CN100409557C - 反射聚光光伏发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种反射聚光光伏发电系统，属于太阳能利用技术领域。本发明的系统包括太阳能电池阵列和自动跟踪太阳装置，还包括安装在支架下方、呈曲面形的框架，以及安装在框架中心两侧的长条形反射镜阵列，反射镜阵列至少含有六列反射镜，所述太阳能电池阵列朝向反射镜安装，纵向与反射镜的长度方向平行，横向划分为至少六等份，各列反射镜与太阳能电池阵列的各等份一一对应，每列反射镜反射的光线照射到对应太阳能电池阵列每等份的宽度与该太阳能电池阵列每等份的宽度基本相等。本发明通过采用一种易于制造的反射聚光镜，增加单位面积太阳能电池的发电量，从而提供一种可大幅度降低光伏发电系统成本的反射聚光光伏发电系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种反射聚光光伏发电系统，属于太阳能利用技术领域。
背景技术
能源是国民经济发展和人民生活水平提高的重要物质基础，随着经济的持续高速增长，化石能源的资源有限性和开发利用带来的环境问题越来越成为经济和社会的可持续发展的制约因素。加快可再生能源的开发利用是解决能源和环境问题的重要途径和措施。太阳能是清洁无污染且永不枯竭的能源，光伏发电是发展最快的可再生能源之一，也是各国竞相发展的重点。
常规的光伏发电系统一般是将太阳能电池固定安装，价格居高不下，难以迅速推广和普及。根据太阳能电池在一定条件下输出的电流与接受的光照强度成正比的特性，为了进一步提高光伏发电装置的性能价格比，各国技术人员开始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，而增加的聚光跟踪装置的成本远远低于所节约的太阳能电池成本，相当于用普通的材料代替昂贵的半导体材料，从而大幅度降低光伏发电系统的成本。现有聚光光伏发电系统可按照聚光的形式分为两种：一种采用菲涅尔透镜折射聚光(如聚光跟踪太阳发电机，参见专利号CN97204018.8)，折射聚光的缺点是光强均匀性较差，透过率难以提高，制造成本较高；另外一种是采用大型抛物面反射聚光，其优点是反射效率高，缺点是制造难度大，成本较高，反射镜容易破碎，机构整体防风性能差。不难发现，现有技术中因为聚光器的成本难以降低，整套系统的性价比提高不明显，使得聚光光伏发电系统的优势难以体现。到目前为止，仅有少量试验、示范性质的聚光光伏发电系统投入运行。
由于制造太阳能电池的单晶硅、多晶硅、砷化镓等材料的资源量有限，已经不能满足快速增长的光伏发电产业的需求。目前我国光伏发电产业生产太阳能电池所需的半导体材料短缺，基本上依赖于进口，成本难以进一步降低。如能提供一种易于制造的聚光光伏发电系统，使得产生同样电能所使用的单晶硅、多晶硅、砷化镓等半导体材料的数量比普通平板固定式光伏发电系统大大减少，提高光伏发电系统的性价比，则必将有力地推动太阳能光伏发电产业的发展。
发明内容
本发明的目的在于：通过采用一种易于制造的反射聚光镜，增加单位面积太阳能电池的发电量，从而提供一种可大幅度降低光伏发电系统成本的反射聚光光伏发电系统。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种反射聚光光伏发电系统，包括太阳能电池阵列和自动跟踪太阳装置，所述太阳能电池阵列安装在支架上，呈线型平行排列，所述自动跟踪太阳装置包括驱动太阳能电池阵列及其支架运动的驱动机构、控制驱动机构运动的跟踪控制电路，还包括安装在支架下方、呈曲面形的框架，以及安装在框架中心两侧的长条形反射镜阵列，所述反射镜阵列至少含有六列反射镜，所述太阳能电池阵列朝向反射镜安装，纵向与反射镜的长度方向平行，横向划分为至少六等份，各列反射镜与太阳能电池阵列的各等份一一对应，每列反射镜反射的光线照射到对应太阳能电池阵列每等份的宽度与该太阳能电池阵列每等份的宽度基本相等。
