐射器和光电池之间设置了一层滤 波器，尽量使得电池可转化波段范围内的辐射能通过滤波器到达电池，并被光电池转 化为电能对外输出，而电池无法转化的能量则被滤波器反射回辐射器以重新利用，保 持辐射器较高的温度，以减少能量的损失。美国EDTEK公司制作的STPV系统，采用卡塞格伦型的集聚器，其太阳能集聚比为 1000:1,该系统为混合型的热光伏系统，釆用太阳能及燃料燃烧共同加热的方式，测得 在辐射器表面温度为1400°C时，'系统效率为22. 3%，而理论转化效率也只能达到25 %。此外，俄罗斯物理技术研究所采用菲涅尔透镜及一二级透射镜为集聚器，其制作 的STPV系统的效率在辐射器温度为2000K时理论最高效率可达到33%。由此可见，太阳能热光伏系统相对于普通的热光伏系统及PV系统，效率己经有了 一定的提高，但仍然存在以下问题1、通常的太阳能热光伏系统只能吸收转化一定光 谱段的光子，其它谱段的光子没有得到充分利用；2、虽然辐射器温度的增高可以提高 系统效率，但是由于辐射器入口处辐射能泄漏引起的能量损失，当温度升高到一定值 后，系统效率会因此降低，即存在一个最大效率对应温度值，当到达此温度后，再提 高其吸收的太阳能量来增高辐射器温度是没有意义的了，而且温度过高对于辐射器材 料的性能会有很大的影响，甚至引起材料的损坏；3、辐射器温度升高必然引起电池热 负荷的急剧增加，对散热器的性能及功率提出了更高的要求，如果散热器达不到理想
效果的话会使得电池温度升高，而电池温度的升高带来的效率减小等影响也是显而易 见的；4、聚光器在会聚过程中不可避免的存在着能量的损失，如果使得太阳能量在损 失前就可以得到一定的利用，则必然使得系统的效率得以提高；5、由以上的数据可以 看出，对于STPV系统，它的系统效率仍然受到很多因素的制约，在忽略了很多实际因 素后进行计算，其理论的系统效率仍然很难超过30%。
发明内容本发明的目的在于提供一种系统效率及输出电功率高，辐射器表面温度低，从而 能减小电池的热负荷的分频吸收的太阳能热光伏装置。实现本发明目的的技术方案是 一种分频吸收的太阳能热光伏装置，其特征在于-它包括主反射镜，及设置在主反射镜及其焦点之间的二级反射镜，在主反射镜表面设 置一级光电池，在光电池表面贴有滤波器，主反射镜下方设置热光伏装置，热光伏装 置主要包括吸收器、辐射器以及光电池，在光电池表面贴有滤波器，在电池的外表面 设置冷却器。本发明的原理是着眼于太阳能的全频谱高效利用，采用两级反射型集聚器对太 阳能进行会聚，在主反射镜面上设置光电池，吸收直接照射的太阳能，在光电池表面 设置具有滤波作用的滤波器涂层，尽量使得光电池可转化波段的太阳光透过滤波器到达光电池表面，直接转化为电能；滤波器涂层既具有滤波作用，又具有主反射镜的反 射特性，即可将可转化波段范围以外的太阳光按照原来主反射镜的反射光路反射回二 级反射镜，以继续利用。经二级反射镜反射的太阳光通过热光伏装置的入射口进入吸 收辐射器空腔，转化为热能，并加热辐射器到一定温度后，对外发出辐射能，辐射器 发出的光子辐射能一部分透过滤波器到达热光伏系统中的光电池部分(GaSb光电池或 其它禁带能值相对较低的光伏电池)，转化为电能，另一部分则被滤波器反射回辐射器 以保持辐射器的高温。两级光电池产生的电功率的和即为系统输出的总的电功率。这
样，实现了太阳能的全频谱利用。本发明与现有技术相比，其显著优点是1、采用两级光电转化装置，可显著提高 对太阳能的吸收转化效率，增大了系统效率及总的输出电功率，数值计算显示比同样 工况下的普通STPV装置高出12 13%; 2、利用一级光电池吸收了部分太阳光，减少 了到达吸收器的太阳能量，使得辐射器表面的温度有所降低，从而减小了电池的热负 荷；3、利用硅电池先行吸收了部分的太阳能, 一定程度上也减小了太阳光两次反射中 的能量损失。本发明可以应用于航空、航天、生活等领域，为飞行器及日常生活等提 供充足的电能，应用前景广泛。 四
