一種分布式聚光分光的太陽能綜合利用系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及太陽能綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種分布式聚光分光的太陽能綜合利用系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培總面積已經(jīng)達(dá)到了世界第一，溫室大棚的出現(xiàn)使得人們幾乎可以在一年四季中都能夠吃到新鮮的蔬菜和瓜果，極大地方便了人們的飲食生活。近年來在各地農(nóng)機(jī)等部門積極的積極推廣下，我國設(shè)施農(nóng)業(yè)取得了快速發(fā)展，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。另一方面，光伏產(chǎn)業(yè)具有可再生、充足、安全、清潔等特點(diǎn)，各國相繼投入大量資金，出臺(tái)了各種政策進(jìn)行支持，目前光伏太陽能產(chǎn)業(yè)正處于發(fā)展的快車道，表現(xiàn)在產(chǎn)量的不斷提升，單位價(jià)格的不斷下降。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年全球太陽能電池的產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到37.2GW，其中中國的產(chǎn)量已經(jīng)超過世界總產(chǎn)量的一半。在這一背景下，各種太陽能輔助溫室大棚應(yīng)運(yùn)而生，特別是隨著LED照明的發(fā)展。隨著LED光電轉(zhuǎn)換效率的提升和價(jià)格的下降，LED和光伏發(fā)電進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合，太陽能電池輸出直流電，而LED需要直流驅(qū)動(dòng)，光伏輸出的直流電無需經(jīng)過逆變，直接供給LED，不會(huì)產(chǎn)生逆變過程中的能量損失。
[0003]目前的太陽能輔助照明溫室大棚存在著太陽能量的綜合利用效率低等問題，主要表現(xiàn)在:太陽能電池的取向是固定的，不同時(shí)間區(qū)段的受光面積變化非常大，固定的太陽能取向不能滿足各個(gè)區(qū)段的受光方向，帶來綜合接受能量低的問題；太陽能的光譜利用不科學(xué)，大棚上的光伏板專用采光，所有波段都用來發(fā)電，光伏板下的大棚內(nèi)則無法照到光照，導(dǎo)致在大棚上所能安裝的光伏板的數(shù)量受到限制。
[0004]因此，開發(fā)出一種既可以兼顧大棚內(nèi)植物生長、又可以達(dá)到太陽能回收利用的綜合系統(tǒng)已經(jīng)成為急需解決的技術(shù)問題。中國專利CN103997285A公開了一種用于種植大棚的太陽能綜合利用系統(tǒng)，解決了太陽能量綜合利用效率低的問題。但上述系統(tǒng)的光譜分光裝置是在沒有聚焦的情況下進(jìn)行分光處理，所需的光譜分光機(jī)構(gòu)面積較大，可能會(huì)帶來較大的成本壓力。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為了解決【背景技術(shù)】中存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出了一種分布式聚光分光的太陽能綜合利用系統(tǒng)，通過光學(xué)聚光和分光方式進(jìn)行光伏發(fā)電并滿足了植物照明的基本需求，實(shí)現(xiàn)太陽能高效綜合利用。
