專利名稱：蝶形反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光伏發(fā)電裝置，特別是一種蝶形反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)，屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，地球上傳統(tǒng)常規(guī)能源的開采和使用已經(jīng)達到了高峰，資源有限性和環(huán)境污染加劇越來越制約著經(jīng)濟的長期穩(wěn)定發(fā)展，能源結(jié)構(gòu)必將發(fā)生根本性變革。這促使人類去研究開發(fā)新的替代能源。太陽能是一種極為豐富的清潔能源，地球每年接受的太陽能總量為1×1018kwh，是世界年耗總能量的一萬多倍。太陽光伏發(fā)電技術(shù)能將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能，因而是最有應(yīng)用前景的太陽能利用方式之一，將成為未來基礎(chǔ)能源的重要組成部分。近幾年來，我國太陽能光伏組件產(chǎn)量幾乎是以每年翻番的速度增長，但太陽能光伏技術(shù)開發(fā)和利用的水平不僅遠低于發(fā)達國家，也落后于印度、巴西等發(fā)展中國家。盡管我國有著很好的太陽能資源和光伏電池制造能力，但是太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的整體水平與發(fā)達國家還有很大的差距，一是太陽能電池所使用的晶體硅原料的生產(chǎn)依賴進口，原料緊缺，目前乃至今后很長一段時期成本下降的空間較小，二是太陽能光伏系統(tǒng)應(yīng)用還很少。
常規(guī)的光伏發(fā)電系統(tǒng)一般是將太陽能電池固定安裝，價格居高不下，難以迅速推廣和普及。根據(jù)太陽能電池在一定條件下輸出的電流與接受的光照強度成正比增加而又不至于影響光伏電池壽命的特性，人們開始研究采用聚光和跟蹤技術(shù)，希望在獲得同樣電能的情況下，減少太陽能電池的用量，而增加的跟蹤聚光的成本遠低于所節(jié)約的太陽能電池的成本相當于用普通的金屬玻璃等材料代替昂貴的半導體材料。德國、美國、西班牙、澳大利亞等國都分別開發(fā)了菲涅爾透鏡聚光、反射聚光等各種聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)，現(xiàn)有折射聚光的缺點是光強均勻性較差，透過率難以提高，制造成本較高，大型拋物面反射聚光的缺點是拋物面反射鏡制造難度大，成本較高，反射鏡容易破碎，機構(gòu)整體防風性能差。這些均導致整套系統(tǒng)性價比提高不明顯，使得聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢難以體現(xiàn)。到目前為止，僅有少量試驗、示范性質(zhì)的聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)投入運行。
在申請?zhí)枮?00520076826.2、名稱為“槽式反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)”的發(fā)明專利中，申請人公開了一種采用普通太陽能電池和易于加工的跟蹤驅(qū)動機構(gòu)的槽式反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)，具有較高的實用價值。但申請人經(jīng)過進一步研究發(fā)現(xiàn)上述技術(shù)方案中還存在以下不足之處(1)聚光比較小，雖能節(jié)約50％的太陽能電池，但是經(jīng)濟效益還不是特別明顯；(2)反射鏡利用率仍不夠高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提出一種采用易于制造、成本低廉的聚光器，可提高聚光比、反射鏡利用率和防風性能的蝶形反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)，從而進一步提高其性價比。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種蝶形反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括太陽能電池組件陣列、安裝太陽能電池組件陣列的支架和自動跟蹤太陽系統(tǒng)，所述自動跟蹤太陽系統(tǒng)主要由驅(qū)動太陽能電池組件陣列及其支架運動的驅(qū)動機構(gòu)、控制驅(qū)動機構(gòu)運動的跟蹤控制電路、向跟蹤控制電路輸送信號的太陽光傳感器組成，其改進之處在于還包括平面反射鏡陣列及其框架；所述反射鏡陣列由至少四列反射鏡組成，分成兩組，向兩側(cè)伸展，呈蝶形對稱安裝在框架中心線兩側(cè)；所述框架與所述支架固定連接；所述太陽能電池組陣列也分成兩組，對稱安裝在所述支架中心線兩側(cè)；每列反射鏡反射的光線照射到對應(yīng)一側(cè)的太陽能電池陣列上，且照射寬度與被照射的太陽能電池陣列寬度相等。
