CN101444176B - 带太阳能电池组件的光伏温室及发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能光伏温室，用太阳能电池组件构建光伏矩阵，为温室大棚提供电源。带太阳能电池组件的太阳能光伏温室，包括主体框架、通风装置和保温装置，主要特点是还包括由太阳能电池与透明材料搭建成单顶或多顶衍架结构的屋顶，拱顶上安装带清洗的装置，由电极引出汇流线到总线，接室内用电负载。有益效果是最大化的利用太阳能电池组件，尤其用非晶硅电池做农业温室大棚的光伏建筑材料，易密封、幅面大；可做屋顶、墙体光伏发电，成本低，利用原有温室框架，易于推广；清洗装置能保持清洁的太阳能电池表面，提高发电效率，延长电池的使用寿命。

Description

带太阳能电池组件的光伏温室及发电装置

技术领域

本发明涉及一种太阳能光伏温室，用太阳能电池组件构建光伏矩阵，做农业温室大棚透光、提供电源。

背景技术

温室的出现极大地丰富了人们的生活，使得人们的饮食品种不再受四季的限制，也为使用温室的人们带来极大的经济效益，实现了和谐的双赢局面，同时温室的种类和功能也在不断地扩展和延伸，温室的种类很多，按使用目的、建筑形式、保温程度和建筑材料等的不同而有各种各样的温室，种类从最初的塑料大棚到现在的现代化智能阳光房，功能也从单一的种植到现在的生态休闲应有尽有，特别是随着绿色节能理念的深入人心，绿色节能温室也大量涌现，太阳能与温室相结合，更是成为绿色节能温室的一大亮点。在农田拉电缆一是危险，二是成本高，目前太阳能的利用主要集中在热吸收利用，但温室本身需要消耗一定的电能，如照明、换风系统、喷淋系统、保温系统等对电的需求量很大。美国专利US5101493《PORTABLE GREENHOUSE WORKING ON SOLARSYSTEM》介绍了一种利用太阳能电池发电的可移动式太阳能温室，将太阳能电池板放置在已有温室屋顶之上，但不作为屋顶材料使用。日本专利JP2000-261057公开了一种太阳能电池作为种植大棚的屋顶材料，但没有涉及到一般大棚使用环境多尘土，太阳能电池表面容易堆积尘土而影响发电效率的问题。另外，中国专利ZL200620001877.3《温室屋顶自动清洗机》揭示了一种电动清洗机，通过开关控制可以在大型连栋温室屋面上自动行走，实现对玻璃屋面的清洗，其不足是成本高，操作较复杂，不适合在农村大规模的普及。

发明内容

本发明是在考虑以上存在问题的基础上，结合农业的实际需要。目的是提供一种简易，能快速安装，维修方便的用平板式大尺寸的非晶硅太阳能电池封装组件和透光玻璃等材料模块化作成既能发电又能挡风遮雨温室屋顶盖。能够提供电能的发电装置。

本发明的另一目的是提供安装在屋顶盖上无需消耗电能，成本低，易普及，能清洗太阳能电池的清洗装置。

本发明又一个目的，设计一种太阳能光伏温室，在屋顶朝阳面安装太阳能电池或太阳能电池板，多块太阳能电池或太阳能电池板组成的太阳能电池组件由支撑构件支撑，既作为屋顶材料，又用来发电供温室使用，或通过并网系统将所发电能提供给电网。

