阅读说明：本技术 一种利用太阳光分光发电装置 (Utilize sunlight beam split power generation facility ) 是由 不公告发明人 于 2019-10-09 设计创作，主要内容包括：一种利用太阳光分光发电装置,属于资源有效开发和环保发电领域。该集装箱体上设置有太阳能发电系统,首先通过反光镜和聚光塔来聚集太阳光,聚光后,又通过一系列传光和分光装置将光传输到太阳能电池板上,每种太阳能电池板分别吸收一种色光,可使色光的利用效率达到最佳,每种太阳能电池板吸引的色光不同则所用材质也不同,利用此方式可实现对每种太阳色光进行分别吸收发电,同时集装箱体可移动,在某些特殊情况时,可直接装备集装箱体来作为供电装置。(A solar light splitting power generation device belongs to the field of resource effective development and environment-friendly power generation. Be provided with solar electric system on this container body, at first gather the sunlight through reflector and spotlight tower, after the spotlight, again through a series of biography light and beam splitting device with light transmission to solar cell panel, every kind of solar cell panel absorbs a chromatic light respectively, can make the utilization efficiency of chromatic light reach the best, the chromatic light difference of every kind of solar cell panel attraction then used material also is different, utilize this mode can realize absorbing the electricity generation respectively to every kind of solar chromatic light, container body is portable simultaneously, when certain special cases, can directly equip container body and regard as power supply unit.)

一种利用太阳光分光发电装置

技术领域

本发明涉及设计一种利用太阳光分光发电装置，属于资源有效开发和环保发电领域。。

背景技术

太阳能作为一种新能源，是一种取之不尽、周而复始的可再生能源，近年来，太阳能热发电设备制造能力、系统集成能力和工程施工能力将不断得到提升，技术标准体系将不断得到完善，光热发电项目的投资成本将逐步降低，经济效益水平会不断提高，产业发展规模化、商业化趋势将更加明显，在全球低碳减排大环境下，太阳能热发电越来越得到重视。同时太阳能电池板发电是利用太阳能发电的主要方式之一，而太阳能电池是直接吸收太阳光对其进行吸收转换，由于太阳光有七种颜色，而其中就会产生某些色光转换率低，某些色光转换率高，造成对每种色光的吸收率不平衡，同时也导致的能量的浪费，对此，如果能分别利用到每一种色光，使太阳光的吸收效率达到最佳，将会对电力的产生量有大大的提高。对此，这里提出了一种利用太阳光分光发电装置，内部装有太阳能电池板，可通过聚光再分光，实现其对每一种色光的吸收利用，大大提高太阳光的利用效率，而且集装箱体可移动，在某些无电可用的特殊地区，需要用电时，可携带该集装箱体来发电。

传统太阳能发电采用两种方式，一种是将太阳光反射到中心塔采用高温气体推动汽轮机的方式发电，其效率较低。一种是采用在平地上设置太阳能电池板进行发电，其占用地面面积较大。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是通过设计一种利用太阳光分光发电装置，包括集装箱体、总光纤、导光板、太阳能电池板、聚光塔、反光镜，集装箱体采用现有技术，根据实际需要，可采用相应大小的集装箱体，聚光塔周围地面上设置有若干反光镜，反光镜根据实际情况采用合适的角度对准聚光塔，保证反射的光能到达聚光塔靠近顶部的额位置，可根据实际情况设置相应数量的反光镜，阳光照在反光镜上时，光线会反射到聚光塔上，聚光塔中间为空心结构，靠近顶部的四周位置上，设置有聚光壁，聚光壁，反光镜将光反射到聚光壁上，聚光壁可将光线聚集到聚光塔顶部，聚光塔顶部设置有聚光反光镜，聚光反光镜与地面平行，可将光线反射到聚光塔底部的总光纤的接口上，通过总光纤可将聚集的光线传输到集装箱体上；