本發(fā)明沒有采用菲涅爾透鏡、拋物面反射鏡等制造難度較大的聚光鏡，而是采用常見的平面反射鏡，通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得每列反射鏡反射的光線都均勻地照射到對應(yīng)一側(cè)的太陽能電池陣列上，照射光線的寬度與該太陽能電池陣列的寬度相等，從而實現(xiàn)聚光功能，具有制造簡單、價格低廉的顯著優(yōu)點。
此外，已有技術(shù)中的兩組太陽能電池組件陣列平行并排放置，反射鏡陣列需要有較大的曲度，因而反射鏡的利用率較低。而本發(fā)明中的兩組太陽能電池組件陣列對稱安裝在支架中心線兩側(cè)，呈一定的夾角(0-180°)，使反射鏡陣列曲度減小，理論上充分利用的反光面，因此提高了反射鏡的利用率。
這樣，與固定式光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，本發(fā)明通過采用易于制造、成本低廉的聚光器跟蹤太陽，增加了太陽能電池所接受的太陽光照射強度，在獲得同樣電能的情況下，太陽能電池的用量僅為固定式光伏發(fā)電系統(tǒng)的幾分之一，而增加的跟蹤聚光機構(gòu)的成本遠低于所節(jié)約的太陽能電池的成本，因此顯著降低了總體成本，提高了性價比。
值得一提的是本發(fā)明的蝶形反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)中，反射鏡陣列分成兩組，對稱安裝在框架中心線兩側(cè)，形同蝶翼，不僅工整美觀，而且其框架支架結(jié)構(gòu)自然留出較大穿風空檔，反射鏡陣列也形成適當縫隙，顯著增強了系統(tǒng)的抗風性能。另外，由于太陽能電池組件被照射面朝下安置，因此可以避免灰塵、鳥糞等污物在被照射面上堆積，不會形成熱斑，從而避免出現(xiàn)熱島效應(yīng)，可延長太陽能電池組件的壽命。換言之，可發(fā)更多的電，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益。
總之，與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，本發(fā)明以十分合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)了聚光器結(jié)易于制造、成本低廉的目的，并且整套系統(tǒng)的聚光比、反射鏡利用率和防風性能均有大幅度提高，可進一步提高性價比，有利于光伏發(fā)電系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。


下面結(jié)合附圖和典型實施例對本發(fā)明做進一步說明。
圖1為本發(fā)明的實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1的側(cè)視圖。
圖3為圖1實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為圖1實施例的支撐機構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明的光學原理示意圖。
圖6為圖1實施例的集成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為本發(fā)明實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為圖7實施例的方位角跟蹤機構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
實施例一如圖1、圖2、圖3所示，本實施例的蝶形反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能電池組件陣列1、安裝太陽能電池組件陣列1的支架2和自動跟蹤太陽系統(tǒng)。所述自動跟蹤太陽系統(tǒng)主要由驅(qū)動太陽能電池組件陣列1及其支架2運動的驅(qū)動機構(gòu)3、控制驅(qū)動機構(gòu)3運動的跟蹤控制電路、向跟蹤控制電路輸送信號的太陽光傳感器組成(相關(guān)內(nèi)容在本專利申請人以前已經(jīng)公開的有關(guān)專利申請中有詳細介紹，不另贅述)。此外，還包括平面反射鏡陣列4及其框架5；所述反射鏡陣列4由至少四列反射鏡組成，分成兩組，向兩側(cè)伸展，呈蝶形對稱安裝在框架5中心線兩側(cè)。框架5與支架2固定連接；太陽能電池組陣列1也分成兩組，對稱安裝在支架2中心線兩側(cè)(參見圖5)；每列反射鏡反射的光線照射到對應(yīng)一側(cè)的太陽能電池陣列1上，且照射寬度與被照射的太陽能電池陣列1寬度相等。
為了使得每列反射鏡反射的光線照射到對應(yīng)一側(cè)的太陽能電池陣列上，且照射光線的寬度與該太陽能電池陣列的寬度相等，在框架5根據(jù)幾何計算制成特定形狀的基礎(chǔ)上，必要時，反射鏡角度應(yīng)當可以調(diào)整。
