可調傾角的牆面光伏發電裝置的製作方法
2023-10-11 08:22:14 2
本發明涉及一種可調傾角的牆面光伏發電裝置，屬於光伏發電領域。
背景技術：
當前，我國能源供應主要依賴煤炭、石油、天然氣等化石能源，但化石能源的資源有限性和開發利用帶來的環境問題嚴重製約著經濟和社會的可持續發展。開發和使用可再生能源對於緩解能源危機、保護生態環境和保持經濟的可持續發展意義重大。最被看好的一種可再生能源是光伏能源，一種直接取自太陽光的能源，其具有最豐富的資源和最潔淨的發電過程。
近年來，光伏建築一體化被認為是太陽能利用的最佳形式。對於多、高層建築來說，外牆是與太陽光接觸面積最大的外表面，但是垂直外立面在朝向上不是最好，因為地球的自轉和公轉，使得相對於某一個固定地點的太陽能光伏發電系統，太陽的方位角和高度角時時刻刻都在變化，如果採用傳統的固定式安裝，將嚴重影響光電轉化效率。
技術實現要素：
為了彌補傳統鋼筋混凝土牆面光伏組件固定式安裝的缺陷，本發明的目的在於將單軸跟蹤的理念融入其中，提出的一種能夠調節太陽能光伏組件傾角的牆面光伏發電裝置，即通過一個旋轉軸，來改變光伏組件與水平面之間傾角，達到太陽光線垂直於光伏組件的最大化，從而提高光伏轉化率。此外，在早晨或下午，外立面上的光伏組件將會受到非常強烈的陽光照射，特別是朝東或朝西的建築垂直表面，通過調整傾角，可以避開陽光的強烈照射。通常情況下，光伏組件與牆面隔開一定距離，中間便會形成通風層，在強風的工況下，通風層的風速有可能將整個組件掀起，同樣通過調整傾角，可以降低強風對光伏組件以及支撐裝置的衝擊。
為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案。
本發明提出的一種可調傾角的牆面光伏發電裝置，由光伏組件1、矩形框架2、壓塊3、銷軸轉動裝置、步進電機7、傳動裝置、萬向傳力裝置和支撐折杆16組成，其中：光伏組件1置於矩形框架2內，並通過壓塊3固定，壓塊3等間距布置於矩形框架2四周；所述銷軸轉動裝置由銷軸4、中間耳板5和左右耳板6組成，中間耳板5與矩形框架2上邊框的後部固接，左右耳板6通過銷軸4與中間耳板5可轉動地相連接，左右耳板6後側端部有90°翻折，便於其與鋼筋混凝土牆內預埋件的連接錨固；所述傳動裝置由共軸齒輪組8、軌道9、限位凸起10、滾動軸承11、連接杆12和連接板13組成，軌道9固定於矩形框架2下邊框的後部，上下對稱布置成兩排，兩排軌道９間隔的距離為共軸齒輪組8兩齒輪的間距，軌道9上帶有與齒輪相匹配的輪齒，共軸齒輪組8在軌道9上左右布置有兩組，其齒輪軸直接與步進電機7相連，在共軸齒輪組8齒輪軸的四個端部設置有滾動軸承11，連接杆12一端與滾動軸承11相連，連接杆12另一端與連接板13相連，軌道9兩端設置有限位凸起10，以免傳動裝置脫離軌道9；所述萬向傳力裝置由球形凹槽14和傳力杆15組成，傳力杆15兩端設有球形凸起，兩個球形凸起分別被兩個球形凹槽14所容納，傳力杆15可繞著球形凹槽14任意轉動而不脫離，其中一個球形凹槽14與連接板13固接，另一個球形凹槽14與支撐折杆16固接；整個光伏發電裝置通過左右耳板6和支撐折杆16的端部與鋼筋混凝土牆內的預埋件連接錨固。
本發明中，為限制共軸齒輪組8在運動過程中不脫離軌道9，在軌道9上沿著共軸齒輪組8兩齒輪的外側設置有限位擋板，在上下方向上約束共軸齒輪組8，使其始終卡設於軌道9中。
本發明中，連接板13與滾動軸承11的連接採用連接杆12在上、下以「沙漏形」的布置方式，即兩個對頂且對稱的三角形的形式，防止連接板13與滾動軸承11間產生相對運動。
本發明中，球形凹槽14的內圈半徑要大於傳力杆15端部球形凸起的半徑，以保證球形凸起能夠在球形凹槽14內自由轉動；球形凹槽14開口處的內圈半徑要小於球形凸起的半徑，以保證球形凸起能夠包容在球形凹槽14內而不脫離。
本發明中，傳力杆15為一固定長度的直杆，其長度要根據矩形框架2的邊框尺寸、光伏組件1與牆面的間隔距離、建築立面的要求和採光的要求共同確定；通過控制步進電機7的運動，改變傳力杆15在矩形框架2底邊框上的支撐位置，達到改變光伏組件1與水平面之間傾角 α的效果。
本發明中，支撐折杆16在球形凹槽14連接處呈120゜的夾角展開，在伸入鋼筋混凝土牆之前，支撐折杆16兩邊分別向內彎折120゜，垂直地伸入鋼筋混凝土牆與預埋件進行連接錨固。
本發明中，所述銷軸轉動裝置在矩形框架2上邊框的後部等間距布置有三個。
與現有技術相比，本發明的優點如下：
