[发明专利]一种光学分光装置

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术领域，尤其涉及一种光学分光装置。

背景技术

光伏光热综合利用是现在太阳能利用的一个大趋势，目前，光伏光热综合利用装置主要采用太阳光直射光伏电池并在光伏电池背面加装冷却系统，由于占太阳能45％的可见光照射到光伏电池上产生电能和热能，占太阳能50％的近红外光照射到光伏电池上仅产生热能，因此近红外光照射到光伏电池上，大幅度增加了光伏电池的热负荷和温升，使光伏电池发电效率降低，增加了光伏电池冷却量。在保证光伏电池转换率提升的情况下，如何充分利用太阳光全谱的能量，提高整个系统的能量转换效率成为了光伏光热综合利用领域迫切的技术需求。

发明内容

本发明实施例提供一种光学分光装置，以充分利用太阳光全谱的能量，提高整个系统的能量转换效率。

一方面，提供了一种光学分光装置，包括自由曲面、位于所述自由曲面的聚焦位置的集热管、和位于所述自由曲面的正下方位置的光伏电池组件，在所述自由曲面的光学面设置有分光薄膜层；

当太阳光谱照射到所述自由曲面上时，所述分光薄膜层将所述太阳光谱中的紫外光、近红外光与可见光进行分离；

所述紫外光和近红外光透过所述分光薄膜层并通过所述自由曲面汇聚在所述自由曲面的焦点位置，被位于所述焦点位置的集热管吸收，转换为热能；

所述可见光被所述分光薄膜层反射，并被所述自由曲面调控为平行光束，所述平行光束垂直向下照射在所述光伏电池组件上，转换为电能。

优选地，所述分光薄膜层由不同折射率、不同厚度的介电薄层材料或金属-介电薄层材料相互交替沉积组成。

优选地，所述自由曲面由透明固体构成，所述透明固体的材质包括水晶、石英、水晶玻璃、石英玻璃、有机玻璃。

优选地，所述自由曲面的光学面具有光学微观结构，所述光学微观结构用于增强光波段的聚集或反射光路的控制。

优选地，所述光学微观结构的外形包括菱形、圆柱形、三角形、槽形。

另一方面，提供了另一种光学分光装置，包括自由曲面、位于所述自由曲面的聚焦位置的集热管、和位于所述自由曲面下方、与所述自由曲面的透射光路对应的位置上设置的光伏电池组件，在所述自由曲面的光学面的表面设置有分光薄膜层；

当太阳光谱照射到所述自由曲面上时，所述分光薄膜层将所述太阳光谱中的紫外光、近红外光与可见光进行分离；

所述紫外光和近红外光经所述分光薄膜层反射、并在所述自由曲面的聚光下汇聚在所述自由曲面的焦点位置，被所述集热管吸收后转换为热能；

所述可见光透射穿过所述分光薄膜层和所述自由曲面，并被所述自由曲面调控为平行光束，所述平行光束照射在所述光伏电池组件上，转换为电能。

优选地，所述分光薄膜层由不同折射率、不同厚度的介电薄层材料或金属-介电薄层材料相互交替沉积组成。

优选地，所述自由曲面由透明固体构成，所述透明固体的材质包括水晶、石英、水晶玻璃、石英玻璃、有机玻璃。

优选地，所述自由曲面的光学面具有光学微观结构，所述光学微观结构用于增强光波段的聚集或反射光路的控制。

优选地，所述光学微观结构的外形包括菱形、圆柱形、三角形、槽形。

根据本发明实施例提供的一种光学分光装置，通过分光薄膜层将太阳光谱中的紫外光、近红外光与可见光进行分离，紫外光和近红外光通过自由曲面汇聚在自由曲面的焦点位置，被位于焦点位置的集热管吸收后转换为热能，可见光被分光薄膜层反射，并被自由曲面调控为平行光束，平行光束垂直向下照射在光伏电池组件上，转换为电能；或紫外光和近红外光经分光薄膜层反射、并在自由曲面的聚光下汇聚在自由曲面的焦点位置，被集热管吸收后转换为热能；可见光透射穿过分光薄膜层和自由曲面，并被自由曲面调控为平行光束，平行光束照射在光伏电池组件上，转换为电能；本发明实施例的光学分光装置不仅起到分光作用，还可以聚集和调控分离后的光段，从而可以充分利用太阳光全谱的能量，提高整个系统的能量转换效率；

本发明实施例的光学分光装置采用了自由曲面光学面，该光学面具有光学微结构，可以避免受太阳光入射角度变化的影响；

本发明实施例的光学分光装置结构简单，易于系统集成，安装方便，材料易于获得，能够方便并广泛应用于光伏光热综合系统中。

附图说明