集装箱体顶部设置有导光板，导光板有汇聚和传递光线的作用，通过导光板可传递来自总光纤传输的光线，经过传递分光可到达分光光纤处，最终由分光光纤将光线传导至太阳能电池板处，太阳能电池板位于分光装置下方，太阳能电池板设置有若干处，每处对应一种色光，可吸收分光后的单色光，每一处的太阳能电池板至少设有两块，且两两相对设置在对应的分光装置下方，两块太阳能电池板之间相互平行，传递的光线到达此处时，会在两块太阳能电池板之间进行吸收反射，当光线第一次照射在太阳能电池板上时，一部分光被吸收用来发电，一部分光则反射到对立的太阳能电池板上，此时又会发生光线的吸收和反射，如此循环，以使光的利用率达到最大。

进一步的，该集装箱体通过聚光再分光来进行发电，聚光塔可聚光，聚光后通过总光纤传输到导光板后再传递光线，导光板下方设置有相应的分光装置，通过分光装置可将太阳光分成七种色光，分别为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，分光后，每种色光分别向下到达相应的太阳能电池板处，太阳能电池板采用现有技术，每种色光所对应的太阳能电池板表面采用不同颜色的钢化玻璃制作，相应的色光对应的为该色光颜色的太阳能电池板，同时由于每种色光波长不同，太阳能电池板采用的光电转换材料不同，非晶硅对波段380~500nm波长光电转换效率高，砷化镓对波段550~800nm波长光电转换率高，又红光波长约为625~740nm、橙光波长约为590~625nm、黄光波长约为565~590nm、绿光波长约为500~565nm、青光波长约为485~500nm、蓝光波长约为400~485nm、紫光波长约为380~440nm，所以红光、橙光、黄光、绿光所对应得太阳能电池板采用砷化镓材质，青光、蓝光、紫光所对应的太阳能电池板采用非晶硅材质，利用相应颜色的钢化玻璃和相应的光电转换材料可使每种色光的吸收率和转换率达到最佳效果，减少了能量的流失，最大限度地利用了每种色光，使发电的效率达到很高；太阳能电池板发电原理：当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率，这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。

进一步的，分光装置采用分光光纤，采用现有技术，光纤有传递光的作用，分光光纤用来传递太阳光过滤后的单色光；分光光纤设置有七种类型，每种类型设置有若干根，每种类型的分光光纤上端截面处设置有一块不同颜色的滤镜，滤镜的颜色分别为太阳七种色光的颜色，分光光纤位于导光板下方，其上端与导光板连接，另一端向下，导光板传递光线后可将光线传输至每根分光光纤上端，当光线经过滤镜时，可过滤掉除了滤镜颜色外的色光，然后过滤后的单色光通过分光光纤传输到下方的太阳能电池板上，太阳能电池板的类型与其上方分光光纤传输的色光相对应，单色光在两块太阳能电池板上进行反射和吸收，以进行太阳能发电。

进一步的，分光装置为三棱镜，三棱镜位于导光板下方，聚光塔聚光后的太阳光经总光纤传输到导光板上，再由导光板传导照射在三棱镜上时，由于太阳光本身由七种色光组成，三棱镜可将这七种色光分开发散出去，三棱镜下方设置有八块反光板，反光板上端固定在三棱镜上，且固定位置为各色光的分界处，倾斜方向为相应色光分散的方向，每两块反光板之间可反射一种色光，经过不断反射可使光线向下传导至分光光纤处，每种色光由若干分光光纤进行传导，此处分光光纤未设置滤镜，由于分散后的色光都固定由相应的分光光纤传递，所以太阳能电池板的类型与其上方分光光纤传输的色光相对应，使每种色光分别照射在相应的太阳能电池板上进行发电，三棱镜分光原理：太阳光是由各种单色光组成的复色光，同一种介质对不同色光的折射率不同，因为同一种介质对各种单色光的折射率不同，所以通过三棱镜时，各单色光的偏折角不同，因此，太阳光通过三棱镜会将各单色光分开。

进一步的，集装箱体内部装有降温装置和温度传感器，降温装置采用冷风机，温度传感器可时刻监测凹透镜温度和集装箱体内温度，监测的温度数据时刻传送到单片机进行分析，当温度高于一定限度时，单片机发出命令使冷风机工作，降低集装箱体内温度和凹透镜温度，当温度降低到一定范围时，单片机控制冷风机停止工作。