本发明再一个目的，提供一个可供多项选择的既满足发电功率又能满足植物对光需求，分布合理美观的透光区域多种组合配制形式。

为实现以上任务，本发明所采用的技术解决方案是：带太阳能电池组件的太阳能光伏温室，包括主体框架、通风装置和保温装置，其主要技术特征用太阳能电池与透明材料可以搭建成单顶或多顶衍架结构的太阳能电池屋顶，该屋顶通过多种构件安装在主体框架上，安装在拱顶上的带清洗装置是一个一端接水嘴，另一端封堵的水管，且在水管壁上开出水孔。所说的屋顶，是一个带太阳能电池组件与另一个带太阳能电池组件有序电连接，形成太阳能光伏矩阵，通过电极引出汇流线接总线，到室内用电负载。多顶衍架结构的屋顶，是指至少有一个人字梁屋顶，该屋顶朝阴的一面完全由透光材料铺设，人字梁屋顶的朝阳面，主要由顺序排列的太阳能电池组件和分布合理的透光材料区域。太阳能光伏温室是用大尺寸的非晶硅太阳能电池组件与透明材料通过模块化，安装成太阳能光伏温室的屋顶。屋檐处设有排水沟槽，太阳能电池生成的电能由电线通过线槽引出。

上固定条的截面呈“Q”形，是用来固定清洗装置的出水管，“Q”形的下部为倒“T”字形是用来安装太阳能电池组件或透明材料，倒“T”字形的底边呈弧形或折线形。

技术解决方案还提出太阳能发电装置，其特征在于包括带太阳能电池组件与透明材料，由构件安装在主体框架上的人字梁或半个人字梁的屋顶盖，包括至少一个太阳能光伏矩阵或一个以上的太阳能光伏矩阵，由引出电极的汇流线到总线，供电装置电能到负载。在人字梁或半个人字梁屋顶处装太阳能电池清洗装置。太阳能光伏矩阵是非晶硅太阳能电池板封装的光伏组件，先串后并/先并后串，由汇流线输出直流电接总线，到充放电控制器，由多路连接器接逆变器，输出交流到包括照明、电热温床在内的用电负载上。输出直流电源到控制器对蓄电池充电，通过逆变输出交流供室内负载包括通风装置和安装在主体框架的侧面和拱顶非受光面的自动窗，或并入电网。太阳能光伏矩阵周围布有防雷接地保护。

本发明的积极效果就在于最大化的利用太阳能电池组件，尤其用非晶硅电池做农业温室大棚的光伏建筑材料，易密封、幅面大。与透光材料组件任意组合使用，能够解决电功率输出与透光率的匹配问题。可做屋顶、墙体光伏发电，成本低，利用原有温室框架，易于推广。清洗太阳能电池的清洗装置，也是本发明要点，保持清洁的太阳能电池表面，能提高发电效率和使用寿命长。模块化安装、结构简单、快速搭建，一般技术人员易于掌握。

附图说明

图1、是本发明的太阳能光伏温室示意图。

图2、是图1的剖面示意图。

图3、是图2中I-I面剖面图。

图4-a、是图1中下固定条3的截面图。

图4-b、是图1中另一种下固定条3的截面图。

图5、是排水沟槽4的截面图。

图6、是限位条5的截面图。

图7-a、是图1中上固定条6的截面图。

图7-b、是图1中另一种上固定条6的截面图

图8、是支撑条12的固定方式示意图。

图9、是本发明的实施例3示意图。

图10、是本发明的实施例4，太阳能电池组件2和透明材料7间隔排列。

图11、是本发明的太阳能电池组件2和透明材料7另一排列示意图。

图12、是本发明的自动开窗装置示意图。

图13、是图12中部件14-2与部件14-6啮合示意图。

图14、是本发明的光伏发电等效原理图。

见图1至14，温室主体框架1，太阳能电池组件2，下固定条3，排水沟槽4，限位条5，上固定条6，透明材料7，线槽8，蓄电池9，控制装置10，密封屋顶外表面的密封胶11，支撑条12，水嘴13，支撑梁14，开窗用减速电机14-1，开窗齿轮14-2，驱动轴14-3，联轴器14-4，驱动轴支撑座14-5，开窗齿条14-6，连接件14-7，充放电控制器15，逆变器16，蓄电池17。

