[发明专利]具有地下光室的太阳能发电厂设计

说明书

一种新的太阳能发电厂设计，其包括建造在地下的“光室”、用于CSP和CPV发电厂的市售反射镜，以及市售光伏组件。在地下建造的光室通过提高直射光伏模块的阳光的百分比，显著提高太阳光到电的转换效率，其中，所述光伏模块通过风扇保持冷却和清洁。该设计的建设、运营和维护更加容易、快捷和经济。并且显著降低了总体用地需求、单位装机功率投资成本和平准化度电成本(LCOE)。该设计允许在农村和城市地区安装，使得在当前技术水平下不可行的应用成为可能。

技术领域

本发明涉及一种新的太阳能发电厂设计，其包括建造在地下的“光室”、用于聚光太阳能(concentrated solar power，CSP)和聚光光伏(concentrated photovoltaic，CPV)发电厂的市售反射镜以及市售光伏(photovoltaic，PV)模块。与传统的光伏发电厂和聚光太阳能发电厂相反，光伏模块被放置在地下的光室中。通过使用各种反射镜阵列将阳光引导并限制在光室中。这种设计通过将被光伏模块反射的光重新引导至光伏模块上来提高发电量，并保持光伏模块的表面清洁，同时使其温度低于传统太阳能发电厂设计的运行值，从而提高单位面积发电量。由于使灰尘、污垢以及外界因素远离光伏模块，消除了定期清洁的必要性，降低了维护和运行成本。该设计将检修箱建在光伏模块的墙壁后，易于检修和接入光伏模块以及布线。通过使用可携带待放置的光伏模块的预装配框架或卡匣，能够实现更加容易、经济及快捷的安装。通过将光伏框架和模块移动到地下，仅将三组反射镜阵列和一个供阳光通过的具有可调节旋转挡板的闸门留在地面上的方式来减少环境用地。通过建造在地下的光室减少了传统太阳能发电厂设计中的大部分土地使用面积，可用于农业或其他传统用途。

背景技术

这一部分说明了与本公开有关的背景信息。

反射镜通常以许多不同配置用于CSP和CPV太阳能发电厂。所有不同设计的太阳能设施都包括地上建筑元素。可以通过将阳光直接集中在光伏模块上来发电，或通过带有熔融盐或其他高热容液体的管，使其将热量转移到沸水中，使得汽轮发电机组发电的方式进行发电。

肖克利-奎伊瑟(Shockley-Queisser)极限或详细平衡极限是指由单个P-N结制成的太阳能电池的最大理论效率。这是由William Shockley和Hans Queisser首次计算出来的。

参考：William Shockley和Hans J.Queisser：“P-N结太阳能电池效率的详细平衡极限”，《应用物理学杂志》，第32卷，第510-519页(1961)(William Shockley and HansJ.Queisser:Detailed Balance Limit of Efficiency of p-n Junction SolarCells,Journal of Applied Physics,Volume 32,pp.510-519(1961))

限制太阳能发电厂以接近肖克利-奎塞尔理论极限运行的主要障碍可归纳为以下内容：

光反射的影响：被光伏模块反射的阳光降低了所吸收阳光的百分比，由此减少了发电量。

光伏模块的最大效率要求入射的阳光在到达吸收层的过程中不会被反射，并且进入该层的光随后不会被反射出来或通过电池传输。

光伏模块中已经配置了多种抗反射技术，并且仍在积极研究这一主题。抗反射技术可大致分为两类：1)抗反射涂层(Anti-reflective coating，ARC)减少了电池的光吸收层上的反射；2)纹理化表面，其具有两个目的，分别为提高透光率和将光捕获在吸收层中。最有效的策略通常是结合使用这些技术。