CN220067264U - 柱形太阳能电池及太阳能电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及柱形太阳能电池，其采用多面柱形结构，多面柱形结构的全部或大部分侧面上均设有平板状的太阳能电池板，设有太阳能电池板的侧面相互邻接，设置于多面柱形结构的强光照侧面的太阳能电池板为晶硅太阳能电池板，设置于多面柱形结构的弱光照侧面的太阳能电池板为薄膜太阳能电池（铜铟镓硒），用于将各太阳能电池板连接在一起的电池板架采用框架结构。本实用新型还涉及太阳能电源装置，其立柱上固定安装有柱形太阳能电池，还可以设置风力发电机及其他装置。本实用新型的太阳能电池结构有利于获取和利用太阳能的能力，增大发电量，且抗风能力强，构造简单，维护方便，可用于各种适应的太阳能发电设施，特别是以立柱结构为基础的太阳能发电/电池装置。

Description

柱形太阳能电池及太阳能电源装置

技术领域

本实用新型涉及柱形太阳能电池及采用这种太阳能电池的太阳能电源装置。

背景技术

太阳能电池通常制备成平板状，可称为太阳能电池板，将这种太阳能电池板安装在支架的斜面上，使太阳能电池板倾斜设置，朝向前上方，并可以通过逐日装置根据阳光照射方向，带动太阳能电池板朝向太阳，以增强阳光的照射强度，获得更多的太阳能，将太阳能电池板的输出通过太阳能控制器接入储能装置为蓄电池充电，形成具有储能功能的太阳能发电装置。例如中国专利文献CN105099353A公开了一种太阳能发电装置，它包括电池组、太阳能充电装置和底座，所述电池组为蓄电池组，蓄电池组连接太阳能充电装置，该太阳能充电装置的太阳能电池板通过充电线路分别与蓄电池组的正极和负极相连，在太阳能电池板与蓄电池组之间还设置有光弧发电装置和整流装置，所述太阳能电池板设置于底座上，在底座上设有转动座，太阳能电池板呈平板状，相对于水平面呈45°夹角，支撑架的底端设有转动轴，该转动轴卡接在转动座内，所述底座内设有与转动轴相连接的转动装置，在底座内设有控制电路板，太阳能电池板能根据太阳光的照射方向而自动旋转，以使太阳能电池板能适时正对太阳光。又如中国专利文献CN110061689A公开了自动逐日太阳能发电***，其包括温度感应装置、液压控制装置、旋转逐日装置、太阳能电池板，太阳能电池板设置于旋转逐日装置的顶部且初始状态下为向东上仰布置，温度感应装置与液压控制装置设置成一体结构且初始状态下固定安装于太阳能电池板的北侧侧后方，温度感应装置用于将温度信号转化成转动信号且驱动液压控制装置运行，液压控制装置用于对旋转逐日装置供应液压油并且液压控制旋转逐日装置带动太阳能电池板自动由东向西顺时针逐步旋转，温度感应装置包括捕光机构、可伸缩的升降机构、复位机构一、转动触发机构，捕光机构与复位机构一控制升降机构进行伸长缩短且在此一个周期内由转动触发机构使液压控制装置运行。由于这些现有技术采用单一的平面状太阳能板，为使太阳能电池板实时朝向太阳，需要设置太阳光照射方向监测和跟踪***（逐日***），导致装置构造的复杂化，且不能有效利用来自其他方向的太阳能。

