[发明专利]均质杆

说明书

本申请是申请日为2002年10月9日、发明名称为“太阳能发电装置”、申请号为02820173.6(PCT/EP02/11309)的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及大型的光电太阳能发电站。

背景技术

本发明涉及用于从太阳能直接转换成电能的装置，其与间接转换大不相同，该间接转换包括产生施加在转动发电机上的机械扭矩的高温中间过程。已知当前在加利福尼亚使用的大型太阳能发电装置。所有这些最大型的发电装置首先聚集阳光形成高温热，接着使用利用燃烧产生热的发电站的已知方法将其部分地转换成电能，剩余的为废热。当前使用的具有大电力输出的所有太阳能发电站都覆盖巨大的区域，这是由于它们的面积生产率低于3％。它们的高费用和相当大的高度使得聚能器模块的大范围东西分离。它们的高费用是由于高度所产生的风力荷载所需的大量金属而导致的，但该高度是必需的，这是为了延长每一个模块在不被其南方的邻近模块遮挡的情况下每天工作的小时数。其他的费用因素是从包含在太阳能热电生产中的较高维修人工所产生的。

大规模光电发电站仅仅到最近才是经济可行的，这是由于逐渐降低的光电池费用和逐渐增大的电池效率。但在不聚集的情况下，由成排的单块太阳能电池覆盖巨大的地面区域将导致在地面布置大量的特殊金属，所述金属以大面板形式被提供因此其自身必须具有防风结构。由于本发明具有能有效地将太阳光聚集在PV电池上的优点，因此本发明相对于现有技术有较大的改进。

在理论上，一些光电池能够将接近50％的辐照直接转换成电能，在实验室测试中实际已经达到接近40％的直接光电转换，但这些都是用于太阳能聚集。但是太阳能聚集的现有技术仍然具有相同的过度占地的问题，这是由于需要使模块分离所导致的。现有技术的用空气冷却的PV聚能器仍然很昂贵，以致于需要整天工作以进行实际偿还，这是由于它们的聚集度仅是几十(in the tens)。

现有技术存在着不实际的过度占地的问题，这表现为它们的单位面积太阳能效率低，其被定义为电力输出除以设备所需的所有阳光照射的土地面积。本发明提供了一种在上述现有技术的基础上进行改进的有益于环境的太阳能发电系统，采用结构紧凑、可维护的、成本适中(resource-modest)以便于制造和安装的设计。覆盖87％的划拨(set-aside)土地而不是5％，每产生十亿瓦电力而必须划拨的土地面积很少。本发明提供伸缩性很大的结构紧凑的太阳能发电设备，改善了安装、维护和控制的后勤(logistics)并且提高了制造的经济性和投资回报率。

发明内容

因此，本发明在其直流部分的双轴跟踪(two-axis tracking)中使用阳光的聚集光电转换，太阳光被光学聚焦到高聚集度(在这里所述的优选实施例中大约为400)并且通过整体水冷保持高效率。

如下面描述的，采用下列措施以达到超过现有技术的一个数量级的面积效率水平。

1.旋光孔(optically active aperture)将是地面的一大部分(接近90％的面积使用率)。这里公开的新颖的双轴跟踪构造能够获得这种效果。

2.在光电池上的辐照将是太阳光的几百倍以达到理想限度的工作效率，但不能太高(太阳光的几千倍)以致于缩短可靠的使用寿命。

3.利用交迭的电池进行转换，这是由于它们的每个结构层都能限定太阳光谱的一部分，这是上述非常理想的转换效率的根本原因。

4.在小的圆形焦点处(几千倍的太阳光)很不均匀分布的聚集通量将被更均匀地分布在较大的方形光电池上。由于透镜焦距随着波长改变，因此焦点在光谱上也是不均匀的，并且在400纳米和1100纳米处的焦点比在平均折射率(median refractive index)为1.492的通量加权处的宽。但是，当整个电池具有相同的接收的聚集太阳光通量的光谱平衡时，串联的交迭电池达到最佳工作状态。

5.由于效率随着温度升高而下降，因此设有消除强烈的未转换的太阳光热量的散热器，其效率足以使光电池底部和散热器之间的温度差仅为几℃。在为太阳光的几百倍时，这意味着要进行水冷。

6.太阳光辐照的直流部分的双轴跟踪将能够以节省成本的形式实施，同时保持低的总高度。

具有竞争性的大规模太阳能发电的进一步要求是与现有技术的太阳能转换系统相比增强成本效率。本发明通过下列措施来实现：

a)通过利用浮在冷却水上的聚能器(concentrator)的浮力支撑水平跟踪，从而能够减少每瓦所消耗的材料量；