[发明专利]水下充气式柔性太阳能聚光器及其光伏发电系统

说明书

本发明为应用于水下工作装置的水下充气式柔性太阳能聚光器及其光伏发电系统，属新能源应用技术领域。非工作状态下，该装置收纳在水下作业装置顶端的收纳箱中，由充气式柔性太阳能聚光器、太阳能电池组、控制平台以及升降绳等组成。工作时，为聚光器充气并通过调节升降绳将聚光器牵拉在水下作业特定位置处，使得太阳能电池组位于聚光器的焦平面上。平行光在水中通过聚光器发生折射，光线汇聚在电池组上，将光能转换为电能。电能在控制平台内由蓄电池储存，经逆变器后得到水下作业装置所需的用电功率。其中蓄电池的充放电、水下作业装置的能源补给以及升降绳的收放均由控制平台控制实现。

所属技术领域

本发明涉及一种水下充气式柔性太阳能聚光器及其光伏发电系统。水下充气式柔性太阳能聚光器及其光伏发电系统是一种位于水下的，利用几何光学原理聚光并通过光伏电池板将光能转换为电能的，为水下作业装置提供能量的补给系统，属于新能源应用技术领域。

背景技术

海洋是生命的摇篮，约占地球表面积的三分之二，不但包含了大量的资源，而且对全球的气候及环境有重大影响。近年来，随着对海洋研究的深入，人们对水下的探索也逐渐深入，水下工作装置日益增多，因此水下工作装置的能量来源以及能量补给得到了人们的关注和研究。同时，在能源短缺的今天，人们不断地开发新能源，受限于陆地面积，人们开始开发利用海洋面积，并不断地探索海水中蕴含的能量，其中包括海水的温差能、海洋动能、潮汐能以及海面上丰富的太阳能等。因此，我们意识到可以直接利用自然能量为水下工作装置提供能源。

温差能和海洋动能的利用需要较为复杂的装置，温差能的利用还需要相应的工质作为载体来完成，潮汐能的利用则受到时间和空间的限制。相对而言，随着太阳能利用的普及，其技术已经相对成熟。由于聚光光伏的高效率、低成本，该技术已被广泛研究并得到了一定的应用，但大多聚光光伏电站都建于陆面上，需占用较大的土地面积，且由于空气浮尘的影响需要经常清洁，另外电池板温度过高也将影响其转换效率。为了解决这些问题，并考虑水下作业装置的能量需求问题，我们提出了水下太阳能聚光发电的概念，利用几何光学原理设计了水下充气式柔性太阳能聚光器，并结合光伏发电系统将光能转换为可以被直接利用的电能。

随着技术的发展，人们在深入研究光线传播原理以及光利用的同时，已经开始关注水下光能的利用。目前，水下光线被应用在水下工作装置的通信技术以及水下成像等技术上，其中水下聚光主要用于光通信技术，这表明人们开始意识到水下光线利用的可行性和必要性，通过研究将其应用于相关技术领域。因此本文提出了水下聚光光伏发电系统，利用充气式柔性聚光器将太阳光汇聚到光伏板上，将其转化为电能并储存，储存的电能用来为水下工作装置充电。

综上所述，本文提出了水下充气式柔性太阳能聚光器及其光伏发电系统。水下充气式柔性聚光器具有以下优势：(1)利用几何光学原理进行设计，位于水下，能够缓解陆地面积紧缺的问题，防止海风海浪对装置性能的干扰，消除风沙对聚光效果的影响；(2)聚光器结构简单，使用便捷，且柔性设计使其方便携带；(3)汇聚后的光线也可以通过与其它装置的耦合进行其它水下作业，例如聚光捕鱼、深海照明等。此外，水下柔性聚光器与光伏发电系统耦合使用，将其聚光后的能量进行转化，得到的电能储存在蓄电池中为水下工作装置提供能量来源。这不仅充分利用了海面上充足的太阳能，还为水下工作装置，例如潜航器、小型潜艇等，提供了续航能源，使其更好地完成水下作业。

发明内容

有鉴于此，为了合理的利用海面上的能源解决水下作业装置的能量补给问题，本发明提供了一种可以收纳在水下作业装置上的水下充气式柔性太阳能聚光器及其光伏发电系统。该系统基于几何聚光原理，采用聚光光伏技术将光能转换为电能为水下作业装置提供能量补给。充气式柔性太阳能聚光器采用柔性透明薄膜作为入光和出光面，内部为气体介质，通过调节气体介质的压力控制薄膜的曲面参数，进而使得太阳能电池组恰好位于聚光器的焦平面上。在实际应用中，可以通过预估水下作业装置的能源需求量，适当地调整装置规模大小以及根据不同地区的光照条件对装置进行适当的调整，以达到最优的应用模式。