以立柱为基础的太阳能发电设施中，通常也采用平板状的太阳能电池板。例如，中国专利文献CN218494945U公开了一种可除尘的路灯，涉及路灯技术领域，包括灯柱，灯柱顶部固定安装有安装板，安装板顶部设有太阳能板，灯柱两侧固定连接有横板，横杆远离立柱的一端固定安装有路灯灯座，灯珠和横杆中设有用于降低空气中悬浮颗粒的除尘机构；安装板和太阳能板之间设有用于改变太阳能板俯仰角度的调节组件，通过设置除尘机构，使用高压水泵将储水箱中的水加压后经过输水管输送到喷头中，经过喷头雾化喷出，最后从喷头喷出水雾将空气中的灰尘打湿，一方面将周围温度降下来，另一方面达到除尘的效果，通过设置调节组件，通过利用步进电机配合转盘、连接轴、导杆来形成的摆动机构来牵引太阳能板进行俯仰角度调节。中国专利文献CN115654412A公开了一种基于施工场地的照明***及方法，包括立柱，所述立柱的一侧表面设有长条滑槽，所述立柱的一端表面滑动安装有滑动环，所述滑动环的一侧表面固定连接有滑动块，所述滑动块的一端表面滑动连接于长条滑槽的一端侧面，所述滑动环的另一侧表面设有环形槽，所述环形槽的侧面转动安装有转动环，所述环形槽的两侧面均固定连接有环形摩擦垫，所述环形摩擦垫的一侧表面顶紧连接于转动环的两侧表面，所述转动环的一端表面固定安装有照明灯，所述照明灯位于立柱的一端侧面位置，所述立柱的一端表面固定连接有固定板，这样能够大大提高使用的便利性和稳定性，保证临时照明的适应性和高效性。

这些现有技术各具特点，分别适应于各自所适应的场合。然而，这种单面的太阳能电池板不利于有效地接收各方向的阳光照射，抗风能力相对较弱，尽管可以通过设置逐日***跟踪提高有效接收太阳能的能力，但需要增加较为复杂的设施。

实用新型内容

本实用新型的目的是提高获取和利用太阳能的能力，增大发电量。

本实用新型的技术方案是：柱形太阳能电池，采用多面柱形结构（适宜时可简称为柱形），所述多面柱形结构的外形轮廓呈棱柱状，其全部或大部分（超过半数）侧面上均设有平板状的太阳能电池板，设有太阳能电池板的侧面相互邻接。

进一步地，所述多面柱形结构的各侧面中，有且只有一个侧面不设太阳能电池板，使用时可以将不设太阳能电池板的侧面朝向正北方向。

进一步地，所述多面柱形结构的外形轮廓呈三棱柱状，其两个或三个侧面上设有太阳能电池板。

进一步地，所述多面柱形结构的外形轮廓呈五棱柱状，其四个或五个侧面上设有太阳能电池板。

进一步地，所述太阳能电池板包括晶硅太阳能电池板和薄膜太阳能电池板。

优选地，设置于多面柱形结构的强光照侧面（所受光照强度较强的侧面）的太阳能电池板为晶硅太阳能电池板，设置于多面柱形结构的弱光照侧面（所受光照强度较弱的侧面）的太阳能电池板为薄膜太阳能电池板。

进一步地，所述多面柱形结构设有适形（与多面柱形结构的形状相适应）的电池板架，通过电池板架连接形成所述的多面柱形结构（或称柱形构件）。

优选地，所述电池板架采用框架结构。

进一步地，所述电池板架设有分别与多面柱形结构的各侧面对应的安装侧（或称侧向安装结构），将太阳能电池板安装在电池板架的相应安装侧后，太阳能电池板的位置恰好位于多面柱形结构的相应侧面。

进一步地，所述电池板架设有平面框架，所述平面框架的数量至少为两个，包括上框和下框，所述上框和下框均设有用于安装太阳能电池板的外框，所述外框呈与多面柱形结构的横截面外形相似的多边形，与电池板架固定连接的太阳能电池板的上部和下部（通常为其背面邻近顶边和邻近底边的部位）分别连接在上框和下框的外框上。

进一步地，所述平面框架还设有内框或者不设有内框，所述内框位于外框内（外框包围的区域）且与外框同轴（两者的轴线重叠），内框的内缘依据使用需求，例如，在若干情形下，应能够套设在立式太阳能发电设施的立柱上。