1）將單軸跟蹤的理念融入傳統的鋼筋混凝土牆面光伏發電裝置中，通過控制輸入步進電機的電脈衝信號來改變光伏組件與水平面之間傾角，根據太陽高度角的變化調整傾角大小，達到太陽光線垂直於光伏組件的最大化，大大提高了光伏轉化率。
2）通過調整光伏組件與水平面之間的傾角，避免外立面上的光伏組件由於受到太陽光線的強烈照射，導致光伏電池溫度的升高，輸出功率的下降，尤其是在早晨或下午，朝東或朝西的建築垂直表面。
3）通過調整光伏組件與水平面之間的傾角，在強風的工況下，降低強風對光伏組件以及支撐裝置的衝擊。
附圖說明
圖1為本發明可調傾角的牆面光伏發電裝置三維模型圖；
圖2為本發明可調傾角的牆面光伏發電裝置局部放大圖；
圖3為本發明可調傾角的牆面光伏發電裝置支撐折杆示意圖；
圖4為本發明可調傾角的牆面光伏發電裝置傾角較小時側視圖；
圖5為本發明可調傾角的牆面光伏發電裝置傾角較大時側視圖；
圖6為本發明可調傾角的牆面光伏發電裝置A-A剖面圖；
圖7為本發明可調傾角的牆面光伏發電裝置三維效果圖（內側）；
圖8為本發明可調傾角的牆面光伏發電裝置三維效果圖（外側）。
圖中標號：1為光伏組件、2為矩形框架、3為壓塊、4為銷軸、5為中間耳板、6為左右耳板、7為步進電機、8為共軸齒輪組、9為軌道、10為限位凸起、11為滾動軸承、12為連接杆、13為連接板、14為球形凹槽、15為傳力杆、16為支撐折杆。
具體實施方式
在本發明的描述中，術語「上」、「下」、「左」、「右」、 「前」、「後」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明而不是要求本發明必須以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
下面結合附圖詳細說明本發明的具體實施方式。
實施例1：如圖1所示，為本發明的一種可調傾角的牆面光伏發電裝置實施例，其主要包括光伏組件1、矩形框架2、壓塊3、銷軸4、中間耳板5、左右耳板6、步進電機7、共軸齒輪組8、軌道9、限位凸起10、滾動軸承11、連接杆12、連接板13、球形凹槽14、傳力杆15和支撐折杆16。
本發明可應用於一般多、高層住宅的外立面牆體上。關於朝向，南外立面、東外立面或西外立面的選取視具體情況而定，主要依據緯度、光照條件、建築要求等因素。在外立面牆上，可將該裝置安裝於窗間牆或窗檻牆位置處，建築設計時，考慮到要減小光伏組件1受陰影的影響，合理布置開窗的位置、光伏組件1的間距，儘量避免光伏組件1受遮光而出現「熱斑效應」導致輸出功率的下降。此應用方式為實際運用實施的一種，而不只限於此種方式。
光伏組件1置於矩形框架2內，並通過壓塊3固定，壓塊3在矩形框架2四周等間距布置，每邊布置三個。中間耳板5與矩形框架2上邊框的後部通過焊縫固接，左右耳板6通過銷軸4與中間耳板5可轉動地相連接，左右耳板6後側端部有90°翻折，便於其與鋼筋混凝土牆內預埋件的連接錨固。銷軸轉動裝置在矩形框架2上邊框的後部等間距布置三個，其中銷軸4採用45號鋼，中間耳板5和左右耳板6採用Q345-B鋼。矩形框架2下邊框的後部設置有傳動裝置，傳動裝置中的連接板13與萬向傳力裝置中的球形凹槽14的頂部通過焊縫連接。通過控制輸入步進電機7的電脈衝信號，控制步進電機7的運動，改變傳力杆15在矩形框架2底邊框上的支撐位置，達到改變光伏組件1與水平面之間傾角的效果。
圖2和圖3分別顯示了裝置在傾角較小和傾角較大時的狀態。調大傾角，就使步進電機7向軌道9中部位置移動；調小傾角，就使步進電機7向軌道9的兩邊位置移動。根據太陽高度角的變化調整傾角，使得垂直於光伏組件1的太陽光線達到最大化，從而大大提高了光伏轉化率。此外，調整傾角可以避免外立面上的光伏組件1受到太陽光線的強烈照射，並且降低強風對光伏組件1以及支撐裝置的衝擊。
光伏組件1中的太陽能電池採用熱穩定性好、弱光性能好的非晶矽薄膜電池。矩形框架2採用質量輕、耐腐蝕的鋁合金材料製作。矩形框架2中部為自由空間，光伏組件1背面有空氣流動，利用上下表面的熱壓差，加速光伏組件1背面的空氣流動，降低其表面溫度，從而減小溫度升高給光伏電池帶來的輸出功率下降的影響。
傳動裝置中的共軸齒輪組8、軌道9應由輕質高強的金屬材料製作，儘量較小兩者之間的摩擦係數，應具有良好的傳動效率，做到嚙合牢固、結構緊湊，減小或避免因機械摩擦、傳動性差引起的時滯問題。軌道9可以單獨加工製作，通過焊縫連接固定於矩形框架2下邊框的後部，也可以與矩形框架2整體預製出來。連接杆12、連接板13、球形凹槽14、傳力杆15和支撐折杆16的材料選用性能穩定、承載力高、防腐性能優良的冷彎型鋼，其中連接杆12、傳力杆15和支撐折杆16均採用空心圓形截面，連接板13壁厚不應小於3mm。