[发明专利]一种高聚光倍数聚光均匀的复合平面槽式聚光器

说明书

技术领域

涉及一种高聚光倍数聚光均匀的复合平面槽式聚光器。

背景技术

随着太阳能光电事业的发展，聚光业越来越得以发展和重视。已有的聚光技术比如复合平面聚光器中申请号：2009100016672复合平面聚光器介绍了一种复合平面槽式聚光器能够形成均匀聚光，利于电池发电，但是申请中体现的是仅仅中聚焦面（图2）和下聚焦面方式（图1），下聚焦面方式在实际应用中聚光倍率较低或者即使做到较大聚光倍数就会相应使用更多的聚光反射镜材料，不仅使用的材料增多增加了基础费用，并且体积变得笨大难以控制运行，其原理就像深槽式抛物面，对比与浅槽式抛物面就失去了聚光本身提高效率和降低成本的意义。且其只对下聚光和中间聚光有所陈述，并未对上聚光方式作出说明，并且从权利要求的角度看：聚光平面与平面镜的角度在45°-135°（原文90°至135°或者45°到90°）变化，其中并不包括涉及0°至45°的内容，也不涉135°-180°的内容，但后述角度内容正是高倍相对低成本聚光所需要的，但是作为高倍聚光的上聚焦方式并没有陈述和表述，事实上，均匀高倍聚光的复合平面槽式聚光器更有利于电池板的高效低成本发电，但是作者并没有陈述，也没有理由和证据证明作者想到这一点。

同时均匀聚光往往被人们忽视。那么聚光光伏发电为什么需要均匀聚光？可以这么认为：1）  生产实践经验可以总结：在一倍光照光伏发电领域需要均匀光照，否则造成热岛效应，比如树叶鸟粪的阻挡会失去光照均匀，最终造成影响发电效果或造成光电池板的损坏。聚光光伏发电和一倍可光照发电的区别是光照强度随聚光比增加，因此聚光光伏发电需要的光照条件只能比一倍光照光伏发电更苛刻，因此从实践证明和推论，聚光光伏发电必然需要光照均匀的这个条件，否则同样会造成热岛效应或更容易在极端条件下损坏电池。

2）  理论分析：电池板的结构是由许多半导体PN结串联或并联构成的，聚光电池板尽管使用材料有区别，但同样需要N个半导体串联或并联，PN结在光照的情况下会产生光电效应并产生一定的电流和电压，其中电流的大小与光照强度成正比，电压会随光电池内阻而变化，而光电池内阻随PN结的温度变化而变化，光电池的电压必然随电池板PN结的温度变化而变化。其中温度变化有内因和外因，内因是电流增大导致内电阻发热，根据焦耳定律，发热量与电阻成正比、与电流的平方成正比，所以对于电池板来说光照强的部位电流高的同时发热量必然增高，发热高的地方电阻又同时增大，电阻增大又导致发热量增高，形成恶性循环。且电压伴随电阻升高而升高，局部电压升高导致电池板内部各并联PN结之间的内部环流或者说是涡流，环流和涡流进一步增加电池板内部的局部温度，进一步造成不平衡，这样又造成恶性循环。因此引起电池板温度变化的内因取决于光照强度、电流强度、内电阻这些参数，其中光照强度是首要因素。至于外因条件取决于外部的散热条件，但如果内因条件得不到解决，即使利用良好的热力学知识也无法完美实现电池板内部等温、等电压、等电流、等电阻的内因问题。所以，解决聚光电池的完美使用的首要条件是聚光均匀。其次是散热条件。否则，不仅影响电池板正常使用，并且在极限条件下损坏电池，如果现在通过实验还没有显示“均匀聚光”对聚光电池的重要性，也必将在未来达成需要“聚光均匀”的共识。

第二个问题：什么样的反射装置能够实现太阳光线的均匀聚光？

1）实现均匀聚光的条件：要做到电池板平面内的均匀聚光，必须是聚光设备的反射光在空间部位的某个区域的固定部位来实现，比如对抛物面反射来说这个固定位置（聚光焦面）位于抛物面焦点的下方且与对称轴垂直的平面。从平面几何图形的反射光线来分析，在一个平面内并不是所有的反射光线能够实现均匀反射，能够在平面内对平行光线实现均匀反射的有直线线段（假定这条直线线段具有反射能力），与直线线段平行的一侧任意位置的直线可以接受到均匀反射光；还有一种是抛物线，在一个平面内抛物线可以把平行反射光聚集为一个焦点，当抛物线正对平行光且能够进行反射时，则在这个平面内与抛物线对称轴垂直的直线可以接受到均匀反射光。其他图形如圆、双曲线、异型曲线等都无法实现均匀聚光。以上假设是在平面内针对平行光反射而言，若是针对太阳光的近似平行光，还要区别对待，以下继续分析：