高效率低成本太阳能热电联产系统
阅读：747发布：2021-03-06
专利汇可以提供高效率低成本太阳能热电联产系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种高效率低成本 太阳能 热电联产 系统，包括聚光器、吸热滤光器，光伏 电池 ，吸热滤光器壳体上设置有前、后透明窗口板，前、后透明窗口板对于 波长 为400－2300nm的太阳光线平均内 透射比 大于80％/cm，前透明窗口板朝向聚光器，聚光器的焦点落入吸热滤光器的内腔中，吸热滤光器内腔中盛装有热媒，热媒对于波长为400－760nm的可见光，平均透射比大于85％/cm，对于波长为1150－2300nm的红外光，平均吸收比大于20％/cm，后透明窗口板的背面设置有电池匣仓，电池匣仓内装有光伏电池，前、后透明窗口板之间的距离为10－120mm。本系统采用简单的结构、简单的热媒，有效解决了光伏电池降温难题，很好地匹配了光伏电池的灵敏特性区，使太阳 光谱 的全谱段相应地发电或产热，没有浪费，极大提高了太阳能的产能。，下面是高效率低成本太阳能热电联产系统专利的具体信息内容。
1. 一种高效率低成本太阳能热电联产系统，包括跟踪器、聚光器、吸热滤光器、光伏电池，其特征是：吸热滤光器壳体由金属薄板制成，吸热滤光器壳体的前面和后面分别设置有前、后透明窗口板，前、后透明窗口板之间的距离为10-120mm，前、后透明窗口板对于波长为400-2300nm的太阳光线平均内透射比大于80％/cm，前透明窗口板朝向聚光器，聚光器与吸热滤光器的位置关系是：聚光器的焦点落在吸热滤光器的中轴线上，聚光器的焦点与吸热滤光器的中心之间的距离范围是+90mm至—90mm，吸热滤光器内腔中盛装有流体形态的热媒，该热媒对于波长为400-760nm的可见光，平均透射比大于85％/cm，对于波长为1150-2300nm的红外光，平均吸收比大于20％/cm，在后透明窗口板的背面设置有电池匣仓，该电池匣仓内装有光伏电池，所述光伏电池与后透明窗口板之间相隔一定距离。
2. 如权利要求l所述的高效率低成本太阳能热电联产系统，其特征是： 所述吸热滤光器侧壁外表面设置有热电转换器件，热电转换器件的外侧设置 有散热器，热电转换器件的吸热端与吸热滤光器的侧壁紧密接触，热电转换 器件的放热端与散热器的吸热端紧密接触。
3. 如权利要求l所述的高效率低成本太阳能热电联产系统，其特征是： 所述光伏电池固接在电池匣仓的后端板上，在电池匣仓后端板的背面设置有 热电转换器件，热电转换器件的背面设置有散热器，热电转换器件的吸热端 与电池匣仓的后端板紧密接触，热电转换器件的放热端与散热器的吸热端紧 密接触。
4. 如权利要求l所述的高效率低成本太阳能热电联产系统，其特征是： 所述光伏电池固接在电池匣仓的后端板上，在电池匣仓后端板的背面设置有 散热器，该散热器的吸热端与电池匣仓的后端板紧密接触。
5. 如权利要求2或3所述的高效率低成本太阳能热电联产系统，其特征是:所述热电转换器件的材质是氧化铝、钴锑合金、铌酸钴、方古矿、碲化铋基、 碲化钴基、钴酸f丐基氧化物中的一种。
6. 如权利要求l所述的高效率低成本太阳能热电联产系统，其特征是： 所述聚光器由凹面反射镜或菲涅尔透镜构成，所述前、后透明窗口的形状是 平面、球面、抛物面、双曲面形状或其组合，前、后透明窗口板的材质为氧 化铝晶体、石英、玻璃、聚碳酸酯中的一种，前透明窗口板的外表面上敷设有增透膜系，该增透膜系由1-7层增透膜组成，该增透膜系对于波长为 400-2300皿的太阳光线的平均透射比大于97%。
7. 如权利要求l所述的高效率低成本太阳能热电联产系统，其特征是：所述后透明窗口板的外表面上敷设有增透膜系，该增透膜系由l-7层增透膜组 成，该增透膜系对于波长为400-800nm的太阳光线的平均透射比大于970/0。
8. 如权利要求l所述的高效率低成本太阳能热电联产系统，其特征是： 所述热媒由气态工质或液态工质或其混合物构成。
9. 如权利要求8所述的高效率低成本太阳能热电联产系统，其特征是： 所述液态工质为普通水、纯水、乙醇或其混合物。
10. 如权利要求l所述的高效率低成本太阳能热电联产系统，其特征是： 所述吸热滤光器的内腔与斯特林发动机的热腔、风力发电机的叶轮腔其中之 一相联通。
高效率低成本太阳能热电联产系统
技术领域
本实用新型涉及太阳能利用装置，特别涉及一种高效率、低成本、全谱段 充分利用太阳能的热电联产系统。
背景技术
石油、天然气、煤炭等矿物燃料，是不可再生的一次能源，其储藏量有限， 按现在开采量计算，几十年后就会被开采耗尽，由于一次能源供应紧张，价 格不断攀升，已经成为国际社会共同关注的重大问题，为了应付一次能源的
短缺，世界各国都在积极寻求开发新的能源并进行高效利用，其中最受重视 的是太阳能发电。
地球上40分钟接收到的太阳能，如果全部利用，就够全世界一年的能源 消耗。地面可以接收到的太阳辐射光谱范围主要在300-2300nm， 300nm以下的 紫外线和2300nm以上的红外线大部分被大气层吸收了 。而300_380nm的紫外 线对光伏电池有一些负面作用，380-400nm的短波可见光对光伏电池的量子效 率很低，所以在使用光伏电池的发电系统里，人们一般主要考虑400-2300nm 的太阳光谱的利用。
目前的太阳能发电技术，大多数采用的是非聚光的光伏电池板（太阳能 电池板），这种方式采集一平方米的太阳光需要一平方米的光伏电池，造成发 电成本较高，限制了它的大规模推广。
如果利用聚光器把阳光汇聚成点状光斑，对光伏电池板的光照密度可以 提高400倍以上，不但使光伏电池的使用面积减少400倍以上，而且光伏电 池的光电转换效率可以在原来的基础上提高绝对值5%左右，实现太阳能低成 本、高效率发电。