具体实施方式

实施例1：

见图1和图2，太阳能光伏温室包括主体框架1、通风装置和保温装置，由太阳能电池组件2和透明材料7模块安装构成屋顶，屋顶由多个构件连接在主体框架1上，且屋顶上设有清洗太阳能电池组件2的清洗装置，屋檐处设有排水沟槽4，太阳能电池生成的电能由电线通过线槽8引出。在太阳能光伏温室内部，太阳能电池组件2的正负电极线汇流引出，并通过线槽8以及主体框架1连接到蓄电池9和控制装置10，给负载供电。蓄电池9和控制装置10上有扩展接口，扩展接口用于连接交/直流用电设备。

主体框架1采用已有温室结构框架，可以是钢材、铝合金以及其它材料制成的框架，是温室的主体结构支撑框架。本实施例的屋顶采用双坡顶结构(亦称“人”字形尖顶结构)，即屋顶由两个双坡顶连接而成。双坡顶的一个坡面是太阳能电池组件2，另一个坡面是透明材料7，屋顶倾角为当地太阳能电池组件2的安装最大发电倾角，透明材料7是采用透明塑料。

清洗太阳能电池组件2的清洗装置是一个由带上固定条6的，且在侧壁上设有出水孔的圆管，该管的一端接上水嘴13，另一端封堵。见图7，上固定条6的截面呈“Q”形，该“Q”形的下部为倒“T”字形，倒“T”字形的底边呈弧形，用于固定太阳能电池组件2或透明材料7。截面呈“Q”形的上固定条6的上部是一个带有出水孔的圆管，该圆管的一端接上水嘴13，另一端封堵，即构成清洗装置。

连接屋顶的构件包括限位条5和下固定条3，太阳能电池组件2及透明材料7固定搭接在限位条5和下固定条3之间。见图6，限位条5的截面呈“工”字形，其“工”字形的上横边为弧形，下横边为折线形，限位条5的弧形边与上固定条6的弧形边固定配合，可以采用紧固件固定，紧固件亦称标准件，可以是拉钉、铆钉或螺丝。太阳能电池组件2及透明材料7由截面呈“凸”形或“L”形的支撑条12承托，见图3和图8，该支撑条12搭接在下固定条3和限位条5之间。相邻太阳能电池组件2或透明材料7的背光面拼接处有支撑条12在背部支撑，受光面拼接处用密封胶11密封，构成光伏屋顶。屋顶周边承托太阳能电池组件2或透明材料7的支撑条12’呈“L”形，屋顶其他区域承托太阳能电池组件2或透明材料7的支撑条12呈“凸”形。支撑条12、12’都是挤出型材，安装方便。

屋檐处的排水沟槽4是由下固定条3的弯钩部分构成，下固定条3的截面呈“F”形，该“F”形的上部与下部具有一定的夹角，该夹角与屋顶的倾角相同，“F”形的下部呈弯钩形，构成排水沟槽。下固定条3的下部分用铆钉固定在主体框架1的屋顶外侧下边缘，即将排水沟槽4用铆钉固定在主体框架1的屋顶内侧下边缘。

实施例2：

本实施例的具体实施方式同实施例1。

本实施例采用的屋顶材料，是非晶硅太阳能电池组件2’与透明材料玻璃7。如图1和图2所示，双顶衍架结构的太阳能电池屋顶，或称人字梁，由两个“人”字形尖顶连接，即屋顶由两个双坡顶连接而成。每个尖顶上都有清洗太阳能电池组件2的清洗装置。该清洗装置是一个由带上固定条6，且在侧壁上设有出水孔的圆管，该圆管的一端接上水嘴13，另一端封堵。见图7，上固定条6的截面呈“Q”形，该“Q”形的下部为倒“T”字形，倒“T”字形的底边呈折线形，如图7中6’所示。

如图1、图2中4所示，在两个“人”字形尖顶之间有一个共用的排水沟槽4，该排水沟槽4的截面呈“U”形(见图5)，是由两个背对的“F”形下固定条3的下部折线部分连接在一起构成。