图1是本发明的分频段吸收太阳能热光伏装置的结构示意图。图2是本发明的主反射镜上设置硅电池的结构俯视图。 图3是圆柱壁面上设置锑化镓电池的俯视图。 五具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。结合图l，本发明的分频吸收的太阳能热光伏装置。包括主反射镜l， 二级反射镜 2,采用卡塞格伦型集聚器并通过支架支撑，即其主反射镜为抛物柱面反射镜，二级反 射镜为双曲面镜，主反射镜及二级双曲面镜的大小可根据需要任意选取。在主反射镜 表面布置硅电池3，在硅电池表面贴有滤波器4，使得0.45 1.127ixm波段的太阳光可 以透过滤波器4到达硅电池，转化为电能，此波段范围以外的太阳能则和其余落在主 反射镜面上的太阳能一起反射回二级反射镜，经过二次反射通过吸收器入口 13进入吸 收器7内的空腔11。位于主反射镜下的热光伏系统5采用双圆柱套筒的形式，内层圆 柱为吸收器6和辐射器7，插入一抽真空的外层圆柱体12内，在外层圆柱体的内壁面 沿辐射器一周布置锑化镓电池9，在电池内表面贴有滤波器8，以选择性地吸收辐射 能量，并反射不能吸收的能量以保持辐射器的温度。在电池的外表面装有冷却器IO， 以消除电池内部产生的废热。结合图2，主反射镜表面上从二级反射镜所占投影面积以外开始逐层布置硅电池， 按照每层最多可能布置的数量进行布置，以使得反射镜表面尽量被硅电池布满。硅电 池的数量由主反射镜的大小决定。结合图3，热光伏系统中锑化镓电池沿外圆柱周向布置8块，将外圆柱沿周向8 等分，在电池以外的部分设置反射镜，将落到该部分的辐射能量反射回辐射器，沿径 向布置6块，共48块GaSb电池。电池表面布置有Si/Si02光子晶体滤波器。
权利要求
1、一种分频吸收的太阳能热光伏装置，其特征在于它包括主反射镜[1]，及设置在主反射镜及其焦点之间的二级反射镜[2]，在主反射镜表面设置一级光电池[3]，在光电池表面贴有滤波器[4]，主反射镜下方设置热光伏装置[5]，热光伏装置主要包括吸收器[6]、辐射器[7]以及光电池[9]，在光电池[9]表面贴有滤波器[8]，在电池的外表面设置冷却器[10]。
2、 根据权利要求l所述的分频吸收的太阳能热光伏装置，其特征在于采用卡塞 格伦型集聚器并通过支架支撑，即其主反射镜为抛物柱面反射镜，二级反射镜为双曲 面镜，热光伏装置[5]的入口[13]位于其主反射镜下方、二级反射镜的焦点处。
3、 根据权利要求1或2所述的分频吸收的太阳能热光伏装置，其特征在于 一级 光电池[3]采用硅电池，从主反射镜表面上二级反射镜所占投影面积以外开始逐层布置 硅电池，按照每层最多可能布置的数量进行布置，反射镜表面布满硅电池。
4、 根据权利要求l所述的分频吸收的太阳能热光伏装置，其特征在于热光伏装 置[5]采用双圆柱套筒结构，内层圆柱为吸收器和辐射器,均可采用碳化硅材料，插入 一抽真空的外层圆柱体内，禁带能值相对较低的热光伏电池[9]沿外圆柱周向等分布置 8块，沿径向布置6块，共48块，电池表面设置有光子晶体滤波器[8]。
全文摘要
本发明公开了一种分频吸收的太阳能热光伏装置。它包括主反射镜，及设置在主反射镜及其焦点之间的二级反射镜，在主反射镜表面设置一级光电池，在光电池表面贴有滤波器，主反射镜下方设置热光伏装置，热光伏装置主要包括吸收器、辐射器以及光电池，在光电池表面贴有滤波器，在电池的外表面设置冷却器。本发明采用两级光电转化装置，可显著提高对太阳能的吸收转化效率，增大了系统效率及总的输出电功率，利用一级光电池吸收了部分太阳光，减少了到达吸收器的太阳能量，减小了电池的热负荷，利用硅电池先行吸收了部分的太阳能，可减小太阳光两次反射中的能量损失。本发明可应用于航空、航天、生活等领域，为飞行器及日常生活等提供充足的电能。
文档编号F24J2/00GK101127373SQ20071013277
公开日2008年2月20日 申请日期2007年9月30日 优先权日2007年9月30日
发明者宣益民, 强 李, 雪 陈, 韩玉阁 申请人:南京理工大学