进一步的，聚光塔顶部设置有一个汽轮机，内部反光镜的上方设置有一个真空管，真空管与汽轮机连接，真空管内部装有水，由于聚光后内部反光镜上温度极高，可利用此时高温对真空管进行加热，真空管温度升高后，内部的水由于高温会变成水蒸气，利用蒸汽的气压可使汽轮机转动发电，汽轮机工作原理：当加热到水变成蒸汽时，蒸汽的气压推动汽轮机转动，就把热能转换成了机械能，因为汽轮机与电磁发电机的叶轮连接在一起，所以汽轮机的转动就带动了电磁发电机的转动，发电机将机械能转化为电能储存起来；真空管一端与汽轮机连接，另一端则与水管连接，与水管之间设有电磁阀，内部则设置有一个水位检测器，通过水位检测器检测真空管内水位情况，来判断是否需要加水，当检测到水位过低时，后台计算机经过计算，发出指令到单片机，单片机控制电磁阀打开，使水进入真空管，当达到一定水位时，单片机再控制电磁阀关闭，停止加水；聚光塔底部设置有抽水机，抽水机可通过水管向真空管输送水；汽轮机连有一根电线，通过电线向汽轮机供电。

进一步的，该集装箱体可移动，可在某些无法用电的地方设置该集装箱体，以用来发电供电，如当需要到戈壁沙漠或冰川海面上等无法接入电源的地方时，由于集装箱体大小可根据实际情况来选择，所以可在交通工具上安装相应大小和相应数量的集装箱体，利用集装箱体来发电，以应对特殊情况时无电可用的情况。

进一步的，所述的每两块两两相对的太阳能电池板正面相对的中间设置有散光板，散光板为透光材质，且内部设置有不均匀的散光颗粒，散光板与分光光纤相连接，分光光纤将各个频率的光分别导入相应太阳能电池板之间的散光板内，散光板通过内部的散光颗粒进行反射改变光路径后照射在散光板两侧的太阳能电池板上，实现针对性发电。

进一步的，所述的每两块两两相对的太阳能电池板的背面设置有间隙，通过降温装置向间隙内吹风实现太阳能电池板的降温。

一种利用太阳光分光发电装置的发电的方法，其具体步骤如以下。

步骤1：太阳光照射在地面的反光镜上，反光镜反射光线到聚光塔上，聚光塔通过聚光再将光线反射到其底部的总光纤上进行传输，传输的光线到达集装箱体的导光板上，导光板将光线传递至其下方的分光装置。

步骤2：分光装置采用分光光纤或三棱镜，当导光板传递光线至分光光纤时，每根分光光纤上端设置有一块滤镜，可过滤掉除了滤镜颜色外的色光，然后过滤后的单色光通过分光光纤传输到下方的太阳能电池板上；当导光板传递光线至三棱镜时，由于太阳光本身由七种色光组成，三棱镜可将这七种色光分开发散出去，每种色光经由反光板传导至分光光纤处，分光光纤再将相应的色光传输至相应的太阳能电池板上。

步骤3：光线到达太阳能电池板上时，会在两块太阳能电池板之间进行吸收反射，当光线第一次照射在太阳能电池板上时，一部分光被吸收用来发电，一部分光则反射到对立的太阳能电池板上，此时又会发生光线的吸收和反射，如此循环。

步骤4：温度传感器时刻监测集装箱体内温度，当温度高于一定限度时，单片机发出命令使冷风机工作，降低集装箱体内温度，当温度降低到一定范围时，单片机控制冷风机停止工作。

