[发明专利]一种太阳能光谱分频与余光汇聚再辐射耦合的光能梯级发电装置和系统

说明书

本发明公开了一种太阳能光谱分频与余光汇聚再辐射耦合的光能梯级发电装置和系统，该装置通过分频滤波器将太阳光谱辐射分成两段，波长较短光谱辐射匹配一级光伏电池，较长波段的光谱辐射经过反射后通过聚光器聚光，加热结构式吸收器。特别设计一种外方形柱，内圆柱腔体的结构式吸收器，以针对分频后长波辐射的吸收。结构式吸收器的外壁面为辐射器，四周布置二级光伏电池。整个系统有多个装置周期排布构成，使用周期性支架支撑，通过太阳辐射光谱分频与余光光谱再调节实现太阳光能的梯级转化发电，同时使用先分频再聚光的设计方法也降低了整个系统聚光过程的损失。整个系统符合能的梯级利用原理，具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于太阳能利用技术领域，具体涉及一种太阳能光谱分频与余光汇聚再辐射耦合的光能梯级发电装置和系统。

背景技术

随着全球能源消耗的加剧，产生以CO₂为代表的温室气体排放造成气候变化，威胁人类社会的可持续发展。目前世界各国都提出了各自的减碳计划。太阳能作为重要的清洁能源，资源丰富，且无污染。

太阳能电力生产主要包括光伏和光热两种方式。由于光伏电池主要响应可见光及近红外波段的辐射，因此存在太阳辐射光谱与光伏电池响应波段不匹配的问题。大量不可转化的长波辐射被浪费，从而限制了太阳能光伏转化的效率。对于太阳能光热转化，需要较高的集热温度以提高热功转化效率，而与此同时，聚光集热过程的高温不可逆损失又会造成能量的浪费。因此，基于热力学原理，从能量品质匹配的角度实现太阳能的梯级有序转化，是实现太阳能的高效利用的核心与关键问题。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种太阳能光谱分频与余光汇聚再辐射耦合的光能梯级发电装置和系统。本发明利用分频滤波器、一级光伏电池、反射镜等部件实现太阳能光谱二次分频。利用聚光器、结构式吸收器、再辐射器、二级光伏电池等部件组成与余光汇聚再辐射光伏发电，从而形成光能梯级发电系统。本发明所建立的太阳能光谱分频与余光汇聚再辐射耦合的光能梯级发电系统采用了对太阳光全光谱先分频，之后再对余光进行聚光利用的设计，相对于先聚光再分频的设计方案，能够减少聚光过程中的辐射能量损失。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明首先提供了一种太阳能光谱分频与余光汇聚再辐射耦合的光能梯级发电装置，其包括分频滤波器、一级光伏电池、反射镜、聚光器、结构式吸收器、再辐射器、二级光伏电池、光伏固定支架、吸收器固定支架，装置支柱；

所述分频滤波器与一级光伏电池构成一级光伏发电单元分频滤波器透射匹配一级光伏电池的光谱辐射，而反射不可被一级光伏电池利用的长波光谱辐射；分频滤波器平行布置在一级光伏电池的上方；

所述反射镜将分频滤波光器分频后的长波光谱辐射反射到聚光器上；

所述聚光器、结构式吸收器、再辐射器和二级光伏电池组成二级光伏发电单元，聚光器汇聚的辐射被结构式吸收器吸收，从而使得结构式吸收器温度升高，进一步通过再辐射器发射相应的光谱，使得二级光伏电池发电；

所述的光伏固定支架、吸收器固定支架、装置支柱组成支架系统；其中，光伏固定支架用于固定分频滤波器、一级光伏电池和反射镜；吸收器固定支架与装置支柱相连用于固定结构式吸收器，装置支柱顶部与光伏固定支架相连实现光伏固定支架的固定。

本发明装置对太阳光全光谱采用先分频，再对余光进行聚光的设计，从而减少了对全光谱聚光过程的能量损失。

优选的，所述一级光伏电池，分频滤波器与竖直的入射光路呈45度(与地面呈45度角)布置，使得入射光路与反射光路基本成直角；所述的分频滤波器采用选择性透射玻璃，透射300-900nm的短波辐射，反射其余的光谱，所述的一级光伏电池采用硅电池。

作为本发明的优选方案，所述反射镜采用镀银膜全反射镜面，其固定在光伏固定支架的背面。