CN2758977Y - 板状太阳能发电模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种板状太阳能发电模块，为一种矩形层状结构，最下一层为隔热层，隔热层上紧贴的是平面底板，平面底板上架设有边框，长金属条活动穿过边框与太阳能跟踪机构相连，条形光电池固设于长金属条上，平面底板上间隔竖立有双面反光板，每条光电池夹设于两块双面反光板之间，双面反光板上盖设有作为菲涅尔透镜的透明盖板。由于光电池与透明盖板的距离等于菲涅尔透镜的焦距，太阳光经过聚焦，可减少昂贵的光电池的面积，节省了发电成本。本实用新型从透明盖板到隔热层、以及边框，整体结构可以做得较薄，可以通过组合安装形成对建筑物的遮盖作用并且基本不影响建筑物外形。而且对太阳光的跟踪为直线运动，简单可靠。

Description

板状太阳能发电模块

技术领域

本实用新型涉及一种能够收集并利用太阳能的装置。

背景技术

目前，公知的太阳能发电装置，有非聚光型与聚光型之分。非聚光型的太阳能装置采用太阳光直接照射或仅透过透明盖板照射在工作面或通过反射镜反射到工作面而发电和获取热量，例如中国专利申请号02113225.9的太阳能建筑构件板和00244037.7的建筑用太阳能光电板。聚光型的太阳能装置通过透镜或反射镜聚焦太阳能之后进行发电或获取热量，或组合使用透镜，反射镜，光纤等光学器件会聚太阳能后进行发电或获取热量再进行热发电，例如中国专利申请号03123316.3的平面太阳能聚光电源模块，就是使太阳能聚光后用光伏电池将太阳能转化为电能。太阳能光伏电池的综合发电成本大大高于常规发电成本，这是影响其大规模推广应用的主要原因。而太阳能光伏电池(常用硅光电池)价格高昂，生产成本又很难得到大幅度下降，成为发电成本高昂的关键因素。因此，用较为廉价的光学构件聚集太阳能，而减少昂贵的太阳能电池的用量，是解决太阳能电池发电高成本的方向之一。特别是太阳能应用于民用建筑时，既要利用太阳能发电以获得清洁能源，又要保持建筑物外观，还需考虑经济性。对于这些要求，也出现了一些专利，如中国专利申请号02113225.9的太阳能建筑构件板构造简单，性能可靠，占地面积小，但没有采用聚光组件，使单位发电能力的基本投资大，综合发电成本高。中国专利申请号03123316.3的平面太阳能聚光电源模块的单位发电能力的基本投资较小，综合发电成本较低，但使用中平面太阳能聚光电源模块需要每天变换角度以跟踪太阳，无法有效地对建筑起遮盖作用。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种板状太阳能发电模块，该板状太阳能发电模块单位发电成本低于非聚光型太阳能发电模块，又同时保持传统屋顶构件或外墙构件的遮盖作用，并且基本不影响建筑物外形。

本实用新型的技术方案是这样的：板状太阳能发电模块，设有平面底板、设于平面底板上的边框，架设于边框上的至少两条长金属条、分别固设于长金属条上的条形工作面、设于上述边框顶部且位于条形工作面上方的条状线聚焦菲涅尔透镜，上述平面底板与上述条状线聚焦菲涅尔透镜相平行，上述条形工作面与上述条状线聚焦菲涅尔透镜的距离接近于上述条状线聚焦菲涅尔透镜的焦距；上述边框四个边板为反光面朝内的单面反光板，上述长金属条活动架设于上述边框上，且上述长金属条的一端伸出上述边框外与公知的太阳能跟踪机构相连；上述条状线聚焦菲涅尔透镜为上表面为光滑平面、下表面为多组锯齿状直槽、锯齿形状按一定规律分布而形成多个形状相同且互相平行的线聚焦菲涅尔透镜的透明盖板。

上述透明盖板和上述平面底板之间等距离竖立有两端分别连接于上述边框上且反光面垂直于上述透明盖板和上述平面底板的双面反光板，上述各长金属条活动穿过上述各双面反光板，上述每一条条形工作面分别置于两块双面反光板之间。

上述各双面反光板为同样大小的长方形板。

上述平面底板的下底部紧贴设有隔热层。

上述条形工作面包括散热板和固定于散热板上的由若干个光电池串联而成条状的条形光电池。

上述透明盖板和上述平面底层及上述隔热层互相平行，两边对齐，称为左右侧，另两边称为前后侧，上述透明盖板在后侧方向设有比上述平面底层和上述隔热层更长的延伸部，在上述隔热层下面与上述透明盖板对齐的两边各有一条突起的斜坡面，斜坡面的高度与上述透明盖板厚度相等，长度与上述隔热层长度相等。

上述条形光电池置于两条上述双面反光板之间，固定于至少两条长金属条上。条形光电池长度略小于上述双面反光板的长度，其宽度为两块双面反光板之间的距离的1/3到1/30。

