[发明专利]高寿命光谱分光、聚光一体式光伏热模块、系统、方法

说明书

高寿命光谱分光、聚光一体式光伏热模块，包括交叉复合抛物面玻璃结构构成的聚光器、真空集热管、分光膜层、光伏电池，其特征为：所述聚光器、分光膜层和光伏电池构成整体的光伏‑分光‑聚光一体化部件；所述分光膜层以及光伏电池附着在聚光器上；所述真空集热管安装于交叉复合抛物面的面型方程。本发明可以进一步通过光伏光热综合利用提高太阳能利用效率；所述分光膜层吸收了太阳光中对光伏电池板造成损伤的紫外部分能量，并通过吸收紫外、反射红外部分的太阳辐照；减小了光伏电池表面的热耗散，降低电池运行温度，从而延长了光伏电池板的使用寿命；所采用的交叉式复合抛物面玻璃型聚光器，使得太阳光接收角度大，对入射太阳光的截取效率提高。

技术领域

本发明涉及太阳能应用技术领域，具体的说，本发明涉及一种高寿命光谱分光、聚光 一体式光伏热模块、系统、方法。

背景技术

太阳能资源的开发和应用对国家可持续发展战略具有重要的意义。太阳能光伏发电有 着建设周期短，安装模块化，易于根据负荷大小进行建设等优势，具有非常重要的研究价 值和广阔的应用前景。预计到2030年，光伏发电在世界的总发电量中将占到5％-20％。

在20世纪70年代，Kern在Kern,E.C.and Russell,M.C.(1978)Combinedphotovoltaic and thermal hybrid collector systems.Proceedings of the 13thIEEE Photovoltaic Specialists,Washington DC,June 1978,1153-1157.中首次提出使用水 或空气作为载热介质的PV/T系统的主要概念。PV/T是太阳能利用领域里的一个大趋势， 该技术将光伏技术和光热技术结合起来，显著地提高了整个系统的太阳能利用率。日常生 活中除了对电力和生活热水或空气的需求外，还包括建筑供暖、制冷、除湿，这些都需要 更高质量的热源，PV/T技术在一定程度上可以解决这些问题。因此，太阳能PV/T技术具有良好的开发与应用前景。

目前光伏发电厂大多采用多晶硅光伏发电。一方面，多晶硅光伏电池易受到太阳辐照 的紫外部分、以及光伏电池温度影响，使电池使用寿命降低，甚至造成损害。另一方面， 太阳能的近红外部分能量(1000-4000nm范围)并不能够被硅基太阳能电池利用，在常规 光伏系统中，这部分能量投射于光伏电池表面，造成光伏电池温度升高，同样影响太阳能 板的效率和寿命。若能将这部分能量聚集，以光热利用的形式转化为热能，则可以大幅提 高系统的效率和经济性。因此，需要有更加优良的设计思路，延长光伏电板的寿命周期，提高太阳能的利用率。

现有其他技术包含数个有关光伏光热的实例如：

国外文献Tiong-Keat Yew,Kok-Keong Chong,Boon-Han Lim，Performance studyof crossed compound parabolic concentrator as secondary optics in non-imagingdish concentrator for the application of dense-array concentratorphotovoltaic system. Solar Energy 120(2015)296–309.中分析了一种通过冷却液冷却光伏电池至最佳工作 温度的光伏光热一体化系统，表明在CPVT系统中，电池的温度对于发电效率影响显著。 若能将废热利用，进行光热和光伏的同时利用，则将使系统效率显著提升。

专利号CN201983472U公开了一种只应用于单一的光热系统中的复合抛物面聚光器。 在该技术中，只利用了太阳能的近红外部分进行光热转化，故其太阳能利用率将远低于我 们的系统，可以预见存在较大的损失。

在现有的密集阵列式CPV系统中，没有被广泛应用或被充分开发来改进CPV聚光器的 整体性能的系统。最常见的次级光学部件应用仅限于联结到菲涅尔透镜并作为初级聚光器 的单个电池CPV模块，但在聚集日光均匀度上没有本发明的效果好。