[发明专利]一种线聚焦聚光光伏-光热全光谱梯级利用装置

说明书

本发明提供了一种线聚焦聚光光伏‑光热全光谱梯级利用装置，通过设置上层聚光镜，相比于传统的聚光光伏技术，由于只对聚光光伏电池工作波长范围内的太阳光而不是全部太阳光进行光伏利用，减少光伏电池产热量的同时，提升了光伏电池的光电转换效率；通过中温光热利用，提升了光伏‑光热利用光热的品位，从而提高了太阳辐射利用率，实现了太阳能全光谱利用，减小了太阳能利用过程中的不可逆损失。

技术领域

本发明属于太阳能利用技术领域，具体涉及一种线聚焦聚光光伏-光热全光谱梯级利用装置。

背景技术

太阳能作为储量最大的可再生能源，近年来得到国内外的广泛重视。通常利用太阳能形式有光-热转换、光-电转换、光-化学转换和光-生物转换。2014年国际能源署预测2050年以光-热转换和光-电转换为核心的太阳能发电将占全球装机容量的27％，其中光-热转换主要以槽式聚光集热技术和塔式聚光集热技术为代表；光-电转化主要以非聚光光伏技术和聚光光伏技术为代表。以成熟的槽式聚光技术配以聚光光伏电池的技术路线，可有效降低光伏发电成本。

然而单一光伏发电只能利用特定波长光谱范围，致使光伏发电过程中太阳能转化率低；而单一光热发电尽管可实现全光谱利用太阳能，但受聚光集热技术以及集热温度限制，其转化率仍然比较低。因此，实现高效的太阳能发电是当前太阳能利用技术亟待解决的科研技术难题。近几年，全光谱利用作为太阳能利用领域重要的研究方向为解决这一难题提供了有效途径，其中，美国能源部2013年率先推出了“太阳能的全光谱最优转换与利用”重要研究计划。现有的全光谱太阳能利用发电的主要途径是光伏-余热和光伏-热电-余热形式，然而光伏电池余热属于低品位热，同时热电材料和光伏电池间存在功率和材料匹配不当问题，致使太阳能全光谱利用不可逆性大，利用率低。

光伏电池光电效应存在禁带宽度，能量低于和高于禁带宽度的电子会转化为低品位余热，由于光伏电池工作效率受自身温度的升高而降低，因此仅通过提升余热的温度增加太阳能利用率的空间有限。如何全光谱综合利用太阳能，将特定波长段光谱用于光伏发电，剩余光谱用于中高温光热利用，在增加光伏电池发电效率的同时，减小太阳光转化为低品位余热造成的不可逆损失，是实现全光谱高效利用太阳能所面临的主要问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种线聚焦聚光光伏-光热全光谱梯级利用装置，以解决全光谱高效利用太阳能过程中存在的上述问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种线聚焦聚光光伏-光热全光谱梯级利用装置，包括：装置支架；两组下层聚光镜支架，对称安装在所述装置支架的顶端；下层聚光镜，由所述下层聚光镜支架支撑；集热管支架，其穿过所述下层聚光镜并安装于所述装置支架的顶端；沿远离下层聚光镜的方向，所述集热管支架依次安装有光伏电池组件支架和集热管，所述集热管位于下层聚光镜的焦线位置，所述光伏电池组件支架顶端安装有光伏电池组件；两个上层聚光镜，设置在所述下层聚光镜的关于光伏电池组件对称的位置，所述上层聚光镜相对于下层聚光镜可在分离伸展状态与面型重合状态之间切换，使线聚焦聚光光伏-光热全光谱梯级利用装置工作于光伏-光热运行模式和单一光伏运行模式。

优选地，还包括：上层聚光镜支架，所述上层聚光镜通过穿过下层聚光镜的上层聚光镜支架固定于所述下层聚光镜支架；滑轨结构，以及安装于所述滑轨结构上的第二驱动电机；在所述滑轨结构和第二驱动电机的作用下，所述上层聚光镜支架相对下层聚光镜支架移动，带动上层聚光镜相对下层聚光镜移动；所述集热管支架为滑轨式伸缩结构，通过其伸缩运动改变光伏电池组件和集热管的位置。