但是太阳光经过汇聚之后，能量密度极大提高，焦斑处的温度高达几百 度，由于晶体硅光伏电池的光电转换效率在25度之后随着温度的升高呈线性 递减，长期高温还可能减少晶体硅光伏电池的寿命。因此，寻找一种成本低 廉、方法简单、效果良好的降低光伏电池表面温度的方法，并在降低温度的 同时把这部分热也转化为高品位电能，使太阳能的综合利用率和能源品位达 到最大化，成为太阳能聚光发电能否高效率低成本的关键技术，现有技术对 光伏电池的冷却成本较高，方法较复杂；没有采用热电转换器件来进一步提 高发电效率，总体的性价比还缺乏竞争力，无法用大规模太阳能聚光发电替 代火力发电，向千家万户推广。实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种高效率低成本太阳能热 电联产系统，根据光伏电池的光电转换灵敏区特性，采用与之匹配的热媒， 分谱段利用太阳能，使太阳光谱的全谱段相应地用来发电或用来产热，没有 浪费，加上采用光伏电池和热电转换器件同时发电，极大提高了太阳能的总 体利用率和产能的品味，由于采用简单热媒在产热的同时对光伏电池滤热， 结构简单、成本低廉、效果良好。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种高效率低成本太阳能热电联产系统，包括跟踪器、聚光器、吸热滤 光器、光伏电池，其特征是：吸热滤光器壳体由金属薄板制成，吸热滤光器 壳体的前面和后面分别设置有前、后透明窗口板，前、后透明窗口板之间的
距离为10-120mra，前、后透明窗口板对于波长为400-2300nm的太阳光线平均 内透射比大于80%/0^前透明窗口板朝向聚光器，聚光器与吸热滤光器的位 置关系是：聚光器的焦点落在吸热滤光器的中轴线上，聚光器的焦点与吸热 滤光器的中心之间的距离范围是+ 90咖至一90麗，吸热滤光器内腔中盛装有 流体形态的热媒，该热媒对于波长为400-760nm的可见光，平均透射比大于 85%/，，对于波长为1150-2300醒的红外光，平均吸收比大于20%/】，在后 透明窗口板的背面设置有电池匣仓，该电池匣仓内装有光伏电池，所述光伏 电池与后透明窗口板之间相隔一定距离。
所述吸热滤光器侧壁外表面设置有热电转换器件，热电转换器件的外侧 设置有散热器，热电转换器件的吸热端与吸热滤光器的侧壁紧密接触，热电 转换器件的放热端与散热器的吸热端紧密接触。
所述光伏电池固接在电池匣仓的后端板上，在电池匣仓后端板的背面设 置有热电转换器件，热电转换器件的背面设置有散热器，热电转换器件的吸 热端与电池匣仓的后端板紧密接触，热电转换器件的放热端与散热器的吸热 端紧密接触。
所述光伏电池固接在电池匣仓的后端板上，在电池匣仓后端板的背面设 置有散热器，该散热器的吸热端与电池匣仓的后端板紧密接触。
所述热电转换器件的材质是氧化铝、钴锑合金、铌酸钴、方古矿、碲化 铋基、碲化钴基、钴酸钙基氧化物中的一种。
所述聚光器由凹面反射镜或菲涅尔透镜构成，所述前、后透明窗口的形 状是平面、球面、抛物面、双曲面形状或其组合中的一种，前、后透明窗口 板的材质为氧化铝晶体、石英、玻璃、聚碳酸酯中的一种，前透明窗口板的 外表面上敷设有增透膜系，该增透膜系由1-7层增透膜组成，该增透膜系对于 波长为400-2300nm的太阳光线的平均透射比大于97。/0。
所述后透明窗口板的外表面上敷设有增透膜系，该增透膜系由l-7层增透 膜组成，该增透膜系对于波长为400-800nm的太阳光线的平均透射比大于97Q/0。
所述吸热滤光器的内腔与斯特林发动机的热腔、风力发电机的叶轮腔其中之一相联通。
所述热媒由气态工质或液态工质或其混合物构成。
热媒也可以是气态工质，热媒可以是水蒸汽、二氧化碳、氮气、氦气、 氢气中的一种或其混合物。
所述热媒可以是液态工质，热媒可以是纯净水、普通水、氨水、乙醇中 的一种或其混合物。
为了利用太阳能的全谱段能量，本实用新型的热媒具备如下特性：
热媒对于波长为400-760nm的可见光平均透射比大于80Vcm ，对于波长 为1150-2300nm的红外光，平均吸收比大于20。/。/cm，采用50mm厚度的热媒，就 可以把1150-2300的红外热线全部吸收， 一方面使得照射到光伏电池表面的光 线成为冷光，从而降低光伏电池的温度，同时又得到了热源， 一举两得。
值得一提的是：人们一直没有发现，水或水蒸汽就具备上述物理特性。 因此，本实用新型的热媒可以是水或水蒸汽，这样就不用采取很复杂的方法 去选择热媒，从而大大降低成本。
采用水和乙醇的混合液，也可以获得具有上述特性的热媒，首先配制一 系列，例如5-10个不同浓度的混合液，用分光光度计测定各个比例的混合液 的光谱透射比或者吸收比，然后在方格坐标纸上标记出各点，最后连接成曲 线，当其光谱吸收比曲线接近图7所示的形状时，即为可应用于本实用新型的 理想热媒。
;实用新型具有以下积极有益效果：
本系统的聚光器采用镀有银和介质保护膜的旋转凹曲面高反射镜或镀有 增透膜的菲涅尔透镜，使太阳光从400-2300nm全波段的采集率高达97。/。以上， 由于光斑形状为点状，比线状光斑节约光伏电池使用面积l倍，本系统聚光比 高达400倍以上，可比传统非聚光发电方式节约光伏电池使用量99%，大大降 低发电成本。本系统在吸热滤光器侧面和光伏电池背面设置了热电转换器件， 在降低光伏电池表面温度的同时把这部分热也转换成电能，变废为宝，极大 提高了太阳能的总体利用率和产能的品味，由于会聚光斑小，吸热滤光器的 温度高，和室温温差大，使安装在吸热滤光器四周的热电转换器件的发电效 率大大提高。
