CN101567647A

CN101567647A - 太阳能电站

Info

Publication number: CN101567647A
Application number: CNA2009100300217A
Authority: CN
Inventors: 赵琦; 王旭; 杨永健; 毛卫成
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2009-10-28

Abstract

本发明公开了一种太阳能电站，包括若干个电连接的聚光太阳能电池单体模组，所述每个单体模组包括聚光透镜、太阳能电池半导体芯片、驱动单体模组跟随太阳水平、俯仰运动的水平、俯仰旋转驱动机构，所述的若干个聚光太阳能电池单体模组构成沿水平方向相互间隔L距离排列的模组阵列，所述L满足关系式：L＝W/cosα，式中：W为聚光太阳能电池单体模组的宽度，α为由电站安装地的纬度θ所确定的太阳方位角。本发明的电站不仅对安装地点和位置要求较低、在强风下不易损坏及安装、维修方便，而且电站中的聚光太阳能电池单体模组的排列结构和相互间隔的距离合理、占地面积小，在工作时不相互影响，能更为有效地吸收太阳光从而达到最大的发电效率。

Description

太阳能电站

技术领域

本发明涉及一种发电站，尤其是一种由若干个聚光方式发电的具有自动跟踪阳光的太阳能电池单体模组构成的太阳能电站。

背景技术

随着石油、煤炭等传统资源的日益枯竭，太阳能作为新能源越来越得到广泛使用。目前，普遍采用的太阳能电站大致有二种，一种是采用多个由太阳能电池阵列构成的大面积太阳能电池板、驱动太阳能电池板跟随太阳作水平旋转及俯仰旋转运动的驱动机构，和用于安装大面积太阳能电池板及驱动机构的安装架组成的发电单元构成的太阳能电站，这样的发电单元，在中国实用新型专利，专利号为02218387.6及200620090366.3等公开说明书中都作了较为详细的说明；但是，这样的太阳能电站，由于发电单元体积较大，使得其构成的电站的占地面积也较大，而且由于发电单元的迎风面积较大，使得其构成的电站在强风下易损坏，因此，这样的电站对安装地点和位置要求都较高，另外，在安装时必须使用较大的吊装设备，维修必须由专业人员及专用的设备才可进行，因此安装和维修也都很不方便；另一种是采用若干个电连接的由聚光太阳能电池单体模组构成的太阳能电站，在电站中，每个聚光太阳能电池单体模组都具有独立的太阳光自动跟踪能力，每个聚光太阳能电池单体模组主要由菲涅尔透镜、太阳能电池半导体芯片、驱动该聚光太阳能电池单体模组跟随太阳水平运动的水平旋转驱动机构以及驱动聚光太阳能电池单体模组跟随太阳俯仰运动的俯仰旋转驱动机构构成；这样结构的太阳能电站对安装地点和位置要求较低，能较好地利用各种复杂的地形地貌、荒山野岭和各种类型的建筑物，单体模组及构成的电站在强风下不易损坏，安装和维修也较为方便，但是，由于构成电站的各个聚光太阳能电池单体模组在安装时随意摆放，这样往往使得单体模组之间的排列结构和相互间隔的距离很不合理，不仅使得电站占用了较多的土地面积，而且还经常导致各个单体模组之间在工作时相互影响，因此，不能较好地利用太阳能以达到最大的发电效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种太阳能电站，其不仅对安装地点和位置要求较低、在强风下不易损坏及安装、维修方便，而且电站中的聚光太阳能电池单体模组的排列结构和相互间隔的距离合理、占地面积小，在工作时不相互影响，能更为有效地吸收太阳光从而达到最大的发电效率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的一种太阳能电站，包括若干个电连接的聚光太阳能电池单体模组，所述每个聚光太阳能电池单体模组包括聚光透镜、太阳能电池半导体芯片、驱动聚光太阳能电池单体模组跟随太阳水平运动的水平旋转驱动机构以及驱动聚光太阳能电池单体模组跟随太阳俯仰运动的俯仰旋转驱动机构，所述的若干个聚光太阳能电池单体模组构成沿水平方向相互间隔L距离排列的模组阵列，所述L满足关系式：L＝W/cosα，式中：W为聚光太阳能电池单体模组的宽度，α为由电站安装地的纬度θ所确定的太阳方位角。

