[实用新型]一种多功能全天候全波段太阳能发电系统

说明书

技术领域

本实用新型属于光伏电池技术领域，特别涉及一种多功能全天候全波段太阳能发电系统。

背景技术

光是地球上一种最普遍最重要的能量来源，光作为一种能量的载体，光的波长特性和粒子特性是光最主要的两种直接的能量传播和存在形式。光的能量可以以不同的方式或形式被利用，比如我们常用的化石燃料是最普遍的的间接利光能的方式，太阳能发电和风力则是直接利用光能的方式。太阳能发电包括直接利用光的粒子特性的光伏发电和同时间接利用光的波长特性的光热发电。

光伏电池是一种基于量子效应或光生伏打效应制成的半导体器件，主要是指特定波长或特定频率的光子在通过器件PN结的时候，使器件内部的原子外层的电子跃迁，在外部回路连通的情况下，在外部回路中形成电流。

众所周知，光具有波粒二重性，可以理解为光的波长决定了每个光子的能量，对于光伏器件来说，只有具有一定能量的光子，也就是具有特定波长(通常是波可见光波段)的光子才能使原子的外层电子激发跃迁，产生电子空穴对，我们将其称为光子的能量阈值，每个高于能量阈值的光子只能产生一对电子空穴对，而低于此阈值的光子尤其是长波段的光则不能被有效利用，只能以热的形式被浪费掉，或直接穿过电池损失掉。

传统的单结晶体硅太阳能电池只能有效利用波长范围在400nm-900nm的太阳能，其余的紫外光和红外光都不能有效地吸收，这就极大地限制了晶体硅太阳能电池的效率。

近年来，随着光伏器件结构和工艺的不断优化，对于短波段光的利用已经有了较大的提高，但是对于长波段的光的利用仍然没有比较有效的方案。

另外，长波段的红外光不能得到有效利用的另一后果是，它会快速提 升电池模组的温度，光伏电池的最佳工作温度是在25度，温度每升高1度，组件的最大输出功率会降低0.4％-0.5％，在温度比较高的时候，比如夏季或温度较高的南方或赤道地带，光伏模组的表面温度会升高到将近80-100度，光伏器件输出功率会大幅降低10％-20％左右。

长波段光的有效利用对于光伏发电来说至关重要，例如现有技术CN103531711A和CN103531712A通过波长选择的材料配置使得全波长可以用于发电，但是所选择材料价格昂贵，耐用性差，长波长利用率仍难以达到满意的效果。

所以，如何实现大幅提高光伏器件本身的转换效率，限制光伏器件本身的温度升高而增加器件的功率输出，仍是本领域需要解决的技术难题。

发明内容

本实用新型提供了一种多功能全天候全波段太阳能发电系统，包括两大功能单元，一是位于器件受光面的主要利用中、短波长(400-1100纳米)的光直接发电的光伏发电单元；二是部分位于器件背光面的光热发电单元，它主要是利用来自器件本身的热量或从周围环境吸收的热量进行光热发电，其中器件本身热量来源形式主要有：光波中400-1100纳米波长以外的阳光直接辐射能量，以及被吸收的但超出了能量吸收阈值以外的能量等。

具体地，一种多功能全天候全波段太阳能发电系统，包括：设置于器件受光面的利用利用400-1100纳米波长的阳光发电的光伏发电单元，以及设置于器件背光面的利用400-1100纳米波长以外阳光发电的光热发电单元。

上述光伏发电单元，主要由光伏组件阵列组成，所述光伏组件可以是晶体硅光伏组件或非晶硅薄膜组件等其他类型的光伏发电组件，其中电池单元面向阳光，将接受到的阳光中能量达到激发阈值的光子直接转化成电能，而其他能量达不到阈值的长波段光子和达到阈值的光子经过量子激发之后的剩余能量则通过热的形式辐射到周围空间或传导至器件背面、或保存在器件内部。

两种发电单元相互集成，又各自相对独立，能够各自发挥本单元的发电功能和其他功能，共同为系统增效，提高整个系统的发电效率和发电 量。

上述光热发电单元，主要包括集热器、导热器、热交换器、蓄热器和发电模块，依次连接。每个光伏组件的背面与集热器连接。

上述集热器是一种集成或封装于电池组件内部或背部的一根以上的片式或带状导热管，用于采集组件内部产生或聚集的过多热量，并将其快速、高效地传导至导热单元，且能够用于为光伏组件本身降温。

上述导热器由一根以上的圆形导热管组成，与前述集热器相连，每根导热管可同时串接若干块光伏组件，位于组件的两端或一端，具体串接数量由整个系统设计容量、光伏组件的安装结构、热管的性能等因素而定。导热管用于将前述集热器采集的热量汇集并快速、高效地传导至蓄热器。

所述集热器和导热管为铜质或铝质材料制成，其内部中空，内部传热介质为甲醇、丙酮或水等中的一种。