利用菲涅尔反射聚光镜,实现聚光光伏发电
发布时间:2011-04-26     来源: 北京交通大学物理系
本文摘要: 目前太阳能光伏发电技术的核心问题就是如何降低发电成本,使之可以和传统能源相竞争。降低光伏电池发电成本的方法有三种:第一种方法是发...

    目前太阳能光伏发电技术的核心问题就是如何降低发电成本,使之可以和传统能源相竞争。降低光伏电池发电成本的方法有三种:第一种方法是发展薄膜电池,目前已经取得了很大的进展,使每峰瓦电池的成本降到了1美元以下(如美国First Solar公司),但在技术、设备的国产化方面还有大量的工作要做。第二种方法是降低多晶硅和单晶硅的生产成本,近年来也取得了很大进步。第三种方法是利用聚光跟踪技术,减少光伏电池的使用量,从而降低光伏的发电成本。如果能够找到合适的聚光跟踪技术,这种方法无疑是直接而有效的,可以在短期内大幅度降低光伏技术的发电成本,本文主要是介绍一种可以满足上述要求的太阳能聚光跟踪技术。

已有的聚光跟踪技术都是依靠转动

聚光镜跟踪太阳光,成本高、不耐用

    现在应用于太阳能光伏发电领域内的聚光跟踪技术可以分为两类:一类是高倍聚光跟踪技术,如菲涅尔透镜技术,或蝶式聚光技术,通常使用砷化镓多结电池。另一类是低倍聚光跟踪技术,如陈应天教授的光漏斗技术,或转动式线形菲涅尔反射聚光镜技术。这些技术的一个共同特点就是都是通过转动聚光镜来跟踪太阳的,如果我们需要利用一千瓦的电力输出,就需要转动一个五至十平方米的聚光镜,而且跟踪精度一般要求小于1度。由于这类装置都要在室外运行,要承受风雨的侵蚀,所以至少必须能够抵御八级以上的大风。在风中聚光镜上所承受的作用力是很大的,通过杠杆作用原理这种作用力将在支撑点或支撑轴上放大几十倍,具有相当大的破坏作用,要想使整个系统稳定运行数年,其机械支撑转动部分必须十分坚固。因此这样一套有使用价值的机械跟踪装置通常是相当昂贵的,需要一、两万元。再加上其他的配套系统,整个系统的造价通常十分高昂。另外,随着使用时间的延长,这类装置不可避免地出现机械老化和风雨侵蚀、生锈等现象,系统的故障率将会直线上升,维修和保养工作将会消耗大量的人力物力,对生产者和使用者来讲都是难以承受的。所以目前这些装置在降低光伏发电成本上效果并不显著。为了能够大幅度降低聚光光伏技术的发电成本,我们发明了一种新的聚光跟踪方法-----固定镜多焦线联动式太阳能聚光跟踪技术,它不需转动反射聚光镜,而是将聚光镜固定在地上保持不动。

 

固定镜多焦线联动式太阳能均匀聚光跟踪技术

 

    这种技术方案中所用的聚光镜是线性菲涅耳反射聚光镜,这种反射聚光镜是由许多条细长的平面反射镜组成,每一条平面反射镜的中心都处在同一条抛物线上,并且和这条抛物线相切。

    这种技术方案的装置图如图1所示,以北半球为例,将数排相同规格的线形菲涅尓

图1,固定镜多焦线联动式太阳能均匀聚光跟踪技术原理示意图

  • 线形菲涅耳反射聚光镜      2,倾斜导轨       3,水平框架

反射聚光镜面向南方以相

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