[0006]本實(shí)用新型提出的一種分布式聚光分光的太陽能綜合利用系統(tǒng)，包括N個(gè)聚光分光模塊，每個(gè)聚光分光模塊包括聚光機(jī)構(gòu)、分光機(jī)構(gòu)和光伏發(fā)電裝置，其中，分光機(jī)構(gòu)位于聚光機(jī)構(gòu)和光伏發(fā)電裝置之間，聚光機(jī)構(gòu)的受光面與分光機(jī)構(gòu)的受光面相對設(shè)置，在分光機(jī)構(gòu)的受光面設(shè)有分光膜，在聚光機(jī)構(gòu)上設(shè)有透光孔；聚光機(jī)構(gòu)用于對太陽光進(jìn)行匯聚并照射到分光機(jī)構(gòu)上，分光機(jī)構(gòu)用于接收聚光機(jī)構(gòu)匯聚的太陽光并通過分光膜進(jìn)行分光；經(jīng)分光機(jī)構(gòu)的透射光照射到光伏發(fā)電裝置上用于光伏發(fā)電，經(jīng)分光機(jī)構(gòu)的反射光穿過聚光機(jī)構(gòu)的透光孔。
[0007]優(yōu)選地，聚光機(jī)構(gòu)的受光面為蝶形曲面，分光機(jī)構(gòu)的受光面為蝶形曲面結(jié)構(gòu)；優(yōu)選地，聚光機(jī)構(gòu)和分光機(jī)構(gòu)的中心軸線處于同一條直線上；優(yōu)選地，透光孔與聚光機(jī)構(gòu)同軸設(shè)置；優(yōu)選地，光伏發(fā)電裝置與聚光機(jī)構(gòu)和分光機(jī)構(gòu)的中心軸線處于同一條直線上；優(yōu)選地，經(jīng)分光機(jī)構(gòu)的最大角度范圍內(nèi)的透射光落到光伏發(fā)電裝置上。
[0008]優(yōu)選地，聚光分光模塊還包括散光板，散光板安裝在聚光機(jī)構(gòu)的透光孔處，散光板用于接收經(jīng)分光機(jī)構(gòu)的反射光并將反射光均勻地散射出去。
[0009]優(yōu)選地，聚光機(jī)構(gòu)采用鋼化超白玻璃或者化學(xué)鋼化玻璃，受光面進(jìn)行鍍層處理；優(yōu)選地，聚光機(jī)構(gòu)的聚光倍率采用x-x。
[0010]優(yōu)選地，分光機(jī)構(gòu)包括分光鏡，分光膜覆蓋在分光鏡表面；優(yōu)選地，分光鏡米用硬質(zhì)透明材料制成；優(yōu)選地，分光膜采用光子晶體膜、多層介質(zhì)膜或多層有機(jī)聚合物膜；優(yōu)選地，分光膜通過粘貼或者真空鍍膜方式覆蓋在分光鏡表面。
[0011]優(yōu)選地，分光膜用于反射預(yù)定波長范圍的光并透射其余波長范圍的光，優(yōu)選地，根據(jù)植物生長所需吸收光譜進(jìn)行設(shè)計(jì)分光膜的反射特性，反射特性包括反射光譜、反射光強(qiáng)、反射帶寬；優(yōu)選地，分光膜反射預(yù)定波長范圍的光包括藍(lán)光和紅光；優(yōu)選地，藍(lán)光包括波長為+/-納米的藍(lán)光，紅光包括波長為+/-納米的紅光。
[0012]優(yōu)選地，光伏發(fā)電裝置采用單晶背柵電極光伏芯片或多結(jié)寬譜太陽能電池；優(yōu)選地，寬譜太陽能電池采用II1-V族材料制成，優(yōu)選地，采用InGaP/GaAs/Ge材料制成。
[0013]優(yōu)選地，N個(gè)聚光分光模塊按XX Y的陣列方式排列，其中，XX Y = N ;優(yōu)選地，還包括跟蹤模塊，跟蹤模塊與N個(gè)聚光分光模塊的聚光機(jī)構(gòu)連接，跟蹤模塊用于根據(jù)太陽光的入射角度調(diào)整聚光機(jī)構(gòu)的位置。
[0014]優(yōu)選地，跟蹤模塊包括第一跟蹤模塊，第一跟蹤模塊包括N個(gè)萬向支撐軸、N個(gè)第一調(diào)節(jié)桿、第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、第一驅(qū)動(dòng)桿和X個(gè)第一傳動(dòng)桿，N個(gè)聚光機(jī)構(gòu)分別固定在N個(gè)萬向支撐軸上，N個(gè)第一調(diào)節(jié)桿分別與N個(gè)聚光機(jī)構(gòu)連接，處于陣列中同一行的Y個(gè)聚光機(jī)構(gòu)所連接的Y個(gè)第一調(diào)節(jié)桿均與同一個(gè)第一傳動(dòng)桿連接，X個(gè)第一傳動(dòng)桿均與第一驅(qū)動(dòng)桿連接，第一驅(qū)動(dòng)桿與第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接；優(yōu)選地，第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用雙軸跟蹤電機(jī)。
