CN102594212A - 一种积木球壳火炬太阳能发电装置 - Google Patents

Abstract

本项目发明涉及一种新型的太阳能发电装置，该装置由太阳能发电球壳、反射聚光镜、逆变器、蓄电池和控制器构成，太阳能发电球壳由发电模块积木拼接固定在金属或纤维增强树脂复合材料球面支架表面，太阳能发电球壳的外直径为100mm～1000000mm，发电模块受光面采用纳米石墨烯、碳纳米管、纳米炭黑、镉化合物、铅(Pb)、铝(Al)等金属纳米粒子中的一种或以上纳米粒子定位组装分散的有机或无机材料复合薄膜制备，太阳能发电球壳任意表面总处于反射聚光镜内表面反射光线焦点位置，使照射到聚光镜表面的光都能反射到太阳能发电球壳表面上。

Description

一种积木球壳火炬太阳能发电装置

技术领域

本发明涉及一种积木球壳火炬式太阳能发电装置。所述积木球壳是指由2个以上球面模块积木式组合而成的球壳；所述火炬式太阳能发电装置是指其造型像火炬。 

背景技术

近年来，由于化石燃料的大量使用导致的全球变暖以及环境污染等问题日益严重，加强了人们对清洁型能源的关注。 

光伏发电就是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能，在发电过程中不会产生任何污染或者废弃物。光伏发电是最清洁、最理想的能量来源。 

目前，常见的太阳能发电装置是固定式平板太阳能发电装置，该装置发电效率低、占地面积大且不具美观性。阻碍太阳能发电普及的最主要因素是高昂的费用。降低费用的关键在于提高太阳能发电装置的发电效率，以及降低生产、组装和运输、维修等综合成本。 

提高太阳能发电效率的方法主要有两种：一是添加自动跟踪***，二是提高太阳能电池的光电转换效率。自动跟踪***通过增长太阳光直射时间提高发电效率，但是自动跟踪***存在精度差、灵活性小、非全天候跟踪、高成本维护等缺点，因而未能得到广泛普及。 

实用新型专利CN201654564.U公开了一种结构简单、使用方便且可提高太阳能电池转化效率的太阳光自动跟踪***，包括底座、支柱、定位轴轮、太阳能电池板、电动机、转动轴、太阳光检测器件、控制模块及储能装置，所述支柱固设于上述底座上，该支柱顶部设有定位轴轮；发动机亦设置于上述底座上，并通过驱动传动齿轮带动所述转动轴转动，该转动轴与上述太阳能电池板相连接。 

发明专利CN1751397A公开了制造球形太阳能电池阵列的方法。该专利制造出了一种光电太阳能电池，该电池使用了多个通常呈球型的半导体元件，每个半导体元件具有核心和在掺杂硅层之下形成p-n结的掺杂硅层的外表面。在每个半导体元件的外表面上沉淀反射涂层并且将半导体元件结合进穿孔铝箔阵列，从而提供与p-n结的第一侧面的欧姆接触。然后从阵列中的每个半导体元件的一部分去除抗发射涂层并且暴露核心，从而允许制造与p-n结的第二侧面的欧姆接触。但是，该球型太阳能阵列存在的缺点有：球型半导体元件难加工；同时，光学集中器的蜂巢结构复杂且精度低，虽然反射铝箔可以增大半导体元件的受光面积，但是每个球形发电元件之间大量的间隙使得该太阳能电池阵列的有效受光面积降低。 

实用新型专利CN97222476.9公开了浮式循环及取水式热气球形太阳能热水器。该双效壁 挂式真空球形太阳能集热器，在箱体外部设有凹形球面反光板，凹形球面反光板上设有球形集热元件。该结构的缺点是：小型的球形集热元件安装在反光镜上，不能保证足够的强度，也浪费了该球型集热元件的受光面积；同时，该太阳能热水器采用多个凹形球面反光镜平铺的方式，使得球形集热元件间存在大量间隙，使得有效面积大大降低。 

实用新型专利CN99232247.2公开了层流高效球形太阳能热水箱。该层流高效球形太阳能热水箱由带保温材料夹层的球形容器的内壳体和外壳体各由上下两个半球形的壳体密闭紧固连接而成。该太阳能热水箱的缺点是：它只单纯的运用到了球体在全天范围内都能接受到太阳光但是忽略了太阳光的入射方向与能量大小也有关系，由于太阳光每次照射到球体上时除一点外都不能按直射方向照射到球体上，因而集热效率提高不大。另外，该球形水箱采用了上下半球形的结构，而不是在底部安装反射射镜从而降低了该球形热水箱的集热效率 

