蝶式光伏发电聚光器的研制

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1、万方数据第28卷第2期20cr7年2月太阳能学报ACrAEp厄RGIAESOLARISSINICAV01．28．No．2Feb．．卿蝶式光伏发电聚光器的研制许志龙，刘菊东，冯培锋，侯达盘，张建一，张耀明(集美大学机械工程学院，厦门361021)摘要：通过跟踪聚光的方法，增加太阳光伏电池板的光照强度，使得同样数量的光伏电池板产生更多电能，并大幅度降低光伏发电系统的成本。介绍了一种自动跟踪太阳的蝶式光伏发电聚光器及其聚光参数优化过程，在保证聚光器的机械强度时得到了最佳聚光比。关键词：聚光器；太阳能；聚光光伏发电；聚光比中图分类号：’TK513

2、．1文献标识码：A0引言由于自动跟踪太阳的聚光光伏发电系统将数倍的太阳光聚集到太阳电池组件上，产生同样电能所需要的半导体材料大大减少，相当于用普通材料代替昂贵的半导体材料，因此能够大幅度降低光伏发电成本。通过聚光提高太阳电池组件发电的效益，国外已经有过一些工业化尝试，如美国利用菲涅尔透镜可实现3—7倍的聚光，但由于透射聚光的光强均匀性较差和制造难度大，性价比并不高；德国zsW公司的V型聚光器，通过平面镜反射实现2倍聚光；美国Falbel的四面体聚光器实现了2．36倍聚光，尽管实现2倍聚光可以少用50％左右的太阳电池组件，但是相对于聚光器所

3、增加的成本，总体的经济效益并不明显幢j。本文研制了一种自动跟踪太阳的蝶式光伏发电聚光器。该聚光器采用多块平面反射镜并通过巧妙的结构设计，使得太阳光经平面镜反射后均匀地照射到对应一侧的太阳电池阵列上，实现数倍聚光功能，从而提高单位面积太阳电池的发电效率。该聚光器的外形像蝴蝶，聚光倍数可达到2．12倍，平面镜的利用率高达85％以上，特别适合于各种规模光伏发电系统。1蝶式光伏发电聚光器的光学原理蝶式光伏发电聚光器的夜部安装一排平面反射收稿日期：2006．06．19基金项目：张耀明院士太阳能项目科研启动基金(C60521)镜，太阳电池组件固定在聚

4、光器顶端，聚光器通过光电传感器、电控系统和驱动装置自动跟踪太阳转动，确保实时变化的太阳光线与聚光器始终保持一定的位置关系。图1为蝶式光伏发电聚光器平面镜与太阳电池组件之间的位置关系，入射光线经各块平面镜反射后，均匀地照射到对应一侧的太阳电池阵列上，实现数倍聚光功能。图2为蝶式光伏发电聚光器的数学模型，在电池板和平面镜间建立直角坐标系，假设电池板的放置角度和宽度分别为声和AB．，图中入射光线B。O，经平面镜0，02的端点O，反射后的光线O，A反射到电池板的端点A。由入射光线和反射光线可得平面镜O。02的放置角度岛。经电池板另一端点B】，作反

5、射光线B。02／／AO，，可得平面镜的另一端点02，同理可得出其余平面镜0203、0304、0405⋯⋯的放置角度和尺寸。图1蝶式聚光光学原理Fig．1nle叩dcalpdncipleofbutternyli出如图2所示，已知太阳电池板的宽度￡，假设太阳电池板的放置角度声，太阳电池板与第一块平面万方数据2期许志龙等：蝶式光伏发电聚光器的研制175镜的高度差日。，太阳光线始终平行于y轴如图B10。、B202、B，03、B404、B505，为了使结构尽可能紧凑，使得B。、O。在y轴上。第一块平面镜O。02在O，的入射光线为B。O。，反射光线为

6、O。A；在02的入射光线为B202，反射光线为02B。。建立数学关系式如下：菇A2一￡cosj5，yA=日l石B1=0，)，B1=日l+￡sin声旷蹴胁(一鬻)么B101A=909一口l图2蝶式聚光器的数学模型Fig．27nle耻吐h删n}licn姒lelofbune玎dylight￡DcusiIlg光线B。O。在O。点的入射角和反射角都为：丢么B，o。A=45。一号由平面镜光线反射定律可得第一块平面镜的放置角度：届=告么Blo。A=45。一粤O。02的直线方程：y=协npl髫作Bl02，／AO，得02BJ的直线方程：y—yBl=一胁口1

7、(菇～戈BI)由直线方程(1)、(2)可求得交点02坐标：yB+tan口1菇B菇呸2=而赢，)，呸。胁岛名呸第一块平面镜的宽度：z·=o-02=√(戈呸一戈01)2+(y呸一y01)2太阳电池板与第二块平面镜的高度差：见=Ⅳ1一ym(1)(2)第二块平面镜0203茁娩的人射光线为B202，反射光线为02A；在03的入射光线为B303，反射光线为03B。。把坐标系原点平移至02，在相对坐标系x02Y中，由太阳电池板的宽度￡、放置角度声、与第二块平面镜的高度差吼，同上可求得石&、y&。通过坐标转换，在坐标系x01Y中：戈03=石02+戈03、

8、y03=y02+y03同上可求得出03、04、05⋯⋯的坐标及其余玻璃宽度Z：、Z，、z。⋯⋯“。由第蠡块玻璃末端在坐标系xQY中的坐标值(zo(⋯，、y。⋯。，)可求得由

9、

10、}块平面镜反射的