一種槽式複合拋物面聚光發電組件的製作方法

2023-04-30 09:05:11

專利名稱：一種槽式複合拋物面聚光發電組件的製作方法
技術領域：
發明涉及一種複合拋物面聚光發電組件，具體涉及一種用於建築光伏一體化的複合拋物面聚光發電組件，屬於太陽能聚光發電技術應用領域。
背景技術：
目前，建築能耗已接近全社會總能耗的1/3，而且隨著經濟的增長，建築能耗將繼續保持增長的趨勢。加快可再生能源在建築領域中的規模化應用，是降低建築能耗、調整建築用能結構的有效措施之一，這項應用被稱之為建築光伏一體化。太陽能光伏發電技術以其獨有的特點，可以為多能互補的建築能源系統提供電力或熱能。如何克服太陽能量的分散性，提高單位面積光伏電池的輸出功率？是值得開展研究的焦點，將太陽能光伏發電應用與光學聚焦技術相結合，可以提高單位面積光伏電池接受的太陽輻照度，通過用廉價的光學材料代替昂貴的光伏電池，減少了光伏發電系統的建設初期投資。 複合拋物面聚光器出現於上個世紀70年代，它是由多個拋物面聚光反射鏡組成，不需要跟蹤太陽，最多只需隨季節做微小調整，聚光比一般在10以下，還存在固定放置聚光角偏小的缺點；傳統的槽式拋物面聚光器存在因非成像而導致的出光口收集的光分散性大的問題，此外，拋物面聚光器中光線逆向反射還會引起陰影問題，都會導致太陽能的有效利用率偏低。

發明內容
有鑑於此，本發明提供了一種槽式複合拋物面聚光發電組件，能夠獲得更高的聚光比和更均勻的聚光光強，增大了聚光角和入射偏角，延長了裝置發電的有效工作時間。—種槽式複合拋物面聚光發電組件，包括左聚光體、右聚光體、透明全反射膜、光伏電池、散熱支撐板、固定底板和散熱肋片；其中，左聚光體和右聚光體為中心對稱結構，其水平上半部分為拋物面，拋物面的頂面水平向外延伸出卡扣結構，水平下半部分為槽式結構，槽式結構為拋物面向下垂直延伸出的結構，槽式結構的底部形成排水槽，拋物面的內表面是拋物反射面，槽式結構與拋物面相接一側的豎直內側面為豎直反射面；透明全反射膜為漸變壁厚膜，其內表面和外表面均為拋物面，外表面的拋物面與左聚光體和右聚光體的拋物面外形一致，內表面的拋物面使透明全反射膜形成上薄下厚的漸變壁厚膜；左聚光體和右聚光體通過散熱支撐板和固定底板左右對稱固定連接成一體，散熱支撐板和固定底板上下平行連接左聚光體和右聚光體的槽式結構底面和外側垂直面上，透明全反射膜的外側表面與拋物反射面貼合固定；散熱支撐板的上方固定安裝光伏電池，散熱支撐板下方安裝散熱肋片，散熱肋片和固定底板之間通過隔板分隔出導線槽，光伏電池的導線由導線槽引出到裝置的外部；左聚光體和右聚光體內側的拋物反射面和豎直反射面組合形成複合拋物反射面，複合拋物反射面是由一個平面拋物線沿水平軸向右平移此拋物線的兩倍焦距的距離並與原拋物線的右半部分相交，去掉交點兩側的拋物線部分，用長度為兩拋物線焦點距離一半的直線去截剩餘的錐形拋物線圖，對截後圖形的兩下端點豎直延長成線，達到設計長度後與分別與一個半圓相切，將兩內切點水平相連，所形成的圖形即可得到一個槽式複合拋物面，該設計長度為使進入拋物線下邊緣點的光線經豎直平面一次反射後能夠到達距豎直平面最近的光伏電池邊緣的距離。光伏電池的尺寸與沿對稱軸入射的光線經槽式複合拋物反射面和豎直反射面反射後的最大聚焦面尺寸相吻合。其中，槽式結構為半圓形、矩形或梯形結構；槽式複合拋物面入光口覆蓋玻璃蓋板。