[发明专利]可互换的全调整型太阳光伏-光热双效聚光系统

说明书

技术领域

本发明是有关于一种结合太阳能热能与光伏的互换型太阳光伏-光热双效聚光系统，特别是有关于一种可互换的全调整型太阳光伏-光热双效聚光系统。

背景技术

使用追日型点性焦点型或线性焦点型聚光反射装置以集中太阳能量并提供较高的能量输出，已被广泛应用在太阳光伏(solar photovoltaic，solar PV)产业的发电与太阳能光热产业的热能生产与发电。其中一些技术可进一步结合光伏与光热生产装置以同时提供热能与光伏电力，但习知的光伏-光热综合式聚光太阳能技术为将光伏电池与热接收器同时置放于聚光反射器的焦点或邻近于焦点。此些综合式的聚光式太阳能接收器的典型构造为将光伏电池放置于抛物面太阳能聚光装置的聚焦线或聚焦点，并于光伏电池的背面上设置热收集组件，藉以从光伏电池上带走剩余的热量，并回收此热能。因此于此结构中，热单元的主要目的是用以带走光伏电池的多余热量。然而，因为光伏电池需要于特定的温度下运作，所以此些结合式太阳光热-光伏系统并不适合应用于高温度需求的技术上。此外，于低温的情况下，光伏电池具有较高的效率。以硅系光伏电池而言，当光伏电池的温度接近于约70摄氏度或更高时，效率会大幅度的下降。而于长期的高温运作下，光伏电池的寿命亦会大幅的缩短。另一方面，如果以运用太阳热能为主要目的，则高温更适于太阳热能的利用且更具有效率。举例而言，为了达到更高的效率，太阳能光热吸收式制冷机利用热能以产生冷却水，但通常需要超过100摄氏度的工作流体温度，而以工业的直接热应用来说，通常需要超过100摄氏度或100摄氏度以上的温度以产生水蒸气。而以产生电力来说，工作流体温度通常需要达到300摄氏度至450摄氏度以驱动蒸气涡轮机。而于现今的史特灵引擎(Stirling engines)，工作流体温度通常为600摄氏度或更高，藉以达到较高的发电效率。因此对于高温度的热应用来说，有效的太阳光热单元通常无法与光伏电池结合以取得额外的电力生产利益。故太阳能光热技术与太阳能光伏技术间所存在的工作温度的冲突，限制了结合光伏与光热的太阳能综合运用技术的发展。

于光伏电池放置的几何位置上，习知的光伏-光热聚光系统的光伏接收器通常位于主聚光装置(反射装置)的阳光收集侧。但此种结构会限制光伏电池所放置的几何位置及数量。而且，对于典型的低成本单晶与多晶的光伏电池而言，高聚光率并不一定可以增加电力输出率。详细说明如下，因为高聚光率的聚光装置的使用，会导致光伏电池的温度迅速升高，因此降低光电转换效率，进而降低高聚光度的电力输出的边际效应。而且，如果没有适当的冷却措施，高聚光率更可能造成降低光伏电池寿命的反效果。因此对于典型的低成本单晶与多晶光伏电池，低聚光率(低于10倍聚光率)的聚光装置可提供较高的效率与能量输出效益。然而，此聚光率的限制会与太阳能光热的聚光装置的需求冲突，其中线性的光热聚光装置通常需要至少20倍的集中率，而碟型的光热聚光装置需要更高的聚光率以达到更高的温度。