采用这样的结构后，由于该太阳能电站采用若干个电连接的聚光太阳能电池单体模组构成，而聚光太阳能电池单体模组的体积及迎风面积较小，其在强风下不易损坏，因此，由这些单体模组构成的电站对安装地点和位置要求都较低，能较好地利用各种复杂的地形地貌、荒山野岭和各种类型的建筑物，在安装时也因单体模组结构较简单、重量较轻而无需使用吊装设备，维修也不必使用专用设备，因此安装和维修也都较为方便；又由于这些聚光太阳能电池单体模组沿水平方向相互间隔L距离排列，其中，L＝W/cosα，而W为聚光太阳能电池单体模组的宽度，α为由电站安装地的纬度θ所确定的太阳方位角，W及α均是确定的数值，因此，由此得到的单体模组沿水平方向的间距L也是确定的，这样一方面在安装时避免了单体模组的随意摆放，影响其发电效率，另一方面该间距L及其排列结构不仅使电站占用最少的土地面积，而且还保证每个单体模组能充分、有效地吸收太阳光，并在工作时不相互影响，从而能达到最大的发电效率。

作为本发明的一种改进，所述的由若干个聚光太阳能电池单体模组沿水平方向相互间隔L距离构成的模组阵列有多个，且在地平面的垂直方向上，这些模组阵列以垂直相对高度H排列，所述H满足关系式：H＝δG，式中：系数δ范围为0.1≤δ≤4.0，本发明优选为1≤δ≤3；G为聚光太阳能电池单体模组的高度。采用这样的结构后，一方面其对占地面积有限，不能大面积铺开的地方或纬度高于10°的地区尤为适用，另一方面能更充分地利用水平布置模组阵列的垂直空间，使电站的规模更大，发电量更多，另外，这些模组阵列以垂直相对高度δG排列时，不仅各单体模组在工作时不相互影响，而且还保证各单体模组能充分、有效地吸收太阳光，从而保证了最大的发电效率。

作为本发明的另一种改进，所述的由若干个聚光太阳能电池单体模组沿水平方向相互间隔L距离构成的模组阵列有多个，且在地平面的水平方向上，这些模组阵列相互间隔距离D排列，所述D满足关系式：G/tanβ≤D≤2G，式中：G为聚光太阳能电池单体模组的高度，β为电站安装地正午时的太阳高度角。本发明的电站在安装地的纬度θ≥60°且正午时的太阳高度角β≤10°时，D＝G。采用这样的结构后，一方面其对赤道附近和低纬度地区，即赤道至南北纬30度之间的地区尤为适用，另一方面能更充分地利用地平面，尤其是屋顶平面，使电站的规模更大，发电量更多，另外，这些模组阵列以间隔距离D排列时，不仅各单体模组在工作时不相互影响，而且还保证各单体模组能充分、有效地吸收太阳光，从而保证了最大的发电效率。

作为本发明的又一种改进，所述的由若干个聚光太阳能电池单体模组沿水平方向相互间隔L距离构成的模组阵列有多个，且沿与地平面的倾斜方向排列；在上层所述模组阵列的底平面高于下层所述模组阵列的顶面时，这些模组阵列在地平面的水平方向上相互间隔的距离D满足关系式：D＝(G+H)/tanγ，式中：G为聚光太阳能电池单体模组的高度，H为模组阵列在地平面的垂直方向上的相对高度，γ为由下层模组阵列中聚光太阳能电池单体模组的俯仰旋转中心至上层模组阵列中聚光太阳能电池单体模组的后端角点连线构成的平面与地平面之间的倾斜角度；在上层所述模组阵列的底平面低于下层所述模组阵列的顶面时，这些模组阵列在地平面的水平方向上相互间隔的距离D满足关系式：D＝cosγ×R，上、下层模组阵列的底平面之间的距离H’＝sinγ×R，由下层模组阵列中聚光太阳能电池单体模组的俯仰旋转中心至上层模组阵列中聚光太阳能电池单体模组的后端角点连线构成的平面与地平面之间的倾斜角度γ＝sin^-1(G/R)-β，其中，R为下层模组阵列中聚光太阳能电池单体模组的俯仰旋转中心至上层模组阵列中聚光太阳能电池单体模组的后端角点的直线距离，所述R满足关系式：R＝(G²+S²)^1/2，式中，G为聚光太阳能电池单体模组的高度，S为聚光太阳能电池单体模组的长度。采用这样的结构后，一方面电站适合于任何地区，安装和维修也非常方便，另一方面能更充分地利用模组阵列与地平面之间的倾斜空间，使电站的规模更大，发电量更多，另外，这些模组阵列以该结构排列时，不仅各单体模组在工作时不相互影响，而且还保证各单体模组能充分、有效地吸收太阳光，从而保证了最大的发电效率。

