5.3光伏发电系统中的聚光器在线视频

同学们 好

这节我们来介绍

光伏发电系统里面的聚光器

面对当前能源的短缺

资源的枯竭和环境污染等问题

太阳能光伏发电技术

是一种十分有效的缓解方案

但常规的光伏发电系统的

能量利用的效率和性价比还比较低

在常规的系统中引入低成本的聚光器

不仅可以提高能源利用的效率

而且可以减少昂贵的

太阳能电池板的铺设量

进而实现光伏发电

高效率与经济性的统一

我们来看一下聚光器

聚光器的类型有多种

我们根据它的依据的光学原理

可以分为折射聚光器

反射聚光器

混合聚光器

荧光聚光器

热光伏聚光器和全息聚光器

依据聚光的形式可以分为

线聚光和点聚光聚光器

根据它的聚光率可以分为

低倍的聚光器和高倍聚光器

根据聚光的原理

我们说可以分为

反射式的聚光器和折射式的聚光器

以及综合利用折射反射

内部反射聚光的混合聚光器

基于光-热辐射-电的热光伏聚光器

但是目前还有技术不成熟的

荧光聚光器和全息聚光器在发展中

根据它聚光的方式

分为点聚光和线聚光

所谓的点聚光就是以聚光的

透镜或反射镜和太阳能电池板

处于同一光学轴线上

线聚光

包括条形的透镜

抛物的槽

线聚光组合的抛物面等

根据聚光率的大小

分为低聚光和高聚光

这里的低和高说的它的倍数

高聚光系统需要太阳能跟踪系统

低聚光系统可以利用散射的辐射

不需要跟踪太阳

适用于直接辐射不太好的地区

下面我们来介绍一下

实际中应用广泛的反射和折射聚光器

先来说一下反射型的聚光器

有多种类型

我们来看这个图

图21是一种贝壳形的聚光器

就像我们用的这个微波的锅一样

通过这种方式把光聚焦到焦点上

图22是一种抛物面的反射槽的

这样一个聚光器

聚光器利用这个抛物面来实现它的聚光

有一些参数

接收的半角

还有边缘的半角等参数

再看一下这一个图23

是一种槽式的平面的聚光器

日光照着两边的这个平面镜上

然后反射到下面的太阳能电池上

所以这叫槽式的平面聚光器

然后再看图24

这是一个多面的槽式的太阳能聚光器

它包括这里面的1

是一个抛物面的集光器

2

然后通过这个集光器变成了平行光束

平行光束照到了二次反射的平面镜

就是这里的3

最后通过这个平面镜

再把它照射到光伏组件4上

所以这是一个多曲面的槽式的

太阳能聚光器

这一个叫做复合抛物面的聚光器

简称为CPC

它的电池板在什么地方呢

我们看这个图的下面是它的电池板

如果入射的光线小于

它的接收的半角θ的话

它就会通过两个抛物面的反射

就会最终入射到光伏电池板上

但是如果大于了

就最终照不下来

最后反射掉了

这是它的工作的这样一个光路的特点

具体的这个接收半角在上面这个图里边

给出了什么叫接收半角

然后通过这样一些方式

就可以把它通过抛物面

把它聚焦到相应的这个焦点上

这个抛物面的聚光器比较复杂

它的设计的参数有聚光器的焦距

聚光器的高度

CPC抛物面的这个面线的这个方程

就是它的抛物线

你取什么样一个满足

一个什么样的曲线方程

以及它的截取比

因为大家可以看到

这个把上部一部分给截掉了

按理说一个抛物面可以很大

因为它上部的效果不好

留着也没有用

所以把它截掉了

所以这是一种比较常用的

复合抛物面的聚光器

简称为CPC

这是一种蝶式的聚光器

大家看这个图

它的蝶式的聚光器

它的反射面实际上是

由下面的1是平面镜

平面镜是由一系列的小的

平面镜组成的

实际上两边都有

太阳能电池板

上面的2实际上两边都有太阳能电池板

它的3是传感器

4是传动机构

这些传感器传动机构是干什么的

实际上就是作为它的自动的

调整的时候需要用到

这是一个小型的蝶式聚光器的结构图

该聚光器使用的多块平面反射镜

并通过巧妙的结构设计

使太阳光经平面镜反射后均匀地

照射到对应一侧的太阳能电池阵列上

我刚才所说的这两边它平面镜实际上

这个组合有两边上面的

太阳能电池也有两边

所以这里说了照到对应侧的

电池板上实现数倍的聚光的功能

从而提高单位面积上

太阳能电池的发光的效率

该聚光器的外形

像阳光下翩翩起舞的蝴蝶

大家看刚才的那个结果

像蝴蝶的两个翼

聚光的倍数可以达到2~12倍

平面镜利用的效率可以高达85%以上

适合于各种大规模的光伏发电系统