本发明的工作原理是：太阳光照射反光板上，反射到聚光塔上，聚集后的光线通过聚光反光镜反射到聚光塔底部的总光纤上，总光纤将光纤传输至各个集装箱上，集装箱顶部的导光板将光线传递至其下方的分光装置，分光装置采用分光光纤或三棱镜，当导光板传递光线至分光光纤时，每根分光光纤上端设置有一块滤镜，可过滤掉除了滤镜颜色外的色光，然后过滤后的单色光通过分光光纤传输到下方的太阳能电池板上；当导光板传递光线至三棱镜时，由于太阳光本身由七种色光组成，三棱镜可将这七种色光分开发散出去，每种色光分别照射 在相应的太阳能电池板上，光线到达太阳能电池板上时，会在两块太阳能电池板之间进行吸收反射，当光线第一次照射在太阳能电池板上时，一部分光被吸收用来发电，一部分光则反射到对立的太阳能电池板上，此时又会发生光线的吸收和反射，如此循环；温度传感器时刻监测凹透镜温度和集装箱体内温度，当温度高于一定限度时，单片机发出命令使冷风机工作，降低集装箱体内温度，当温度降低到一定范围时，单片机控制冷风机停止工作。

本发明的有益效果是：本发明是一种可充分利用太阳不同色光来发电的集装箱体，通过分析太阳光不同色光的特性，用分光装置将其分散后，照射到相应的太阳能电池板上，每种太阳能电池板吸收一种色光，且每种太阳能电池板采用不同材质，以对吸收的色光的吸收转换率达到最高；利用聚光塔和反光板大大加大了太阳光的利用效率；太阳光发电无需消耗其他资源，环保节能，产生的电能同时可供集装箱体内的用电装置用电；集装箱体可移动，在某些无电可用的特殊地区，需要用电时，可携带该集装箱体来发电；发电过程无需人员管理，符合可持续发展原则，简单方便，可安装于某些交通工具上，便于普及。

附图说明

图1为本发明的装置整体布置示意图。

图2为本发明的汽轮机细节示意图。

图3为本发明的抽水机细节示意图。

图4为本发明的单个集装箱示意图。

图5为本发明的集装箱连接示意图。

图6为本发明的反光镜结构示意图。

图7为本发明的分光光纤分光集装箱体内部部分结构示意图。

图8为本发明的三棱镜分光集装箱体内部部分结构示意图。

图9为本发明的降温装置部分结构示意图。

图10为本发明的滤镜位置示意图。

图11为本发明的部分电路逻辑图。

图12为本发明的单片机控制逻辑图。

图13为本发明中散光板与太阳能电池板的安装位置图。

图中各标号为1-集装箱体；2-总光纤；3-导光板；4-太阳能电池板；5-分光光纤；501-滤镜；6-三棱镜；7-温度传感器；8-降温装置；9-单片机；10-反光板；11-聚光塔；1101-聚光壁；1102-聚光反光镜；12-反光镜；13-汽轮机；14-真空管；15-抽水机；16-水管；17-电线；散光板18。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

如图1至13所示，一种利用太阳光分光发电装置，包括集装箱体1、总光纤2、导光板3、太阳能电池板4、聚光塔11、反光镜12，集装箱体1采用现有技术，根据实际需要，可采用相应大小的集装箱体1，聚光塔11周围地面上设置有若干反光镜12，反光镜12根据实际情况采用合适的角度对准聚光塔11，保证反射的光能到达聚光塔11靠近顶部的额位置，可根据实际情况设置相应数量的反光镜12，阳光照在反光镜12上时，光线会反射到聚光塔11上，聚光塔11中间为空心结构，靠近顶部的四周位置上，设置有聚光壁1101，聚光壁1101，反光镜12将光反射到聚光壁1101上，聚光壁1101可将光线聚集到聚光塔11顶部，聚光塔11顶部设置有聚光反光镜1102，聚光反光镜1102与地面平行，可将光线反射到聚光塔11底部的总光纤2的接口上，通过总光纤2可将聚集的光线传输到集装箱体1上；