作为本发明的再一种改进，所述的聚光透镜为菲涅尔透镜或者凸透镜，本发明优选为菲涅尔透镜；由于菲涅尔透镜相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多，因此，采用菲涅尔透镜能较大地降低电站的生产成本。

作为本发明的进一步改进，所述的由若干个聚光太阳能电池单体模组沿水平方向相互间隔L距离构成的模组阵列或者多个这样的模组阵列固定在一个框架上。采用这样的结构后，能使电站的结构更为可靠、牢固，抗风能力更强，使用寿命也更长。

附图说明

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

图1为本发明太阳能电站中模组阵列在垂直排列时的结构示意图。

图2为本发明太阳能电站中模组阵列在水平排列时的结构示意图。

图3为本发明太阳能电站中模组阵列在倾斜排列时的一种实施方式的结构示意图。

图4为图3的侧视图。

图5为本发明太阳能电站中模组阵列在倾斜排列时的另一种实施方式的侧视示意图。

具体实施方式

参见图1至图5所示的太阳能电站，包括若干个电连接的聚光太阳能电池单体模组1-1，所述每个聚光太阳能电池单体模组1-1包括：由菲涅尔透镜或者凸透镜等作为聚光透镜、太阳能电池半导体芯片、驱动聚光太阳能电池单体模组1-1跟随太阳水平运动的水平旋转驱动机构以及驱动聚光太阳能电池单体模组1-1跟随太阳俯仰运动的俯仰旋转驱动机构，所述的若干个聚光太阳能电池单体模组1-1构成沿水平方向相互间隔L距离排列的模组阵列(1)，所述L满足关系式：L＝W/cosα，式中：W为聚光太阳能电池单体模组1-1的宽度，α为由电站安装地的纬度θ所确定的太阳方位角。所述的水平旋转驱动机构主要由驱动电机、蜗轮、蜗杆及竖转轴构成，所述驱动电机的输出轴与蜗杆连接，蜗杆与蜗轮啮合配合，蜗轮与竖转轴通过键连接，从而使竖转轴带动单体模组1-1跟随太阳水平运动；所述的俯仰旋转驱动机构主要由驱动电机、蜗轮、蜗杆及水平转轴构成，所述驱动电机的输出轴与蜗杆连接，蜗杆与蜗轮啮合配合，蜗轮与水平转轴通过键连接，从而使水平转轴带动单体模组1-1跟随太阳俯仰运动；α可以根据电站安装地的纬度θ，然后通过经纬仪实地测量得到。

如图1所示，所述的由若干个聚光太阳能电池单体模组1-1沿水平方向相互间隔L距离构成的模组阵列1有多个，且在地平面的垂直方向上，这些模组阵列1以垂直相对高度H排列，所述H满足关系式：H＝δG，式中：系数δ范围为0.1≤δ≤4.0，本发明优选为1≤δ≤3，G为聚光太阳能电池单体模组1-1的高度。这种电站结构能更充分地利用水平布置模组阵列的垂直空间，使电站的规模更大，发电量更多，对占地面积有限，不能大面积铺开的地方或纬度高于10°的地区特别适用。

如图2所示，所述的由若干个聚光太阳能电池单体模组1-1沿水平方向相互间隔L距离构成的模组阵列1有多个，且在地平面的水平方向上，这些模组阵列1相互间隔D距离排列，所述D满足关系式：G/tanβ≤D≤2G，式中：G为聚光太阳能电池单体模组1-1的高度，β为电站安装地正午时的太阳高度角。在电站安装地的纬度θ≥60°且正午时的太阳高度角β≤10°时，D＝G。这种电站结构能更充分地利用地平面，尤其是屋顶平面，使电站的规模更大，发电量更多，对赤道附近和低纬度地区特别适用。

