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1、10申请公布号CN104113279A43申请公布日20141022CN104113279A21申请号201310132615522申请日20130417H02S40/2220140171申请人容云地址100085北京市海淀区上地南路10号院1号楼6单元50172发明人容云74专利代理机构广州华进联合专利商标代理有限公司44224代理人郑小粤54发明名称聚光太阳能光伏发电装置57摘要本发明公开一种聚光太阳能光伏发电装置，包括支撑架、至少三个聚光元件和至少三个光电转换器；所述光电转换器围绕所述中心轴线设置在所述支撑架上，所述聚光元件围绕所述中心轴线设置；其中，各聚光元件具有彼此分立的聚光焦点，每。
2、个所述聚光焦点到所述中心轴线的距离小于各所述聚光元件的受光区域的几何中心到所述中心轴线的距离的一半；所述光电转换器与聚光元件的数量相等，所述光电转换器与聚光元件一一对应，分别设置于所对应的聚光元件的聚光焦点处，所述光电转换器的受光面朝向其所对应的聚光元件。该装置结构紧凑，不再需要箱式结构，降低了材料使用量，从而降低了成本；故该装置提高了可维护性能和使用寿命；提高了太阳能的利用效率。51INTCL权利要求书2页说明书5页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图3页10申请公布号CN104113279ACN104113279A1/2页21一种聚光太阳能光。
3、伏发电装置，包括支撑架、至少三个聚光元件和至少三个光电转换器；所述支撑架的纵向沿着所述聚光太阳能光伏发电装置的中心轴线的方向，所述至少三个光电转换器围绕所述中心轴线设置在所述支撑架上，所述至少三个聚光元件围绕所述中心轴线设置；其特征在于，各聚光元件具有彼此分立的聚光焦点，每个所述聚光焦点到所述中心轴线的距离A小于各所述聚光元件的受光区域的几何中心到所述中心轴线的距离B的一半；所述光电转换器与聚光元件的数量相等，所述光电转换器与聚光元件一一对应，分别设置于所对应的聚光元件的聚光焦点处，所述光电转换器的受光面朝向其所对应的聚光元件。2如权利要求1所述的聚光太阳能光伏发电装置，其特征在于，各所述光电。
4、转换器围绕所述中心轴线均匀分布，各所述聚光焦点到所述中心轴线的距离相等；各所述聚光元件的受光区域的面积大致相等，面积差异不超过10。3如权利要求1或2所述的聚光太阳能光伏发电装置，其特征在于，所述聚光元件为单个聚光反射镜；以垂直于所述中心轴线的平面作为投影平面，在所述投影平面上，所述聚光反射镜的聚光焦点的投影到所述聚光反射镜的受光区域的几何中心的投影的距离C小于所述聚光反射镜的受光区域的几何中心的投影到所述聚光反射镜的靠近所述中心轴线的顶点的投影的距离D。4如权利要求1或2所述的聚光太阳能光伏发电装置，其特征在于，所述聚光元件是由多个聚光反射镜组成的聚光反射镜组，每个聚光反射镜组中的所述多个聚。
5、光反射镜具有同一个聚光焦点；以垂直于所述中心轴线的平面作为投影平面，在所述投影平面上，所述聚光反射镜组的聚光焦点的投影到所述聚光反射镜组的受光区域的几何中心的投影的距离C小于所述聚光反射镜组的受光区域的几何中心的投影到所述聚光反射镜组的靠近所述中心轴线的顶点的投影的距离D。5如权利要求1或2所述的聚光太阳能光伏发电装置，其特征在于，所述光电转换器为单个聚光型光伏电池或为阵列状布置的多个聚光型光伏电池。6如权利要求1或2所述的聚光太阳能光伏发电装置，其特征在于，每个所述光电转换器包括二次聚光器和单个聚光型光伏电池；其中，所述二次聚光器为透射式光导型二次聚光器或反射式二次聚光器；所述二次聚光器的光。
