CN2882107Y - 全反射聚光光伏发电装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种全反射聚光光伏发电装置，主要由数块平面镜安装在一个钢架的底部，钢架顶部安装一排太阳能电池组件，钢架上安装一套自动跟踪太阳光线的传感器和电控***，通过传感器自动跟踪太阳光线将信号传送至太阳光线电控***，并由电控***控制驱动机构带动钢架转动，使太阳光线始终垂直电池板的平面，钢架底部的平面镜与钢架顶部的太阳能电池组件形成角度，此角度使照射到平面镜的光线反射到太阳能电池组件上发电。此装置结构简单、制造成本低、聚光倍数高、规模可大可小、稳定性高，通过普通的平面镜获取数倍太阳光照射到太阳能电池组件上，使单位面积的太阳能电池组件发出更多的电能，提高太阳能光伏发电的性价比。

Description

全反射聚光光伏发电装置
技术领域
本实用新型属于太阳能利用技术领域，涉及一种光伏发电装置，特别是指一种全反射聚光光伏发电装置。
背景技术
60年代光伏发电***进入空间应用，70年代进入了地面应用，90年代后期到本世纪初，世界市场出现了供不应求的局面，发展更加迅速，以平均每年约30％-40％的速度飞速发展。可以说，太阳能光伏发电技术和光伏产业正在腾飞，预测今后10年太阳能电池组件的产量将以每年30％甚至更高的递增速度发展，到2010年总装机容量将达到18GW。目前光伏发电***的应用已从军事、航天等特殊应用领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门。据专家预测，到本世纪中叶，太阳能光伏发电将达到世界总发电量的15％-20％，成为人类的基础能源之一。
在光伏发电的发展过程中，使用成本过高一直是制约其迅速推广应用的关键因素。其重要原因之一是：用于生产太阳能电池的半导体材料价格昂贵，消耗量大，导致以太阳能电池为核心的光伏发电***的成本难以大幅度降低。世界各国的科学家们一直在尝试通过跟踪聚光的方法，增加太阳能电池所接受的太阳光照射强度，使得同样数量的半导体材料产生更多的电能，而增加的跟踪聚光部件的价格远低于所节约的半导体材料价格，从而大幅度降低光伏发电***的成本。
自动跟踪太阳的聚光光伏发电***的研究引起了世界各国的广泛重视，已经成为太阳能利用技术的研究热点之一。根据使用的聚光器不同，聚光光伏发电***可以划分为点聚焦(典型的是菲涅尔透镜)、线聚焦(典型的是抛物线反射槽和线聚焦菲涅尔透镜)、面聚焦等，近几年又出现了拱形线聚焦菲涅尔透镜的应用***。主要跟踪方式：时钟式或机械式自动跟踪、使用计算机技术控制跟踪、使用太阳光传感器实现精密跟踪、计算机技术和传感器相结合实现精密跟踪。根据聚光倍数的高低，一般可以分为低倍和高倍聚光光伏发电***。美国、西班牙、澳大利亚、俄罗斯等国在该领域的研究已达到了较高的水平。
近几年来，高效率、高性价比的单结或多结太阳能电池的记录频频被打破；抛物线槽式反射聚光器、碟式反射聚光器、线聚焦或点聚焦菲涅尔透镜聚光器、不同形式的玻璃透镜聚光器纷纷亮相；传感器控制、时钟控制、计算机控制、液体控制等各种单轴或双轴自动跟踪控制电路难分高下；风冷、水冷等主被动散热手段不分伯仲……相信各种新技术、新手段还会不断涌现。各种技术百家争鸣，优胜劣汰，很难说那种技术代表着新的发展趋势，但这也许正是跟踪聚光光伏发电***产业化的前奏。然而无论这些技术手段如何变化，提高性能价格比和可靠性、实用性始终是共同的发展趋势，能否被市场接受是最终的检验标准。
国内对于该项目的研究水平与国外的先进水平相差甚远，大多因为存在技术缺陷、价格昂贵、可靠性低而难于普及和推广，始终停留在实验室或试生产阶段，均未实现规模化应用。
