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1、萬方數據第28卷第2期20cr7年2月太陽能學報ACrAEp厄RGIAESOLARISSINICAV01．28．No．2Feb．．卿蝶式光伏發(fā)電聚光器的研制許志龍，劉菊東，馮培鋒，侯達盤，張建一，張耀明(集美大學機械工程學院，廈門361021)摘要：通過跟蹤聚光的方法，增加太陽光伏電池板的光照強度，使得同樣數量的光伏電池板產生更多電能，并大幅度降低光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本。介紹了一種自動跟蹤太陽的蝶式光伏發(fā)電聚光器及其聚光參數優(yōu)化過程，在保證聚光器的機械強度時得到了最佳聚光比。關鍵詞：聚光器；太陽能；聚光光伏發(fā)電；聚光比中圖分類號：’TK513
2、．1文獻標識碼：A0引言由于自動跟蹤太陽的聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)將數倍的太陽光聚集到太陽電池組件上，產生同樣電能所需要的半導體材料大大減少，相當于用普通材料代替昂貴的半導體材料，因此能夠大幅度降低光伏發(fā)電成本。通過聚光提高太陽電池組件發(fā)電的效益，國外已經有過一些工業(yè)化嘗試，如美國利用菲涅爾透鏡可實現3—7倍的聚光，但由于透射聚光的光強均勻性較差和制造難度大，性價比并不高；德國zsW公司的V型聚光器，通過平面鏡反射實現2倍聚光；美國Falbel的四面體聚光器實現了2．36倍聚光，盡管實現2倍聚光可以少用50％左右的太陽電池組件，但是相對于聚光器所
3、增加的成本，總體的經濟效益并不明顯幢j。本文研制了一種自動跟蹤太陽的蝶式光伏發(fā)電聚光器。該聚光器采用多塊平面反射鏡并通過巧妙的結構設計，使得太陽光經平面鏡反射后均勻地照射到對應一側的太陽電池陣列上，實現數倍聚光功能，從而提高單位面積太陽電池的發(fā)電效率。該聚光器的外形像蝴蝶，聚光倍數可達到2．12倍，平面鏡的利用率高達85％以上，特別適合于各種規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)。1蝶式光伏發(fā)電聚光器的光學原理蝶式光伏發(fā)電聚光器的夜部安裝一排平面反射收稿日期：2006．06．19基金項目：張耀明院士太陽能項目科研啟動基金(C60521)鏡，太陽電池組件固定在聚
4、光器頂端，聚光器通過光電傳感器、電控系統(tǒng)和驅動裝置自動跟蹤太陽轉動，確保實時變化的太陽光線與聚光器始終保持一定的位置關系。圖1為蝶式光伏發(fā)電聚光器平面鏡與太陽電池組件之間的位置關系，入射光線經各塊平面鏡反射后，均勻地照射到對應一側的太陽電池陣列上，實現數倍聚光功能。圖2為蝶式光伏發(fā)電聚光器的數學模型，在電池板和平面鏡間建立直角坐標系，假設電池板的放置角度和寬度分別為聲和AB．，圖中入射光線B。O，經平面鏡0，02的端點O，反射后的光線O，A反射到電池板的端點A。由入射光線和反射光線可得平面鏡O。02的放置角度島。經電池板另一端點B】，作反
5、射光線B。02／／AO，，可得平面鏡的另一端點02，同理可得出其余平面鏡0203、0304、0405??的放置角度和尺寸。圖1蝶式聚光光學原理Fig．1nle叩dcalpdncipleofbutternyli出如圖2所示，已知太陽電池板的寬度￡，假設太陽電池板的放置角度聲，太陽電池板與第一塊平面萬方數據2期許志龍等：蝶式光伏發(fā)電聚光器的研制175鏡的高度差日。，太陽光線始終平行于y軸如圖B10。、B202、B，03、B404、B505，為了使結構盡可能緊湊，使得B。、O。在y軸上。第一塊平面鏡O。02在O，的入射光線為B。O。，反射光線為
6、O。A；在02的入射光線為B202，反射光線為02B。。建立數學關系式如下：菇A2一￡cosj5，yA=日l石B1=0，)，B1=日l+￡sin聲曠蹴脅(一鬻)么B101A=909一口l圖2蝶式聚光器的數學模型Fig．27nle恥吐h刪n}licn姒lelofbune玎dylight￡DcusiIlg光線B。O。在O。點的入射角和反射角都為：丟么B，o。A=45。一號由平面鏡光線反射定律可得第一塊平面鏡的放置角度：屆=告么Blo。A=45。一粵O。02的直線方程：y=協(xié)npl髫作Bl02，／AO，得02BJ的直線方程：y—yBl=一脅口1
7、(菇～戈BI)由直線方程(1)、(2)可求得交點02坐標：yB+tan口1菇B菇呸2=而贏，)，呸。脅島名呸第一塊平面鏡的寬度：z·=o-02=√(戈呸一戈01)2+(y呸一y01)2太陽電池板與第二塊平面鏡的高度差：見=Ⅳ1一ym(1)(2)第二塊平面鏡0203茁娩的人射光線為B202，反射光線為02A；在03的入射光線為B303，反射光線為03B。。把坐標系原點平移至02，在相對坐標系x02Y中，由太陽電池板的寬度￡、放置角度聲、與第二塊平面鏡的高度差吼，同上可求得石&、y&。通過坐標轉換，在坐標系x01Y中：戈03=石02+戈03、
8、y03=y02+y03同上可求得出03、04、05??的坐標及其余玻璃寬度Z：、Z，、z。??“。由第蠡塊玻璃末端在坐標系xQY中的坐標值(zo(?，、y。?。，)可求得由
9、
10、}塊平面鏡反射的