6、入射面作为所述光电转换器的光入射面；所述二次聚光器的光输出面光学连接到所述单个聚光型光伏电池。7如权利要求1或2所述的聚光太阳能光伏发电装置，其特征在于，所述光电转换器包括二次聚光器和阵列状布置的多个聚光型光伏电池；其中，所述二次聚光器为具有多个光输出口的透射式光导型二次聚光器或具有多个光输出口的反射式二次聚光器；所述二次聚光器的光入射面作为所述光电转换器的光入射面；所述二次聚光器的多个光输出口一一对应地光学连接到所述多个聚光型光伏电池。8如权利要求1或2所述的聚光太阳能光伏发电装置，其特征在于，还包括与光电转换器的数量相同的散热装置；所述散热装置被设置在所述支撑架上，并分别与相应的光电转换器。
7、相连接。9如权利要求8所述的聚光太阳能光伏发电装置，其特征在于，所述散热装置是主动循环式液冷散热装置或被动循环式液冷散热装置；各所述光电转换器的部分或全部的未能转换为电能的太阳能以热量形式被所述散热装置内的冷却液体带走；所述支撑架为管状，权利要求书CN104113279A2/2页3所述散热装置中的加热后的液体通过设置在所述支撑架的内部的管路引出。10如权利要求1或2所述的聚光太阳能光伏发电装置，其特征在于，还包括附带电路和保护电路，各所述光电转换器电连接到所述的附带电路和保护电路；所述支撑架为管状，各所述光电转换器所输出的电能通过设置在所述支撑架的内部的导线引出。权利要求书CN10411327。
8、9A1/5页4聚光太阳能光伏发电装置技术领域0001本发明涉及太阳能应用领域，特别是涉及一种聚光太阳能光伏发电装置。背景技术0002现在太阳能光伏电池多以单晶硅和多晶硅为主，其利用效率普遍为1519；另一种光伏电池为IIIV族聚光型光伏电池，例如多结砷化镓，其光电转换效率可达到超过40，但砷化镓电池元件成本较高，需要高倍聚焦才能实现成本合理化。0003现有聚光型光伏电池的应用装置结构复杂，成本高，不便于维护。其中一类，聚光装置普遍聚光焦点位于聚光元件中心的投影上，例如，专利号为ZL2006200937157的中国实用新型专利所公开的平面反射聚光太阳能光伏发电设备，专利号为ZL200920269。
9、8648的中国实用新型专利所公开的一种双抛物柱面反射聚光太阳能光伏发电组件，专利号为ZL200920158062X的中国实用新型专利所公开的高倍聚光太阳能光伏家用发电系统及装置。这些装置中的光路设计使得各聚光光伏电池之间距离与聚光元件的间距等宽，从而支撑结构必须为箱式结构，因而增加了材料用量和成本；布置在箱式结构上的光伏电池适于一次性安装，从而不便于更换维护；并且因为各聚光光伏电池之间距离较大，聚光光伏电池上的热量不便于集中利用，连接各聚光光伏电池的导线长度也较长，不便于降低成本。其中另一类，如专利号为ZL2011202714224的中国实用新型专利所公开的聚光太阳能光伏发电装置，其中采用集中。
10、式抛物面聚光装置，则又容易因为抛物面镜的加工误差而造成各光伏电池之间受光不均匀，从而使得系统在将光伏电池串联形成串联升压电路时效率有所下降，不得不增加平衡电路以保持各光伏电池的理想工作电压，因而增加了成本。发明内容0004基于此，有必要针对现有技术存在的问题，提供一种聚光太阳能光伏发电装置，该装置通过合理的光路设计，使得整个聚光太阳能光伏发电装置的结构紧凑，不再需要箱式结构，降低了材料使用量，从而降低了成本；并且各光电转换器的受光均匀，工作点相近，可以很好地满足串联升压的要求。0005本发明的目的是通过下述技术方案实现的0006一种聚光太阳能光伏发电装置，包括支撑架、至少三个聚光元件和至少三个。