集装箱体1顶部设置有导光板3，导光板3有汇聚和传递光线的作用，通过导光板3可传递来自总光纤2传输的光线，经过传递分光可到达分光光纤5处，最终由分光光纤5将光线传导至太阳能电池板4处，太阳能电池板4位于分光装置下方，太阳能电池板4设置有若干处，每处对应一种色光，可吸收分光后的单色光，每一处的太阳能电池板4至少设有两块，且两两相对设置在对应的分光装置下方，两块太阳能电池板4之间相互平行，传递的光线到达此处时，会在两块太阳能电池板4之间进行吸收反射，当光线第一次照射在太阳能电池板4上时，一部分光被吸收用来发电，一部分光则反射到对立的太阳能电池板4上，此时又会发生光线的吸收和反射，如此循环，以使光的利用率达到最大。

该集装箱体1通过聚光再分光来进行发电，聚光塔11可聚光，聚光后通过总光纤2传输到导光板3后再传递光线，导光板3下方设置有相应的分光装置，通过分光装置可将太阳光分成七种色光，分别为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，分光后，每种色光分别向下到达相应的太阳能电池板4处，太阳能电池板4采用现有技术，每种色光所对应的太阳能电池板4表面采用不同颜色的钢化玻璃制作，相应的色光对应的为该色光颜色的太阳能电池板4，同时由于每种色光波长不同，太阳能电池板4采用的光电转换材料不同，非晶硅对波段380~500nm波长光电转换效率高，砷化镓对波段550~800nm波长光电转换率高，又红光波长约为625~740nm、橙光波长约为590~625nm、黄光波长约为565~590nm、绿光波长约为500~565nm、青光波长约为485~500nm、蓝光波长约为400~485nm、紫光波长约为380~440nm，所以红光、橙光、黄光、绿光所对应得太阳能电池板4采用砷化镓材质，青光、蓝光、紫光所对应的太阳能电池板4采用非晶硅材质，利用相应颜色的钢化玻璃和相应的光电转换材料可使每种色光的吸收率和转换率达到最佳效果，减少了能量的流失，最大限度地利用了每种色光，使发电的效率达到很高；太阳能电池板4发电原理：当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率，这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。

分光装置采用分光光纤5，采用现有技术，光纤有传递光的作用，分光光纤5用来传递太阳光过滤后的单色光；分光光纤5设置有七种类型，每种类型设置有若干根，每种类型的分光光纤5上端截面处设置有一块不同颜色的滤镜501，滤镜501的颜色分别为太阳七种色光的颜色，分光光纤5位于导光板3下方，其上端与导光板3连接，另一端向下，导光板3传递光线后可将光线传输至每根分光光纤5上端，当光线经过滤镜501时，可过滤掉除了滤镜501颜色外的色光，然后过滤后的单色光通过分光光纤5传输到下方的太阳能电池板4上，太阳能电池板4的类型与其上方分光光纤5传输的色光相对应，单色光在两块太阳能电池板4上进行反射和吸收，以进行太阳能发电。

分光装置为三棱镜6，三棱镜6位于导光板3下方，聚光塔11聚光后的太阳光经总光纤2传输到导光板3上，再由导光板3传导照射在三棱镜6上时，由于太阳光本身由七种色光组成，三棱镜6可将这七种色光分开发散出去，三棱镜6下方设置有八块反光板10，反光板10上端固定在三棱镜6上，且固定位置为各色光的分界处，倾斜方向为相应色光分散的方向，每两块反光板10之间可反射一种色光，经过不断反射可使光线向下传导至分光光纤5处，每种色光由若干分光光纤5进行传导，此处分光光纤5未设置滤镜501，由于分散后的色光都固定由相应的分光光纤5传递，所以太阳能电池板4的类型与其上方分光光纤5传输的色光相对应，使每种色光分别照射在相应的太阳能电池板4上进行发电，三棱镜6分光原理：太阳光是由各种单色光组成的复色光，同一种介质对不同色光的折射率不同，因为同一种介质对各种单色光的折射率不同，所以通过三棱镜6时，各单色光的偏折角不同，因此，太阳光通过三棱镜6会将各单色光分开。

集装箱体1内部装有降温装置8和温度传感器7，降温装置8采用冷风机，温度传感器7可时刻监测凹透镜2温度和集装箱体1内温度，监测的温度数据时刻传送到单片机9进行分析，当温度高于一定限度时，单片机9发出命令使冷风机工作，降低集装箱体1内温度和凹透镜2温度，当温度降低到一定范围时，单片机9控制冷风机停止工作。