本系统的吸热滤光器采用金属外壳，外壳的材质选择不锈钢，银、铜、 铝、或其合金中的一种，导热性能比玻璃好，可以快速把热传导到紧贴着它 的热电转换器件。
本系统的吸热滤光器的前、后窗口装有透明窗口板，透明窗口板上镀有 光学增透膜，使得所采集的太阳能的97%都进入吸热滤光器内腔中，内腔中的 热媒对波长为400-780nm的可见光透射率可以达到95。/c)以上，并仍然以99%的透 射比出射到封装于它后面的光伏电池上产生电能，而对波长为1150-2300nm的 红外光，在热媒厚度等于50mm时，对其100%吸收并100%转化成热。这样，对 硅光伏电池量子效率很高的400-780nm的这部分太阳光，其95%到达光伏电池 表面用来发电；对硅光伏电池有一定的量子效率，对光热转换也有较大效率
6的780-1150nm的这部分太阳光，透射过热媒的那一部分用来发电，不能透射 过热媒的那一部分用来产热；对硅光伏电池没有一点量子效率而且有副作用 的1150-2300nm的这部分太阳光，其100%被热媒吸收用来产热，使得太阳光的 全部光谱都得到前所未有的高效利用，几乎没有一点浪费。
而且，太阳光经过吸热滤光器后，其中红外谱段1100-2300nm的热光全部 被热媒吸收了，无法透射到光伏电池表面，极大降低了光伏电池受光面的温 度，这就用很简单的办法，很低的成本解决了温度升高使转换效率线性降低 这一长期困扰业界的难题。光伏电池封装在吸热滤光器的后面电池匣仓中， 距离吸热滤光器有一定的距离，避免了吸热滤光器上的热传导到光伏电池表 面影响转换效率，同时，光伏电池的表面不外露，避免了灰尘和沙子覆盖到 其表面上，有效解决了光伏电池在覆盖灰沙后效率降低的问题。
本系统不仅利用光伏电池产生电能，而且同时利用热电转换器件产生电 能，比单纯利用光伏电池发电提高产电能力30%以上，这不仅提高了太阳能总 的利用效率，而且提高了高品位能源（电能）在太阳能产能中的比重。
本系统的吸热滤光器同时具有高效光热转换、高效冷却光伏电池表面温 度、科学匹配光伏电池光量子灵敏度、为热电转换器件提供热源四效合一的 功能。
本系统发电效率至少比现有技术提高30%，发电成本降低40%以上，开创 了大规模、高效率、低成本利用太阳能的新时代，是太阳能利用的革命性突 破。
附图说明
图l是本实用新型实施例一的结构示意图。
图2是图1的局部放大图。
图3是图2的使用状态示意图。
图4是本实用新型实施例二和实施例三的结构示意图。 图5是图4的局部放大图。 图6是光伏电池的太阳光谱量子效率特性曲线。 图7是本实用新型热媒的太阳光谱吸收比特性曲线。
短缺，世界各国都在积极寻求开发新的能源并进行高效利用，其中最受重视 的是太阳能发电。
地球上40分钟接收到的太阳能，如果全部利用，就够全世界一年的能源 消耗。地面可以接收到的太阳辐射光谱范围主要在300-2300nm， 300nm以下的 紫外线和2300nm以上的红外线大部分被大气层吸收了 。而300_380nm的紫外 线对光伏电池有一些负面作用，380-400nm的短波可见光对光伏电池的量子效 率很低，所以在使用光伏电池的发电系统里，人们一般主要考虑400-2300nm 的太阳光谱的利用。
目前的太阳能发电技术，大多数采用的是非聚光的光伏电池板（太阳能 电池板），这种方式采集一平方米的太阳光需要一平方米的光伏电池，造成发 电成本较高，限制了它的大规模推广。
如果利用聚光器把阳光汇聚成点状光斑，对光伏电池板的光照密度可以 提高400倍以上，不但使光伏电池的使用面积减少400倍以上，而且光伏电 池的光电转换效率可以在原来的基础上提高绝对值5%左右，实现太阳能低成 本、高效率发电。
但是太阳光经过汇聚之后，能量密度极大提高，焦斑处的温度高达几百 度，由于晶体硅光伏电池的光电转换效率在25度之后随着温度的升高呈线性 递减，长期高温还可能减少晶体硅光伏电池的寿命。因此，寻找一种成本低 廉、方法简单、效果良好的降低光伏电池表面温度的方法，并在降低温度的 同时把这部分热也转化为高品位电能，使太阳能的综合利用率和能源品位达 到最大化，成为太阳能聚光发电能否高效率低成本的关键技术，现有技术对 光伏电池的冷却成本较高，方法较复杂；没有采用热电转换器件来进一步提 高发电效率，总体的性价比还缺乏竞争力，无法用大规模太阳能聚光发电替 代火力发电，向千家万户推广。实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种高效率低成本太阳能热 电联产系统，根据光伏电池的光电转换灵敏区特性，采用与之匹配的热媒， 分谱段利用太阳能，使太阳光谱的全谱段相应地用来发电或用来产热，没有 浪费，加上采用光伏电池和热电转换器件同时发电，极大提高了太阳能的总 体利用率和产能的品味，由于采用简单热媒在产热的同时对光伏电池滤热， 结构简单、成本低廉、效果良好。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种高效率低成本太阳能热电联产系统，包括跟踪器、聚光器、吸热滤 光器、光伏电池，其特征是：吸热滤光器壳体由金属薄板制成，吸热滤光器 壳体的前面和后面分别设置有前、后透明窗口板，前、后透明窗口板之间的
距离为10-120mra，前、后透明窗口板对于波长为400-2300nm的太阳光线平均 内透射比大于80%/0^前透明窗口板朝向聚光器，聚光器与吸热滤光器的位 置关系是：聚光器的焦点落在吸热滤光器的中轴线上，聚光器的焦点与吸热 滤光器的中心之间的距离范围是+ 90咖至一90麗，吸热滤光器内腔中盛装有 流体形态的热媒，该热媒对于波长为400-760nm的可见光，平均透射比大于 85%/，，对于波长为1150-2300醒的红外光，平均吸收比大于20%/】，在后 透明窗口板的背面设置有电池匣仓，该电池匣仓内装有光伏电池，所述光伏 电池与后透明窗口板之间相隔一定距离。
