[发明专利]一种平面超表面太阳光谱分频器及包含其的光伏-光热分频利用系统

权利要求书

1.一种平面超表面太阳光谱分频器，其特征在于：包括由高折射率介质微纳结构和介电质层叠加而成的平面超表面透射聚光镜或由高折射率介质微纳结构、介电质层和导电金属层叠加形成的平面超表面反射聚光镜；所述平面超表面太阳光谱分频器的超表面为二维材料，并且其尺寸和初始设计焦距随实际应用情况而定；所述平面超表面沿x方向线聚焦，则将超表面在平面xoy内二维结构分布简化为沿y方向的一维分布；根据下式得到入射波长λ，实际焦距f，初始设计焦距f₀和y方向坐标之间的数学关系：

其中，在太阳光谱范围内，若给定初始设计焦距f₀和y方向坐标，则所述实际焦距f随着入射波长λ的减小而逐渐增大，即所述平面超表面透射和反射聚光镜对不同波长的入射光所聚焦的焦距逐渐增大，从而使得不同波长的入射光所对应的焦线自靠近所述平面超表面的位置向远离所述平面超表面的位置依次排列于一个平面内。

2.根据权利要求1所述的平面超表面太阳光谱分频器，其特征在于：所述导电金属层为Ag或Al。

3.根据权利要求1所述的平面超表面太阳光谱分频器，其特征在于：所述高折射率介质为TiO₂。

4.根据权利要求1所述的平面超表面太阳光谱分频器，其特征在于：所述微纳结构尺寸为20nm-200nm。

5.根据权利要求1所述的平面超表面太阳光谱分频器，其特征在于：所述微纳结构间距为20nm-200nm。

6.根据权利要求1所述的平面超表面太阳光谱分频器，其特征在于：所述介电质层为SiO₂，Al₂O₃或Ti₃N₄。

7.一种包含权利要求1-6之一所述的平面超表面太阳光谱分频器的光伏-光热分频利用系统，其特征在于：还包括凹柱透镜或凸柱面镜，太阳光线经线性聚光镜场汇聚后照射到所述凹柱透镜或所述凸柱面镜上进行传播方向调整，经所述凹柱透镜或所述凸柱面镜后的出射光线垂直照射到所述平面超表面太阳光谱分频器上，长波太阳光聚焦于靠近所述平面超表面太阳光谱分频器近焦线范围，短波太阳光聚焦于远离所述平面超表面太阳光谱分频器的远焦线范围；适合于长波太阳能的光热组件布置在靠近所述平面超表面太阳光谱分频器的近焦线范围内，适合于短波太阳能的光伏组件布置于远离所述平面超表面太阳光谱分频器处的远焦线范围内，从而实现了太阳能光热-光伏分频利用，避免了光伏组件因过热而导致的毁坏，也提高了光热组件的热效率；所述光伏组件由最佳工作波段不同的光伏电池组成，进而对远焦线范围的短波太阳能进一步精细分频，使每块太阳能光伏电池效率均处于峰值状态工作，从而使光伏组件的综合效率最大。