[发明专利]光电光热同体同步转换利用太阳能的方法及其装置

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种利用太阳能的方法和装置，具体的说是光电 光热同体同步转换利用太阳能方法及其装置。

二、技术背景

地球上一切能源都来自太阳能。太阳每年辐射到地球表面的 有效能量为6×10¹⁷KW·H，被地球上有效利用不足0.02％。随着地 球上石化能源的日渐枯竭，近年来人们竞相开发利用太阳能。但 由于太阳能自身固有的弱点：一是单位面积的能量密度低，一般 夏季阳光较好时，中午地面垂直于太阳光接受的太阳辐照度约 500至1000W/M²，因此要开发利用太阳能必须要较大的采光面。 二是由于夜晚、阴雨天气无阳光，需考虑配备储能设备，才能全 天侯使用，从而增大了太阳能的利用成本和维修管理费用。三是 太阳高度角随季节变化而变化，每天太阳在天空中的方位角随时 都在变化，因此要高效、稳定利用太阳能，必须是太阳能利用设 备配备跟踪系统。以上原因，阻碍了太阳能的发展和广泛应用。

经过多年来各国太阳能专家的攻关研究，太阳能的利用主要 集中在光热、光电两个领域方面。太阳能的热利用主要是真空管 太阳能热水器和太阳能温室大棚，光电利用主要是单晶、多晶硅 平板硅光电池，其余如聚光型太阳灶等，至今无重大突破，真空 管太阳能热水器和硅光电池板，由于固定安装，全年随着太阳高 度角和方位角的变化，本身有效采光面全年平均约50％，因此其 光转换效率很低。目前光伏电池组建能商品化的产品以单、多晶 硅系列产品为主，光电转换率低，一般只有17～15％，高的18％ 左右。光伏电池的实际光电转换率还是低很多。真空管太阳能热 水器的热效率也只有42％。

要提高硅光电池光电转换效率，可以通过以下几个措施来 改善：第一个是改变硅光电池本身的品质；第二个是利用太阳能 跟踪的方法；第三个是通过聚光反射的方法。要提高硅光电池本 身光电转换效率很难。当今，国内外研究人员曾试图利用聚光反 射增加光电池表面的光辐照强度来提高光电池的光电转换效率， 但由于随着辐照强度的增加，光电池的表面工作温度将同步增 加，使电池的电压降低，致使光电转换效率不能同步增加，于是 人们为了降低光电池表面工作温度，采用冷却介质给聚光后的光 电池表面降温。配备了一个冷却系统和一个跟踪系统。终因其系 统复杂，成本高昂，管理复杂，使光热、光电的同步转换在概念 和实践上都未有进展，极待突破。第四，改变现有光电或光热技 术及常用的聚光镜(即U型镜)不能直接应用于本发明的光电光 热同体同步装置。因为，当太阳光汇聚到硅光电池时，其本身就 成了一个热体及散热体，除了自然向上释放掉一部分热能外，原 本向下去的那部分热能，由于横亘在U型器底部的那堵墙--热 阻的阻扰，无法进入下层的热转换器，只能沿两边的金属反光镜 释放出去，使得热损耗严重。”第五，为了在提供电源的同时还 要提供热水，无论是现有的太阳能发电技术或是太阳能热水器技 术，都需进一步提高太阳能热量的吸收，保存和转换的技术，以 达到高效利用太阳能的目的。

三、发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的缺点， 提出一种既可以可增加硅光电池组件工作面的辐照强度，有效降 低硅光电池组件表面的工作温度，成倍提高硅光电池的光电转换 效率，又可以隔断散热通道的方法和装置，并且通过光电光热一 体化吸收转换器使太阳能的热能得到高效利用。

四、本发明解决以上技术问题的技术方案

光电光热同体同步转换利用太阳能的方法，是通过以下步骤 实现的：

(1)利用聚光镜被焦面上安装条型光电池板通过聚光反射 增加硅光电池表面的光辐照强度，使硅光电池的光电转换效率提 高；

(2)在条型硅光电池板的下表面采用循环的冷却介质降低 硅光电池工作面的温度使硅光电池工作面的温度保持在正常工 作温度范围之内。

(3)通过打通cpc聚光器底部的散热通道，将没有转化为 电能的太阳能通过热转换器转为热能，为热水提供能量，同时将 换热后被加热的介质存储工业或生活利用。

(4)通过由玻璃气体保温层、光电池保护层、导热胶、绝 缘层、热交换器、保温层、底板等构成光电、光热一体化吸收转 换器，大幅度地提高了太阳能综合利用率。