[实用新型]一种高效波长分光式太阳能综合利用系统

说明书

技术领域

 本实用新型涉及太阳能利用技术领域，具体涉及一种波长分光式高效太阳能综合利用系统。

背景技术

目前的太阳能利用，一是光电转换，将太阳能辐射光通过太阳能电池转换为电能；二是光热转换，即利用太阳能收集装置，把太阳能辐射能转换成热能利用，如太阳能热发电、太阳能热水器。但是光电、光热系统大多是独立的。 

目前光电光伏电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅、锑化镉、砷化镓等等，每种光伏电池对于太阳光光谱响应曲线并不完全一样，不同的光伏电池量子效率光谱曲线峰值的位置不同，例如硅电池峰值波长在0.9μm左右，硒电池在0.54μm左右。硅电池的光谱范围宽，在0.45~1.1μm之间，硒电池的光谱范围在0.34~0.75μm之间，只对可见光敏感；而光伏电池对于包括长波长范围在内的部分光谱并不敏感，导致光子能量hv小于光伏电池的禁带宽度E，价带中的电子无法迁移到导带，只是将光谱能量转化成热能，造成光伏电池本身的温度上升，发电效率下降；而目前的选择性光热吸收涂层技术可以对太阳辐射进行有效吸收转化为热能，吸收率高达95%。如何更加高效地利用太阳光谱响应范围，同时避免非响应范围或低效率响应波段的辐射造成光伏电池本身温度上升的弊端（导致整体光伏电池效率下降）已成为研究的焦点。

发明内容

 本实用新型目的在于，克服以上描述的光伏电池在有些波长段利用太阳能光谱效率不高导致光伏发电效率低下的问题，提供了更加有效利用太阳能光谱高效综合发电的系统。

本实用新型提供的一种高效波长分光式太阳能综合利用系统，其特征在于，系统包括一个或多个波长分光装置、置于光路中波长分光装置前级的小夹角单次聚光装置和后级的由两种或两种以上接收器组成的复合接收装置；所述小夹角单次聚光装置入射到每个波长分光装置的光线汇聚夹角小于等于90°。进一步地，所述复合接收装置根据接收波长的不同分为光热接收器和至少一种光伏接收器，光伏接收器接收对应高转换效率波长的光线能量，光热接收器接收其它波段光线能量。

进一步地，所述复合接收装置中至少有一种为单晶硅电池的光伏接收器。

进一步地，所述多个波长分光装置之间形成一定夹角布置，各自接收光线汇聚夹角小于等于90度的入射光线。

优选地，所述小夹角单次聚光装置入射到每个波长分光装置的光线汇聚夹角小于等于60°；以保证光线在较小的角度变化范围进入分光装置，能更加良好有效地将太阳光谱按波长进行分离，实现各光谱范围内的高效利用。

进一步地，所述小夹角单次聚光装置入射到每个波长分光装置的光线汇聚夹角小于等于40°。

进一步地，所述小夹角单次聚光装置为抛物槽式反射聚光、菲涅尔阵列式反射聚光装置或长焦距透射式聚光装置。

进一步地，所述小夹角单次聚光装置为长焦距透射式聚光装置，如长焦距凸透镜或长焦距菲涅尔透镜。

进一步地，所述菲涅尔阵列式反射聚光装置阵列中的镜条为槽式曲面镜条，多个阵列的槽式曲面镜条实施统一跟踪，将太阳光会聚、反射至复合接收装置内。

进一步地，所述波长分光装置采用波长分光薄膜分光镜对汇聚的入射光进行透射、反射选择分光。

进一步地，所述波长分光装置采用棱镜分光镜或棱镜分光镜组对入射光进行折射选择波长分光。

进一步地，所述波长分光装置可活动调节，对各接收器的受光比例进行调配。

进一步地，所述复合接收装置中各接收器接收分光光线的光程长度接近；即复合接收装置中各接收器从小夹角单次聚光装置（或者从波长分光器）到达各接收器表面的光线光程长度接近，具有相近的跟踪容差精度，具有良好的跟踪统一性，且能良好地接收波长分光装置分离的光谱范围内的光。

进一步地，所述复合接收器包括辅助光学装置（二次聚光装置），例如光热接收器和光伏接收器具有的二次聚光装置。

进一步地，所述光热接收器获得的热能用于推动热机进行光热发电或者工业及生活利用。

进一步地，所述综合利用系统中包含热存储装置，光热接收器将所接收的热量储入热存储装置内，以备使用。进一步地，所述综合利用系统实施光热发电与光伏发电联合运行；白天太阳光通过光伏接收装置进行光伏发电，且利用热存储装置保存光热接收器吸收的热量；在光伏发电不能稳定输出时，利用热存储装置内部的热量来光热发电进行补充，保证所述综合利用系统发电输出的稳定性。