本实用新型板状太阳能发电模块，可以安装在建筑物的顶部或其他有充足日照的位置，如外墙，阳台。也可以安装在独立的支架上，例如公共汽车候车亭或太阳能电池充电站的专用架子上。在有阳光的时候，阳光经透明盖板上的各个形状相同且互相平行的线聚焦菲涅尔透镜聚焦，焦线光斑落在条形光电池的移动平面上。太阳光跟踪机构带动长金属条使光电池在与透明盖板具有固定距离的平面上移动，跟踪焦线的位置变化，在白天的主要日照时段(如上午9时至下午3时)使焦线光斑落在光电池上。由于光电池与透明盖板的距离等于菲涅尔透镜的焦距，这一位置的焦线光斑面积最小，这可以保证光电池所需面积最小。由于透明盖板的防护作用，使光电池及其他可动部件不受风雨影响，能够可靠工作，易于保持准确位置而不必消耗太多能量，且所用的机械传动和动力装置都可以小型化，太阳光经过聚焦，可减少昂贵的光电池的面积，节省了发电成本。本实用新型中每条光电池都夹设于两块双面反光板之间，可增加聚光效果，提高发电效率。本实用新型从透明盖板到隔热层、以及边框，整体结构可以做得较薄，可以通过组合安装形成对建筑物的遮盖作用并且基本不影响建筑物外形。组合安装时，透明盖板一侧的延伸部可以遮盖住连接部位，加强防雨功能，而且对太阳光的跟踪为直线运动，简单可靠。

附图说明

图1为板状太阳能发电模块光电池排列图；

图2为板状太阳能发电模块各层关系图；

图3为板状太阳能发电模块剖面图；

图4为板状太阳能发电模块左视图；

图5为透明盖板A局部放大图；

图6为多模块组合安装示意图；

图7为图6中B局部放大剖面图；

图8为图7的C-C剖面视图。

具体实施方式

本实用新型板状太阳能发电模块，如图1、2、3、4、5所示，为矩形多层结构，最底层为隔热层6，紧贴叠设于隔热层6上的为刚性材料制成的平面底板4，平面底板4上架设有外侧边与平面底板4相齐平的边框7，双面反光板2平行间隔竖立于平面底板4上，双面反光板2为大小相同的长方形板，且高度与边框7相同，且每块双面反光板2的两端分别固定在边框7上，盖设在双面反光板2上的为最上层的矩形状透明盖板1，透明盖板1上表面11为光滑面，下表面12为有若干组锯齿状直槽，使透明盖板1形成若干相互平行，宽度相等的线聚焦菲涅尔透镜。各双面反光板2的间隔宽度与透明盖板1上的每一个线聚焦菲涅尔透镜的宽度相等。每块双面反光板2的底部相同位置都有至少2个小孔10，与小孔10相对应的，边框7与双面板光板相平行的两个侧面也分别设有小孔，每条长金属条5分别穿过所有双面反光板2上处于相同位置的小孔10，两端通过边框7上的同样位置的小孔向外伸出，与公知的太阳光跟踪机构相连，通过太阳光跟踪机构牵引长金属条5跟踪太阳移动。每两块双面反光板2之间有一条形工作面3与至少2条长金属条5正交排列，工作面3固定有条形光电池8，条形光电池8是由若干个光电池串联而成条状且固定在散热板9上面。散热板9经适当绝缘，固定在长金属条5上。

如图4所示，透明盖板1和平面底板4及隔热层6互相平行，两边对齐，称为左右侧，另两边称为前后侧，透明盖板1在后侧方向设有比平面底板4和隔热层6更长的延伸部111，以便组合安装时覆盖相邻的位置较低的模块，增加防雨能力。如图8所示，在隔热层6下面与透明盖板1对齐的两边各有一条突起的斜面17，斜面17的高度与透明盖板1厚度相等，长度与平面底板4长度相等。

如图6、7、8所示，若干片板状太阳能发电模块16组合安装，构成一个较大的太阳能发电模块阵列，在发电的同时可作为建筑顶部或外墙的构件，或独立使用。先构筑一个由垂直相交的金属构件组成的金属框架14，形成纵横排列的方格。每个方格的尺寸适合安装一片板状太阳能发电模块16。金属框架14可以固定在屋顶位置或光照充足的墙面位置(例如西墙)，或是独立安装在其他适宜地方。在金属框架14上将平面太阳能发电模块16逐一安装，横向相邻模块的对应长金属条5互相连接，最旁边的一片模块的长金属条5接到太阳光跟踪机构。例如，与一根安装在轴承座上的可旋转刚性圆杆15通过板牙和齿轮相接，圆杆1由自动控制装置控制其正反向转动。圆杆15及自动控制装置控制也固定在金属框架14上，并覆盖防雨。

纵向相邻的模块安装时，上面的模块伸出的透明盖板的延伸部111盖住下面的模块，重叠处用防水材料密封，如此构成一组纵向组合模块。

两组纵向组合模块之间有防水密封垫，上面覆盖压条13，压条13跨压接缝及两组模块的盖板边缘，用螺栓紧固在金属框架14上。如此构成一个纵横阵列的组合模块。

为了有效利用太阳能和有利于雨水下泻，组合安装时使金属框架14平面与水平面形成一定角度。在金属框架14纵向(高度差较大的方向)上，两排相邻模块16共用一条压条13和防水衬垫18，用螺栓固定在金属框架14上。利用设于隔热层6下面与透明盖板1对齐的两边的突起的斜面17使模块16平贴在金属框架14的纵向梁上，纵向相邻的两模块16由较高一块的透明盖板的后侧延伸部与较低的一块的前侧重叠，重叠处19施用防水材料。这样，可以构成固定的整片屋顶，与原有建筑物外形基本相同。