11、光电转换器；所述支撑架的纵向沿着所述聚光太阳能光伏发电装置的中心轴线的方向，所述至少三个光电转换器围绕所述中心轴线设置在所述支撑架上，所述至少三个聚光元件围绕所述中心轴线设置；其中，各聚光元件具有彼此分立的聚光焦点，每个所述聚光焦点到所述中心轴线的距离小于各所述聚光元件的受光区域的几何中心到所述中心轴线的距离的一半；所述光电转换器与聚光元件的数量相等，所述光电转换器与聚光元件一一对应，分别设置于所对应的聚光元件的聚光焦点处，所述光电转换器的受光面朝向其所对应的聚光元件。0007在其中一个实施例中，各所述光电转换器围绕所述中心轴线均匀分布；各所述聚光焦点到所述中心轴线的距离相等；各所述聚光元件的。
12、受光区域的面积大致相等，面积差说明书CN104113279A2/5页5异不超过10。0008在其中一个实施例中，所述聚光元件为单个聚光反射镜；以垂直于所述中心轴线的平面作为投影平面，在所述投影平面上，所述聚光反射镜的聚光焦点的投影到所述聚光反射镜的受光区域的几何中心的投影的距离小于所述聚光反射镜的受光区域的几何中心的投影到所述聚光反射镜的靠近所述中心轴线的顶点的投影的距离。0009在其中一个实施例中，所述聚光元件是由多个聚光反射镜组成的聚光反射镜组，每个聚光反射镜组中的所述多个聚光反射镜具有同一个聚光焦点；以垂直于所述中心轴线的平面作为投影平面，在所述投影平面上，所述聚光反射镜组的聚光焦点的投。
13、影到所述聚光反射镜组的受光区域的几何中心的投影的距离小于所述聚光反射镜组的受光区域的几何中心的投影到所述聚光反射镜组的靠近所述中心轴线的顶点的投影的距离。0010在其中一个实施例中，所述光电转换器为单个聚光型光伏电池或为阵列状布置的多个聚光型光伏电池。0011在其中一个实施例中，每个所述光电转换器包括二次聚光器和单个聚光型光伏电池；其中，所述二次聚光器为透射式光导型二次聚光器或反射式二次聚光器；所述二次聚光器的光入射面作为所述光电转换器的光入射面；所述二次聚光器的光输出面光学连接到所述单个聚光型光伏电池。0012在其中一个实施例中，所述光电转换器包括二次聚光器和阵列状布置的多个聚光型光伏电池；。
14、其中，所述二次聚光器为具有多个光输出口的透射式光导型二次聚光器或具有多个光输出口的反射式二次聚光器；所述二次聚光器的光入射面作为所述光电转换器的光入射面；所述二次聚光器的多个光输出口一一对应地光学连接到所述多个聚光型光伏电池。0013在其中一个实施例中，还包括与光电转换器的数量相同的散热装置；所述散热装置被设置在所述支撑架上，并分别与相应的光电转换器相连接。0014在其中一个实施例中，所述散热装置是主动循环式液冷散热装置或被动循环式液冷散热装置；各所述光电转换器的部分或全部的未能转换为电能的太阳能以热量形式被所述散热装置内的冷却液体带走；所述支撑架为管状，所述散热装置中的加热后的液体通过设置在。
15、所述支撑架的内部的管路引出。0015在其中一个实施例中，还包括附带电路和保护电路，各所述光电转换器电连接到所述的附带电路和保护电路；所述支撑架为管状，各所述光电转换器所输出的电能通过设置在所述支撑架的内部的导线引出。0016根据本发明的聚光太阳能光伏发电装置，由于聚光元件与光电转换器一一对应，各聚光元件围绕该装置中心轴线密集布置，各聚光元件的聚光焦点偏离各聚光元件中心，向该装置的中心轴线靠拢，使得相对应的光电转换器也相互靠拢，各光电转换器可以共用同一套支撑结构，不再需要箱式结构，整个装置结构紧凑，降低了材料使用量，从而降低了成本,并避免了箱式结构的寿命短，易结露等问题。0017由于各聚光元件具。