值得一提的是，与现有技术相比，本发明没有采用菲涅尔透镜和大型抛物面反射镜，换言之，没有采用工艺复杂、高成本的模具成型技术手段，而是在框架中心两侧安放多列长条形反射镜，拼装组成一个大的反射镜，这样不仅降低了反射镜的制造难度，而且可以使得太阳能电池接受的光照分布均匀。采用这种技术制造的反射镜面积较小，不容易破碎，且由于多列反射镜之间留有可使风通过的缝隙，机构整体的防风性能大为提高。
这样，与普通平板固定式光伏发电系统相比，本发明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，而增加的聚光跟踪装置的成本远远低于所节约的太阳能电池成本，相当于用普通的材料代替昂贵的半导体材料，从而大幅度提高光伏发电系统的性价比。
附图说明
下面结合附图和典型实施例对本发明做进一步说明。
图1为本发明实施例的基本结构示意图。
图2为本发明实施例的机构示意图。
图3为本发明实施例的反射镜角度调整机构示意图。
图4为本发明实施例的光路示意图。
具体实施方式
如图1基本结构示意图、图2机构示意图和图4光路示意图所示，一种反射聚光光伏发电系统，包括太阳能电池阵列1和自动跟踪太阳装置，所述太阳能电池阵列1安装在支架2上，呈线型平行排列，所述自动跟踪太阳装置包括驱动太阳能电池阵列1及其支架2运动的驱动机构3、控制驱动机构3运动的跟踪控制电路4，还包括安装在支架2下方、呈曲面形的框架5，以及安装在框架5中心两侧的长条形反射镜阵列6，反射镜阵列含有十列反射镜(一侧为A1、B1、C1、D1、E1，另一侧为A2、B2、C2、D2、E2)，所述太阳能电池阵列1朝向反射镜安装，纵向与反射镜的长度方向平行，横向划分为十等份(S1、S2……S10)，各列反射镜与太阳能电池阵列的各等份一一对应，每列反射镜反射的光线照射到对应太阳能电池阵列1每等份的宽度与该太阳能电池阵列1每等份的宽度基本相等。其中A1对应S5，B1对应S4，C1对应S3，D1对应S2，E1对应S1，A2对应S6，B2对应S7，C2对应S8，D2对应S9，E2对应S10，为了看得清楚一些，图4光路示意图没有画出所有的光线，仅画出了几条典型的光线。本实施例采用的反射镜是平面玻璃反射镜，背面粘贴纤维网格布作为加强层，框架5的曲面为抛物面，平面玻璃反射镜在固定件作用下紧贴在框架上，形成抛物面反射镜，框架5设计成错层结构，使反射镜之间互相不挡光。上述抛物面反射镜的制造方法也可以进行改变，比如直接将抛物面反射镜或者接近抛物面的圆弧面反射镜安放到框架5上等。
如图2机构示意图所示，本实施例还包括安装架7，所述太阳能电池阵列1及其支架2、反射镜以及安装反射镜的框架5组成聚光太阳能电池组件，所述聚光太阳能电池组件通过铰支轴8铰支在安装架7上，所述铰支轴8穿越聚光太阳能电池组件的重心附近，并与驱动机构3衔接。驱动机构3由电9机、与电机9衔接的蜗轮10、蜗杆11组成，蜗轮10的中心轴与铰支轴8连接。自动跟踪太阳装置的跟踪控制电路4发出指令，由电机9带动蜗轮10蜗杆11驱动聚光太阳能电池组件绕铰支轴8转动，在一维方向上跟踪太阳，使聚光太阳能电池组件始终对准太阳，分列在框架5中心两侧的十列玻璃反射镜将太阳光反射到太阳能电池阵列1上。
本实施例的玻璃反射镜受光口径与太阳能电池阵列的宽度之比为5∶1，换言之，几何聚光比为5∶1，按照90％的反射效率计算，光强聚光比为4.5∶1。例如，若普通平板固定式光伏发电系统的发电规模为100kW，使用15％的太阳能电池面积为666.67平方米，本实施例的反射聚光光伏发电系统在产生同样发电量的情况下，太阳能电池用量为148平方米，仅为普通平板固定式光伏发电系统的22.22％，节约大量的半导体材料，而增加的聚光跟踪部件的成本在规模化生产时仅为所节约的太阳能电池的1/3，明显提高了性能价格比。
