專利名稱：一種屋頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種屋頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在人類面對能源危機(jī)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(fèi)國，為了減少能耗和溫室氣體排放，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，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(yīng)用技術(shù)得到了極大地發(fā)展。日本福島核事故和隨之而來的電網(wǎng)中斷后，屋頂太陽能公寓則迅速發(fā)展成為新興市場。而對中國來說，每年新增的建筑房頂面積即可提供光伏發(fā)電10GW，因而中國在新能源十二五規(guī)劃中也明確提出“必須著力發(fā)展分布式太陽能”。屋頂太陽能具有不占土地，傳輸損耗小，有利于降低峰電壓力等優(yōu)點(diǎn)，但是由于建筑屋頂面積空間相對有限，因此如何能在有限的面積內(nèi)獲取更多的電量輸出是推動屋頂太陽能大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。常規(guī)太陽能發(fā)電技術(shù)大部分采用固定晶硅電池板發(fā)電，其效率一般在15%左右，為了在有限面積內(nèi)獲得更多電量，采用效率可超過30%的聚光加多結(jié)太陽能技術(shù)是一種非常好的方式。但是在屋頂上直接采用這種聚光發(fā)電方式則會存在幾個大的問題:
I)高轉(zhuǎn)換效率的獲取必須要在聚光條件下，因此相比較常規(guī)固定晶硅電池發(fā)電技術(shù)，聚光太陽能必須要同時采用高精度太陽跟蹤技術(shù)來獲得高穩(wěn)定性的光斑。而一般太陽跟蹤技術(shù)大部分采用地平坐標(biāo)系雙軸跟蹤技術(shù)，即通過雙軸支架調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對太陽的高度和水平角的追蹤。這種雙軸支架大部分采用立式結(jié)構(gòu)，整個重心集中承載在支撐立柱上，并且需要根據(jù)地面結(jié)構(gòu)進(jìn)行打樁固定安裝。而在屋頂使用時，由于樓體結(jié)構(gòu)和承重的限制，在有限面積內(nèi)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范圍，采用地平坐標(biāo)系跟蹤技術(shù)的立式支架，就需要一定高度的立柱來保證高度角的全范圍追蹤，這樣抗風(fēng)能力的設(shè)計無疑是最大的難題。并且城市里的住宅往往是高層建筑，其風(fēng)速大大超過了地面風(fēng)速，并且聚光太陽帆越大，雙軸追蹤支架的立柱就要求越高，則抗風(fēng)性也要求越苛刻，更為麻煩的是由于雙軸支架采用結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的仰俯追蹤結(jié)構(gòu)和控制算法，一旦在高層建筑上這樣的雙軸聚光太陽能系統(tǒng)出現(xiàn)故障異常，則調(diào)試和維護(hù)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(fā)電，一方面我們希望使用一種在單位面積上發(fā)電效率高的技術(shù)，另外一方面我們還需要這種技術(shù)能夠盡量滿足屋頂結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單并且能夠有效承受惡劣環(huán)境的太陽能發(fā)電技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
針對常規(guī)屋頂太陽能和聚光太陽能各自的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種可以在屋頂使用的太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)⑽蓓敽途酃馓柲芗夹g(shù)相結(jié)合，從而能夠更好的滿足實(shí)際需求。本發(fā)明可以通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種屋頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)，其不同之處在于:該系統(tǒng)包括支架，該支架包括支撐架、用于安裝聚光發(fā)電模塊的傾斜狀中心撐桿，所述支架上具有用于朝向南北的傾斜支架中心軸線和用于朝向東西的聚光單元中心軸線兩個旋轉(zhuǎn)中心線，傾斜支架中心軸線和聚光單元中心軸線構(gòu)成時角坐標(biāo)系，該時角坐標(biāo)系以地心為原點(diǎn)，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(zhuǎn)用于追蹤太陽東西方向的時角變化，通過圍繞赤緯軸線旋轉(zhuǎn)用于改變光線的入射角度。按以上方案，所述中心撐桿、支撐架和屋頂天臺水平面構(gòu)成一直角三角形，中心撐桿和屋頂天臺水平面所形成的夾角為當(dāng)?shù)鼐暥冉铅?，聚光發(fā)電模塊與極軸成赤緯夾角3，緯度角Θ和赤緯夾角0均可以通過機(jī)械方式進(jìn)行聯(lián)動調(diào)節(jié)。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，所述傾斜狀中心撐桿上安裝有用于驅(qū)動多個聚光發(fā)電模塊同時南北翻轉(zhuǎn)從而改變赤緯夾角a的赤緯聯(lián)動桿。按以上方案，還包括時角聯(lián)動桿，所述傾斜狀中心撐桿的數(shù)量為至少2根，傾斜狀中心撐桿之間互相平行，時角聯(lián)動桿則帶動多根傾斜狀中心撐桿上的聚光發(fā)電模塊同時東西轉(zhuǎn)動，形成時角聯(lián)動追蹤，赤緯聯(lián)動桿和時角聯(lián)動桿為聯(lián)動機(jī)構(gòu)。按以上方案，所述赤緯聯(lián)動桿和時角聯(lián)動桿之間由步進(jìn)電機(jī)帶動減速機(jī)構(gòu)與渦輪蝸桿進(jìn)行聯(lián)動。本發(fā)明引入這樣的設(shè)計可以在降低系統(tǒng)高度的同時，減少驅(qū)動電機(jī)，從而簡化系統(tǒng)和降低成本。按以上方案，所述傾斜狀中心撐桿的數(shù)量為至少2根，傾斜狀中心撐桿之間互相平行，傾斜狀中心撐桿之間的間距L符合以下公式:
權(quán)利要求
1.一種屋頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括支架，該支架包括支撐架(2)、用于安裝聚光發(fā)電模塊(3)的傾斜狀中心撐桿(701)，所述支架上具有用于朝向南北的傾斜支架中心軸線和用于朝向東西的聚光單元中心軸線兩個旋轉(zhuǎn)中心線，傾斜支架中心軸線和聚光單元中心軸線構(gòu)成時角坐標(biāo)系，該時角坐標(biāo)系以地心為原點(diǎn)，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(zhuǎn)用于追蹤太陽東西方向的時角變化，通過圍繞赤緯軸線旋轉(zhuǎn)用于改變光線的入射角度。
2.如權(quán)利要求1所述的屋頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述中心撐桿(701)、支撐架(2)和屋頂天臺水平面構(gòu)成一直角三角形，中心撐桿(701)和屋頂天臺水平面所形成的夾角為當(dāng)?shù)鼐暥冉铅?，聚光發(fā)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(jī)械方式進(jìn)行聯(lián)動調(diào)節(jié)。