16、有彼此分立的聚光焦点，各光电转换器处于聚光焦点位置，接收汇聚的太阳光线，因为各聚光元件所接收的阳光面积相等，所以与聚光元件一一对应的各光电转换器可以接收到基本一致的阳光能量，从而各光电转换器工作点相近，可以满足串联升压的要求。同时，根据本发明，相互独立的聚光元件与光电转换器可以独立更换，因说明书CN104113279A3/5页6为所有元件均廉价且可更换，系统的可维护性能显著提升，在正常的换件维护下系统总寿命接近于可以永久使用，故该装置提高了可维护性能和使用寿命。0018本发明利用液冷装置对集光器在进行太阳能转换过程中产生的热量进行散热，所接收的太阳能中未转化为电能的能量以热量形式被冷却液体带走。
17、，进一步对冷却液体所携带的热量加以利用，提高了太阳能的利用效率，总太阳能利用率可超过6070。附图说明0019通过参考下面的详细说明，结合附图，可更完整的理解本发明，其中0020图1为本发明聚光太阳能光伏发电装置的一个实施例的侧视示意图，其中采用4个反射式聚光元件；0021图2为图1所示的聚光太阳能光伏发电装置的局部放大侧视示意图；0022图3为图1所示的聚光太阳能光伏发电装置的立体示意图；0023图4为图1所示的聚光太阳能光伏发电装置的俯视示意图；0024图5为本发明聚光太阳能光伏发电装置的另一个实施例的立体示意图，其中采用8个反射式聚光元件；0025图6为本发明聚光太阳能光伏发电装置中单个。
18、光伏电池所使用的二次聚光器的一个实施例的示意图；0026图7为本发明聚光太阳能光伏发电装置中多个光伏电池所使用的二次聚光器的一个实施例的示意图；0027图8为本发明聚光太阳能光伏发电装置的一个实施例中所使用的附带电路和保护电路的示意图。0028图中各标号对应的部件为1散热装置；2光伏电池；3二次聚光器；4聚光反射镜的聚光焦点；5支撑架；6聚光反射镜。具体实施方式0029如图14所示，在本发明的一个实施例中，聚光太阳能光伏发电装置包括散热装置1、4个光电转换器、支撑架5、4个聚光反射镜6、附带电路和保护电路。0030支撑架5为刚性的管状支架，其中心线与该聚光太阳能光伏发电装置的中心轴线O重合；4。
19、个聚光反射镜6围绕中心轴线O设置；4个光电转换器设置在支撑架5上，围绕中心轴线O均匀分布；4个光电转换器与4个聚光反射镜6一一对应，分别设置于所对应的聚光反射镜6的聚光焦点4处，每个光电转换器的受光面朝向其所对应的聚光反射镜6。0031本发明中聚光元件的数量可以为大于等于3的任意整数。如图5所示，在本发明的另一个实施例中，采用8个反射式聚光元件；其中，各聚光元件具有彼此分立的聚光焦点，每个所述聚光焦点到所述中心轴线的距离小于各所述聚光元件的受光区域的几何中心到所述中心轴线的距离的一半；光电转换器与聚光元件的数量相等，光电转换器与聚光元件一一对应，分别设置于所对应的聚光元件的聚光焦点处，光电转换。
20、器的受光面朝向其所对应的聚光元件。同样可以实现本发明的目的。0032每个聚光反射镜6由抛物面反射镜构成，各抛物面反射镜的面积大致相等，面积差异不超过10。各抛物面反射镜具有彼此分立的聚光焦点，各抛物面反射镜的聚光焦点与说明书CN104113279A4/5页7各相对应的光电转换器的光入射面中心相重合，反射的太阳光线聚焦后射入所述光电转换器，各抛物面反射镜的聚光焦点到中心轴线O的距离A小于各抛物面反射镜的几何中心到中心轴线O的距离B的一半。以垂直于所述中心轴线的平面作为投影平面，在所述投影平面上，所述聚光反射镜的聚光焦点的投影到所述聚光反射镜的受光区域的几何中心的投影的距离C小于所述聚光反射镜的受。
