[发明专利]一种太阳能全光谱利用装置

说明书

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全光谱利用装置，适用于太阳能全光谱梯级利用。

背景技术

目前工业领域中的太阳能利用主要有光伏、光热两种途径。

太阳能光伏利用就是借助光伏电池将入射光的能量转换为电能。当入射光波长处于光伏电池的最佳工作波长范围内时，其能量中绝大部分被转换为电能。当入射光波长不在光伏电池的最佳工作波长范围内时，其绝大部分被转换为中低温热能。过度产热会使光伏电池温度升高，降低光伏电池的光电转换效率，增加不可逆损失。

聚光光伏技术是第三代光伏利用技术，使用透镜或反射镜面等光学元件，将太阳辐射进行聚焦，再通过高转化效率的聚光光伏电池板转换为电能。与目前成熟的光伏技术相比，聚光光伏技术的显著优点是聚光比越高，原材料消耗量越少。但聚光带来更大的产热和温升，限制了其聚光比和光电转化效率的提高。

针对产热问题，现有的一种解决方案是太阳能的光伏光热互补利用。分频利用技术是常见的互补利用形式。所谓分频，就是把不同波长的光分离开。分频后，只允许光伏电池的最佳工作波长范围内的光进入光伏电池，从根本上减少光伏电池产热，提高了其聚光比和光电转化效率；而其他波长的光被用于多种途径。该技术解决了光伏利用的产热问题，实现聚光太阳能的高效综合利用。但分频技术往往需要大量精密光学元件，如滤光片、棱镜、透镜等，对制造加工、安装维护的要求过高；分频后光从一束变为多束，光路过于复杂，造成实际运行中的光学损失过高，装置整体的太阳能利用率低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种太阳能全光谱利用装置，以将聚光光伏技术、光伏光热互补利用技术与吸收涂层技术相结合，以解决聚光光伏技术、光伏光热互补利用技术中存在的上述问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种太阳能全光谱利用装置，包括：槽式聚光镜、聚光光伏电池和集热管；聚光光伏电池设置于槽式聚光镜反射面的中轴线，集热管设置于槽式聚光镜的焦线处，其朝向槽式聚光镜反射面的底面涂覆有吸收涂层；太阳光经过槽式聚光镜反射面的反射后聚焦至集热管，吸收涂层对太阳光进行截断，部分太阳光被吸收涂层吸收，产生的热能传递给集热管内的工质，向外输出中高温热能；另一部分太阳光被吸收涂层反射，反射的太阳光聚焦于聚光光伏电池上，聚光光伏电池利用反射的太阳光发电。

优选地，所述集热管包括同轴的内管和外管，内管底面朝向槽式聚光镜反射面，内管底面外壁涂覆有吸收涂层。

优选地，被吸收涂层吸收的部分太阳光的波长处于聚光光伏电池最佳工作波长范围外，被吸收涂层反射的部分太阳光的波长处于聚光光伏电池最佳工作波长范围内。

优选地，所述最佳工作波长范围为700-1100nm。

优选地，内管和外管底面的横截面轮廓为双曲线的其中一支，该双曲线的焦点与槽式聚光镜的焦点重合。

优选地，还包括冷却通道，其紧贴聚光光伏电池并固定于槽式聚光镜反射面的中轴线。

优选地，还包括驱动电机和跟踪机构，跟踪机构连接槽式聚光镜，驱动电机通过跟踪机构控制槽式聚光镜的转动，使槽式聚光镜的反射面朝向太阳光入射方向，实现太阳辐照的实时追踪。

优选地，当太阳辐照量高于光热利用设计辐照时，增大集热管的工质流量，调整吸收涂层的温度，防止吸收涂层被烧毁；当太阳辐照量低于光热利用设计辐照时，降低集热管的工质流量，防止集热管受热不均导致变形。

优选地，先在内管底面外壁镀吸热涂层，再采用离子镀工艺在吸热涂层上交替镀上Nb₂O₅和SiO₂薄层而制成吸收涂层。

优选地，所述槽式聚光镜为抛物槽式聚光镜或线性菲涅尔聚光镜

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明的太阳能全光谱利用装置具有以下有益效果：

(1)使用吸收涂层进行光谱截断，在相同聚光比下对比分频技术，不需要复杂的光学元件，降低了光谱梯级利用过程的光学损失，可减少安装维护成本，显著提高转换效率；有别于分频过程，可以将部分光谱直接吸收为热量，传热不可逆损失小。

(2)相比于光伏电池余热利用技术，由于吸热涂层直接吸收了最佳工作波长范围外的太阳光，可以获得更高温的热能；相比于传统的聚光光伏技术，由于聚光光伏电池只利用其最佳工作波长范围内的太阳光，使得光伏电池工作温度降低，光伏转换效率升高；相比于单一光热利用技术，显著提升了太阳能利用率，且实现自供电。