3.如權(quán)利要求2所述的屋頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于: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(quán)利要求1所述的屋頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述傾斜狀中心撐桿(701)上安裝有用于驅(qū)動多個聚光發(fā)電模塊(3)同時南北翻轉(zhuǎn)從而改變赤緯夾角3的赤緯聯(lián)動桿(4)。
5.如權(quán)利要求4所述的屋頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:還包括時角聯(lián)動桿(7)，所述傾斜狀中心撐桿(701)的數(shù)量為至少2根，傾斜狀中心撐桿(701)之間互相平行，時角聯(lián)動桿(7)則帶動多根傾斜狀中心撐桿(701)上的聚光發(fā)電模塊(3)同時東西轉(zhuǎn)動，形成時角聯(lián)動追蹤，赤緯聯(lián)動桿(4)和時角聯(lián)動桿(7)為聯(lián)動機(jī)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5所述的屋頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述赤緯聯(lián)動桿(4)和時角聯(lián)動桿(7)之間由步進(jìn)電機(jī)帶動減速機(jī)構(gòu)與渦輪蝸桿進(jìn)行聯(lián)動。
7.如權(quán)利要求1所述的屋 頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述傾斜狀中心撐桿(701)的數(shù)量為至少2根，傾斜狀中心撐桿(701)之間互相平行，傾斜狀中心撐桿(701)之間的間距L符合以下公式:，.、.0.707^11^ + 0.4338， L > I) cos a +1) sin a-0.707-0.4338 tan 其中，α為轉(zhuǎn)動時角，D為發(fā)電模塊寬度，Θ為緯度角。
8.如權(quán)利要求1所述的屋頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述支撐架(2)頂端通過極軸(I)與中心撐桿(701)聯(lián)接，極軸(I)與中心撐桿(701)不在同一軸線。
9.如權(quán)利要求1所述的屋頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述聚光發(fā)電模塊(3)采用反射式聚光發(fā)電單元或折射式聚光發(fā)電單元。
10.如權(quán)利要求1所述的屋頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述折射式聚光發(fā)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)匯聚后，經(jīng)過遮光板(302)對應(yīng)開孔抵達(dá)二次光杯(9)的入口，經(jīng)過多次來回相對反射后，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(shè)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 )采用高分子透氣膜進(jìn)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,并固定在對應(yīng)的遮光板(302)位置上。
11.如權(quán)利要求10所述的屋頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述聚光模塊盒體(303)底部兩側(cè)具有內(nèi)凹部(308)，所述內(nèi)凹側(cè)部(308)用于安裝赤緯聯(lián)動桿(4)。
12.如權(quán)利要求10所述的屋頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述遮光板的厚度選取Im—5mm之間。
13.如權(quán)利要求10所述的屋頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述二次光杯(9)的內(nèi)側(cè)四面采取在表面上濺射高反射率金屬膜的方式，來實(shí)現(xiàn)全光譜的高反射率。
14.如權(quán)利要求13所述的屋頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述高反射率金屬膜采用鋁膜。
15.如權(quán)利要求10所述的屋頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述二次光杯(9)的入口設(shè)置有用于防止水汽滲透的高透射低鐵玻璃片(310)。
16.如權(quán)利要求14所述的屋頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于: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系數(shù)。
17.如權(quán)利要求10所述的屋頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述二次光杯(9)與聚光太陽能電池(10)之間設(shè)置有太陽電池保護(hù)玻璃板(311)，二次光杯(9)、太陽電池保護(hù)玻璃板(311)之間保留微小縫隙。
18.如權(quán)利要求10所述的屋頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述二次光杯(9)的內(nèi)側(cè)四面與底面夾角小于或等于8度。
全文摘要
本發(fā)明屬于太陽能光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種屋頂太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)，其不同之處在于該系統(tǒng)包括支架，該支架包括支撐架、用于安裝聚光發(fā)電模塊的傾斜狀中心撐桿，所述支架上具有用于朝向南北的傾斜支架中心軸線和用于朝向東西的聚光單元中心軸線兩個旋轉(zhuǎn)中心線，傾斜支架中心軸線和聚光單元中心軸線構(gòu)成時角坐標(biāo)系，該時角坐標(biāo)系以地心為原點(diǎn)，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(zhuǎn)用于追蹤太陽東西方向的時角變化，通過圍繞赤緯軸線旋轉(zhuǎn)用于改變光線的入射角度。本發(fā)明將采用這種時角坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)的追蹤支架，可以降低一個軸向電機(jī)的往返運(yùn)動，提高了系統(tǒng)可靠性，特別適合屋頂太陽能使用。
文檔編號H01L31/052GK103208947SQ20121029605
公開日2013年7月17日 申請日期2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月20日
發(fā)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