实施例3：

在北京建造一个坐北朝南宽8米、长40米、高3米的双尖顶温室，温室尖顶倾角为35度，在两个朝南面安装非晶硅电池组件，具体实施方式同实施例1，在此不再赘述。

如图9所示，非晶硅太阳能电池板的玻璃采用自清洁玻璃，朝北面安装有可推拉的玻璃窗，年平均每天可发电40～60度电。双尖顶的中部采用支撑梁14支撑，支撑梁14两端固定在主体框架1宽8米的跨度的立柱上，如图2所示，内部可添加遮阳网，搭建在支撑梁14上，支撑梁14可以放置喷淋系统的管道，可以是中空的支撑梁14。同样，双尖顶可以是倍增连接，在尖顶屋顶的中部也采用立柱承重。蓄电池9、控制装置10可以放置在支架上，然后放置于温室角落，有绝缘、接地、防漏措施。在蓄电池9、控制装置10上接有扩展接口，根据实际需要，连接需要的电器设备。

实施例4：

本实施例中，太阳能光伏温室的屋顶采用单坡顶结构，或称为半边人字梁顶。如图10和图11所示，屋顶由太阳能电池组件2和透明材料7构成，其中太阳能电池组件2和透明材料可以间隔排列，或者太阳能电池组件2和透明材料直接平行排列成两排，保证屋顶具有良好的透光性。

半边人字梁屋顶的尖顶上有清洗太阳能电池组件2的清洗装置。该清洗装置是一个由带上固定条6，且在侧壁上设有出水孔的圆管，该圆管的一端接上水嘴13，另一端封堵。见图7，上固定条6的截面呈“Q”形，该“Q”形的下部为倒“T”字形，倒“T”字形的底边呈折线形，用于固定太阳能电池组件2或透明材料7，如图7中6’所示。

屋檐处的排水沟槽4是由下固定条3的弯钩部分构成。下固定条3的截面呈“F”形，该“F”形的上部与下部具有一定的夹角，该夹角与屋顶的倾角相同，“F”形的下部呈弯钩形，构成排水沟槽。

实施例5：

见图14，是本发明实施例5的光伏发电等效原理图，非晶硅太阳电池组件15或称非晶硅太阳电池板共450块，设计峰压功率7000瓦，型号是350×1220，每块电压27V，电流0.8A。屋顶结构如图1所示3个连排，设计放电深度50％，一跨150块电池，三个电池一串90V，共50组并联，并联电压90V，电流40A，汇流后120A，选控制器200A，。非晶硅太阳电池组件采用夹胶三个人字粱，主体框架每4米一个立柱，每6块电池组件2之间加一块1.2米宽透明组件2为白玻璃，立柱间距4米，在立柱上装14块遮阳网，总长55米，大棚宽9.6米，长55米，共3个人字粱，每个宽度3.2米，高度1.7米，立柱高3米，图14中的蓄电池18，配套充电控制器16电压48V电流200A，逆变器17。屋顶防水用封胶，钢筋压条把电池封装在框架1里。

实施例6：

本实施例是在实施例1的基础上增加了自动开窗装置。见图12和图13，自动开窗装置中的开窗用减速电机14-1及驱动轴支撑座14-5固定在主体框架1的立柱上，并保证开窗用减速电机14-1的输出轴中心应和驱动轴支撑座14-5上孔的中心在同一水平位置上，将开窗齿轮14-2固定在驱动轴14-3的适当位置，将驱动轴14-3穿过驱动轴支撑座14-5中心孔，用联轴器14-4将开窗用减数电机14-1输出轴与驱动轴14-3连接在一起，将开窗齿条14-6一头插入开窗齿轮14-2的槽内，另一头通过连接件14-7和窗体下部进行活动连接，连接后开窗齿条14-6必须和驱动轴14-3垂直以保证在开窗的过程中开窗齿条14-6能够伸缩自如。当开窗用减速电机14-1转动时，通过联轴器14-4带动驱动轴14-3转动，再带动驱动轴14-3上的开窗齿轮14-2转动，开窗齿轮14-2上的齿轮与开窗齿条14-6的齿压啮合，又带动开窗齿条14-6上下运动，通过连接件14-7使窗开启与闭合。