实用新型专利CN2760389Y公开了悬挂式球形太阳能灯。该悬挂式球形太阳能灯包括透明的上半球和下半球，上半球内设置有透明的电子元件盒、电子元件盒上表面放有太阳能板，太阳能板下面放有印刷板并与电子元件盒固定，印刷板的印刷面铜片上安装有电子组件，蓄电池安装于电子元件盒内连接在开关与电子组件之间，而上半球和下半球利用弹性扣的方式对合连接。该技术的缺点是：虽然采用了球形的外观结构，但是太阳能电池只是平铺在上半球中的透明电子元件盒上，并没有增大太阳能电池的发电效率。 

实用新型专利CN2819041Y公开了一种球形太阳能灯。该球形太阳能灯同上述悬挂式球形太阳能灯相似，都包括透明的上半球和下半球，该球形太阳能灯的下半球内设置有太阳能板，太阳能板上面装有太阳能电池和发光二极管，太阳能板的背面装有电子线路板，下半球底部有电池盒，电池盒内装有蓄电池。该装置的缺点是：该实用新型专利虽然采用了球形的外观结构，但是太阳能电池只是平铺在下半球中的透明电子元件盒上，并没有增大太阳能电池的发电效率 

实用新型专利CN202018141U公开了球形太阳能热水器。该球形太阳能热水器的内外壳均为球壳或椭球壳状，内壳用透光材料或导热材料制作，外壳由透光材料制作在外壳的背阳一侧设置反光板。该球形太阳能热水器的缺点是：没有考虑到太阳光照射到外壳上时会有很大部分的反射损失从而降低集热效率，并且外壳的背阳板设置也不合理，另外，该球壳由于忽略了太阳光的入射角问题从而降低了球壳表面设计对提高集热效率的贡献。 

实用新型专利CN201443894U公开了一种高效真空球形太阳能集热供暖器。该装置在箱体上排布了真空球，其内部涂有吸热涂层，每个真空球下均设有凹形球面六角反光板。每个凹形面反光板的球面上均吸附一球托，每个球托的上部吸附于真空球的真空吸口上。该高效真空球形太阳能集热器存在的缺点是真空球工艺复杂成本昂贵并且易碎，同时反光板通过球 托吸附来固定真空球和反光板的位置稳定性不够。同时，该装置通过固定有真空球反光板平铺而成，增大了真空球的间隙，减小了总的集热面积导致集热效率提高不大。 

上述公开文献只单纯运用到了球形外壳的宏观结构，并没有进行球壳结构的微观设计和模块拼接角度提出高效、低成本的发电措施。 

本发明所述一种积木球壳火炬式太阳能发电装置中的球壳由发电模块按电极位置积木拼接固定在金属或纤维增强树脂复合材料球面支架表面，便于加工、运输、安装和维护，同时也增大了稳定性；发电模块受光面采用纳米石墨烯、碳纳米管、纳米炭黑、镉化合物、铅(Pb)、铝(Al)等金属纳米粒子中的一种或以上纳米粒子定位组装分散的有机或无机材料复合薄膜制备。 

本发明所述一种积木球壳火炬式太阳能发电装置由积木结构的发电球壳、反射聚光镜、控制器、逆变器和蓄电池组成。积木球壳的外形设计使该发电装置在不同时段内均能接受太阳光；设计并采用反射聚光镜使照射到聚光镜表面的太阳光照总能反射到太阳能发电球壳表面，增大了发电球壳的受光面积，提高发电效率。 

发明内容

本发明的主要目的是克服上述问题，通过创新太阳能发电装置的结构设计，提供一种新型实用的积木球壳火炬式太阳能发电装置，并配有反射聚光镜，提高太阳能发电装置的效率，并引入火炬式设计使造型美观。 

令人惊讶地发现，上述问题通过种积木球壳火炬式太阳能发电装置就能解决，所述积木球壳是指由2个以上球面模块积木式组合而成的球壳，所述火炬式太阳能发电装置是指其造型像火炬。 

本发明所述一种积木球壳火炬式太阳能发电装置由太阳能发电球壳(10)、反射聚光镜(11)、逆变器(12)、蓄电池(13)和控制器(14)构成，太阳能发电球壳(10)由三角形球面发电模块(21、31、31、41、51、52、61)、正方形球面发电模块(71)、五边形球面发电模块(81)、正五边形球面发电模块(91)与正六边形球面发电模块(92)组合中的一种，发电模块积木拼接固定在金属或纤维增强树脂复合材料球面支架表面。 