21、光区域的几何中心的投影到所述聚光反射镜的靠近所述中心轴线的顶点的投影的距离D。0033在另一个实施例中，聚光元件是由多个聚光反射镜组成的聚光反射镜组，每个聚光反射镜组中的所述多个聚光反射镜具有同一个聚光焦点；以垂直于所述中心轴线的平面作为投影平面，在所述投影平面上，所述聚光反射镜组的聚光焦点的投影到所述聚光反射镜组的受光区域的几何中心的投影的距离小于所述聚光反射镜组的受光区域的几何中心的投影到所述聚光反射镜组的靠近所述中心轴线的顶点的投影的距离。0034每个光电转换器包括1个二次聚光器3和1个高倍聚光型光伏电池2，所述高倍聚光型光伏电池为IIIV族光伏电池（如3结砷化镓光伏电池），所述二次聚光。
22、器是透射式二次聚光器（如图6所示的方锥柱状棱镜）或反射式二次聚光器（如锥柱状反射光杯）。其中，二次聚光器的光入射面作为光电转换器的光入射面，二次聚光器的光输出面光学连接到所述聚光型光伏电池。0035在另一个实施例中，每个光电转换器也可以采用阵列状布置的多个聚光型光伏电池，例如，每个光电转换器可以采用4个阵列状布置的光伏电池，这时所使用的二次聚光器如图7所示，其中，一个二次聚光器的输出端有4个输出窗口，每个输出窗口光学连接一个光伏电池。其中，二次聚光器的光入射面作为所述光电转换器的光入射面，二次聚光器的4个光输出窗口一一对应地光学连接到4个聚光型光伏电池。0036在另一个实施例中，所述光电转换器。
23、不包括二次聚光器，所述光电转换器为单个聚光型光伏电池或为阵列状布置的多个聚光型光伏电池。0037各光电转换器可以电连接到如图8所示的附带电路和保护电路，从而将每个光电转换器所产生的电能传输出去，并由二极管对各光电转换器提供故障时的保护。光电转换器所输出的电能通过设置在管状支撑架5内部的导线引出。0038与光电转换器数量相同的散热装置1被设置在支撑架5上并分别与相应的光电转换器相连接。在一个实施例中，该聚光太阳能光伏发电装置的散热装置1为液冷散热装置，可以是主动循环式液冷散热装置或被动循环式液冷散热装置。这样，光电转换器所未能转换为电能的太阳能以热量形式被所述散热装置内的冷却液体带走，并将加热后。
24、的液体通过设置在管状支撑架5内部的管路引出。0039也可以将支撑架作为散热装置使用，将热量散发到空气中。0040基于专业人员简单思维，在该系统的基础上，还可以延伸出多种不同结构，包括各聚光元件可以采用透射镜或反射镜，其中透射镜可以是菲涅尔式聚光镜；而在靠近如图1所示的光电转换器布置的位置的地方放置二次反射镜，可以将聚光焦点转移至其他位置（比如将光电转换器放置在靠近图1中反射镜连接支撑架的位置），从而改变放置光电转换器的位置，形成不同的应用结构。因本发明所描述的是多组的聚光镜和与其相对应的光电转换元件，每组之间相互独立，所以仅采用部分组数仍可构成系统，例如将图1或图5所示的装置仅用半边，仍可构成聚光太阳能发电装置。说明书CN104113279A5/5页80041以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明的保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。说明书CN104113279A1/3页9图1图2说明书附图CN104113279A2/3页10图3图4说明书附图CN104113279A103/3页11图5图6图7图8说明书附图CN104113279A11。