依据实际需要，所述外框内可以不设有内框。

进一步地，同一平面框架的内框和外框之间通过若干径向连杆固定连接，同一平面框架的径向连杆在周向上等间距（等角距离）分布或者采用其他旋转对称或镜像对称的方式分布。

电源装置，设有立柱及固定安装在立柱上的太阳能电池，所述太阳能电池采用本实用新型公开的任一种柱形太阳能电池，固定套设在所述立柱上。

优选地，太阳能电池和立柱同轴（竖向轴线位于同一直线上）。

优选地，立柱的上端高于太阳能电池的上端和/或立柱的下端低于太阳能电池的下端。

本实用新型的有益效果是：将多个太阳能电池板围成一个柱形（柱面形，或称筒形），无论太阳光从哪个方向照射在这个多面柱形结构上，都能够被对应的太阳能电池板有效接收，由此提高了有效接收和利用太阳能的能力；多面柱形结构的整体性强，连接强度高，并且风能够从柱形的两侧绕开，多面柱形结构承受的风压小，有利于提高抗风能力；在强光照方向上设置晶硅（简称晶硅）太阳能电池板，在弱光照方向上设置薄膜太阳能电池板，能够更好地适应于相应侧面所受的光照特点和不同太阳能电池板的发电特性，有利于进一步提高太阳能的利用率，提高发电能力。

本实用新型的太阳能电池有利于获取和利用太阳能的能力，增大发电量，且抗风能力强，构造简单，维护方便，可用于各种适应的太阳能发电设施，特别是以立柱结构为太阳能电池的安装基础的太阳能发电/电源装置。

附图说明

图1是三棱柱太阳能电池的构造示意图；

图2是五棱柱太阳能电池的构造示意图；

图3涉及太阳能电池板在电池板架的一种安装方式的示意图（俯视）；

图4是涉及太阳能电池板在电池板架的另一种安装方式的示意图（俯视）；

图5是太阳能电源装置的构造示意图。

具体实施方式

参见图1-图5，本实用新型的柱形太阳能电池采用多块太阳能电池板10，通过电池板架30将各太阳能电池板连接为一个柱形构件（可称为多面柱形结构），呈直棱柱状，可以在多面柱形结构的所有侧面都设置太阳能电池板，也可以仅在具有一定光照强度的侧面设置太阳能电池板，例如，如在使用时将一个侧面朝向正北方，由于该方向只有散射光，为节省太阳能电池板，这个侧面可以不设太阳能电池板（参见图3）。但基于美观、防护或整体强度的考虑，可以在不设太阳能电池板的侧面设置常规板材（非太阳能电池板，例如，塑料板，或金属板）。对于这种多面柱形结构，无论阳光从哪个方向照射，照射在多面柱形结构上的光都会被太阳能电池板接收，无需设置逐日***。与太阳能电池相关的配置（例如，太阳能组件之间的连接，太阳能控制器，及，进一步地，储能装置/蓄电池等）均可依据现有技术。

作为实践中较优的实施方式，可以采用三棱柱（如图1示）、五棱柱（如图2-图4示）或六棱柱的多面柱形结构。图3和图4分别示出了实践中五棱柱结构的太阳能电池的两种较优的设置方式（图3和图4中的方向为上北下南，左东右西）。其中，图3所示实施例中的一个侧面朝向正北方向，该侧面未设太阳能电池板，与之相对的两侧面分别朝向东南和西南方向（相对东、西，更偏向南向），这两个方向的光照强度相对较高，可以采用晶硅太阳能电池板11，与朝正北方向相邻的两个侧面分别朝向东北和西北（相对北，更偏向东、西向），这两个方向的光照强度较弱，但全日光照强度相对均衡，在现有技术背景下，采用薄膜太阳能电池（例如，例如CIGS太阳能电池、GaAs太阳能电池、GaSb太阳能电池、GaInP太阳能电池及非晶硅太阳能电池）能够获得相对较高的发电能力，因此在这两个侧面设置薄膜太阳能电池板12，基于安装和使用防护上的考虑，所用的CIGS薄膜太阳能电池或其他薄膜太阳能电池也制成板状，也就是，采用太阳能电池板的形式。

图4所示实施例中的一个侧面朝向正南方向，该侧面受到的光照最强，设置适应于强光照的晶硅太阳能电池板11，其相邻的两个侧面分别朝向东南或西南方向（相对南，更偏向东、西向），可以依据使用地的具体光照特点设置晶硅太阳能电池板或者薄膜太阳能电池，其余两个侧面分别朝向东北和西北（相对东、西，更偏向北向），这两个方向的光照强度相对较低，可以设置薄膜太阳能电池板12。