所述太阳能发电球壳(10)的外直径为100mm～1000000mm，所述发电模块尺寸可根据太阳能发电球壳(10)的外直径和模块几何形状及和个数计算得到。 

所述发电模块受光面采用纳米石墨烯、碳纳米管、纳米炭黑、镉化合物、铅(Pb)、铝(Al)等金属纳米粒子中的一种或以上纳米粒子定位组装分散的有机或无机材料复合薄膜制备。 

所述反射聚光镜(11)采取凹形球面结构，其镜面内表面选用抛光的碳纤维增强树脂复 合材料、镀层或涂层的玻璃、涂层的聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯、表面处理的铝箔等材料；反射聚光镜球壳内直径是1～2.31倍于发电球壳外径；太阳能发电球壳(20)位于反射聚光镜(11)凹形球面的竖直半径的中点，太阳能发电球壳(10)任意表面总处于反射聚光镜(11)内表面反射光线焦点位置，使照射到聚光镜表面的太阳光照都能反射到太阳能发电球壳表面上。 

附图说明

图1表示一种积木球壳火炬式太阳能发电装置示意图 

图2表示由三角形球面发电模块21积木拼接的发电球壳示意图 

图3表示由三角形球面发电模块31积木拼接的发电球壳示意图 

图4表示由三角形球面发电模块41积木拼接的发电球壳示意图 

图5表示由三角形球面发电模块51、52积木拼接的发电球壳示意图 

图6表示由三角形球面发电模块61积木拼接的发电球壳示意图 

图7表示由正方形球面发电模块71积木拼接的发电球壳示意图 

图8表示由正五边方形球面发电模块81积木拼接的发电球壳示意图 

图9表示由正五边形发电模块91和正六边形发电模块92积木拼接成的发电球壳示意图 

具体实施方式

下面结合具体实施方案对本发明作进一步详细说明，但本发明不限于下述实施方案，凡是依据本发明作出的等效变化或修改，均应认为落入本发明的保护范围。 

实施方式1： 

一种积木球壳火炬式太阳能发电装置如图1所示，由太阳能发电球壳(20)、反射聚光镜(11)、逆变器(12)、蓄电池(13)和控制器(14)构成；太阳能发电球壳(20)如图2所示所示，太阳能发电球壳(20)由20个全等三角形球面发电模块(21)积木拼接构成，该三角形的弧长为5535.0mm，发电球壳的外直径为10000mm，三角形球面发电模块(21)按电极位置拼接、固定在球形金属或纤维增强树脂复合材料球形支架表面；三角形球面发电模块(21)受光面采用纳米石墨烯和纳米铝(Al)粒子协同定位组装分散的有机或无机材料复合薄膜制备；反射聚光镜11采取球壳结构，其镜面内表面选用抛光的碳纤维增强树脂复合材料、镀层或涂层的玻璃、涂层的聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯、表面处理的铝箔中一种；反射聚光镜球壳内外直径2倍于发电球壳外径；太阳能发电球壳(20)位于反射聚光镜(11)凹形球面的竖直半径的中点，太阳能发电球壳(10)任意表面总处于反射聚光镜(11)内表面反射光线焦点位置，使照射到反射聚光镜表面的光都能反射到太阳能发电球壳表面上。 

实施方式2： 

一种积木球壳火炬式太阳能发电装置如图1所示，由太阳能发电球壳(30)、反射聚光镜(11)、逆变器(12)、蓄电池(13)和控制器(14)构成；太阳能发电球壳(30)如图3所示所示，太阳能发电球壳(30)由4个全等三角形球面发电模块(31)积木拼接构成，该三角形的弧长为9549.3mm，发电球壳的外直径为10000mm；三角形球面发电模块(31)受光面采用碳纳米管和铅(Pb)纳米粒子协同定位组装分散的有机或无机材料复合薄膜制备，其他同实施方案1。 

实施方式3： 

一种积木球壳火炬式太阳能发电装置如图1所示，由太阳能发电球壳(40)、反射聚光镜(11)、逆变器(12)、蓄电池(13)和控制器(14)构成；太阳能发电球壳(40)如图4所示所示，太阳能发电球壳(40)由8个全等三角形球面发电模块(41)积木拼接构成，该三角形的弧长为7855.5mm，发电球壳的外直径为10000mm，其他同实施方案1。 

实施方式4： 

一种积木球壳火炬式太阳能发电装置如图1所示，由太阳能发电球壳(50)、反射聚光镜(11)、逆变器(12)、蓄电池(13)和控制器(14)构成；太阳能发电球壳(50)如图5所示所示，太阳能发电球壳(50)由两种三角形球面发电模块(51、52)共180个积木拼接构成，其中，一种是60个弧长比为0.868∶0.868∶1.007的球面等腰三角形51，另一种是120个弧长比为1.029∶1.029∶1.007的球面等腰三角形52；且当弧面三角形51的三边弧长分别为1750mm、1750mm、2030mm，以及弧面三角形52的三边弧长分别为2070mm、2070mm、2030mm时，发电球壳外直径为10000mm，其他同实施方案1。 