如圖2所示，本實施例的系統(tǒng)中還包括安裝架12，太陽能電池陣列1及其支架2、反射鏡陣列4及其框架5組成的聚光太陽能電池部件通過主軸6鉸支在安裝架12兩端，該主軸與驅(qū)動機構(gòu)3銜接，具體鉸支結(jié)構(gòu)如圖4所示，主軸6由安置在安裝架12上的兩個支撐輪10支撐，并由一個通過彈簧安置在安裝架12上方的壓輪11壓持，主軸6可在壓輪11與兩個支撐輪10之間自如轉(zhuǎn)動。驅(qū)動機構(gòu)3采用蝸輪蝸桿副，包括受控于跟蹤控制電路的電機7、與電機輸出軸連接的減速器8，減速器8采用蝸輪蝸桿減速器，其輸出端與主軸6傳動連接(除蝸輪蝸桿副驅(qū)動外，也可以采用絲桿螺母傳動、同步帶輪傳動、齒輪傳動、摩擦輪傳動等其它傳動形式，具體設(shè)計時可根據(jù)實際情況加以選擇)，從而實現(xiàn)驅(qū)動聚光太陽能電池部件跟蹤太陽轉(zhuǎn)動的目的。
如圖5所示，本實施例的兩組太陽能電池組件的夾角可在0°——180°的范圍根據(jù)需要確定。例如120°、90°、30°……等，總之只要“保證照射寬度”與“被照射寬度”相等即可。聚光比也可以根據(jù)電池的性能特點和具體結(jié)構(gòu)形式確定為3.9、5、5.7等。具體應(yīng)用時，兩組太陽能電池組件的夾角和聚光比可通過實驗確定最佳匹配參數(shù)。
研究證明，在低倍聚光時，太陽能電池的發(fā)電量與接受的光強成正比，而且不會產(chǎn)生明顯的溫度上升，不會影響發(fā)電效率和電池壽命。如果聚光比較大，則應(yīng)考慮在電池背部增加水冷等主動冷卻方式，這樣可以獲得電能和熱水雙重受益。
申請?zhí)枮?00520076826.2、名稱為“槽式反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)”的專利中提到，其反射鏡的利用率為50％，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，以聚光比5.7為例，反射鏡利用率可達80％以上，顯然，不僅聚光比大幅增加，而且反射鏡的利用率也大大提高。
本發(fā)明可以采用一維跟蹤太陽，也可以二維跟蹤太陽。當一維跟蹤太陽時，既可以東西放置，跟蹤太陽的高度角；也可以南北放置，跟蹤太陽的方位角。本實施例采用一維跟蹤太陽方案，東西放置，跟蹤太陽的高度角變化。具體的跟蹤控制是這樣實現(xiàn)的在陰雨天氣情況下，通過程序計算粗略跟蹤，大致對準太陽；當有太陽時，根據(jù)太陽光傳感器的信號確定太陽的位置，從而通過控制電路控制驅(qū)動機構(gòu)，帶動反射鏡陣列運動，準確跟蹤太陽。
如圖1所示，為了防止整套系統(tǒng)、特別是聚光太陽能電池部件被臺風損壞，本實施例中還含有防臺風拉繩9，該拉繩的一端連接框架5，另一端固定在地面或建筑物上。
本實施例的玻璃反射鏡受光口徑與太陽能電池陣列的寬度之比為5.7∶1，按照90％的反射效率計算，光強聚光比為5.13∶1。這樣，若普通平板固定式光伏發(fā)電系統(tǒng)的峰值發(fā)電功率為100kW，使用光電轉(zhuǎn)換效率為16％的太陽能電池面積為625平方米，本實施例的反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)在產(chǎn)生同樣電能的情況下，太陽能電池用量為122平方米，僅為普通平板固定式光伏發(fā)電系統(tǒng)的1/5.13，顯然節(jié)約了大量的半導體材料，而增加的聚光跟蹤部件的成本在規(guī)?；a(chǎn)時僅為所節(jié)約的太陽能電池的1/3，明顯提高了系統(tǒng)的性能價格比。
在一套系統(tǒng)當中，可將聚光太陽能電池部件進行串聯(lián)或者并聯(lián)，也可以先串聯(lián)再并聯(lián)，或者并聯(lián)后再串聯(lián)，構(gòu)成一套發(fā)電功率較大的系統(tǒng)，系統(tǒng)性價比可進一步提高，規(guī)?；б娓用黠@。圖6僅顯示了一排串聯(lián)的聚光太陽能電池部件，實際上可以放置多排，此時一套跟蹤控制電路和一套驅(qū)動機構(gòu)就可以帶動眾多的聚光太陽能電池部件，從而有利于進一步降低整體制造成本(具體情況可以參閱申請?zhí)枮?00520076826.2、名稱為“槽式反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)”的專利申請)。
實施例二本實施例的蝶形反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖7所示，與實施例一的基本結(jié)構(gòu)相同，主要區(qū)別在于(1)主軸6通過軸承鉸支在安裝架12上；(2)采用二維跟蹤太陽，還包括一套方位角跟蹤機構(gòu)，該方位角跟蹤機構(gòu)包括三個連接安裝架12底部的滾輪13和一個主動輪14。主動輪通過減速器8與電機7銜接(參見圖8)。高度角跟蹤機構(gòu)安裝在方位角跟蹤機構(gòu)之上，這樣構(gòu)成的二維跟蹤太陽的蝶形反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)可以通過東西和南北二維跟蹤機構(gòu)的復合運動，更準確的跟蹤太陽。
具體設(shè)計時，根據(jù)實際情況決定采用何種支撐方式，通常系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)較長時，宜采取一維跟蹤太陽的形式；而系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)較短時則可以考慮采用二位跟蹤機構(gòu)，以避免太陽能電池組件始終受到陽光照射。當然，如果將反射鏡陣列做得足夠長，即使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)較短，也可以采用一維跟蹤太陽的方式。