所述吸热滤光器侧壁外表面设置有热电转换器件，热电转换器件的外侧 设置有散热器，热电转换器件的吸热端与吸热滤光器的侧壁紧密接触，热电 转换器件的放热端与散热器的吸热端紧密接触。
所述光伏电池固接在电池匣仓的后端板上，在电池匣仓后端板的背面设 置有热电转换器件，热电转换器件的背面设置有散热器，热电转换器件的吸 热端与电池匣仓的后端板紧密接触，热电转换器件的放热端与散热器的吸热 端紧密接触。
所述光伏电池固接在电池匣仓的后端板上，在电池匣仓后端板的背面设 置有散热器，该散热器的吸热端与电池匣仓的后端板紧密接触。
所述热电转换器件的材质是氧化铝、钴锑合金、铌酸钴、方古矿、碲化 铋基、碲化钴基、钴酸钙基氧化物中的一种。
所述聚光器由凹面反射镜或菲涅尔透镜构成，所述前、后透明窗口的形 状是平面、球面、抛物面、双曲面形状或其组合中的一种，前、后透明窗口 板的材质为氧化铝晶体、石英、玻璃、聚碳酸酯中的一种，前透明窗口板的 外表面上敷设有增透膜系，该增透膜系由1-7层增透膜组成，该增透膜系对于 波长为400-2300nm的太阳光线的平均透射比大于97。/0。
所述后透明窗口板的外表面上敷设有增透膜系，该增透膜系由l-7层增透 膜组成，该增透膜系对于波长为400-800nm的太阳光线的平均透射比大于97Q/0。
所述吸热滤光器的内腔与斯特林发动机的热腔、风力发电机的叶轮腔其中之一相联通。
所述热媒由气态工质或液态工质或其混合物构成。
热媒也可以是气态工质，热媒可以是水蒸汽、二氧化碳、氮气、氦气、 氢气中的一种或其混合物。
所述热媒可以是液态工质，热媒可以是纯净水、普通水、氨水、乙醇中 的一种或其混合物。
为了利用太阳能的全谱段能量，本实用新型的热媒具备如下特性：
热媒对于波长为400-760nm的可见光平均透射比大于80Vcm ，对于波长 为1150-2300nm的红外光，平均吸收比大于20。/。/cm，采用50mm厚度的热媒，就 可以把1150-2300的红外热线全部吸收， 一方面使得照射到光伏电池表面的光 线成为冷光，从而降低光伏电池的温度，同时又得到了热源， 一举两得。
值得一提的是：人们一直没有发现，水或水蒸汽就具备上述物理特性。 因此，本实用新型的热媒可以是水或水蒸汽，这样就不用采取很复杂的方法 去选择热媒，从而大大降低成本。
采用水和乙醇的混合液，也可以获得具有上述特性的热媒，首先配制一 系列，例如5-10个不同浓度的混合液，用分光光度计测定各个比例的混合液 的光谱透射比或者吸收比，然后在方格坐标纸上标记出各点，最后连接成曲 线，当其光谱吸收比曲线接近图7所示的形状时，即为可应用于本实用新型的 理想热媒。
;实用新型具有以下积极有益效果：
本系统的聚光器采用镀有银和介质保护膜的旋转凹曲面高反射镜或镀有 增透膜的菲涅尔透镜，使太阳光从400-2300nm全波段的采集率高达97。/。以上， 由于光斑形状为点状，比线状光斑节约光伏电池使用面积l倍，本系统聚光比 高达400倍以上，可比传统非聚光发电方式节约光伏电池使用量99%，大大降 低发电成本。本系统在吸热滤光器侧面和光伏电池背面设置了热电转换器件， 在降低光伏电池表面温度的同时把这部分热也转换成电能，变废为宝，极大 提高了太阳能的总体利用率和产能的品味，由于会聚光斑小，吸热滤光器的 温度高，和室温温差大，使安装在吸热滤光器四周的热电转换器件的发电效 率大大提高。
本系统的吸热滤光器采用金属外壳，外壳的材质选择不锈钢，银、铜、 铝、或其合金中的一种，导热性能比玻璃好，可以快速把热传导到紧贴着它 的热电转换器件。
本系统的吸热滤光器的前、后窗口装有透明窗口板，透明窗口板上镀有 光学增透膜，使得所采集的太阳能的97%都进入吸热滤光器内腔中，内腔中的 热媒对波长为400-780nm的可见光透射率可以达到95。/c)以上，并仍然以99%的透 射比出射到封装于它后面的光伏电池上产生电能，而对波长为1150-2300nm的 红外光，在热媒厚度等于50mm时，对其100%吸收并100%转化成热。这样，对 硅光伏电池量子效率很高的400-780nm的这部分太阳光，其95%到达光伏电池 表面用来发电；对硅光伏电池有一定的量子效率，对光热转换也有较大效率
6的780-1150nm的这部分太阳光，透射过热媒的那一部分用来发电，不能透射 过热媒的那一部分用来产热；对硅光伏电池没有一点量子效率而且有副作用 的1150-2300nm的这部分太阳光，其100%被热媒吸收用来产热，使得太阳光的 全部光谱都得到前所未有的高效利用，几乎没有一点浪费。
而且，太阳光经过吸热滤光器后，其中红外谱段1100-2300nm的热光全部 被热媒吸收了，无法透射到光伏电池表面，极大降低了光伏电池受光面的温 度，这就用很简单的办法，很低的成本解决了温度升高使转换效率线性降低 这一长期困扰业界的难题。光伏电池封装在吸热滤光器的后面电池匣仓中， 距离吸热滤光器有一定的距离，避免了吸热滤光器上的热传导到光伏电池表 面影响转换效率，同时，光伏电池的表面不外露，避免了灰尘和沙子覆盖到 其表面上，有效解决了光伏电池在覆盖灰沙后效率降低的问题。
本系统不仅利用光伏电池产生电能，而且同时利用热电转换器件产生电 能，比单纯利用光伏电池发电提高产电能力30%以上，这不仅提高了太阳能总 的利用效率，而且提高了高品位能源（电能）在太阳能产能中的比重。
本系统的吸热滤光器同时具有高效光热转换、高效冷却光伏电池表面温 度、科学匹配光伏电池光量子灵敏度、为热电转换器件提供热源四效合一的 功能。
