一種屋頂太陽能聚光發電系統的製作方法

2023-05-11 09:51:06

專利名稱：一種屋頂太陽能聚光發電系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於太陽能光伏發電技術領域，具體涉及到一種屋頂太陽能聚光發電系統。
背景技術：
在人類面對能源危機時，利用太陽能無疑是一種最豐富和最可靠的方法。美國作為世界上最大的能源消費國，為了減少能耗和溫室氣體排放，調整能源結構，早在1997年就提出了「百萬太陽能屋頂計劃」，使得美國的太陽能應用技術得到了極大地發展。日本福島核事故和隨之而來的電網中斷後，屋頂太陽能公寓則迅速發展成為新興市場。而對中國來說，每年新增的建築房頂面積即可提供光伏發電10GW，因而中國在新能源十二五規劃中也明確提出「必須著力發展分布式太陽能」。屋頂太陽能具有不佔土地，傳輸損耗小，有利於降低峰電壓力等優點，但是由於建築屋頂面積空間相對有限，因此如何能在有限的面積內獲取更多的電量輸出是推動屋頂太陽能大規模應用的關鍵。常規太陽能發電技術大部分採用固定晶矽電池板發電，其效率一般在15%左右，為了在有限面積內獲得更多電量，採用效率可超過30%的聚光加多結太陽能技術是一種非常好的方式。但是在屋頂上直接採用這種聚光發電方式則會存在幾個大的問題I)高轉換效率的獲取必須要在聚光條件下，因此相比較常規固定晶矽電池發電技術，聚光太陽能必須要同時採用高精度太陽跟蹤技術來獲得高穩定性的光斑。而一般太陽跟蹤技術大部分採用地平坐標系雙軸跟蹤技術，即通過雙軸支架調節來實現對太陽的高度和水平角的追蹤。這種雙軸支架大部分採用立式結構，整個重心集中承載在支撐立柱上，並且需要根據地面結構進行打樁固定安裝。而在屋頂使用時，由於樓體結構和承重的限制，在有限面積內承載壓力無法過大，因而這樣的立式支架就不方便安裝。2)為了適合太陽高度角的全年變化範圍，採用地平坐標系跟蹤技術的立式支架，就需要一定高度的立柱來保證高度角的全範圍追蹤，這樣抗風能力的設計無疑是最大的難題。並且城市裡的住宅往往是高層建築，其風速大大超過了地面風速，並且聚光太陽帆越大，雙軸追蹤支架的立柱就要求越高，則抗風性也要求越苛刻，更為麻煩的是由於雙軸支架採用結構較為複雜的仰俯追蹤結構和控制算法，一旦在高層建築上這樣的雙軸聚光太陽能系統出現故障異常，則調試和維護工作都很難正常開展。因而，為了在有限面積的屋頂上安全有效的使用太陽能發電，一方面我們希望使用一種在單位面積上發電效率高的技術，另外一方面我們還需要這種技術能夠儘量滿足屋頂結構，結構簡單並且能夠有效承受惡劣環境的太陽能發電技術。
發明內容針對常規屋頂太陽能和聚光太陽能各自的不足，本實用新型的目的在於提供一種可以在屋頂使用的太陽能聚光發電系統，該系統能夠將屋頂和聚光太陽能技術相結合，從而能夠更好的滿足實際需求。本實用新型可以通過如下技術方案來實現一種屋頂太陽能聚光發電系統，其不同之處在於該系統包括支架，該支架包括支撐架、用於安裝聚光發電模塊的傾斜狀中心撐杆，所述支架上具有用於朝向南北的傾斜支架中心軸線和用於朝向東西的聚光單元中心軸線兩個旋轉中心線，傾斜支架中心軸線和聚光單元中心軸線構成時角坐標系，該時角坐標系以地心為原點，所述傾斜支架中心軸線為極軸線，所述聚光單元中心軸線為赤緯軸線；所述支架通過圍繞極軸線旋轉用於追蹤太陽東西方向的時角變化，通過圍繞赤緯軸線旋轉用於改變光線的入射角度。