专利名称：曲面光伏聚光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能利用聚光器，特别是一种一维跟踪光伏聚光器，属于 太阳能聚光技术领域。
背景技术：
太阳能作为一种清洁、无污染的可再生能源，其开发和利用被认为世界能源战略 的重要组成部分。太阳能的利用主要包含太阳能热利用和太阳能光伏发电两大类。太阳能光伏技术 中，通过聚光技术来减少在一个系统中使用的光伏电池的面积，进而降低成本，同时达到较 高的光电转换效率。因而大批科研工作者对太阳能利用中的聚光原理进行了探索和研究， 根据光学原理的不同，主要分为折射式聚光器和反射式聚光器；按照聚光的形式分为点聚 焦聚光器和线性聚焦聚光器。对于太阳能聚光光伏系统，常用的菲涅尔透镜是一种点聚焦 折射式聚光器，它可以实现高倍聚光，但它仍存在不少问题采光口面积难以做大；由于透 射率的限制而光学效率难以提高；聚合物材料的稳定性和可靠性差；成本较高；具有多结 电池敏感的色散性能等。合适的反射式聚光方案可以避免这些问题，目前采用的反射式聚光器主要是大型 抛物面聚光器，但它的缺点是经抛物面反射后的光线到达电池组件接受面上时，能流密度 不均勻。对于晶体硅太阳电池组件，表面阴影或光强分布不均勻是导致输出功率降低的主 要原因之一，光照不均勻导致的失配是光伏组件和光伏方阵中一个很严重的问题，此时组 件或方阵的功率输出往往受系统中最差的电池或组件影响非常大。正常电池的能量输出就 会加到光强较弱的电池上(或被旁通二极管卸荷)而不是输出到负载或电网。
发明内容技术问题本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够实现光照均勻性的曲面 光伏聚光器。技术方案为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为一种曲面光伏 聚光器，该新曲面光伏聚光器包括长方体状的光伏电池组件、与光伏电池组件相连的固定 支杆、由固定支杆支撑和固定，并位于光伏电池组件下方的新曲面反光板、用于支撑新曲面 反光板且设置在新曲面反光板下面的的支架、与支架相连接并设置在新曲面反光板中心正 下方的转动轴和通过光伏电池组件及转动轴的对称面，该对称面将新曲面反光板分成对称 的两部分，光伏电池组件有与新曲面反光板相对的接受面；曲面反光板和光伏电池组件之间的位置固定，新 曲面反光板可以通过转动轴转 动；转动轴转动使得太阳光线与对称面平行，该与对称面平行的太阳光线经新曲面反光板 的反射后覆盖光伏电池组件的接受面；曲面反光板的剖面曲线方程式为y = (x-m (χ)) 2/4f (χ) +η (χ)[0010]其中X-新曲面反光板的剖面曲线的横坐标，y-新曲面反光板的剖面曲线的纵坐 标，f (χ)、m (χ)、η (χ)为关于χ的函数式。优选的，光伏电池组件包括单品硅光伏电池和散热铝翅片；单晶硅光伏电池采用 宽度为62. 5mm的硅片，散热翅片在单晶硅光伏电池的背部。优选的，曲面反光板采用0. 5mm-2mm的玻璃镜或镀反射膜的金属板。优选的，当对称面与地面垂直时，光伏电池组件的接受面与地面所构成的角度在 0° -90° 之间。有益效果 1)采用了新曲线方程y = (x-m(x))2/4f(x)+n(x)代替抛物面方程y = x2/4f，可 以根据实际设计需求，通过选择合适的f (X)、m (χ)、η (χ)等函数式，实现光伏电池板接受面 的光照均勻性的要求。因为光伏电池组件的输出功率由接受的能流密度最小的部分决定， 所以改善均勻性后能显著提升光伏电池组件的输出功率。2)其设计简单，效果明显，将f(x)采用关于χ的一次函数，m(x)和n(x)取为零就 可以明显改善光照的均勻性。3)可变性强，通过该变f(X)、m(X)、n(X)等函数式，可以在各种不同的光伏电池组 件的位置和接受面朝向的情况下达到需要的聚光效果。
图1是曲面光伏聚光器的立体结构示意图；图中有光伏电池组件1、曲面反光板2、支架3、转动轴4、对称面5、固定支杆6、接 受面11 ；图2a是本发明提供的一个实施例中曲面光伏聚光器的光路图；图中有接受面11、曲面反光板2 ；图2b是相关技术中抛物面光伏聚光器的光路图；图中有接受面11、抛物面反光板6。图3a是本实用新型提供的第二个实施例中新曲面光伏聚光器光路图；图中有接受面11、曲面反光板2 ；图3b是相关技术中抛物面光伏聚光器的光路图；图中有接受面11、抛物面反光板6。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明。传统的抛物线方程为y = x2/4f，运用该曲线的聚光器，在理论上使得汇聚后的光 线聚焦在一条线上，无法在给定的接受面得到均勻的能流分布。本发明中，新曲线是在抛物 线方程上进行改进而得到的。新曲面反光板(2)的剖面曲线方程式为y = (x-m (χ)) 2/4f (χ) +η (χ)其中χ-新曲线的横坐标，y_新曲线的纵坐标，f(x)、！Ii(X)、n(x)为关于χ的函数 式，选用一次或二次函数，其中的常数项需根据实际设计情况而选定。