本系统发电效率至少比现有技术提高30%，发电成本降低40%以上，开创 了大规模、高效率、低成本利用太阳能的新时代，是太阳能利用的革命性突 破。
附图说明
图l是本实用新型实施例一的结构示意图。
图2是图1的局部放大图。
图3是图2的使用状态示意图。
图4是本实用新型实施例二和实施例三的结构示意图。 图5是图4的局部放大图。 图6是光伏电池的太阳光谱量子效率特性曲线。 图7是本实用新型热媒的太阳光谱吸收比特性曲线。
具体实施方式
图中标号：
l聚光器 2吸热滤光器 3光伏电池 4前透明窗口板
5后透明窗口板 6侧壁 7侧壁 8热女
煤
9电池匣仓 IO增透膜系 ll增透膜系
12热电转换器件 13热电转换器件 14散热器
15散热器 16散热器 17热电转换器件 18散热器实施例一
请参照图l、图2、图3，本实用新型是一种高效率低成本太阳能热电联
产系统，包括聚光器l、吸热滤光器2，聚光器l由反射镜构成，吸热滤光器2 的壳体由金属薄板制成，吸热滤光器2壳体的前面和后面分别设置有前、后透 明窗口板4、 5，该前、后透明窗口板4、 5对于波长为400-2300nm的太阳光线 平均内透射比大于80。/。/c瓜前透明窗口板4朝向聚光器1，聚光器l与吸热滤光 器2的位置关系是：聚光器1的焦点落在吸热滤光器2的中轴线上，聚光器l的 焦点与吸热滤光器2的中心之间的距离范围是+ 90mm至一90ram，吸热滤光器2 内腔中盛装有流体形态的热媒8，该热媒8对于波长为400-760nm的可见光，平 均透射比大于85V，，对于波长为1150-2300nm的红外光，平均吸收比大于 20Vc历，在后透明窗口板5的背面设置有电池匣仓9，该电池匣仓9内装有晶体 硅光伏电池3，其光电转化的光谱响应区为400-1000nm，晶体硅光伏电池3与 后透明窗口板5之间留有50毫米左右的空隙，可防止热媒8的热量通过后透明 窗口板5直接传递给晶体硅光伏电池3，损坏晶体硅光伏电池3或降低其转换效率。
聚光器l由旋转凹抛物面反射式聚光镜构成，该旋转凹抛物面反射式聚光 镜采用PC材料压制成，抛物面上采用真空镀膜的方法镀上银反射膜和介质保 护层，使之对400-2300nm的太阳光谱的平均反射比大于96。/。，而且可以长期使 用不掉膜。前、后透明窗口板4、 5的材质为氧化铝晶体、石英、钢化玻璃、 微晶玻璃、普通玻璃、光学玻璃、超白玻璃、硼硅酸耐热玻璃、透明陶瓷、 聚碳酸酯中的一种，形状均为平面。
晶体硅光伏电池3通过耐高温胶粘接在电池匣仓9的后端板上，在电池匣 仓9后端板的背面设置有散热器16，散热器16的吸热端与电池匣仓9的后端板 紧密接触。晶体硅光伏电池的转换效率最高也就百分之二十几，照射到它上 面的光还有百分之七十几会变成热，这部分热对晶体硅光伏电池3是有害的， 本系统将这部分有害的热提供给散热器16，散热器16将这部分余热释放给水 箱，把太阳能的电和热都充分地利用，在带走热的同时还可以为晶体硅光伏 电池3降温， 一举两得。
散热器14、 15、 16可以是超导热管、普通水管，也可以是散热片或者空 调制冷系统的吸热端。热电转换器件12、 13的材质是氧化铝、钴锑合金、铌 酸钴、方古矿、碲化铋基、碲化钴基、钴酸钙基氧化物中的一种。上述材料 具有热电效应，可利用材料两端的温差效应发电。热媒8为热电转换器件12、 13提供热源，依靠散热器14、 15传递热量，将热电转换器件12、 13放热端的 热量迅速带走，形成大的温差，从而提高热电转换器件的发电效率。
在本实施例中，吸热滤光器2侧壁外表面设置有热电转换器件12、 13，热 电转换器件的12、 13外侧分别设置有散热器14、 15，热电转换器件12、 13的 吸热端分别与吸热滤光器2的侧壁6、 7紧密接触，热电转换器件12的放热端与 散热器14的吸热端紧密接触。热电转换器件13的放热端与散热器15的吸热端 紧密接触。从而形成大的温差，提高热电材料的光电转换效率。热电转换器
8件没法利用的余热通过热管或水管引到水箱，把太阳能的电和热都充分地利
用。本例中的热媒8是乙醇和水的混合液，其比例为30: 70，其折射率N4.34, 与透明玻璃的折射率N4.46接近，界面反射损失小于O. 18%，汇聚的太阳光几 乎全部可以进入混合液。混合液的深度为120毫米，可以把1150-2300nm的太 阳热光谱100%吸收转化成热能，而波长为400-780的可见光则透射到后透明窗 口板5后面的晶体硅光伏电池3上，产生电能。
前透明窗口板4的外表面上敷设有增透膜系10，增透膜系10由 一层增透膜 构成，增透膜系10对于波长为400-2300nm的太阳光线的平均透射比大于97。/。。 后透明窗口板5的外表面上敷设有增透膜系11，增透膜系ll由七层宽带增透膜 叠加构成，增透膜系ll对于波长为400-800nm的太阳光线的平均透射比大于 99%。在沙尘较大的地区使用本系统，可在反射式聚光器上覆盖一层超白玻璃、 低铁玻璃或PC、 PET等聚合物作为盖板，减少沙尘对聚光器反射率的影响，并 可延长聚光器的使用寿命。
实施例二
请参照图4、图5，本实施例中，聚光器l采用菲涅尔透射式聚光镜，菲涅 尔透射式聚光镜采用P丽A材料压制而成，吸热滤光器2的前透明窗口板4由球 面的石英玻璃构成，上边镀有增透膜系IO，增透膜系10由一层增透膜构成， 增透膜系10对波长为400-2300nm的太阳光的平均透射比大于970/。。