按以上方案，所述中心撐杆、支撐架和屋頂天台水平面構成一直角三角形，中心撐杆和屋頂天台水平面所形成的夾角為當地緯度角Θ，聚光發電模塊與極軸成赤緯夾角緯度角Θ和赤緯夾角3均可以通過機械方式進行聯動調節。按以上方案，所述支撐架安裝在屋頂主梁上從而能夠承受比較大的壓力。按以上方案，所述傾斜狀中心撐杆上安裝有用於驅動多個聚光發電模塊同時南北翻轉從而改變赤緯夾角δ的赤緯聯動杆。按以上方案，還包括時角聯動杆，所述傾斜狀中心撐杆的數量為至少2根，傾斜狀中心撐杆之間互相平行，時角聯動杆則帶動多根傾斜狀中心撐杆上的聚光發電模塊同時東西轉動，形成時角聯動追蹤，赤緯聯動杆和時角聯動杆為聯動機構。按以上方案，所述赤緯聯動杆和時角聯動杆之間由步進電機帶動減速機構與渦輪蝸杆進行聯動。本實用新型引入這樣的設計可以在降低系統高度的同時，減少驅動電機，從而簡化系統和降低成本。按以上方案，所述傾斜狀中心撐杆的數量為至少2根，傾斜狀中心撐杆之間互相平行，傾斜狀中心撐杆之間的間距L符合以下公式
權利要求1.一種屋頂太陽能聚光發電系統，其特徵在於該系統包括支架，該支架包括支撐架(2)、用於安裝聚光發電模塊(3)的傾斜狀中心撐杆(701)，所述支架上具有用於朝向南北的傾斜支架中心軸線和用於朝向東西的聚光單元中心軸線兩個旋轉中心線，傾斜支架中心軸線和聚光單元中心軸線構成時角坐標系，該時角坐標系以地心為原點，所述傾斜支架中心軸線為極軸線，所述聚光單元中心軸線為赤緯軸線；所述支架通過圍繞極軸線旋轉用於追蹤太陽東西方向的時角變化，通過圍繞赤緯軸線旋轉用於改變光線的入射角度。
2.如權利要求1所述的屋頂太陽能聚光發電系統，其特徵在於所述中心撐杆(701)、支撐架(2)和屋頂天台水平面構成一直角三角形，中心撐杆(701)和屋頂天台水平面所形成的夾角為當地緯度角Θ，聚光發電模塊(3)與極軸(I)成赤緯夾角緯度角Θ和赤緯夾角乃均可以通過機械方式進行聯動調節。
3.如權利要求2所述的屋頂太陽能聚光發電系統，其特徵在於所述支撐架(2)安裝在屋頂主梁上從而能夠承受比較大的壓力。
4.如權利要求1所述的屋頂太陽能聚光發電系統，其特徵在於所述傾斜狀中心撐杆(701)上安裝有用於驅動多個聚光發電模塊(3)同時南北翻轉從而改變赤緯夾角3的赤緯聯動杆(4)。
5.如權利要求4所述的屋頂太陽能聚光發電系統，其特徵在於還包括時角聯動杆(7)，所述傾斜狀中心撐杆(701)的數量為至少2根，傾斜狀中心撐杆(701)之間互相平行，時角聯動杆(7)則帶動多根傾斜狀中心撐杆(701)上的聚光發電模塊(3)同時東西轉動，形成時角聯動追蹤，赤緯聯動杆(4)和時角聯動杆(7)為聯動機構。
6.如權利要求5所述的屋頂太陽能聚光發電系統，其特徵在於所述赤緯聯動杆(4)和時角聯動杆(7)之間由步進電機帶動減速機構與渦輪蝸杆進行聯動。
7.如權利要求1所述的屋頂太陽能聚光發電系統，其特徵在於所述傾斜狀中心撐杆(701)的數量為至少2根，傾斜狀中心撐杆(701)之間互相平行，傾斜狀中心撐杆(701)之間的間距L符合以下公式
8.如權利要求1所述的屋頂太陽能聚光發電系統，其特徵在於所述支撐架(2)頂端通過極軸(I)與中心撐杆(701)聯接，極軸(I)與中心撐杆(701)不在同一軸線。
