[发明专利]太阳能光伏发电滤光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能发电技术领域。

背景技术

太阳能作为一种取之不尽用之不竭的绿色能源，如何进行有效的 开发利用，一直是人类在能源开发利用领域研究、探索的焦点之一， 目前太阳能光热转换利用技术及产品已经在许多国家得到了普及应 用，但太阳能光电转换利用技术和相关产品却得不到有效的推广和应 用，究其原因，主要在以下几个方面：旱期采用非聚光的光伏板，占 用采光面积大、且需大量昂贵光伏板，造成发电成本高；现在使用的 汇聚光光电转换系统，虽然克服了上述缺陷，但是由于大幅度提高了 光照密度，使硅光伏板的温度快速升高，根据硅光电池的温度特性， 输出电流随温度升高缓慢上升，但输出电压却急剧直线下降，因而输 出功率和转换率也就随温度升高而明显直线下降，且大大缩短光电池 的寿命，甚至不能正常工作；现有技术用介质在光伏板基底的腔内循 环冷却光伏板，结构复杂，制造成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单且能有效消除硅 光伏板的热岛效应，保持正常的工作温度，提高了光电转换的效率， 延长硅光伏板使用寿命从而降低发电成本的太阳能光伏发电滤光器。

为解决上述问题，本发明的太阳能光伏发电滤光器，包括滤光体、 光伏板和支架，滤光体和光伏板镶扣在支架上，滤光体是顶角为1.597 °～30°的玻璃三棱镜体，滤光体的顶角位于入射平行光的光源一 侧，且太阳光的平行光线选择一定的入射角从一侧面射入滤光体，滤 光体底面紧靠光伏板受光表面。

由于太阳光所含的热量集中于红外光区，是导致硅光伏板的温度 快速升高的主要光源，而硅光伏板的极限波长为1100nm，即超过此 波长的光不发生光电转换，因此只要将波长大于1100nm红外光区的 光线过滤分离，一方面提高了光电转换的效率，同时能有效消除该部 份无用红外光对硅光伏板的影响，大幅降低硅光伏板的表面温度，延 长硅光伏板使用寿命从而降低发电成本。

本发明的太阳能光伏发电滤光器是将太阳光谱中大于和小于硅 光伏板极限波长的色光进行分离的一种装置。根据光的折射率随波长 增大而减小，又根据光由光密媒质射入光疏媒质时存在临界角的原 理，设计一种特殊的三棱镜体，选取某一波长的单色光所对应的玻璃 折射率作为特定值，以太阳光选择一定的入射角从第一侧面射入玻璃 制成的三棱镜体，根据下列公式(1)计算出此种三棱镜体的顶角。使得 从三棱镜体的第一侧面射入而到达三棱镜体的另一侧面时，其入射角 正好等于临界角。而波长较短的色光其入射角均大于临界角，发生全 反射。波长较长的色光则入射角小于临界角，发生透射，从第二侧面 透射到空气中去。发生全反射的色光则还会在三棱镜体相邻的两侧面 进之间进行多次全反射，最后射到三棱镜体的底面时才透射出去。因 而起到将色光分离的作用。三棱镜体的顶角位于入射平行光的光源一 侧，三棱镜底面紧靠光伏板并和光伏板平行。这样有效地滤除了热源， 提高了光电转换的效率。除此之外，根据下式(2)，(4)和(5)计算得到 出口侧面面积小于入射平行光横截面面积好几倍，这样又具有聚光作 用；又由于三棱镜底面紧靠光伏板表面，因而又起到防止光伏板被污 染而发生热岛效应的作用。

这种特殊三棱镜体的顶角α由下式计算：(参见图2)

α＝arcsin(1/n)-arcsin(sini₁/n)                (1)

式中n为折射率，i₁为第一侧面(AB面)的入射角，显然，α随入 射角i₁的增大而减小。

三棱镜体的第一侧面(AB面)的宽度AB由下式计算：

AB＝AD/cosi₁                                   (2)

其中AD为入射平行光的横截面宽度，当AD确定后，AB随i₁增大 而增大。

三棱镜体第二侧面(AC面)的宽度AC由下式计算：

AC＝AB*cosα                                   (3)

三棱镜体底面的宽度BC由下式计算：

BC＝AB*sinα                                   (4)

三棱镜体对能发生全反射的各种色光的聚光倍数Z由下式计算：