这是蝶式聚光器的结构

以及它的数学模型

从这个图里面

大家能更清楚的看到

刚才的太阳能电池板

我们说有两边大家看这个图

它的光线入射下来

下面的一些平面的玻璃又分为两段

好多小的这个玻璃组合

组成两个大的这样一个反射镜

它里面的一些参数

包括这里的高度以及它的长度

还有角度

这些优化的参数都需要来设计

让它达到一种比较好的一个性能

通过减少太阳能电池板的宽度

或增加聚光器支架的宽度

就可以提高聚光比

刚才那个图里面给出了L什么意思

就是这里取120mm宽的太阳能电池板

它的放置的角度φ

刚才大家看到那个φ的角度取28°

电池板与第一块平面镜的

高度取3660毫米

聚光器支架的宽度D

取4230mm的时候

它的聚光比可以达到12.1倍

就是这些参数刚才的图里面

都有表示代表的哪个意思

看图就清楚了

这里给出了它的设计之后的

优化的一些参数

这个图给出了具有

自动跟踪功能的蝶式的

聚光器的实物图

刚才我们说了那个3和4对吧

里面有传感器有传动机构

因为我们说了这种是要跟踪太阳

然后调节它的方位

它的角度

让它的聚光效果最好

自动跟踪的聚光的光伏发电系统

主要由太阳能方位传感器

机械传动机构

防风复位控制器

自动跟踪控制电路

这几个部分主要是用来作为自动跟踪的

后面这些部分和常规的区别不大

聚光透镜阵列

聚光型太阳能电池阵列

散热器

蓄电池组

充放电控制器

逆变器等

然后共同组成了一个

自动跟踪的聚光光伏发电系统

这是它的工作的原理图

我们说了跟踪的器件

包括了太阳能光方位传感器

根据太阳的位置

然后通过这个传感器

我们就可以把这个信号

发给自动控制电路

自动控制电路产生信号给跟踪的电机

跟踪的电机就可以

带动机械传动机构来转动

从而调节聚光器和电池阵列的位置

然后发的电给充放电控制器

充放电控制器就可以

把它通过逆变给用电器

或者给蓄电池组进行存储

还有防风复位装置

因为这些机构如果出现风吹

可能方位会变化

所以有的时候需要复位

这就是它的工作的一个原理

好

我们讲了反射式的聚光器

我们来看一下折射式的聚光器

最主要的结构由这种叫做

菲涅尔透镜的这样一种聚光方式

菲涅尔透镜的结构

大家看这里这个图

是这样子的一个结构

具体的来说

大家看右边更清楚

实际上就像那个锯齿一样

有好多好多这样的一些槽

这些槽都是一些这个镜子

比如说有些参数

槽峰啊

槽根

工作侧面

干扰侧面

它的尺宽

尺高等等

这些参数都会影响这个具体的这个设计

影响它的性能

它的分类的结构

就说这样一个折射式的聚光器

又可以分为平面的平板的

菲涅尔透镜或者弓形的菲涅尔透镜

大家看这个图很清楚

图30是平面的

图31是弓型的

图30里边的a图是一种平板的点聚光

最中间是它的焦点

而b图是一个线型的聚光

对吧聚到不是一个点上

而是聚到好多条线上

所以这是线聚光

弓型的

同样的有这种点聚光

然后有线聚光

这就是菲涅尔聚光器的这个结构

这个聚光器的设计的参数

对平板式聚光器

它的关键的参数包括环距

聚焦的方式

是点式还是线式

你的设计的方法

工作面的角度

非工作面的角度

这些参数刚才看那个图里面

最早的那个图里面都有标注

指的是哪一个位置都很清楚

它的优点是光学效率较高

易加工

易成型

适用于多种加工工艺

成本比较低廉

弓型的聚光器的参数包括环距

聚焦的方式

设计的方法等

这是我们介绍了折射式的聚光器

以及它的一些特点

好我们做一个总结

这节我们讲了

光伏发电系统里面的聚光器

首先说了聚光器的分类

然后我们利用反射

折射这种光学原理

介绍了反射聚光器的多种结构

介绍了折射聚光器的结构

以及它的实物的这样一个形状

好

这是我们这一节的一个小结

我们看一下总结

光伏发电是光电子能量系统的典型代表

我们前面讲的两种应用

光通信

光传感是光电子信息系统的典型代表

这一章我们讲了光伏发电

主要的内容包括光伏电池的概述

光伏发电系统

我们讲了三种光伏发电系统

光伏发电系统里边的聚光器

包括反射的和折射的聚光器

这是我们这一节（章）的总结

我们这一门课

光电子技术器件及电力应用

到此就全部结束了

感谢大家这么长时间来的陪伴

希望大家有所收获

同学们再见