目前，得到应用的主要是固定安装、不聚光的普通太阳能光伏发电***，其成本依然很高。市场上虽然出现一些聚光光伏发电***，但是因存在聚光倍数低(2倍以下)或采用抛物线镜面成本高，使得其性价比不高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种制造成本低、聚光倍数高、规模可大可小的、稳定性高的全反射聚光光伏发电装置。
为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：
全反射聚光光伏发电装置，主要由数块平面镜安装在一个钢架的底部，钢架顶部安装一排太阳能电池组件，钢架上安装一套自动跟踪太阳光线的传感器和电控***，通过传感器自动跟踪太阳光线将信号传送至太阳光线电控***，并由电控***控制驱动机构带动钢架转动，使太阳光线始终垂直电池板的平面，钢架底部的平面镜与钢架顶部的太阳能电池组件形成角度，此角度使照射到平面镜的光线反射到太阳能电池组件上发电。
上述传感器固定在钢架上，随着钢架转动，传感器采集太阳光线，并把信号传给电控***，电控***主要由时钟控制和传感控制组成，电控***控制钢架的驱动机构，使钢架及其上的太阳能电池板组件自动跟踪太阳光线，确保太阳光线始终在垂直电池板的平面上。
上述驱动机构主要由电机和减速器、轴承座、传动轴组成，电控***接受传感器的跟踪信号控制电机工作，由电机通过减速器驱动传动轴转动，带动钢架及其上的太阳能电池板组件跟踪太阳光线转动，使太阳光线始终在垂直电池板的平面上。
上述全反射聚光光伏发电装置中配设防大风保护装置，在大风气候(8级以上大风)，***可驱动保护装置，确保机器安全。防大风保护装置具体为具有卡槽的固定架，此卡槽卡制在钢架上，使钢架定位而不可转动。
上述太阳能电池组件由一排首尾相连的太阳能电池板排列组成。
上述平面镜与太阳能电池组件相对应，相邻平面镜和相邻太阳能电池板之间均留有可使风穿过的缝隙，以具有抗风作用。
采用上述结构后，本实用新型与现有技术相比结构简单，制造成本低，规模可大可小，稳定性高，通过普通的平面镜获取数倍太阳光照射到太阳能电池组件上，聚光倍数高(3～7倍)，从而使单位面积的太阳能电池组件发出更多的电能，提高太阳能光伏发电的性价比。
附图说明
图1是本实用新型中装配结构图；
图1-1是图1的侧视图；
图2是本实用新型具有两块平面镜的实施例原理图；
图3是本实用新型具有四块平面镜的实施例原理图；
图4是本实用新型具有六块平面镜的实施例原理图；
图5是本实用新型具有八块平面镜的实施例原理图。
具体实施方式
请参阅图1、1-1所示，本实用新型的全反射聚光光伏发电装置，主要由数块平面镜1安装在一个钢架2的底部。
钢架2顶部安装太阳能电池组件3，此太阳能电池组件3可以由一排首尾相连的太阳能电池板排列组成。
钢架2上安装一套自动跟踪太阳光线的传感器4和电控***(图中未示出)。所述传感器4和电控***为现有技术运用于本实用新型中，故其结构不做细述，传感器4是固定在钢架2上，是随着钢架2转动，通过传感器4自动跟踪太阳光线，采集太阳光线，并把信号传给电控***。电控***主要由时钟控制和传感控制组成，电控***控制驱动机构5工作。驱动机构5属于现有技术，其具体结构有多种，本文所示驱动机构5主要由电机51和减速器52、轴承座54、传动轴53组成，电控***接受传感器4的跟踪信号控制电机51工作，由电机51通过减速器52驱动传动轴53转动，带动钢架2转动，使其上的太阳能电池板组件3自动跟踪太阳光线，确保太阳光线始终在垂直电池板的平面上。
配合图2-5所示，钢架2底部的平面镜1与钢架2顶部的太阳能电池组件3(即电池板)形成一定的角度，此角度使照射到平面镜1的光线反射到太阳能电池组件3上发电。
为了防风、抗风，保证装置的安装工作，本实用新型还可以配设防大风保护装置6，在大风气候(8级以上大风)，***可驱动保护装置6，确保机器安全。防大风保护装置6的具体也有多种形式，本文所示为具有卡槽61的固定架，此卡槽61卡制在钢架2上，使钢架2定位而不可转动。另外，平面镜1与太阳能电池组件3相对应，相邻平面镜1之间均留有可使风穿过的缝隙，相邻太阳能电池板之间均留有可使风穿过的缝隙，以具有抗风作用。