相对于五棱柱，三棱柱的侧面较少，在空间占用相仿（例如，相同大小的外接圆面积）的情形下，对太阳能的利用略低于五棱柱，但构造相对简单。三棱柱构造的太阳能电池同样也可以采用两种布设方式，分别为一个侧面朝向正南或者一个侧面朝向正北。当一个侧面朝向正南时，该侧面设置晶硅太阳能电池板，另外两个侧面设置薄膜太阳能电池板；当一个侧面朝向正北时，该侧面不设太阳能电池板或者设置薄膜太阳能电池板，另外两个侧面设置晶硅太阳能电池板。

多面柱形结构的各侧面面积可以相同，也可以不同。太阳能电池板的面积应依据多面柱形结构的相应侧面的面积，基本上覆盖其所在侧面的全部面积或绝大部分面积（例如，不小于90%的面积），以获得较大的发电能力。

可以在相邻太阳能电池板之间留有缝隙，以利于透气和消减风压。

上述仅为太阳能电池板设置的部分实施方式，是示例性的。实践中，可以依据当地实际情况以及各种可供选择的太阳能电池板的发电特性适当选择。在现有技术背景下，一般而言，设置于柱形的强光照侧面（所受光照强度较强的侧面）的太阳能电池板采用晶硅太阳能电池板，设置于柱形的弱光照侧面（所受光照强度较弱的侧面）的太阳能电池板采用薄膜太阳能电池板。

依据多面柱形结构的形状特点，设置相应的电池板架进行太阳能电池板的安装，电池板架应采用与多面柱形结构相适应的外形结构，设有与多面柱形结构相对应的若干侧面安装结构，将各太阳能电池板分别安装在电池板架的相应安装侧，使太阳能电池板和电池板架连接为一体，形成相应的多面柱形结构。

电池板架设置多个平面框架，其中包括上框和下框，依据实际需要，上框和下框之间可以设置一个或多个中间框，也可以不设中间框，上框、下框和中间框（如果有的话）的基本形状（主体形状）相同，均包括外框31。通过若干竖向连杆将上框、下框和中间框（如果有的话）的外框连接为一体，形成笼状结构的电池板架，在此结构下，用于外框连接的竖向连杆位于太阳能电池板的内侧，对太阳能电池板起到一定的支撑作用。

可以在电池板架的侧面设置用于电池板安装的基板（或称安装板），将太阳能电池板安装相应的基板上。

可以在多面柱形结构的上下两端设置带孔的挡板或者用于遮挡的网，在实现透气的同时避免过大物体落入多面柱形结构内，特别是避免鸟等小动物进入多面柱形结构内。

为便于柱形太阳能电池在发电设备的立柱上的安装，外框31的内侧可以设有内框35（参见图3和图4），内框的形状（主要是内缘形状）应与所用立柱的外形相适应，适应于套设和固定在立柱上。内框可以采用短套筒结构以便采用紧固螺栓将其直接与立柱固定在一起。同一平面框架的内框和外框之间通过若干径向（水平面上与柱形/立柱的中心轴线垂直相交的直线方向）连杆32固定连接（参见图3和图4）。

也可以在电池板架上直接设置立杆38，在此情形下，平面框架上可以设置内框，也可以不设置内框。当设置内框时，将内框套设并固定在立杆上，当不设内框时，可以采用若干径向连杆直接将平面框架的外框与立杆固定连接。使用时，可以将立杆同轴（两者的轴线位于同一直线上）固定安装用作其安装基础的立柱上，作用立柱的一部分。

这种柱形太阳能电池能够很好地适应于以立柱为安装基础（太阳能电池的安装基础）的发电设施，包括本实用新型涉及的太阳能电源装置。这种太阳能电源装置中的柱形太阳能电池能够固定安装在立柱20上。在电池板架上设有内框且不设立杆的情形下，可以将太阳能电池通过电池板架上的内框套在立柱上，通过螺栓等连接件将两者固定在一起；在电池板架上设有立杆的情形下，可以将立杆同轴固定安装在立柱上，将立杆作为立柱的一部分。

同一立柱（同一电源装置）上的柱形太阳能电池通常可以是一个，但基于加工制造上的便利或标准化，当立柱的高度允许设置多个柱形太阳能电池时，也可以设置多个柱形太阳能电池，多个柱形太阳能电池上下分布，其接受阳光的效果与一个等长的柱形太阳能电池相仿。竖向上看，柱形太阳能电池可以位于立柱（包括用作部分立柱的立杆，如果有的话，下同）的中间区域，也可以设置在立柱的上部或下部。通常情况下，应使立柱的上端高于太阳能电池的上端，和/或，使立柱的下端低于太阳能电池的下端，以方便安装和维护。