Claims (10)

1.带太阳能电池组件的太阳能光伏温室，包括主体框架、通风装置和保温装置，其特征在于还包括由太阳能电池与透明材料搭建成单顶或多顶衍架结构的太阳能电池屋顶，该屋顶由构件安装在主体框架上，所述构件包括限位条和下固定条，屋顶固定搭接在限位条和下固定条之间，屋顶拱顶上安装带清洗的装置，该清洗装置是一个带上固定条，且在侧壁上设有出水孔的圆管，该圆管的一端接上水嘴，另一端封堵，所述上固定条的截面呈“Q”形，该“Q”形的下部为倒“T”字形，倒“T”字形的底边呈弧形或折线形；所说的屋顶，是一个带太阳能电池组件与另一个带太阳能电池组件的电连接，构成太阳能光伏矩阵，由电极引出汇流线到总线，接室内用电负载。

2.根据权利要求1所述的带太阳能电池组件的太阳能光伏温室，其特征在于所说的多顶衍架结构的屋顶，包括至少一个人字梁屋顶，其朝阴的一面完全由透光材料铺设，人字梁屋顶的朝阳面，主要由顺序排列的太阳能电池组件和分布合理的透光区域是透光材料，多顶衍架结构中两个“人”字形尖顶之间有一个共用的排水沟槽，该排水沟槽的截面呈“U”形，是由两个背对的“F”形下固定条的下部折线部分连接在一起构成。

3.根据权利要求1所述的带太阳能电池组件的太阳能光伏温室，其特征在于所说下固定条的截面呈“F”形，该“F”形的下部呈弯钩形，构成排水沟槽。

4.根据权利要求1所述的带太阳能电池组件的太阳能光伏温室，其特征在于所说的构成太阳能光伏矩阵的太阳能电池组件板是非晶硅太阳能电池组件板。

5.根据权利要求1所述的太阳能光伏温室，其特征在于所说的带太阳能电池组件的太阳能光伏温室，是指由带非晶硅太阳能电池组件与透明材料，模块化安装成太阳能光伏温室的屋顶。

6.太阳能发电装置，其特征在于包括带太阳能电池组件与透明材料，由构件安装在主体框架上的人字梁或半个人字梁的屋顶盖，该屋顶固定搭接在限位条和下固定条之间，人字梁或半个人字梁屋顶处装太阳能电池清洗装置，该清洗装置是一个由带上固定条的，且在侧壁上设有出水孔的圆管，该圆管的一端接上水嘴，另一端封堵，所述上固定条的截面呈“Q”形，该“Q”形的下部为倒“T”字形，倒“T”字形的底边呈弧形或折线形；还包括至少一个太阳能光伏矩阵，由引出电极的汇流线到总线，供电装置电能到负载。

7.根据权利要求6所述的太阳能发电装置，其特征在于太阳能光伏矩阵是非晶硅太阳能电池板封装的光伏组件，先串后并/先并后串，由汇流线输出直流电接总线，到充放电控制器，由多路连接器接逆变器，输出交流到包括照明、电热温床在内的用电负载上。

8.根据权利要求6所述的太阳能发电装置，其特征在于太阳能光伏矩阵发电输出直流电源控制器对蓄电池充电，通过逆变输出交流供室内用电或并入电网。

9.根据权利要求6所述的太阳能发电装置，其特征在是：屋顶是双尖顶衍架结构，其两个“人”字形尖顶之间有一个共用的排水沟槽，该排水沟槽的截面呈“U”形，是由两个背对的“F”形下固定条的下部折线部分连接在一起构成，所说太阳能光伏矩阵，其周围布有防雷接地保护。

10.根据权利要求7太阳能发电装置，其特征在于用电负载还包括通风装置和安装在主体框架的侧面和拱顶非受光面的自动窗。

Images