实施方式5： 

一种积木球壳火炬式太阳能发电装置如图1所示，由太阳能发电球壳(60)、反射聚光镜(11)、逆变器(12)、蓄电池(13)和控制器(14)构成；太阳能发电球壳(60)如图6所示所示，太阳能发电球壳(60)由60个全等三角形球面发电模块(61)积木拼接构成，当该三角形的三边弧长均为3250mm时，发电球壳外直径为10000mm，其他同实施方案2。 

实施方式6： 

一种积木球壳火炬式太阳能发电装置如图1所示，由太阳能发电球壳(70)、反射聚光镜(11)、逆变器(12)、蓄电池(13)和控制器(14)构成；太阳能发电球壳(70)如图7所示，太阳能发电球壳(70)由6个全等正方形球面发电模块(71)积木拼接构成；当该正方形的弧长为6150.1mm时，发电球壳的外直径为10000mm，其他同实施方案2。 

实施方式7： 

一种积木球壳火炬式太阳能发电装置如图1所示，由太阳能发电球壳(80)、反射聚光镜(11)、逆变器(12)、蓄电池(13)和控制器(14)构成；太阳能发电球壳(80)如图8所示，太阳能发电球壳(80)由20个全等正五边形球面发电模块(61)积木拼接构成，当该正五边的弧长为3644.3mm时，发电球壳的外直径为10000mm；其他同实施方案2。 

实施方式8： 

一种积木球壳火炬式太阳能发电装置如图1所示，由太阳能发电球壳(90)、反射聚光镜(11)、逆变器(12)、蓄电池(13)和控制器(14)构成；太阳能发电球壳(90)如图9所示，太阳能发电球壳(90)由16个全等正五边形球面发电模块(91)与16个全等正六边形球面发电模块(92)相互积木拼接构成，当该正五边形的弧长为2030.0mm，以及该正六边形的弧长为2030.0mm时，发电球壳的外直径为10000mm，其他同实施方案2。 

产业上的可利用性 

本发明所述一种积木球壳火炬式太阳能发电装置中的太阳能发电球壳采用了多种几何造型发电模块及其积木结构设计，球面发电模块受光面采用纳米石墨烯、碳纳米管、纳米炭黑、镉化合物、铅(Pb)、铝(Al)等金属纳米粒子中的一种或以上纳米粒子定位组装分散的有机或无机材料复合薄膜制备，由这种薄膜制备的发电模块能最大程度地吸收太阳光和光散射，降低光反射率，可提高太阳能发电效率，发电模块符合工业化规模生产，具有生产成本低、占地面积小、美观实用等特征，积木组合方便，运输成本低。 

Claims (4)

1.一种积木球壳火炬式太阳能发电装置，其特征在于，所述积木球壳火炬式太阳能发电装置由太阳能发电球壳(10)、反射聚光镜(11)、逆变器(12)、蓄电池(13)和控制器(14)构成，太阳能发电球壳(10)是三角形球面发电模块(21、31、31、41、51、52、61)、正方形球面发电模块(71)、正五边形球面发电模块(81)、正五边形球面发电模块(91)与正六边形球面发电模块(92)组合中的一种，发电模块积木拼接固定在金属或纤维增强树脂复合材料球面支架表面。

2.根据权利要求1，其特征在于，所述太阳能发电球壳(10)的外直径为100mm～1000000mm，所述发电模块尺寸可根据太阳能发电球壳(10)的外直径和模块几何形状及和个数计算得到。

3.所述发电模块受光面采用纳米石墨烯、碳纳米管、纳米炭黑、镉化合物、铅(Pb)、铝(Al)等金属纳米粒子中的一种或以上纳米粒子定位组装分散的有机或无机材料复合薄膜制备。

4.根据权利要求1，其特征在于，所述反射聚光镜(11)采取凹形球面结构，其镜面内表面选用抛光的碳纤维增强树脂复合材料、镀层或涂层的玻璃、涂层的聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯、表面处理的铝箔等材料；反射聚光镜球壳内直径是1～2.31倍于发电球壳外径；太阳能发电球壳(20)位于反射聚光镜(11)凹形球面竖直半径的中点，太阳能发电球壳(10)任意表面总处于反射聚光镜(11)内表面反射光线焦点位置，使照射到聚光镜表面的太阳光照都能反射到太阳能发电球壳表面上。

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