悬挂式太阳能分波段双模式发电装置及其方法与流程

本发明属于太阳能发电技术领域，特别是涉及一种悬挂式太阳能分波段双模式发电装置及其方法。

背景技术：

当今世界面临着能源日益紧缺的问题，向太阳这个取之不尽的能源宝库索取能量实现人类历史上的能源变革，已成为世界各国今后能源开发的主要目标，其中太阳能发电应是提供未来大规模电力的主力。太阳能发电分为太阳能热动力发电和太阳能光伏发电，太阳能热动力发电需要集中用地、由于系统结构复杂、投资成本高，目前尚未形成产业化，而太阳能光伏发电已是目前太阳能发电产业的主流技术，技术成熟，产业化程度高，并且方便与建筑物相结合构建分布式能源。目前太阳能光伏方阵一般布置在建筑物的屋顶以便于采光，但随着社会经济的发展，未来城市的高层建筑物越来越多，屋顶采光面积的比重减小，而外墙墙体采光面积的比重增大，因此将太阳能光伏方阵布置在城市高层建筑物外墙墙体上具有良好的发展前景。目前最常用的光伏电池是太阳能硅电池，其工作波长范围通常处于可见光和很小范围（约为760纳米～1微米）内的近红外线区域，难以利用紫外线和很大范围（约为1微米～1000微米）内的中远红外线，而难以利用的红外线所产生的热效应将使太阳能电池板的温度显著升高，从而降低太阳能硅电池的工作效率。若考虑在太阳光到达硅电池之前将难以被硅电池利用的太阳光波段先排除，只剩下可利用的太阳光波段到达硅电池表面，则可以有效降低太阳能电池板的温度，提高太阳能硅电池的工作效率。而难以被硅电池利用的太阳光波段的辐射能量可以通过其他用途进行利用，优先考虑用于加热空气并使热空气膨胀加速，所具有的动能即可用于做功发电。综合上述的分析，若能寻求一种可行的方法从而实现提高太阳能硅电池性能和提高太阳光总利用效率的双重目的，将对今后太阳能的开发利用产生非常重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种太阳能波段利用率高、电池运行性能好、结构紧凑、拆装方便、应用范围广的悬挂式太阳能分波段双模式发电装置。

本发明的另一个目的在于提供一种实现太阳能分波段利用，将太阳能热空气发电和光伏电池发电相耦合的悬挂式太阳能分波段双模式发电方法。

为实现上述发明目的，本发明的技术解决方案是：

本发明是一种悬挂式太阳能分波段双模式发电装置，它包括壳体、保温密封材料、透明材料、带通滤光玻璃、光伏电池板、散热片、风力发电机、支架；所述的发电装置为具有一定厚度的立式长方条形面板，其由外向内分为五层结构，分别为透明层、空气层、滤光层、电池层和散热层；所述的壳体构成了发电装置的上下面和两侧面，并在壳体的内侧填充保温密封材料；所述的透明材料构成了发电装置的透明层，并在透明层的底部设有带滤网的进风口，顶部设有出风口；所述的带通滤光玻璃构成了发电装置的滤光层，滤光层与透明层之间保持一定的间距，其形成的夹层空间构成了发电装置的空气层，并通过发电装置透明层的进风口和出风口与外界相通；所述的光伏电池板粘附在带通滤光玻璃上构成了发电装置的电池层；所述的散热片焊接在光伏电池板上构成了发电装置的散热层；所述的风力发电机安装在发电装置透明层的出风口位置；所述的支架与发电装置的壳体以及散热片进行焊接并将整个发电装置固定安装在高层建筑物外墙墙体上。

利用上述悬挂式太阳能分波段双模式发电装置的太阳能发电方法，它包括以下步骤：

1）直射和漫射的太阳光穿过发电装置透明层的透明材料到达发电装置滤光层的带通滤光玻璃表面；

2）太阳光中的可见光和小部分近红外线穿透带通滤光玻璃到达发电装置电池层的光伏电池板表面进行光伏发电，产生的电能向外输出，未进行光电转换的能量转化为热能由发电装置散热层的散热片排向外界；

