[发明专利]聚光光伏太阳能系统

说明书

本分案申请是基于申请号为201180019252.3，申请日为2011年2月2日，发明名称为“聚光光伏太阳能系统”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及采用聚光光伏太阳能系统将光能转化为电能的技术领域，具体来说涉及高聚光的聚光光伏太阳能系统，更具体地说涉及主要由菲涅尔透镜聚光器、二级光学元件和光伏接收器形成的系统。

背景技术

从二十世纪开始至今提出了众多聚光光伏太阳能(CPV)系统并已经得到一定发展。尽管其历史悠久，但相对于传统的能源生产形式，这些系统在成本和效率上仍然没有竞争力。

文件WO2006114457，US2009106648和WO 2009058603展示了聚光光伏太阳能系统的典型方案。此系统包括菲涅耳透镜聚光器和为系统提供更高的聚光水平的二级光学元件。提出的使用菲涅尔透镜的数个系统可以配备二级光学元件，也可以不配备。

还存在基于卡塞格林技术的其他聚光光伏太阳能系统。这种系统包括一对反射镜和均质的三级光学元件。除此之外，还有基于抛物面反射镜的其他聚光光学元件。这种系统可以由反射镜形成，或者可以是基于全内反射(RTI)的全固态系统，如文件WO2009058603和WO2009086293中所示。

如文件WO2008131566所示，近期已报导光引导的聚光系统。与传统系统相比，该系统以更为紧凑为特征。

一个理想的聚光光伏太阳能系统应当具备以下特征才能具有竞争力：将光学聚光系统的损失降到最低，也就是说，要获得更高的光学效率；在成本和可靠性方面有一个长期的有效方案；是紧凑的，并获得最大的热力学效率，也就是说，保持最小的制造公隙，获得最大程度的聚光可能性。

此外，一个理想的聚光光伏太阳能系统还应当将集光率(etendue)的使用最大化。集光率的概念由温斯顿博士和Co.在“非成像光学”中提出，这一概念在聚光光伏太阳能系统中是非常重要的。最大化集光率意味着在对特定的聚光水平最大化系统的接收角，或者对特定的接收角而言，最大化聚光程度。最大程度利用集光率的模块具有有效集中太阳能辐射的潜力，将半导体元件成本最小化并且相应地将模块成本最小化，并为系统提供必要的容差以便安装在实际的太阳能跟踪系统中，并在不影响其性能的情况下允许模块的制造公隙。

对于某个接收角而言，可由以下等式定义其可实现的聚光的最大程度：

C max=(n2·seno(θ1)2)(seno(θ2))2]]>

将n为光伏接收器所浸入的介质的折射率，θ1为光伏电池(cell)中进入的角度，θ2为系统中的接收角。

通过菲涅耳透镜的聚光光伏太阳能系统是最广泛使用的，因为这是一个已知的、标准的和具有成本效益的技术。但这不是一个特别紧凑的系统，也不能最大限度地使用集光率。然而某些文件已经公布，为了最大限度地利用集光率，使用焦距非常高的透镜系统以及在进入处带有一定曲率的二级元件。

反射系统正在逐渐被引入，通常情况下其比折射系统更为紧凑，与透镜相比，通过适当的设计能够使集光率得到最大程度的使用。但是会有更低的光学效率和更多的元件数量。

光导系统是迄今为止最为紧凑的系统。然而尚未表现出光的利用率，成本及长久的可靠性。

因此有必要形成可得到高的光伏太阳能聚光的系统，避免在现有技术的前述系统中存在的技术缺点。

发明内容

本发明通过聚光光伏太阳能系统解决了现有技术中存在的问题，该系统由菲涅耳透镜聚光器、二级光学元件和光伏接收器形成。