[实用新型]一种线聚焦的聚光光伏组件

说明书

技术领域

本实用新型属于太阳能光伏发电技术领域，特别涉及一种线聚焦的聚光光伏组件。

背景技术

开发和利用可再生清洁能源是全世界面临的共同课题，在新能源中，太阳能光伏发电由于生产成本过高，目前尚未充分进入市场。商品化的太阳能电池主要包括：硅基晶片电池(包括单晶硅、多晶硅)、薄膜太阳能电池(包括硅基薄膜、碲化镉、铜铟镓硒)和砷化镓太阳能电池，其中，砷化镓太阳能电池通过廉价的光学系统把较大面积的阳光会聚在较小的太阳能电池芯片上，从而减少昂贵的电池芯片的用量，是降低光伏发电系统总成本的一种有效途径。

聚光光伏系统包括：聚光光伏组件和系统跟踪控制部分，其中，聚光光伏组件包括：聚光系统、光电转换系统和散热系统；系统跟踪控制部分包括：太阳跟踪器、控制器和支架等。聚光光伏系统设计的基本原则是：根据光电转换系统选择聚光系统，根据聚光系统选择散热系统和系统跟踪控制部分。通过聚光系统、光电转换系统、散热系统和系统跟踪控制部分的优化组合来提高发电功率，从而达到降低聚光光伏系统发电总成本的目的。

光电转换系统的核心是太阳能电池芯片。目前，商用聚光光伏系统通常采用高效单晶硅太阳能电池(96倍聚光条件下可达26.8％)和砷化镓基多结太阳能电池(31％-42％)作为太阳能电池芯片，二者均具有较高的转换效率，但其生产成本过高，需要较高的聚光率来平衡电池芯片的制造成本，而较高的聚光率需要高精度的太阳追踪系统和良好的散热系统，这增加了系统跟踪控制部分的成本，因而不能有效降低系统发电的总成本。普通的多晶硅电池、硅基薄膜电池和碲化镉薄膜电池的生产成本较低，但其转换效率也较低，一方面不能充分利用汇聚的太阳光产生较多的电能，另一方面电池的效率-温度系数较高，对系统跟踪控制部分提出较高的要求，增加了系统跟踪控制部分的成本，因而不能有效降低系统发电总成本。铜铟镓硒薄膜太阳能电池具有较高的转换效率、较低的生产成本和较低的效率-温度系数，在聚光光伏发电方面具有很大的发展潜力，但目前的铜铟镓硒(CIGS)电池研究主要集中在通过大面积沉积制备平板太阳能电池方面，而其在聚光光伏发电方面的优势尚未引起人们的注意。

聚光系统的核心是聚光器。根据光学原理，聚光器可分为折射聚光器、反射聚光器、混合聚光器、荧光聚光器、热光伏聚光器和全息聚光器等，其中，折射聚光器和反射聚光器是研究相对成熟的聚光器，目前已被广泛采用。折射聚光器通常采用菲涅耳透镜作为聚光元件，与其它聚光元件相比，菲涅尔透镜具有质量轻、成本低、聚光率高等优点，但同时存在口径难做大、接收角度小、光强分布不均匀和易老化变形等问题。反射聚光器通常采用抛物面式的镀银玻璃或镀铝面作为聚光元件，通过抛物面把入射光反射到太阳能电池芯片上，反射式聚光器聚光倍数较低，难以大幅度降低发电成本。

散热系统分为主动散热系统和被动散热系统。主动散热系统可以采用气冷或水冷，有的与热水器结合，既获得电能，又得到热水，被动散热系统只需在散热基座上加装散热翅即可。被动散热系统具有较低的生产成本、维护成本和较高的可靠性，是低倍聚光系统的首选散热方式。

要想使汇聚的太阳光斑始终落在太阳能电池芯片上，就必须通过系统跟踪控制部分及时调节光伏阵列倾角，聚光率越高，对系统跟踪控制部分的要求就越高。系统跟踪控制部分的核心是太阳跟踪器。太阳跟踪器包括：双轴跟踪器和单轴跟踪器。点聚焦系统要求对太阳角度进行二维跟踪，以保证光伏组件阵列始终垂直于太阳辐射线，因此要求使用双轴跟踪器。线聚焦系统只要求对太阳角度进行一维追踪，即可把透射的太阳光汇聚到电池片上，因此使用单轴跟踪器即可。单轴跟踪系统的生产与维护成本远小于双轴跟踪系统。

总之，生产成本的高低是决定太阳能光伏发电技术能否大规模推广应用的主要因素，通过聚光系统、光电转换系统、散热系统和系统跟踪控制部分的优化组合来降低组件的生产成本，是降低聚光光伏系统发电总成本的主要途径。聚光光伏系统当前的发展趋势是通过高转换效率的电池芯片、高倍聚光器、可靠的散热系统和高精度的系统跟踪控制部分的组合来降低系统发电总成本，但高精度的系统跟踪控制部分成本会有所增加，所以该技术对降低系统发电总成本的作用十分有限。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种结构简单、稳定可靠、成本低廉、便于维护的线聚焦的聚光光伏组件，实现了光电转换系统、聚光系统、散热系统和太阳追踪系统的优化组合，大幅度降低了系统发电的总成本，为太阳能光伏发电技术的大规模应用提供了强有力的技术支持。