图2-5为具有不同数量平面镜1的聚光光伏发电装置的原理图。
本实用新型实施时，平面镜1的块数是根据当地太阳的最大辐射强度Q1，选定太阳能光伏电池板的辐射强度Q2及尺寸宽度b，由Q2/Q1＝i得出可采用的聚光比i，由聚光比取整数，可确定平面镜1的片数N＝[i](聚光比i取整数)。根据平面镜1的片数N，估算钢架2底部的宽度，选取电池板与钢架2槽底的高度h。
结合图3所示，根据光线在平面镜1的反射规律，由作图法确定平面镜1与太阳能电池板的相对位置：
太阳能电池板宽度b＝AB，电池板与钢架2槽底的高度h＝AC，由于垂直太阳能电池板的光线被电池板挡住，从C点开始放置平面镜1，在平面镜1上C点的反射光线应投射到电池板B处，根据光线在平面镜1反射规律，由入射光线AC、反射光线CB和平面镜1的入射点C，可确定平面镜1的放置角度∠JCD，作AD//BC，就可求出平面镜1的宽度CD。为了减小受风面积，第二块平面镜EF与第一块平面镜CD之间留有漏风缝隙DE，同理，可求得第二块平面镜EF的位置，由对称关系可求得第三块平面镜PR和第四块平面镜TS的位置。
所得到的聚光比i＝2×(JC+GE)÷AB。
本实用新型结构简单，维护方便，规模可大可小，应用聚光、跟踪技术降低光伏发电***成本。与现在较普及的固定式太阳能光伏发电***相比有许多优点，如半导体材料用量少、光电转换效率高等。太阳能电池一直是光伏发电***中的关键部件，是性能价格比的决定因素。如果使用普通的光伏发电***，要获得更多的电能就必须使用更多的太阳能电池。而在使用同样数量半导体材料的情况下，采用聚光、跟踪等技术可以比普通光光伏发电***获得数倍的电能，相当于用普通的材料代替昂贵的半导体材料，使获取同样电能所使用的太阳能电池的面积减少若干倍。该装置如配置充放电控制及逆变装置、蓄电装置就可供电，不受区域限制。

Claims (7)

1、全反射聚光光伏发电装置，其特征在于：主要由数块平面镜安装在一个钢架的底部，钢架顶部安装一排太阳能电池组件，钢架上安装一套自动跟踪太阳光线的传感器和电控***，通过传感器自动跟踪太阳光线将信号传送至太阳光线电控***，并由电控***控制驱动机构带动钢架转动，使太阳光线始终垂直电池板的平面，钢架底部的平面镜与钢架顶部的太阳能电池组件形成角度，此角度使照射到平面镜的光线反射到太阳能电池组件上发电。
2、如权利要求1所述的全反射聚光光伏发电装置，其特征在于：传感器固定在钢架上，传感器采集太阳光线，并把信号传给电控***，电控***主要由时钟控制和传感控制组成，电控***控制钢架的驱动机构，带动钢架及其上的太阳能电池板组件自动跟踪太阳光线，使太阳光线始终在垂直电池板的平面上。
3、如权利要求1所述的全反射聚光光伏发电装置，其特征在于：驱动机构主要由电机和减速器、轴承座、传动轴组成，电控***接受传感器的跟踪信号控制电机工作，由电机通过减速器驱动传动轴转动，带动钢架及其上的太阳能电池板组件跟踪太阳光线转动，使太阳光线始终在垂直电池板的平面上。
4、如权利要求1所述的全反射聚光光伏发电装置，其特征在于：整个装置中还配设防大风保护装置。
5、如权利要求4所述的全反射聚光光伏发电装置，其特征在于：防大风保护装置为具有卡槽的固定架，此卡槽卡制在钢架上，使钢架定位。
6、如权利要求1所述的全反射聚光光伏发电装置，其特征在于：太阳能电池组件由一排首尾相连的太阳能电池板排列组成。
7、如权利要求1所述的全反射聚光光伏发电装置，其特征在于：平面镜与太阳能电池组件相对应，相邻平面镜和相邻太阳能电池板之间均留有可使风穿过的缝隙。
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