9.如權利要求1所述的屋頂太陽能聚光發電系統，其特徵在於所述聚光發電模塊(3)採用反射式聚光發電單元或折射式聚光發電單元。
10.如權利要求1所述的屋頂太陽能聚光發電系統，其特徵在於所述折射式聚光發電單元包括菲涅爾透鏡(301)、遮光板(302)、聚光模塊盒體(303)、二次光杯(9)、聚光太陽能電池(10)、翅片散熱片(11);太陽光入射到菲涅爾透鏡(301)匯聚後，經過遮光板(302)對應開孔抵達二次光杯(9)的入口，經過多次來回相對反射後，均勻分布到聚光太陽能電池(10)表面，聚光太陽能電池(10)底部設置有翅片散熱片(11)，聚光模塊盒體(303)底面中軸位置加工有透氣孔(306 )，透氣孔(306 )採用高分子透氣膜進行密封，該透氣膜可以透過空氣而隔離水分，二次光杯(9)與聚光太陽能電池(10)表面垂直,並固定在對應的遮光板(302)位置上。
11.如權利要求10所述的屋頂太陽能聚光發電系統，其特徵在於所述聚光模塊盒體(303)底部兩側具有內凹部(308)，所述內凹側部(308)用於安裝赤緯聯動杆(4)。
12.如權利要求10所述的屋頂太陽能聚光發電系統，其特徵在於所述遮光板的厚度選取Im—5mm之間。
13.如權利要求10所述的屋頂太陽能聚光發電系統，其特徵在於所述二次光杯(9)的內側四面採取在表面上濺射高反射率金屬膜的方式，來實現全光譜的高反射率。
14.如權利要求13所述的屋頂太陽能聚光發電系統，其特徵在於所述高反射率金屬膜採用鋁膜。
15.如權利要求10所述的屋頂太陽能聚光發電系統，其特徵在於所述二次光杯(9)的入口設置有用於防止水汽滲透的高透射低鐵玻璃片(310)。
16.如權利要求14所述的屋頂太陽能聚光發電系統，其特徵在於所述低鐵玻璃片(310)上、下兩面均蒸鍍抗反膜來提高玻璃片的透射係數。
17.如權利要求10所述的屋頂太陽能聚光發電系統，其特徵在於所述二次光杯(9)與聚光太陽能電池(10)之間設置有太陽電池保護玻璃板(311)，二次光杯(9)、太陽電池保護玻璃板(311)之間保留微小縫隙。
18.如權利要求10所述的屋頂太陽能聚光發電系統，其特徵在於所述二次光杯(9)的內側四面與底面夾角小於或等於8度。
專利摘要本實用新型屬於太陽能光伏發電技術領域，具體涉及到一種屋頂太陽能聚光發電系統，其不同之處在於該系統包括支架，該支架包括支撐架、用於安裝聚光發電模塊的傾斜狀中心撐杆，所述支架上具有用於朝向南北的傾斜支架中心軸線和用於朝向東西的聚光單元中心軸線兩個旋轉中心線，傾斜支架中心軸線和聚光單元中心軸線構成時角坐標系，該時角坐標系以地心為原點，所述傾斜支架中心軸線為極軸線，所述聚光單元中心軸線為赤緯軸線；所述支架通過圍繞極軸線旋轉用於追蹤太陽東西方向的時角變化，通過圍繞赤緯軸線旋轉用於改變光線的入射角度。本實用新型將採用這種時角坐標繫結構的追蹤支架，可以降低一個軸向電機的往返運動，提高了系統可靠性，特別適合屋頂太陽能使用。
文檔編號G05D3/00GK202872691SQ20122041476
公開日2013年4月10日 申請日期2012年8月20日 優先權日2012年8月20日
發明者劉守華, 溫成龍, 曾火根, 王雙保, 呂輝, 張文剛 申請人:武漢凹偉能源科技有限公司