聚光塔11顶部设置有一个汽轮机13，内部反光镜1102的上方设置有一个真空管14，真空管14与汽轮机13连接，真空管14内部装有水，由于聚光后内部反光镜1102上温度极高，可利用此时高温对真空管14进行加热，真空管14温度升高后，内部的水由于高温会变成水蒸气，利用蒸汽的气压可使汽轮机13转动发电，汽轮机13工作原理：当加热到水变成蒸汽时，蒸汽的气压推动汽轮机13转动，就把热能转换成了机械能，因为汽轮机13与电磁发电机的叶轮连接在一起，所以汽轮机13的转动就带动了电磁发电机的转动，发电机将机械能转化为电能储存起来；真空管一端与汽轮机14连接，另一端则与水管16连接，与水管16之间设有电磁阀，内部则设置有一个水位检测器，通过水位检测器检测真空管14内水位情况，来判断是否需要加水，当检测到水位过低时，后台计算机经过计算，发出指令到单片机9，单片机9控制电磁阀打开，使水进入真空管14，当达到一定水位时，单片机9再控制电磁阀关闭，停止加水；聚光塔11底部设置有抽水机15，抽水机15可通过水管16向真空管14输送水；汽轮机14连有一根电线17，通过电线17向汽轮机14供电。

该集装箱体1可移动，可在某些无法用电的地方设置该集装箱体1，以用来发电供电，如当需要到戈壁沙漠或冰川海面上等无法接入电源的地方时，由于集装箱体1大小可根据实际情况来选择，所以可在交通工具上安装相应大小和相应数量的集装箱体1，利用集装箱体1来发电，以应对特殊情况时无电可用的情况。

如图5所示，该系统所用单片机9型号为AT89C51，不同材质的太阳能电池板4接收由分光器产生的不同波长的光，温度传感器7采用DS18B20，降温装置8冷风机由压缩机和鼓风机构成。为了保障单片机9运行，给单片机9增加复位电路。复位电路有以下功能：上电复位可以对内部存储器进行复位、同步内外的时钟信号、电压波动或不稳定时，复位电路给电路延时直到电路稳定、当程序出错时通过复位电路使单片机9恢复正常运行状态。太阳光经由分光器分光后产生波长不同的七色光，装置中配备有接收不同波长的太阳能电池板4。太阳能电池板4吸收光线后通过光电转换电路将光能转换为电能存储在蓄电池中。电路图中只画出了一个太阳能发电电路，实际装置中有七个相同的装置。温度传感器7采用DS18B20。封装后的DS18B20一共有三个管脚，分别接地、供电、将信号传送给单片机9。降温装置8冷风机由压缩机和鼓风机构成，原理类似于空调。由于该装置为发电装置，所以冷风机因采用干式冷风机，以免发生电路短路。压缩机和鼓风机的实际电路部件为直流电机，通过L298芯片受单片机9控制，可以进行正反转。实际工作中当温度传感器7检测到温度过高时，单片机9发出指令使压缩机工作，压缩机压缩管道中的高效制冷剂使其液化。液化后的制冷剂通过管道流通到温度较高部位后吸热使温度降低，且通过鼓风机的作用可以提高制冷效率，使温度保持均匀。

如图13所示，所述的每两块两两相对的太阳能电池板4正面相对的中间设置有散光板18，散光板18为透光材质，且内部设置有不均匀的散光颗粒，散光板18与分光光纤5相连接，分光光纤5将各个频率的光分别导入相应太阳能电池板4之间的散光板18内，散光板18通过内部的散光颗粒进行反射改变光路径后照射在散光板18两侧的太阳能电池板4上，实现针对性发电。

所述的每两块两两相对的太阳能电池板4的背面设置有间隙，通过降温装置8向间隙内吹风实现太阳能电池板4的降温。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和保护范围进行限定，在不脱离本发明构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应在本发明的保护范围之内。