權(quán)利要求
1.一種蝶形反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括太陽能電池組件陣列、安裝太陽能電池組件陣列的支架和自動跟蹤太陽系統(tǒng)，所述自動跟蹤太陽系統(tǒng)主要由驅(qū)動太陽能電池組件陣列及其支架運動的驅(qū)動機構(gòu)、控制驅(qū)動機構(gòu)運動的跟蹤控制電路、向跟蹤控制電路輸送信號的太陽光傳感器組成，其特征在于還包括平面反射鏡陣列及其框架；所述反射鏡陣列由至少四列反射鏡組成，分成兩組，向兩側(cè)伸展，呈蝶形對稱安裝在框架中心線兩側(cè)；所述框架與所述支架固定連接；所述太陽能電池組陣列也分成兩組，對稱安裝在所述支架中心線兩側(cè)；每列反射鏡反射的光線照射到對應(yīng)一側(cè)的太陽能電池陣列上，且照射寬度與被照射的太陽能電池陣列寬度相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝶形反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于還包括安裝架，所述太陽能電池陣列及其支架、反射鏡陣列及其框架組成的聚光太陽能電池部件通過主軸鉸支在安裝架兩端，所述主軸與驅(qū)動機構(gòu)銜接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述主軸鉸支處由安置在安裝架上的兩個支撐輪支撐，并由一個通過彈簧安置在安裝架上方的壓輪壓持，主軸可在壓輪與兩個支撐輪之間轉(zhuǎn)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蝶形反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述主軸通過軸承鉸支在安裝架上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的蝶形反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動機構(gòu)包括受控于跟蹤控制電路的電機、與電機輸出軸連接的減速器，減速器輸出端與主軸連接，構(gòu)成高度角跟蹤機構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蝶形反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動機構(gòu)還包括方位角跟蹤機構(gòu)，所述方位角跟蹤機構(gòu)由安裝架及其底部的滾輪構(gòu)成，所述滾輪之一為主動輪，所述主動輪通過減速器與受控于跟蹤控制電路的第二電機傳動銜接，所述高度角跟蹤機構(gòu)安裝在方位角跟蹤機構(gòu)之上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的蝶形反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于還含有防臺風拉繩，所述拉繩的一端連接框架，另一端固定在地面或建筑物上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的蝶形反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述聚光太陽能電池部件有二個以上，相互串聯(lián)或者并聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種蝶形反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)，屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括太陽能電池組件陣列、安裝太陽能電池組件陣列的支架和自動跟蹤太陽系統(tǒng)，還包括平面反射鏡陣列及其框架；所述反射鏡陣列由至少四列反射鏡組成，分成兩組，向兩側(cè)伸展，呈蝶形對稱安裝在框架中心線兩側(cè)；所述框架與所述支架固定連接；所述太陽能電池組陣列也分成兩組，對稱安裝在所述支架中心線兩側(cè)；每列反射鏡反射的光線照射到對應(yīng)一側(cè)的太陽能電池陣列上，且照射寬度與被照射的太陽能電池陣列寬度相等。本發(fā)明采用的聚光器易于制造、成本低廉，整套系統(tǒng)的聚光比、反射鏡利用率和防風性能均有大幅度提高，可進一步提高性價比，有利于光伏發(fā)電系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。
文檔編號G05D3/00GK1848656SQ20061003882
公開日2006年10月18日 申請日期2006年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月14日
發(fā)明者張耀明, 許志龍, 張建一, 常勇, 孫利國, 張振遠, 張文進, 劉曉暉, 曾天卷, 劉菊東 申請人:張耀明