作为一种优选的实施方式，所述立柱采用中空结构，或者说，其主体部分呈管状，设有竖向的中间孔道（或称管孔），该中间孔道可用于布设各种管线，例如，太阳能控制器/储能装置与太阳能电池板和风力风电机（如果设有的话）的连接线缆和用电设备与储能装置/太阳能控制器的连接线缆（适宜时）等。

所述立柱的外形可以呈圆柱形或圆台形，也可以呈棱柱（直棱柱）形/棱台（直棱台）形，例如，正四棱柱/棱台或正六棱柱/棱台，或者横截面为矩形的棱柱/棱台，或者其他旋转对称的棱柱形/棱台形。采用非圆的横截面（例如，棱柱或棱台）有助于卡箍或其他安装/连接件在立柱上的固定，制备成本略有增加，应依据实际情况适当选择。

可以在立柱的底部设置第一箱体24，第一箱体可以是独立的箱体，立柱与第一箱体固定连接，也可将立柱和第一箱体一体化，或者说，将第一箱体视为立柱底部的扩径部分，相对于立柱的主体部分***。立柱（主体部分）的管孔与第一箱体的内腔连通，以便使立柱管孔中布设的线缆能够进入第一箱体。

可以在第一箱体的侧壁上设有通风孔或者通风用的百叶窗，使用时可以依据实际需要将通风孔或百叶窗打开或关闭，以改善或保持箱体内的温度。

第一箱体的侧面设门或盖25，以便作业。

当第一箱体与立柱采用一体化结构时，所述第一箱体的顶面（顶面的外露部分）26优选为径向上内高外低的斜面，以避免积水。

可以依据实际需要设置第二箱体27，第二箱体为地下箱体，第二箱体的盖设置在地面上，当与第一箱体组成一体化箱体时（第一箱体和第二箱体可分别视为一体化箱体的地上部分和地下部分），则只需在第一箱体上设门或设盖。

可以同时设有第一箱体和第二箱体，或者仅设置第一箱体或仅设置第二箱体。在同时设有第一箱体和第二箱体的情形下，所述第一箱体与第二箱体之间有通道连通，或者采用一体化的箱体，可以将用作储能单元的蓄电池及其他电路板等适宜于设置在箱体内的元器件设置在第一箱体内和/或第二箱体内，相关电路/装置（包括电路板和电子元件、器件等）可依据现有技术配备和设置。

在同时设有第一箱体和第二箱体的情形下，所述第一箱体与第二箱体之间可以相互独立（例如，在第一箱体悬空安装在立柱上时），或者有通道连通（例如，在第一箱体支承在立柱的下方、第二箱体设置于旁边的地下时），或者采用一体化的箱体（在此情形下，可以将一体化的箱体中位于地上的部分视为第一箱体，位于地下的部分视为第二箱体）。

在寒冷地区，不适用于室外低温工作的电路和元器件可以设置在箱体内，特别是第二箱体内，有助于保温。根据实际情况，部分电路和元器件等可以设置在太阳能电池的内部空间里（如果条件允许的话），可以将部分太阳能电池板设置成门，以便作业。

立柱的底部也可以设置盘形（圆盘，或矩形盘等）底座，通过地脚螺丝将盘状底座，或者设置立柱支架或其他适应于在地面固定的立柱安装结构。

立柱的顶端可以设置风力放电机组，以提高发电能力，实现太阳能发电和风力发电的互补。所述风力发电机组优选采用垂直（指与水平面垂直，或称竖向）轴风力发电机组，可以将垂直轴风力发电机组的垂直定轴46的下端同轴安装在立柱的顶端（例如法兰连接），以实现在立柱上的安装。

所述垂直轴风力发电机组可以包括垂直（指与水平面垂直，或称竖向）定轴46、主风叶41、辅助风叶42和发电机48。所述垂直定轴可以采用中空结构以方便布线。所述发电机为外转子发电机，垂直定轴的下部作为所述发电机的定子轴，上部作为风动机的固定轴，旋转安装有轴套44。例如，所述轴套套在垂直定轴上，通过与垂直定轴之间设置的上下轴承与垂直定轴旋转连接，轴套的下端与发电机的外转子上端固定连接。