后透明窗口板5由平面耐高温硼硅酸玻璃板构成，上边镀有增透膜系11 ， 增透膜系ll由三至七层增透膜叠加构成，增透膜系ll对波长为400-780nm的可 见光的平均透射比大于99%。具有较高电压的硅或砷化镓光伏电池3通过耐高 温胶粘接在电池匣仓9的后端板上，在电池匣仓9后端板的背面设置有热电转 换器件17，热电转换器件17的背面设置有散热器18，热电转换器件17的吸热 端与电池匣仓9的后端板紧密接触，热电转换器件17的放热端与散热器18的吸 热端紧密接触。具有较高电压的硅或砷化镓光伏电池3的转换效率最高也只有 百分之三十左右，其余百分之七十左右转化为热，这部分热对光伏电池是有 害的，本系统把有害的热提供给热电转换器件17作热源发电，热电转换器件 没法利用的余热通过热管或水管引到水箱，把太阳能的电和热都充分地利用。 在带走热的同时还可以为硅或砷化镓光伏电池3降温， 一举两得。
散热器18将热电转换器件17放热端的热量迅速带走，利于形成大的温差， 从而提高热电转换器件的发电效率，实现电热联产。本实施例的热媒8由普通 水或纯水构成，由于其折射率N4.33，与透明玻璃的折射率N二1.46接近，界 面反射损失小于O. 22%,汇聚的太阳光几乎全部可以进入水中，水的深度为50 毫米，可以把波长为1150-2300nm的太阳光10(m吸收转化成热能，而波长为 400-800nm的太阳光则大部分穿过热媒8透射到硅或砷化镓光伏电池3上发电。
实施例三
请参照图4、图5，本实施例的聚光器l与实施例二相同。吸热滤光器2 的前透明窗口板4由耐高温硼硅酸玻璃平板构成，上边镀有增透膜系10，增 透膜系10由一层增透膜构成，增透膜系10对400-2300nm的太阳光的平均透射比大于97%。后透明窗口板5也由耐高温硼硅酸玻璃平板构成，上边镀有增 透膜系11，增透膜系11由三至七层的增透膜叠加构成，增透膜系11对波长
为400-780nm的可见光的平均透射比大于99%。光伏电池3采用二重结InGaP、 InGaAs电池，其光谱响应区在400-900nm，通过耐高温胶粘接在电池匣仓9 的后端板上，在电池匣仓9后端板的背面设置有热电转换器件17，热电转换 器件17的背面设置有散热器18，热电转换器件17的吸热端与电池匣仓9的 后端板紧密接触，热电转换器件17的放热端与散热器18的吸热端紧密接触。 二重结光伏电池3的最高转换效率只有百分之三十几，其余百分之六十几转 化为热，这部分热对电池是有害的，通过本装置，把有害的热提供给热电转 换器件17作热源发电，热电转换器件17没法利用的余热通过超导热管或水 管引到水箱，把太阳能的电和热都充分地利用。在带走热的同时还可以为二 重结电池降温， 一举两得。本实施例中，热媒8由乙醇或氨水构成，其折射 率N=l. 36，与硼硅酸玻璃的折射率N=l. 52接近，界面反射损失小于0. 31%， 汇聚的太阳光几乎全部可以进入乙醇中。乙醇或氨水的深度为10毫米，可以 把1200-2300nm的太阳热光谱部分吸收转化成热能，而波长为400-900nm的 短波太阳光则大部分通过热媒8透射到二重结光伏电池3上进行发电。上述 三个实施例是以发电为主，兼具供热，在具体应用时，本系统也可以供热为 主，兼具发电，即在吸热滤光器2侧壁外不设置热电转换器件而设置保温材 料，热媒通过超导热管或者水管进行循环流动，即可以向负载终端供热。当 热媒采用普通水时，吸热滤光器2的内腔可以连接贮热水箱备用。按上述方 式做成的太阳能热电联产系统，把太阳光中各段光谱最大限度地充分利用， 加上采用光伏电池和热电转换器件同时发电，极大提高了太阳能的总体利用 率和产能的品味，由于采用简单热媒和简单的装置、在产热的同时对光伏电 池滤热，方法简单、成本低廉、效果良好。使太阳能大规模、低成本应用成 为现实，解决能源短缺问题，具有广阔应用前景。请参照图2，前、后透明窗 口板4、 5之间的距离H为10-120mm;该距离H即是热媒8的厚度，热媒8的 厚度与太阳能光谱的透射比（吸收比）直接相关。为了阐述这个问题，以纯 水作为热媒进行测定，将纯水放置于厚度为IO皿的石英比色皿中，利用分光 光度计对其从波长400nm到波长2300nm的光谱，每隔10nm测试一个透射比 数据，扣除石英比色皿的界面反射损失，其结果如下表所示：表格的第一行 代表热媒8的厚度，其单位是毫米，表格的第一列代表太阳光谱的波长，其 单位是纳米。光谱吸收比近似等于l减去光谱透射比。
对于硅光伏电池，其光谱响应区主要在400-1000nm，见图6，由下表可以 看出，如果选用厚度50腿的水，在400至700nm，其透射比平均大于97%， 700nm 之后开始缓慢下降，这和图6中硅光伏电池的光谱响应曲线有非常好的匹配。 在1150nm之后，硅光伏电池的光谱响应度几乎没有了，而水的透射比也下降 到0.0066，吸收比达到99.34。/。，这就是说，硅光伏电池无法进行光电转换的 1150nm以后的太阳光谱，水非常有效地把它转换成了热，如图7所示，这不仅 大大提高了对太阳光全谱段的综合利用率，而且用最简单的办法，最便宜的材料，最有效的解决了长久以来一直困扰人们的聚光电池发热问题。在一些 以热水为主要用途的场合，可以把热媒8的厚度设计大一些，但是厚度大于120
毫米以后，对700-1100nm的光谱的吸收太大，对硅光伏电池的发电效率降低 太多，所以热媒8的厚度一般不大于120mm。随着科技的进步，光伏电池的光 谱相应区在不断向长波方向的红外延伸，因此，在一些场合，热媒8的厚度要 尽量的小，从下表可以看出，厚度小于10毫米的水在1150nm的红外透射比有 60%，也就是吸收比才40%，不利于这部分红外光谱转换成热和降低光伏电池 的表面温度。所以一般热媒8的厚度不小于10毫米。而厚度大于120毫米时， 对960-990nm这部分光吸收率达到99。/。，这部分光在硅光伏电池的光谱响应区 内，吸收大了会影响硅光伏电池的光电转换效率，所以热媒的厚度控制在 10-120毫米为宜。不同厚度的纯水对太阳光谱的透射比（吸收比=1_透射比）
