[发明专利]基于光伏反射板的太阳能全光谱聚光利用系统与方法

说明书

一种太阳能聚光利用系统，所述太阳能聚光利用系统包括：若干光伏反射板，以特定的形状和/或排列来形成一聚光装置，每一光伏反射板用于吸收部分太阳光进行光伏发电，同时反射其它未被光伏反射板吸收的太阳光，或全反射太阳光；聚光光谱利用装置，置于所述若干光伏反射板形成的聚光装置的焦点处或焦点附近，用于利用所述光伏反射板反射的太阳光。本系统通过将太阳光谱中适宜光伏电池利用的太阳光谱经光伏电池进行利用，将剩余太阳光谱的太阳光汇聚至聚光光谱利用装置，实现了太阳能的全光谱利用。且可调节光伏、聚光的能量比，按照利用方法进行最佳匹配，提升太阳能整体利用效率。

技术领域

本发明涉及太阳能能源利用技术领域，尤其涉及一种基于光伏反射板的太阳能全光谱聚光利用系统与方法。

背景技术

太阳能光伏利用技术是利用光生伏特效应将太阳光转换为电能的技术。受光生伏特效应原理的影响，光伏电池仅能利用部分光谱太阳光的部分能量。以单晶硅光伏电池为例，其仅可以将波长短于1100nm的太阳光部分地转换为电能，而且对于波长越短的太阳光其光电转换效率越低，而未被利用的能量大部分被转换为热能浪费到环境中。目前商业化的光伏电池的发电效率多在25％以下，这意味着约70％的太阳能未被转换为电能而是转换为热能浪费到环境中。现有光伏利用技术一般不具备跟踪功能，这使得光伏电池在部分时刻偏离太阳直射角度过大，从而存在明显余弦损失，进而导致发电量下降；在部分具备跟踪功能的光伏利用技术中，跟踪机构的引入会增加系统的建设成本，而且需要维护，增加系统的运行成本。另外，现有光伏电池在可利用的光谱范围内反射率较高，如不进行处理会因反射率较高减小发电量，延长成本回收期；在不可利用的光谱范围内吸收率较高，如不进行处理会因吸收率较高使光伏电池运行温度升高，而降低光伏电池发电效率甚至引起火灾；如针对以上两种情况进行处理，则会带来成本的提高。

太阳能光热发电技术是通过光热转换将太阳能转换为热能，并将该热能继续转换为电能的太阳能利用技术。由于光热转换过程可以近似利用全光谱太阳光，因此太阳能光热发电技术并不面临无法利用太阳能全光谱的问题。但是太阳能光热发电技术面临如下问题：①太阳光作为能源的品位较高，为0.93，而一般太阳能集热温度在400℃左右(点聚焦可在800℃)，该热能的品位仅为0.55，所以在太阳能光热转换过程中不可逆损失严重，大量可用能在此过程被浪费掉；②集热过程温度较高，存在明显的辐射散热损失；③后续热能到电能的转换过程同样存在多种能量损失，集热过程获得的可用能进一步损失。三方面因素共同作用，使得太阳能光热发电效率仅有15％左右。由于太阳能光热发电技术需要较高的温度，因此在该技术中需要通过聚光的手段提高集热温度。目前的聚光方式主要为反射式聚光，包括槽式聚光、塔式聚光、碟式聚光、菲涅尔式聚光与复合抛物面式聚光等。在各类聚光方式中，其反射镜表面为玻璃，玻璃背光一面为反射膜(如铝膜、银膜等)，因此在聚光过程中太阳光需要两次穿透玻璃，光学损失较大；另外聚光过程中，反射镜需要追踪太阳，因此各反射镜的追踪机构需要直接与电源连接，这要使用大量电缆，投资成本高。此外，由于仅有直射太阳光可以通过聚光装置进行汇聚，所以聚光装置需在太阳直射辐射较强时才可发挥良好作用，在多云、阴雨以及雾霾天气其无法有效工作。

太阳能光伏光热综合利用技术通过将一部分太阳能经光伏电池转换为电能，剩余部分太阳能经光伏电池(或经光热利用装置)转换为热能，可以实现太阳能的对口、梯级利用。根据是否存在分频过程，该技术可以分为太阳能光伏余热利用技术与太阳能分频光伏光热利用技术。

太阳能光伏余热利用技术中，太阳光首先经光伏电池转换为电能与热能，电能直接对外输出，热能经余热利用装置回收后用于后续过程。在该技术中，回收热能的温度无法高于光伏电池的温度，而光伏电池的温度受限于自身原理无法太高(对于硅基光伏，一般低于100℃，对于砷化镓光伏电池，一般低于200℃)且随着运行温度的升高，光伏发电效率不断下降，因此回收的热能属于低品位热能，而且回收热能获得的收益会因光伏电池效率下降而被部分抵消掉。