[0015]優(yōu)選地，跟蹤模塊還包括第二跟蹤模塊，第二跟蹤模塊包括N個(gè)第二調(diào)節(jié)桿、第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、第二驅(qū)動(dòng)桿和Y個(gè)第二傳動(dòng)桿；N個(gè)第二調(diào)節(jié)桿分別與N個(gè)聚光機(jī)構(gòu)連接，連接在任意一個(gè)聚光機(jī)構(gòu)上的第一調(diào)節(jié)桿和第二調(diào)節(jié)桿具有預(yù)定夾角；處于陣列中同一列的X個(gè)聚光機(jī)構(gòu)所連接的X個(gè)第二調(diào)節(jié)桿均與同一個(gè)第二傳動(dòng)桿連接，Y個(gè)第二傳動(dòng)桿均與第二驅(qū)動(dòng)桿連接，第二驅(qū)動(dòng)桿與第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接；優(yōu)選地，第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用雙軸跟蹤電機(jī)。
[0016]在本實(shí)用新型中，聚光分光模塊均包括聚光機(jī)構(gòu)、分光機(jī)構(gòu)、光伏發(fā)電裝置，分光機(jī)構(gòu)位于聚光機(jī)構(gòu)與光伏發(fā)電裝置之間，聚光機(jī)構(gòu)的受光面與分光機(jī)構(gòu)的受光面相對設(shè)置，在分光機(jī)構(gòu)的受光面設(shè)有分光膜，在聚光機(jī)構(gòu)上設(shè)有透光孔；聚光機(jī)構(gòu)用于對太陽光進(jìn)行匯聚并照射到分光機(jī)構(gòu)上；分光機(jī)構(gòu)用于接收聚光機(jī)構(gòu)匯聚的太陽光并通過分光膜進(jìn)行分光，具體地分光膜反射預(yù)定波長范圍的光并透射其余波長范圍的光；經(jīng)分光機(jī)構(gòu)的透射光照射到光伏發(fā)電裝置上用于光伏發(fā)電，經(jīng)分光機(jī)構(gòu)的反射光穿過聚光機(jī)構(gòu)的透光孔照射在植物上用于植物生長。
[0017]本實(shí)用新型中，聚光機(jī)構(gòu)位于最下方，光伏發(fā)電裝置位于最上方，分光機(jī)構(gòu)位于聚光機(jī)構(gòu)和光伏發(fā)電裝置之間，通過聚光機(jī)構(gòu)對太陽光進(jìn)行匯聚，然后通過分光機(jī)構(gòu)對匯聚的太陽光進(jìn)行分光，其中一部分太陽光經(jīng)分光機(jī)構(gòu)透射到光伏發(fā)電裝置上進(jìn)行光伏發(fā)電，另一部分太陽光經(jīng)分光機(jī)構(gòu)反射到透光孔處并照射在植物上用于植物生長，不僅可以進(jìn)行光伏發(fā)電還可以滿足植物照明的基本需求，實(shí)現(xiàn)了太陽能高效綜合利用。
[0018]在太陽能綜合利用過程中，通過先聚光再分光可以大大降低分光膜的面積，實(shí)現(xiàn)了成本的大幅度降低；聚光以后再分光可以采用成本較高但結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的多層膜設(shè)計(jì)，使得分光后的兩部分光更加適合光伏發(fā)電與植物生長。
[0019]本實(shí)用新型中，聚光機(jī)構(gòu)和分光機(jī)構(gòu)采用蝶形曲面結(jié)構(gòu)，保證了聚光機(jī)構(gòu)匯聚的太陽光均能落到分光機(jī)構(gòu)上，同時(shí)也保證了經(jīng)分光機(jī)構(gòu)的反射光均能匯聚到透光孔處并照射到植物上。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型提出的一種分布式聚光分光的太陽能綜合利用系統(tǒng)光學(xué)原理圖；
[0021]圖2為本實(shí)用新型提出的一種分布式聚光