工作原理沿對稱軸入射的太陽光線入射到拋物反射面上，經拋物反射面內表面反射到豎直反射面上，光線經豎直反射面反射到光伏電池上，進入聚光器內部的太陽光的兩個邊界入射光線分別被反射到光伏電池的尺寸邊界，當光線傾斜入射到拋物反射面上 時，由於其上附著的拋物面型上薄下厚透明全反射膜屬於光密介質(材質如亞克力、玻璃等)，光線進入後，上薄下厚的結構使得反射光線的以大於臨界角的入射角射到透明全反射膜的內表面上，光線在透明全反射膜中全反射，同樣光線會被匯聚到光伏電池上，在光伏電池下表面緊貼散熱支撐板，散熱支撐板和散熱肋片將聚光照射下的光伏電池產生的熱空氣利用「煙囪效應」收集到建築儲能裝置後加以利用，從而降低光伏電池的工作溫度，提高輸出電功率，位於左聚光體和右聚光體下方的半圓排水槽可以將雨水自動排出，裝置可以通過龍骨卡扣與傾斜坡面屋頂形成卡扣式連接。有益效果(I)本發明將複合拋物面聚光器和平面反射鏡相結合，將複合拋物面反射的光線經平面反射鏡再次匯聚收縮，提高了裝置面聚焦的聚光比，使單位面積光伏電池輸出功率增加，減少了光伏電池的使用數量和面積，具有更大的聚光接收角；(2)本發明在拋物反射面上附著全反射透明膜，增大了裝置的聚光角和入射偏角，聚光角最大可以增大20°左右，延長了光伏電池的有效工作時間，縮短了資本回收期；(3)本發明將裝置產生的熱空氣應用到建築採暖等熱利用中，拓展了聚光光伏發電的應用領域，實現了建築光伏一體化的目的，起到了建築節能的效果。


圖1為本發明的立體結構示意圖；圖2為圖1的主視圖；圖3為本發明聚光體的複合拋物面形成原理4為本發明的光路運行原理5為發明的透明全反射膜光路運行圖；圖6為本發明在建築屋頂豎向排列的安裝圖；圖7為採用梯形排水槽代替半圓排水槽的實施例圖；圖8為採用矩形排水槽代替半圓形排水槽的實施例圖；圖9為採用兩塊三角對稱分布光伏電池代替水平放置光伏電池的實施例圖；圖10為槽式複合拋物面入光口覆蓋玻璃蓋板的實施例圖；其中，I一拋物反射面；2—豎直反射面；3—透明全反射膜；4一排水槽；5—散熱支撐板；6—光伏電池；7—導線槽；8 —固定底板；9一散熱肋片；10—卡扣；11 一拋物面外沿入射光線；12—拋物面內沿入射光線；f\一右側拋物線焦點；f2—左側拋物線焦點；13—太陽光線；14一建築屋頂面；15—端面支撐構件；16 —固定連接構件；17—隔熱材料；18 —防水層；19一梯形排水槽；20—矩形排水槽；21—防水連接卡扣；22—玻璃蓋板。
具體實施例方式下面結合附圖並舉實施例，對本發明進行詳細描述。如附圖1和2所示，本發明提供了一種槽式複合拋物面聚光發電組件，包括左聚光體、右聚光體、透明全反射膜3、光伏電池6、散熱支撐板5、固定底板8和散熱肋片9 ;其中，左聚光體和右聚光體為中心對稱結構， 其水平上半部分為拋物面，拋物面的頂面水平向外延伸出卡扣10結構，水平下半部分為槽式結構，槽式結構為拋物面向下垂直延伸出的結構，槽式結構的底部形成排水槽4，拋物面的內表面是拋物反射面，槽式結構與拋物面相接一側的豎直內側面為豎直反射面；透明全反射膜3為漸變壁厚膜，其內表面和外表面均為拋物面，外表面的拋物面與左聚光體和右聚光體的拋物面外形一致，內表面的拋物面使透明全反射膜形3成上薄下厚的漸變壁厚膜；左聚光體和右聚光體通過散熱支撐板和固定底板左右對稱固定連接成一體，散熱支撐板5和固定底板8上下平行連接左聚光體和右聚光體的槽式結構底面和外側垂直面上，散熱支撐板的上方固定安裝光伏電池，散熱支撐板下方安裝散熱肋片，散熱肋片9和固定底板8之間通過隔板分隔出導線槽7，光伏電池6的導線由導線槽7引出到裝