[发明专利]可缩短对光源采光距离的单位面积光通量增量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种主要应用于太阳能光伏发电和各种光能回收利用的装置，尤其是一种能 够有效缩短对光源采光距离，从而提高受光地点单位面积的光通量和光强度，并且能够在有 效日照时间内提高太阳能收集效率的可缩短对光源采光距离的单位面积光通量增量装置。

背景技术

太阳能是人类主要的持久能源和环保洁净能源，而太阳能光伏发电则是目前人类从太阳 获取能量的基本方法之一。评估某一种太阳能光伏发电技术方案效益优劣的主要指标，是该 方案在地球表面单位面积内收集太阳能的效率。地球表面单位面积内太阳能的收集效率具体 是指：单位时间内，在地球表面某一地点单位球面度所能收集到的太阳光的光通量值和光强 度值。对于太阳能光伏发电来说，光谱频率相对稳定的太阳光光通量和光强度越大，则越有 利于提高光电转换装置(例如太阳能电池)产生的光电量，在地球表面单位面积上也就能够 获得更多的电能。这是因为：投射到光电转换装置上的投射光，如果能发生光电效应并且其 光谱频率(或振幅)相对稳定，则所产生的光电流强度饱和值与投射光单位面积的光通量以 及光强度值成正比。

目前世界上现有利用光学方法来聚集太阳能的技术方案，主要有凸透镜聚焦和菲涅尔透 镜聚焦方案，以及各类平面镜或抛物面反射镜聚光方案等。

现有各类凸透镜、菲涅尔透镜聚光方案，是利用聚光透镜的折光特性将通过透镜面积内 的太阳光折射后，聚集在透镜焦距附近以形成高温和高亮度的焦斑点。由于聚光透镜的面积 远大于聚光后焦斑点的面积，因此这类方案实质上并不能够提高单位面积太阳能的收集量， 只是将通过透镜面积内的太阳光折射聚集以提高焦斑点的光强度而已。这类方法虽然可以减 少太阳能电池的使用量，但由于聚光透镜折射阳光聚焦后所形成的焦斑点温度很高，而太阳 能电池的光电转换效率又与温度成反比，这类聚光镜式太阳能电池，必须有冷却装置才能维 持工作效率和避免烧坏，冷却装置需耗费一定能量，因此这类方案的效费比和性价比都比较 低。而且，这类方案的前提是“聚焦”，因此为了确保焦斑点的形成和保证焦斑点的光强度， 不能通过调节太阳能电池收集板与透镜之间的距离，来达到避免过高的温度的情况发生。

现有各类平面镜或抛物面反射镜聚光方案，其聚光系统庞大的体积需要占用较大的土地 面积和空间容积。而且，这类方案只是从不同的角度将到达各个反光面内的阳光，一同反射 聚集在某一个聚光点上，以提高该点的太阳光强度，其采光反射面的总面积，仍然远大于其 聚光点的面积。因此，这类方法实质上也并不具备提高地球表面单位面积太阳能收集效率的 效果，其效费比和性价比也都比较低。

由于地球自转和绕太阳公转，因此相对于地球表面的某一点来说，太阳每天的运动都有 方位角和赤纬角变化。要在每天有效日照时间段的单位时间内收集到更多的太阳能，就必须 使太阳能电池的采光面能够始终追随太阳运动。现有各类太阳追踪方法大多是利用测量传感 器(例如光敏传感、热敏传感、温差传感等)来感应太阳光，然后通过相关装置分析处理测 量信息后，对伺服传动机构发出指令使机构作出相应动作来追踪太阳。这类方法机构构造复杂 并且需要耗费一定能量。而且，这类方法的装置受气象条件的制约较为明显(例如看不见太 阳的阴天或者多云遮阳天气)，系统的有效性和可靠性低而容易产生误动作。此外，现有太阳 追踪方法中，还有利用计算机编制预设程序来指令伺服传动机构追随太阳运动的装置。这类 装置同样是因为构造复杂和需要耗费能量，所以效费比和性价比仍是比较低。

显而易见，要进一步发展人类的太阳能光伏发电技术，就必须根本上改变现有太阳能的 采光集能方案，用更有效的新方法来提高地球表面单位面积的太阳能收集效率，并且需要有 简约和可靠的新方法来跟踪太阳二维运动。根据新的技术方案制造的装置产品，还应当具有较 高的效费比和性价比，以利于广泛应用。

目前人类社会的日常电能耗费，很大部分是消耗在照明上(例如街道照明，公园、广场、 商店等公共设施照明，地下交通照明，住宅区、楼道和家庭照明等等)。如果在不影响照明目的 效果和环境外观等的前提下，利用简单有效的采光集能方法将各种灯光的光能回收再利用， 将能够节约大量能源，其重大意义值得人类社会高度关注。

发明内容

本发明的目的在于提供一种主要应用于太阳能光伏发电和各种光能回收利用的技术方 案，即提供一种可缩短对光源采光距离的单位面积光通量增量装置，能够显著增加单位面积 光通量和出射光强度。