主风叶呈弧形，其上端分别固定连接在轴套的上部，下端连接发电机的外转子（包括发电机上与外转子固定连接为构件的其他件）或者固定连接在轴套的下端。主风叶的数量为多个（例如，三个），旋转对称分布。

辅助风叶安装在轴套的中部（主风叶的上下两端之间），由上下两层萨渥纽斯阻力型叶片组成，上下两层萨渥纽斯阻力型叶片固定连接且沿旋转圆周方向呈90°交叉设置，径向上位于主风叶的内侧，这种辅助风叶的设置有助于风力放电机机组的启动和稳定运行。当辅助风叶和/或主风叶在风力的推动下带动轴套旋转时，进而带动外转子旋转。

太阳能电池板、风力发电机组及相关电路均可以采用现有技术。

可以依据实际需要在立柱上设置其他装置。例如，该电源装置可以依据现有技术配置设有无线通信模块的远程监控***，可以根据实际需要将无线通信模块安装在立柱上，将无线通信模块的天线53安装在立柱上或者安装在整体体装置的顶端（例如，垂直轴风力发电机组的垂直定轴的顶端）。

可以将声报警器（喇叭或蜂鸣器）和光报警器（报警灯）安装在立柱上。

可以在立柱上和/或太阳能电池板的上沿/顶部设置驱鸟器，例如，驱鸟用的小风车55，还可以在小风车的旋转件上设置反光片。

可以在立柱上设置摄像头51，并配置相应的附设，设置远程通信装置以便进行远程摄像控制和视频数据传输，或将摄像头获取的视频数据接入远程监控***（如果设有的话），利用远程控制***的远程通信功能及本地数据处理功能进行远程摄像控制和视频数据传输，以便根据需要获取相应环境状况的视频。

本实用新型公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。

Claims (10)

1.柱形太阳能电池，其特征在于采用多面柱形结构，多面柱形结构的外形轮廓呈棱柱状，其全部或大部分侧面上均设有平板状的太阳能电池板，设有太阳能电池板的侧面相互邻接，设置于多面柱形结构的强光照侧面的太阳能电池板为晶硅太阳能电池板，设置于多面柱形结构的弱光照侧面的太阳能电池板为薄膜太阳能电池板。

2.如权利要求1所述的柱形太阳能电池，其特征在于所述多面柱形结构的各侧面中，有且只有一个侧面不设太阳能电池板。

3.如权利要求1所述的柱形太阳能电池，其特征在于所述多面柱形结构的外形轮廓呈三棱柱状，其两个或三个侧面上设有太阳能电池板。

4.如权利要求1所述的柱形太阳能电池，其特征在于所述多面柱形结构的外形轮廓呈五棱柱状，其四个或五个侧面上设有太阳能电池板。

5.如权利要求2所述的柱形太阳能电池，其特征在于不设太阳能电池板的侧面朝向正北方向。

6.如权利要求1-5中任一项所述的柱形太阳能电池，其特征在于所述多面柱形结构设有适形的电池板架。

7.如权利要求6所述的柱形太阳能电池，其特征在于所述电池板架采用框架结构，设有分别对应于各太阳能电池板的安装侧，所述太阳能电池板安装在各自对应的安装侧。

8.如权利要求7所述的柱形太阳能电池，其特征在于所述电池板架设有平面框架，所述平面框架的数量至少为两个，包括上框和下框，所述上框和下框均设有用于安装太阳能电池板的外框，所述外框呈与多面柱形结构的横截面外形相似的多边形，与电池板架固定连接的太阳能电池板的上部和下部分别固定连接在上框和下框的外框上。

9.太阳能电源装置，设有立柱及固定安装在立柱上的太阳能电池，其特征在于所述太阳能电池采用权利要求1-8中任一项所述的柱形太阳能电池，固定套设在所述立柱上。

10.如权利要求9所述的太阳能电源装置，其特征在于立柱的上端高于太阳能电池的上端和/或立柱的下端低于太阳能电池的下端。