置的外部；如附圖3所示，左聚光體和右聚光體內側的拋物反射面和豎直反射面組合形成複合拋物反射面，複合拋物反射面是由一個平面拋物線沿水平軸向右平移此拋物線的兩倍焦距的距離並與原拋物線的右半部分相交，去掉交點兩側的拋物線部分，用長度為兩拋物線焦點距離一半的直線去截剩餘的錐形拋物線圖，對截後圖形的兩下端點豎直延長成線，達到設計長度後與分別與一個半圓相切，將兩內切點水平相連，所形成的圖形即可得到一個槽式複合拋物面，該設計長度為使進入拋物線下邊緣點的光線經豎直平面一次反射後能夠到達距豎直平面最近的光伏電池邊緣的距離。如附圖4所示，拋物面外沿入射光線11是入射到拋物反射面外沿的邊界光線，拋物面內沿入射光線12是入射到拋物發射面內沿的邊界光線，拋物面外沿入射光線11和拋物面內沿入射光線12之間的入射光線沿對稱軸入射並且都能照射到拋物反射面I上，並被反射到豎直反射面2上，光線再次被2反射匯集到光伏電池6上，光伏電池6在拋物反射面I的焦點上方，軸向尺寸與反射光線形成的光斑一致，使得反射光線都能均勻匯集到光伏電池6上；如附圖5所示，以聚光角a傾斜入射的太陽光線13進入到透明全反射膜3中，由於透明全反射膜3是光密介質材質，比如亞克力、玻璃等，加之透明全反射膜3為上薄下厚的結構，太陽光線13經拋物反射面I反射後的光程變長，射到透明全反射膜3內表面的入射角增大，且大於臨界角，太陽光線13在透明全反射膜3中實現全反射，最後完全匯聚到光伏電池6上。如附圖6所示，數個槽式複合拋物面聚光發電組件通過卡扣10與建築屋頂14上的固定連接構件16相扣接，在扣接處做防水層18，在14的兩個端面，槽式複合拋物面聚光發電組件通過10與14上的端面支撐構件15相連接固定，半圓排水槽4自動將雨水排到建築物排水管路中，光伏電池6發電時產生的熱量經散熱支撐板5以及附著的散熱肋片9導出，利用「煙囪效應」將熱空氣收集到建築儲能裝置中，在光伏電池下部空格內填充隔熱材料17，防止熱量通過12傳到建築物內部，光伏電池6的電路連線通過導線槽7進入到建築物電路中。如附圖7所示，用梯形排水槽19代替半圓形排水槽，將4與建築屋頂14的線接觸改為了 19與14的面接觸，增加了裝置的抗風強度，提高了裝置的穩定性，降低了裝置的建
造難度。如附圖8所示，用矩形排水槽20代替半圓形排水槽，將半圓形排水槽與建築屋頂14的線接觸改為了矩形排水槽20與建築屋頂14的面接觸，將豎直反射面2與矩形排水槽20合為一體，去掉了二者連接所需的焊接工藝，增加了裝置的抗風強度，提高了裝置的穩定性，減小了裝置的生產工藝和費用。
如附圖9所示，用防水連接卡扣21把兩塊光伏電池6呈三角對稱放置於複合拋物面聚光器內，位置在拋物面焦點上方，單塊水平放置光伏電池由於受到複合拋物反射面和豎直反射面的光學反射偏差影響，不能始終接受到均勻的光線，為了提高光伏電池的接受效率，將兩塊光伏電池三角對稱放置，同時光伏電池還具備通過雨雪洗刷達到自清潔功能。如附圖10所示，在槽式複合拋物面入光口處覆蓋玻璃蓋板22，玻璃蓋板22的尺寸正好和入光口尺寸相吻合，玻璃蓋板22可以防止灰塵對光伏電池的汙染，起到對槽內電路的防水保護，減小雨水對槽內發電組件的腐蝕作用，有利於將槽內光伏電池發電產生的熱空氣用於室內採暖等熱利用。綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種槽式複合拋物面聚光發電組件，其特徵在於，包括左聚光體、右聚光體、透明全反射膜(3)、光伏電池(6)、散熱支撐板(5)、固定底板(8)和散熱肋片(9);其中,左聚光體和右聚光體為中心對稱結構，其水平上半部分為拋物面，水平下半部分為槽式結構，槽式結構為拋物面向下垂直延伸出的結構，槽式結構的底部形成排水槽(4)，拋物面的內表面是拋物反射面，槽式結構與拋物面相接一側的豎直內側面為豎直反射面； 左聚光體和右聚光體通過散熱支撐板和固定底板左右對稱固定連接成一體，散熱支撐板(5)和固定底板(8)上下平行連接左聚光體和右聚光體的槽式結構底面和外側垂直面上，透明全反射膜(3)固定在拋物反射面上；散熱支撐板的上方固定安裝光伏電池(6)，散熱支撐板下方安裝散熱肋片，散熱肋片(9)和固定底板(8)之間通過隔板分隔出導線槽(7)，光伏電池(6)的導線由導線槽(7)引出到裝置的外部。
2.如權利要求1所述的槽式複合拋物面聚光發電組件，其特徵在於所述左聚光體和右聚光體內側的拋物反射面和豎直反射面組合形成複合拋物反射面，複合拋物反射面是由一個平面拋物線沿水平軸向右平移此拋物線的兩倍焦距的距離並與原拋物線的右半部分相交，去掉交點兩側的拋物線部分，用長度為兩拋物線焦點距離一半的直線去截剩餘的錐形拋物線圖，對截後圖形的兩下端點豎直延長成線，達到設計長度後與分別與一個半圓相切，將兩內切點水平相連，所形成的圖形即可得到一個槽式複合拋物面，該設計長度為使進入拋物線下邊緣點的光線經豎直平面一次反射後能夠到達距豎直平面最近的光伏電池邊緣的距離。
3.如權利要求1或2所述的槽式複合拋物面聚光發電組件，其特徵在於所述光伏電池(6)的尺寸與沿對稱軸入射的光線經槽式複合拋物反射面和豎直反射面反射後的最大聚焦面尺寸相吻合。
4.如權利要求3所述的槽式複合拋物面聚光發電組件，其特徵在於所述透明全反射膜(3 )為漸變壁厚膜，其內表面和外表面均為拋物面，外表面的拋物面與左聚光體和右聚光體的拋物面外形一致，內表面的拋物面使透明全反射膜形(3)成上薄下厚的漸變壁厚膜。
5.如權利要求4所述的槽式複合拋物面聚光發電組件，其特徵在於所述左聚光體和右聚光體水平上半部分拋物面的頂面水平向外延伸出卡扣(10)結構。
6.如權利要求5所述的槽式複合拋物面聚光發電組件，其特徵在於所述左聚光體和右聚光體的槽式結構為半圓形、矩形或梯形。
7.如權利要求6所述的槽式複合拋物面聚光發電組件，其特徵在於所述槽式複合拋物面入光口覆蓋玻璃蓋板(22)。
全文摘要
本發明涉及一種槽式複合拋物面聚光發電組件，屬於太陽能聚光發電技術應用領域。由複合拋物線沿對稱軸平移得到的槽式複合拋物反射面、豎直反射面、全反射透明膜、光伏電池、散熱支撐板、散熱肋片、固定底板和龍骨卡扣組成。在拋物面部分附著拋物面型上薄下厚全反射透明膜，在距離拋物面的焦點上方水平放置光伏組件，當太陽光進入槽式複合拋物反射面內，光線就會被匯集到光伏組件上聚光發電，全反射透明膜可以增大聚光器的聚光角和入射偏角，組件底部安裝散熱支撐板及翅狀散熱肋片，將光伏組件發電時產生的熱空氣利用「煙囪效應」收集到建築儲能裝置後加以利用，整體裝置通過固定底板和龍骨卡扣與傾斜坡面屋頂相連，半圓排水槽具有自動排水的功能。
文檔編號H01L31/0232GK103022206SQ20121055121
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月18日 優先權日2012年12月18日
發明者侯靜, 常澤輝, 溫雯, 鄭宏飛 申請人:內蒙古建築職業技術學院, 北京理工大學