3）太阳光中的紫外线和其他红外线在带通滤光玻璃表面被吸收和反射，这部分辐射能最终转化为热能对发电装置空气层内的空气进行加热，形成的热空气向上流动不断吸热并膨胀加速，越来越多的热能转变为动能，并在发电装置透光层的出风口截面上热能转变为动能的比例达到最高，形成的高速热气流从出风口排出对风力发电机进行做功发电，而外界冷空气在压差作用下从发电装置透明层的进风口进入发电装置空气层进行补充。

采用上述方案后，本发明具有以下几个特点：

1、太阳能分波段利用、能量总利用率高。本发明采用带通滤光玻璃对太阳光进行分波段利用，可见光和近红外线用于光伏发电，而紫外线和中远红外线用于热空气发电，由此全面有效地利用了太阳光的所有辐射能，能量总利用率很高。

2、电池运行性能好。光伏电池只接收可利用的光线，排除了不可利用的光线的干扰，大幅度避免了红外线的热效应作用，能够有效降低光伏电池的工作温度，提高光伏电池的光电转换效率，同时减小了光伏电池对应的散热面积。

3、装置结构紧凑，拆装方便。该装置是一种内部布置合理紧凑的面板结构，容易固定安装在高层建筑物的外墙墙体上，也容易进行拆卸和转移到其它建筑物上。

4、应用范围广。该装置可以紧贴牢固地布置于高层建筑物的外墙墙体上，具有采光面积大，占用空间小，超强抗风性的特点，同时不影响建筑物美观，因此具有很广泛的应用范围。

综上所述，本发明的优点是：分波段利用太阳能、能量总利用率高、电池运行性能好、结构紧凑、拆装方便、应用范围广。因此本发明可成为太阳能应用中容易推广的一种技术，尤其适合与城市高层建筑物相结合，进行低成本模块化生产，可被广泛应用于太阳能技术领域中。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的装置内部结构侧视图；

图2是本发明的装置内部结构俯视图；

图3是本发明的装置户外安装示意图。

具体实施方式

一、装置

如图1、图2所示，本发明是一种悬挂式太阳能分波段双模式发电装置，它包括壳体1、保温密封材料2、透明材料3、带通滤光玻璃4、光伏电池板5、散热片6、风力发电机7、支架8。

所述的发电装置为具有一定厚度的立式长方条形面板，其由外向内分为五层结构，分别为透明层、空气层、滤光层、电池层和散热层；所述的壳体1构成了发电装置的上下面11和两侧面12，并在壳体1的内侧填充保温密封材料2；所述的透明材料3构成了发电装置的透明层，并在透明层的底部设有带滤网的进风口31，顶部设有出风口32；所述的带通滤光玻璃4构成了发电装置的滤光层，滤光层与透明层之间保持一定的间距，其形成的夹层空间构成了发电装置的空气层，并通过发电装置透明层的进风口31和出风口32与外界相通；所述的光伏电池板5粘附在带通滤光玻璃4上构成了发电装置的电池层；所述的散热片6焊接在光伏电池板5上构成了发电装置的散热层；所述的风力发电机7安装在发电装置透明层的出风口32位置；所述的支架8与发电装置的壳体1以及散热片6进行焊接并将整个发电装置固定安装在高层建筑物外墙墙体上。

二、方法

如图1、图2所示，本发明是一种悬挂式太阳能分波段双模式发电方法，它包括以下步骤：

1）直射和漫射的太阳光穿过发电装置透明层的透明材料3到达发电装置滤光层的带通滤光玻璃4表面；

2）太阳光中的可见光和小部分近红外线穿透带通滤光玻璃4到达发电装置电池层的光伏电池板5表面进行光伏发电，产生的电能向外输出，未进行光电转换的能量转化为热能由发电装置散热层的散热片6排向外界；

3）太阳光中的紫外线和其他红外线在带通滤光玻璃4表面被吸收和反射，这部分辐射能最终转化为热能对发电装置空气层内的空气进行加热，形成的热空气向上流动不断吸热并膨胀加速，越来越多的热能转变为动能，并在发电装置透光层的出风口32截面上热能转变为动能的比例达到最高，形成的高速热气流从出风口32排出对风力发电机7进行做功发电，而外界冷空气在压差作用下从发电装置透明层的进风口31进入发电装置空气层进行补充。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。