组合安装时，可以共用太阳光跟踪装置。此时可以将若干片横向相邻模块的长金属条一一对接，形成一组模块，最后才接到太阳光跟踪装置。一套太阳光跟踪装置可以同时与若干组模块上的长金属条相接，可以控制多组模块上的工作面的移动，使太阳能发电的综合成本降低。

条形光电池8的正极与负极分别连接到正极连线和负极连线，正极连线和负极连线分别绝缘，附着在长金属条5上通到模块外接入总线，与用电设备或蓄电池相连。

板状太阳能发电模块阵列上下边缘为解决密封防水与散热问题，可以根据不同情况采用自然通风或强制通风换热。例如，对竖直安装于外墙的阵列，若不考虑回收热量，可以采用自然通风方式，利用空气自然对流达到散热目的。这时模块上下侧边框须除去，并需在模块阵列上下边缘安装遮雨板。对于安装在水平屋顶或小坡度屋顶的情况，无法利用自然对流散热，光电池下的散热元件为换热管，各换热管端口连接在垂直相交的进水管和出水管上。进水管和出水管由反光板底部小孔穿过，横向相邻的模块进水管和出水管分别刚性接连。处于两侧的进水管和出水管端口先连接一段硅橡胶管，再与固定的进水总管和出水总管分别相连。这样，在光电池跟踪太阳光的时候，连成一体的换热管，进水管和出水管也一起移动。这样的散热方式可以同时回收热量。

由于盖板上线聚焦菲涅尔透镜的聚焦角度过大时将使透镜边缘部分的光损失增大，所以当需要使模块的厚度减小时，不宜采用增大聚焦角度以缩短焦距的方法，可以采用以下方法避免光损失：在底板上覆盖反光镜，并将原来位于双面反光镜底部的小孔改为位于双面反光板上部。长金属条仍从小孔穿过，但工作面朝下接收从底板反射上来的聚焦太阳能，散热元件处于光电池与长金属条之间，三者仍固定在一起由长金属条接到太阳光跟踪装置。这种方法对于工作面宽度小于反光板间距离的1/6的情况可以避免光损失的增大，但在太阳光跟踪装置失灵的时候聚焦的太阳光易损坏盖板。

Claims (7)

1、板状太阳能发电模块，设有平面底板、设于平面底板上的边框，架设于边框上的至少两条长金属条、分别固设于长金属条上的条形工作面、设于上述边框顶部且位于条形工作面上方的条状线聚焦菲涅尔透镜，上述平面底板与上述条状线聚焦菲涅尔透镜相平行，上述条形工作面与上述条状线聚焦菲涅尔透镜的距离接近于上述条状线聚焦菲涅尔透镜的焦距；其特征在于：上述边框四个边板为反光面朝内的单面反光板，上述长金属条活动架设于上述边框上，且上述长金属条的一端伸出上述边框外与公知的太阳能跟踪机构相连；上述条状线聚焦菲涅尔透镜为上表面为光滑平面、下表面为多组锯齿状直槽、锯齿形状按一定规律分布而形成多个形状相同且互相平行的线聚焦菲涅尔透镜的透明盖板。

2、根据权利要求1所述的板状太阳能发电模块，其特征在于：上述透明盖板和上述平面底板之间等距离竖立有两端分别连接于上述边框上且反光面垂直于上述透明盖板和上述平面底板的双面反光板，上述各长金属条活动穿过上述各双面反光板，上述每一条条形工作面分别置于两块双面反光板之间。

3、根据权利要求2所述的板状太阳能发电模块，其特征在于：上述各双面反光板为同样大小的长方形板。

4、根据权利要求1所述的板状太阳能发电模块，其特征在于：上述平面底板的下底部紧贴设有隔热层。

5、根据权利要求1所述的板状太阳能发电模块，其特征在于：上述条形工作面包括散热板和固定于散热板上的由若干个光电池串联而成条状的条形光电池。

6、根据权利要求1或4所述的板状太阳能发电模块，其特征在于：上述透明盖板和上述平面底层及上述隔热层互相平行，两边对齐，称为左右侧，另两边称为前后侧，上述透明盖板在后侧方向设有比上述平面底层和上述隔热层更长的延伸部，在上述隔热层下面与上述透明盖板对齐的两边各有一条突起的斜坡面，斜坡面的高度与上述透明盖板厚度相等，长度与上述隔热层长度相等。

7、根据权利要求2或5所述的板状太阳能发电模块，其特征在于：上述条形光电池置于两条上述双面反光板之间，固定于至少两条长金属条上。条形光电池长度略小于上述双面反光板的长度，其宽度为两块双面反光板之间的距离的1/3到1/30。

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