针对不同的设计需求，选择合适的f (χ)、m(x)、n(x)，就可以实现将太阳光较为均勻的聚焦在电池板上，理论上对于每一种设计情况，都存在一条曲线使得光线完全均勻的 照射到电池板上，但由于设计情况的多样化，找到适合所有情况的曲线方程是不可能的，所 以根据设计要求选择f (X)、m(x)、η (χ)等函数式，满足需要的光照均勻度并保证曲线方程 式足够简化即可。该曲面光伏聚光器包括新曲面反光板2、设置在新曲面反光板2上方的光伏电池 组件1、用于连接并支撑新曲面反光板2的支架3、与支架相连接的转动轴4和通过曲面反 光板2及转动轴4的对称面5。光伏电池组件1设有接受面11 ； 曲面反光板2和光伏电池组件1之间的相对位置固定，并可以通过转动轴4转动； 通过跟踪装置的跟踪，驱动转动轴4转动使得太阳光线与对称面5平行。此平行光线经曲 面反光板2的反射后覆盖光伏电池组件1的接受面11 ；光伏电池组件1包括单晶硅光伏电 池和散热铝翅片；单晶硅光伏电池采用宽度为62. 5mm的硅片，散热翅片在单晶硅光伏电池 的背部；曲面反光板2采用0. 5mm-2mm的玻璃镜或镀反射膜的金属板。当对称面5与地面 垂直时，光伏电池组件1的接受面11与地面所构成的角度在0° -90°之间。其中，新曲面反光板2的开口方向为上方，与开口相反的方向为下方。实施例1如图2a为新曲面聚光器的反射光路图。光伏电池组件1接受面宽度为30mm，几何 聚光比为130倍。曲线方程为y = x7(6000-x/100)，光伏电池组件1接受面竖直朝下，图 中将入射光线平均分为5段，每段包含的光能相等，从放大图中可以看出光线到达光伏电 池组件1接受面上的情况，图2b为采用抛物面曲线的并按同样的聚光方式、同样的尺寸设 计的聚光光路图。经计算，采用新曲面反射镜后，光伏电池组件接受面上最小的能流密度提 升了约 65. 7%。实施例2如图3a新曲面聚光器的反射光路图。光伏电池组件1接受面宽度为30mm，几何聚 光比为32倍。曲线方程为y = x7(4000+x/20)，左右两块光伏电池组件1的接受面的朝向 相对，分别接收对边的反光板聚焦的光能。图中将入射光线平均分为5段，每段包含的光能 相等，从放大图中可以看出光线到达光伏电池组件1接受面的情况，图3b为采用抛物面曲 线的并按同样的聚光方式、同样的尺寸设计的聚光光路图。经计算，采用新曲面反射镜后， 光伏电池组件接受面上最小的能流密度提升了约11. 3%。
权利要求一种曲面光伏聚光器，其特征在于该新曲面光伏聚光器包括长方体状的光伏电池组件(1)、与光伏电池组件(1)相连的固定支杆(6)、由固定支杆(6)支撑和固定，并位于光伏电池组件(1)下方的曲面反光板(2)、用于支撑曲面反光板(2)且设置在曲面反光板(2)下面的的支架(3)、与支架(3)相连接并设置在新曲面反光板(2)中心正下方的转动轴(4)和通过光伏电池组件(1)及转动轴(4)的对称面(5)，该对称面(5)将曲面反光板(2)分成对称的两部分，光伏电池组件(1)设有与曲面反光板(2)相对的接受面(11)；曲面反光板(2)和光伏电池组件(1)之间的位置固定，曲面反光板(2)可以通过转动轴(4)转动；转动轴(4)转动使得太阳光线与对称面(5)平行，该与对称面(5)平行的太阳光线经曲面反光板(2)的反射后覆盖光伏电池组件(1)的接受面(11)；曲面反光板(2)的剖面曲线方程式为y＝(x-m(x))2/4f(x)+n(x)，其中x-曲面反光板(2)的剖面曲线的横坐标，y-曲面反光板(2)的剖面曲线的纵坐标，f(x)、m(x)、n(x)为关于x的函数式。
2.根据权利要求1所述的曲面光伏聚光器，其特征在于光伏电池组件(1)包括单晶 硅光伏电池和散热铝翅片；单晶硅光伏电池采用宽度为62. 5mm的硅片，散热翅片在单晶硅 光伏电池的背部。
3.根据权利要求1所述的曲面光伏聚光器，其特征在于曲面反光板(2)采用 0. 5mm-2mm的玻璃镜或镀反射膜的金属板。
4.根据权利要求1所述的曲面光伏聚光器，其特征在于当对称面(5)与地面垂直时， 光伏电池组件(1)的接受面(11)与地面所构成的角度在0° -90°之间。
专利摘要本实用新型涉及一种曲面光伏聚光器，该新曲面光伏聚光器包括长方体状的光伏电池组件(1)、与光伏电池组件(1)相连的固定支杆(6)、由固定支杆(6)支撑和固定，并位于光伏电池组件(1)下方的新曲面反光板(2)、用于支撑新曲面反光板(2)且设置在新曲面反光板(2)下面的的支架(3)、与支架(3)相连接并设置在新曲面反光板(2)中心正下方的转动轴(4)和通过光伏电池组件(1)及转动轴(4)的对称面(5)，该对称面(5)将新曲面反光板(2)分成对称的两部分，光伏电池组件(1)设有与新曲面反光板(2)相对的接受面(11)。该新曲面光伏聚光器能够实现光照均匀性。
文档编号H02N6/00GK201594799SQ201020022518
公开日2010年9月29日 申请日期2010年1月13日 优先权日2010年1月13日
发明者余雷, 张耀明, 王军 申请人:东南大学