table see original document page 11table see original document page 12table see original document page 12table see original document page 13table see original document page 14
l聚光器 2吸热滤光器 3光伏电池 4前透明窗口板
5后透明窗口板 6侧壁 7侧壁 8热女
煤
9电池匣仓 IO增透膜系 ll增透膜系
12热电转换器件 13热电转换器件 14散热器
15散热器 16散热器 17热电转换器件 18散热器实施例一
请参照图l、图2、图3，本实用新型是一种高效率低成本太阳能热电联
产系统，包括聚光器l、吸热滤光器2，聚光器l由反射镜构成，吸热滤光器2 的壳体由金属薄板制成，吸热滤光器2壳体的前面和后面分别设置有前、后透 明窗口板4、 5，该前、后透明窗口板4、 5对于波长为400-2300nm的太阳光线 平均内透射比大于80。/。/c瓜前透明窗口板4朝向聚光器1，聚光器l与吸热滤光 器2的位置关系是：聚光器1的焦点落在吸热滤光器2的中轴线上，聚光器l的 焦点与吸热滤光器2的中心之间的距离范围是+ 90mm至一90ram，吸热滤光器2 内腔中盛装有流体形态的热媒8，该热媒8对于波长为400-760nm的可见光，平 均透射比大于85V，，对于波长为1150-2300nm的红外光，平均吸收比大于 20Vc历，在后透明窗口板5的背面设置有电池匣仓9，该电池匣仓9内装有晶体 硅光伏电池3，其光电转化的光谱响应区为400-1000nm，晶体硅光伏电池3与 后透明窗口板5之间留有50毫米左右的空隙，可防止热媒8的热量通过后透明 窗口板5直接传递给晶体硅光伏电池3，损坏晶体硅光伏电池3或降低其转换效率。
聚光器l由旋转凹抛物面反射式聚光镜构成，该旋转凹抛物面反射式聚光 镜采用PC材料压制成，抛物面上采用真空镀膜的方法镀上银反射膜和介质保 护层，使之对400-2300nm的太阳光谱的平均反射比大于96。/。，而且可以长期使 用不掉膜。前、后透明窗口板4、 5的材质为氧化铝晶体、石英、钢化玻璃、 微晶玻璃、普通玻璃、光学玻璃、超白玻璃、硼硅酸耐热玻璃、透明陶瓷、 聚碳酸酯中的一种，形状均为平面。
晶体硅光伏电池3通过耐高温胶粘接在电池匣仓9的后端板上，在电池匣 仓9后端板的背面设置有散热器16，散热器16的吸热端与电池匣仓9的后端板 紧密接触。晶体硅光伏电池的转换效率最高也就百分之二十几，照射到它上 面的光还有百分之七十几会变成热，这部分热对晶体硅光伏电池3是有害的， 本系统将这部分有害的热提供给散热器16，散热器16将这部分余热释放给水 箱，把太阳能的电和热都充分地利用，在带走热的同时还可以为晶体硅光伏 电池3降温， 一举两得。
散热器14、 15、 16可以是超导热管、普通水管，也可以是散热片或者空 调制冷系统的吸热端。热电转换器件12、 13的材质是氧化铝、钴锑合金、铌 酸钴、方古矿、碲化铋基、碲化钴基、钴酸钙基氧化物中的一种。上述材料 具有热电效应，可利用材料两端的温差效应发电。热媒8为热电转换器件12、 13提供热源，依靠散热器14、 15传递热量，将热电转换器件12、 13放热端的 热量迅速带走，形成大的温差，从而提高热电转换器件的发电效率。
在本实施例中，吸热滤光器2侧壁外表面设置有热电转换器件12、 13，热 电转换器件的12、 13外侧分别设置有散热器14、 15，热电转换器件12、 13的 吸热端分别与吸热滤光器2的侧壁6、 7紧密接触，热电转换器件12的放热端与 散热器14的吸热端紧密接触。热电转换器件13的放热端与散热器15的吸热端 紧密接触。从而形成大的温差，提高热电材料的光电转换效率。热电转换器
8件没法利用的余热通过热管或水管引到水箱，把太阳能的电和热都充分地利
用。本例中的热媒8是乙醇和水的混合液，其比例为30: 70，其折射率N4.34, 与透明玻璃的折射率N4.46接近，界面反射损失小于O. 18%，汇聚的太阳光几 乎全部可以进入混合液。混合液的深度为120毫米，可以把1150-2300nm的太 阳热光谱100%吸收转化成热能，而波长为400-780的可见光则透射到后透明窗 口板5后面的晶体硅光伏电池3上，产生电能。
前透明窗口板4的外表面上敷设有增透膜系10，增透膜系10由 一层增透膜 构成，增透膜系10对于波长为400-2300nm的太阳光线的平均透射比大于97。/。。 后透明窗口板5的外表面上敷设有增透膜系11，增透膜系ll由七层宽带增透膜 叠加构成，增透膜系ll对于波长为400-800nm的太阳光线的平均透射比大于 99%。在沙尘较大的地区使用本系统，可在反射式聚光器上覆盖一层超白玻璃、 低铁玻璃或PC、 PET等聚合物作为盖板，减少沙尘对聚光器反射率的影响，并 可延长聚光器的使用寿命。
实施例二
请参照图4、图5，本实施例中，聚光器l采用菲涅尔透射式聚光镜，菲涅 尔透射式聚光镜采用P丽A材料压制而成，吸热滤光器2的前透明窗口板4由球 面的石英玻璃构成，上边镀有增透膜系IO，增透膜系10由一层增透膜构成， 增透膜系10对波长为400-2300nm的太阳光的平均透射比大于970/。。