如图3为反射镜角度调整机构示意图所示，为了微调玻璃反射镜的角度，使其反射的太阳光对应照射到每一等份太阳能电池阵列1上，本实施例还设置了反射镜角度调整机构，该调整机构由铰链12以及螺母螺栓机构组成，各反射镜的一边通过铰链12与框架5连接，螺栓13固连在反射镜另一侧背部，穿过框架5，通过两螺母夹持固定。通过调节螺母14与螺栓13的旋合位置，可以实现反射镜角度的调整。调好之后，并紧两螺母14即可将反射镜通过螺栓13与框架5固定。
实际使用时，太阳能电池阵列与反射镜之间的距离不易安装到设计的理论值，因此本实施例还设置了可调整太阳能电池阵列1与反射镜之间的距离的螺旋调整机构。如图1所示，该调整机构由可转动支撑在支架2上的螺杆15、与螺杆旋合的螺母16、与螺杆固连的摇柄17、与支架固连的导柱18，以及与导柱形成移动副的导柱套19构成，其中螺母16以及导柱套19与太阳能电池阵列1固连。当摇柄17带动螺杆15转动时，太阳能电池阵列1随螺母16沿导柱18滑动，从而调整太阳能电池阵列1与反射镜之间的距离。
当然，还可以进行如下改变：
(1)反射镜采用抛物面玻璃反射镜或者圆弧面玻璃反射镜(可采用模压成型加工工艺制造)。
(2)框架的曲面不仅可以为抛物面，也可以是圆弧面、抛物面与圆弧面的组合。
(3)玻璃反射镜的背面除了粘贴纤维网格布作为加强层外，也可以粘贴平整基材作为加强层，所述平整基材可以是玻璃、薄金属板、铝塑板、塑料板、有机玻璃板中的一种。
这样，本发明中的几种技术方案经过重新组合，可以形成许多可实施的技术方案，在此不一一赘述。
Claims (8)
1. 一种反射聚光光伏发电系统，包括太阳能电池阵列和自动跟踪太阳装置，所述太阳能电池阵列安装在支架顶部，呈线型平行排列，所述自动跟踪太阳装置包括驱动太阳能电池阵列及其支架运动的驱动机构、控制驱动机构运动的跟踪控制电路，其特征在于：还包括安装在支架下方、呈曲面形的框架，以及安装在框架中心两侧的长条形反射镜阵列，反射镜阵列至少含有六列反射镜，所述太阳能电池阵列朝向反射镜安装，所述太阳能电池阵列纵向与反射镜的长度方向平行，横向划分为至少六等份，各列反射镜与太阳能电池阵列的各等份一一对应，每列反射镜反射的光线照射到对应太阳能电池阵列每等份的宽度与该太阳能电池阵列每等份的宽度相等。
2. 根据权利要求1所述的反射聚光光伏发电系统，其特征在于：所述反射镜是呈一定曲率的玻璃反射镜，在固定件作用下紧贴在框架上。
3. 根据权利要求2所述的反射聚光光伏发电系统，其特征在于：还含有反射镜角度调整机构，所述角度调整机构由铰链以及螺母螺栓机构组成，各反射镜的一边通过铰链与框架连接，螺栓固连在反射镜另一侧背部，穿过框架后通过两螺母夹持固定。
4. 根据权利要求3所述的反射聚光光伏发电系统，其特征在于：还含有太阳能电池阵列与反射镜间距调整机构，所述间距调整机构由可转动支撑在支架上的螺杆、与螺杆旋合的螺母、与螺杆固连的摇柄、与支架固连的导柱，以及与导柱形成移动副的导柱套构成，所述螺母以及导柱套与太阳能电池阵列固连。
5. 根据权利要求4所述的反射聚光光伏发电系统，其特征在于：还包括安装架，所述太阳能电池阵列及其支架、反射镜以及安装反射镜的框架组成聚光太阳能电池组件，所述聚光太阳能电池组件通过铰支轴铰支在安装架上，所述铰支轴穿越聚光太阳能电池组件的重心附近，并与驱动机构衔接。
6. 根据权利要求1所述的反射聚光光伏发电系统，其特征在于：所述框架的曲面为抛物面、圆弧面或者抛物面与圆弧面的组合。
7. 根据权利要求1所述的反射聚光光伏发电系统，其特征在于：所述反射镜是玻璃反射镜，背面粘贴平整基材、纤维网格布等加强层，所述平整基材是玻璃、薄金属板、铝塑板、塑料板、有机玻璃板中的一种。
8. 根据权利要求1所述的反射聚光光伏发电系统，其特征在于：所述反射镜由平整的基材表面粘贴反射膜制成。
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