[发明专利]一种聚光光伏发电单元、发电装置及发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电技术，特别涉及一种聚光光伏发电单元、发电装置及发电系统。

背景技术

太阳每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，地球表面0.1％的太阳能转为电能，转变率5％时，每年发电量可达5.6×1012千瓦小时，相当于目前世界上能耗的40倍。因此，太阳能资源丰富，光伏发电产业发展前景非常大。

目前，平板式硅光伏电池发电装置不跟踪太阳，技术成熟度高，可靠性高，但是，照射电池的光线最大只有一个光强，光线利用率低，发电成本高，产业发展需要依靠国家财政补贴才能生存。此外，平板式硅光伏电池发电一般建设在旷野，用地广。

聚光光伏发电装置单位面积发电量大，但是，在现有技术聚光比为500倍左右时，其发电成本与硅电池平板式光伏发电比较没有明显优势。目前，三节砷化镓电池能够承受2000倍左右的聚光比，理论上可以显著提高发电效率，降低发电成本；但是，电池散热采用传统的水冷方式，水冷设备成本激增，综合成本优势不大。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种聚光光伏发电单元，能够提高聚光比，减低电池的冷却成本，提高单位面积的发电效率。

本发明的另一个目的在于提供一种聚光光伏发电装置，基于上述聚光光伏发电单元，能够解决高聚光比情况下二维跟踪的跟踪精度、稳定性问题和电池散热问题。

本发明的第三个目的在于提供一种聚光光伏发电系统，基于上述聚光光伏发电装置，能够充分利用其热能进一步进行发电。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

(1)一种聚光光伏发电单元，其特征在于，包括水箱、热管、聚光接收器，位于聚光接收器下方的光伏电池；所述热管的热端接触所述光伏电池的背面，冷端伸入所述水箱中。

该技术方案的聚光接收器可以为设置有菲涅尔透镜的光漏斗。

该技术方案的聚光接收器的进一步改进为，所述聚光接收器包含聚光器、反射器、光收缩器，反射器设置在所述聚光器上部中心，光收缩器设置在所述聚光器底部中心，收集光线，照射所述光伏电池；其更进一改进为，所述聚光器内表面为开口向上的抛物面，所述反射器内表面为开口向下的抛物面，上述两抛物面焦点重合，所述光收缩器的上部为圆锥形孔，下部为圆柱形孔，该圆锥形孔和圆柱形孔同轴连通。

上述技术方案中，通过热管传递光伏电池本体产生的热量被水带走，实现光伏电池的散热，其冷却效率明显高于传统的自然风冷方式；因此，可以通过提高聚光接收器的聚光比，能够大幅提高单位采光面积的光线利用率和光伏电池的发电效率。

(2)一种聚光光伏发电装置，其特征在于，包括太阳能二维跟踪装置，以及以阵列方式安装在太阳能二维跟踪装置上的多个聚光光伏发电单元。

该技术方案的特点在于：所述太阳能二维跟踪装置包括：绕与地面垂直轴转动的东西方位角跟踪机构，绕与地面水平轴转动的高低方位角跟踪机构；

所述的东西方位角跟踪机构，包括底座，固定在底座中心的垂直轴，套在垂直轴上的轴套，固定在轴套下端的轮体，固定在轮体圆周的齿环，与齿环啮合的第一主动齿轮，以及驱动第一主动齿轮的第一电机，所述第一电机固定在底座上；

所述高低方位角跟踪机构，包括固定在轴套上端的框架，框架的平面通过横梁和纵梁分成多个对称空间，每个空间通过转轴安装有一个单元阵列架，转轴设置在单元阵列架的两侧中部，每个单元阵列架上设置聚光光伏发电单元，框架的横梁上设置有第二电机，第二电机的轴上固定有第二主动齿轮，横梁两边的上下相邻的两个单元阵列架的端部分别固定有齿弧，该齿弧与所述第二主动齿轮啮合。

上述技术方案采用太阳能二维跟踪装置，在高聚光比情况下可以提高二维跟踪的稳定性；并且，太阳能二维跟踪装置采用齿环和齿弧，其跟踪精度高；此外，聚光光伏发电单元中采用包含聚光器、反射器、光收缩器的聚光接收器，因其高度小于设置有菲涅尔透镜的光漏斗的高度，对太阳能二维跟踪装置的跟踪精度要求低。因此，太阳能二维跟踪装置能够满足在高聚光比情况下的二维跟踪稳定性和精度要求。

上述技术方案中，聚光光伏发电单元中采用包含聚光器、反射器、光收缩器的聚光接收器，太阳能二维跟踪装置采用单元阵列架，可以减少风阻。

(3)一种聚光光伏发电系统，其特征在于，包括烟囱式空气换热发电系统和多个聚光光伏发电装置，