后透明窗口板5由平面耐高温硼硅酸玻璃板构成，上边镀有增透膜系11 ， 增透膜系ll由三至七层增透膜叠加构成，增透膜系ll对波长为400-780nm的可 见光的平均透射比大于99%。具有较高电压的硅或砷化镓光伏电池3通过耐高 温胶粘接在电池匣仓9的后端板上，在电池匣仓9后端板的背面设置有热电转 换器件17，热电转换器件17的背面设置有散热器18，热电转换器件17的吸热 端与电池匣仓9的后端板紧密接触，热电转换器件17的放热端与散热器18的吸 热端紧密接触。具有较高电压的硅或砷化镓光伏电池3的转换效率最高也只有 百分之三十左右，其余百分之七十左右转化为热，这部分热对光伏电池是有 害的，本系统把有害的热提供给热电转换器件17作热源发电，热电转换器件 没法利用的余热通过热管或水管引到水箱，把太阳能的电和热都充分地利用。 在带走热的同时还可以为硅或砷化镓光伏电池3降温， 一举两得。
散热器18将热电转换器件17放热端的热量迅速带走，利于形成大的温差， 从而提高热电转换器件的发电效率，实现电热联产。本实施例的热媒8由普通 水或纯水构成，由于其折射率N4.33，与透明玻璃的折射率N二1.46接近，界 面反射损失小于O. 22%,汇聚的太阳光几乎全部可以进入水中，水的深度为50 毫米，可以把波长为1150-2300nm的太阳光10(m吸收转化成热能，而波长为 400-800nm的太阳光则大部分穿过热媒8透射到硅或砷化镓光伏电池3上发电。
实施例三
请参照图4、图5，本实施例的聚光器l与实施例二相同。吸热滤光器2 的前透明窗口板4由耐高温硼硅酸玻璃平板构成，上边镀有增透膜系10，增 透膜系10由一层增透膜构成，增透膜系10对400-2300nm的太阳光的平均透射比大于97%。后透明窗口板5也由耐高温硼硅酸玻璃平板构成，上边镀有增 透膜系11，增透膜系11由三至七层的增透膜叠加构成，增透膜系11对波长
为400-780nm的可见光的平均透射比大于99%。光伏电池3采用二重结InGaP、 InGaAs电池，其光谱响应区在400-900nm，通过耐高温胶粘接在电池匣仓9 的后端板上，在电池匣仓9后端板的背面设置有热电转换器件17，热电转换 器件17的背面设置有散热器18，热电转换器件17的吸热端与电池匣仓9的 后端板紧密接触，热电转换器件17的放热端与散热器18的吸热端紧密接触。 二重结光伏电池3的最高转换效率只有百分之三十几，其余百分之六十几转 化为热，这部分热对电池是有害的，通过本装置，把有害的热提供给热电转 换器件17作热源发电，热电转换器件17没法利用的余热通过超导热管或水 管引到水箱，把太阳能的电和热都充分地利用。在带走热的同时还可以为二 重结电池降温， 一举两得。本实施例中，热媒8由乙醇或氨水构成，其折射 率N=l. 36，与硼硅酸玻璃的折射率N=l. 52接近，界面反射损失小于0. 31%， 汇聚的太阳光几乎全部可以进入乙醇中。乙醇或氨水的深度为10毫米，可以 把1200-2300nm的太阳热光谱部分吸收转化成热能，而波长为400-900nm的 短波太阳光则大部分通过热媒8透射到二重结光伏电池3上进行发电。上述 三个实施例是以发电为主，兼具供热，在具体应用时，本系统也可以供热为 主，兼具发电，即在吸热滤光器2侧壁外不设置热电转换器件而设置保温材 料，热媒通过超导热管或者水管进行循环流动，即可以向负载终端供热。当 热媒采用普通水时，吸热滤光器2的内腔可以连接贮热水箱备用。按上述方 式做成的太阳能热电联产系统，把太阳光中各段光谱最大限度地充分利用， 加上采用光伏电池和热电转换器件同时发电，极大提高了太阳能的总体利用 率和产能的品味，由于采用简单热媒和简单的装置、在产热的同时对光伏电 池滤热，方法简单、成本低廉、效果良好。使太阳能大规模、低成本应用成 为现实，解决能源短缺问题，具有广阔应用前景。请参照图2，前、后透明窗 口板4、 5之间的距离H为10-120mm;该距离H即是热媒8的厚度，热媒8的 厚度与太阳能光谱的透射比（吸收比）直接相关。为了阐述这个问题，以纯 水作为热媒进行测定，将纯水放置于厚度为IO皿的石英比色皿中，利用分光 光度计对其从波长400nm到波长2300nm的光谱，每隔10nm测试一个透射比 数据，扣除石英比色皿的界面反射损失，其结果如下表所示：表格的第一行 代表热媒8的厚度，其单位是毫米，表格的第一列代表太阳光谱的波长，其 单位是纳米。光谱吸收比近似等于l减去光谱透射比。
对于硅光伏电池，其光谱响应区主要在400-1000nm，见图6，由下表可以 看出，如果选用厚度50腿的水，在400至700nm，其透射比平均大于97%， 700nm 之后开始缓慢下降，这和图6中硅光伏电池的光谱响应曲线有非常好的匹配。 在1150nm之后，硅光伏电池的光谱响应度几乎没有了，而水的透射比也下降 到0.0066，吸收比达到99.34。/。，这就是说，硅光伏电池无法进行光电转换的 1150nm以后的太阳光谱，水非常有效地把它转换成了热，如图7所示，这不仅 大大提高了对太阳光全谱段的综合利用率，而且用最简单的办法，最便宜的材料，最有效的解决了长久以来一直困扰人们的聚光电池发热问题。在一些 以热水为主要用途的场合，可以把热媒8的厚度设计大一些，但是厚度大于120
毫米以后，对700-1100nm的光谱的吸收太大，对硅光伏电池的发电效率降低 太多，所以热媒8的厚度一般不大于120mm。随着科技的进步，光伏电池的光 谱相应区在不断向长波方向的红外延伸，因此，在一些场合，热媒8的厚度要 尽量的小，从下表可以看出，厚度小于10毫米的水在1150nm的红外透射比有 60%，也就是吸收比才40%，不利于这部分红外光谱转换成热和降低光伏电池 的表面温度。所以一般热媒8的厚度不小于10毫米。而厚度大于120毫米时， 对960-990nm这部分光吸收率达到99。/。，这部分光在硅光伏电池的光谱响应区 内，吸收大了会影响硅光伏电池的光电转换效率，所以热媒的厚度控制在 10-120毫米为宜。不同厚度的纯水对太阳光谱的透射比（吸收比=1_透射比）
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