如图3、4、5所示，所述的由若干个聚光太阳能电池单体模组1-1沿水平方向相互间隔L距离构成的模组阵列1有多个，且沿与地平面的倾斜方向排列；在上层所述模组阵列1的底平面高于下层所述模组阵列1的顶面时，这些模组阵列1在地平面的水平方向上相互间隔的距离D满足关系式：D＝(G+H)/tanγ，式中：G为聚光太阳能电池单体模组1-1的高度，H为模组阵列1在地平面的垂直方向上的相对高度，γ为由下层模组阵列1中聚光太阳能电池单体模组1-1的俯仰旋转中心至上层模组阵列1中聚光太阳能电池单体模组1-1的后端角点连线构成的平面与地平面之间的倾斜角度；在上层所述模组阵列1的底平面低于下层所述模组阵列1的顶面时，这些模组阵列1在地平面的水平方向上相互间隔的距离D满足关系式：D＝cosγ×R，上、下层模组阵列1的底平面之间的距离H’＝sinγ×R，由下层模组阵列1中聚光太阳能电池单体模组1-1的俯仰旋转中心至上层模组阵列1中聚光太阳能电池单体模组1-1的后端角点连线构成的平面与地平面之间的倾斜角度γ＝sin^-1(G/R)-β，其中，R为下层模组阵列1中聚光太阳能电池单体模组1-1的俯仰旋转中心至上层模组阵列1中聚光太阳能电池单体模组1-1的后端角点的直线距离，所述R满足关系式：R＝(G²+S²)^1/2，式中，G为聚光太阳能电池单体模组1-1的高度，S为聚光太阳能电池单体模组1-1的长度。这种电站结构能更充分地利用模组阵列1与地平面之间的倾斜空间，使电站的规模更大，发电量更多，并适合于任何地区的安装。

为使电站的结构更牢固，抗风能力更强，可将所述的由若干个聚光太阳能电池单体模组1-1沿水平方向相互间隔L距离构成的模组阵列1或者多个这样的模组阵列1固定在一个框架上，图中未示。

本发明的太阳能电站，以占用最少的土地面积且能高效的利用太阳能，并能达到最大的发电效率，能有效的利用各种复杂的地形地貌、荒山野岭和各种类型的建筑物，用最少的建站基础设施投入而达到了最佳的经济和社会效益。

本发明的太阳能电站经过试用，取得了良好的效果。

Claims

1、一种太阳能电站，包括若干个电连接的聚光太阳能电池单体模组(1-1)，所述每个聚光太阳能电池单体模组(1-1)包括聚光透镜、太阳能电池半导体芯片、驱动聚光太阳能电池单体模组(1-1)跟随太阳水平运动的水平旋转驱动机构以及驱动聚光太阳能电池单体模组(1-1)跟随太阳俯仰运动的俯仰旋转驱动机构，其特征在于：所述的若干个聚光太阳能电池单体模组(1-1)构成沿水平方向相互间隔L距离排列的模组阵列(1)，所述L满足关系式：L＝W/cosα，式中：W为聚光太阳能电池单体模组(1-1)的宽度，α为由电站安装地的纬度θ所确定的太阳方位角。

2、根据权利要求1所述的太阳能电站，其特征在于：所述的由若干个聚光太阳能电池单体模组(1-1)沿水平方向相互间隔L距离构成的模组阵列(1)有多个，且在地平面的垂直方向上，这些模组阵列(1)以垂直相对高度H排列，所述H满足关系式：H＝δG，式中：系数δ范围为0.1≤δ≤4.0，G为聚光太阳能电池单体模组(1-1)的高度。

3、根据权利要求2所述的太阳能电站，其特征在于：所述的系数δ为：1≤δ≤3。

4、根据权利要求1所述的太阳能电站，其特征在于：所述的由若干个聚光太阳能电池单体模组(1-1)沿水平方向相互间隔L距离构成的模组阵列(1)有多个，且在地平面的水平方向上，这些模组阵列(1)相互间隔D距离排列，所述D满足关系式：G/tanβ≤D≤2G，式中：G为聚光太阳能电池单体模组(1-1)的高度，β为电站安装地正午时的太阳高度角。

5、根据权利要求4所述的太阳能电站，其特征在于：在电站安装地的纬度θ≥60°且正午时的太阳高度角β≤10°时，D＝G。

6、根据权利要求1所述的太阳能电站，其特征在于：所述的由若干个聚光太阳能电池单体模组(1-1)沿水平方向相互间隔L距离构成的模组阵列(1)有多个，且沿与地平面的倾斜方向排列；在上层所述模组阵列(1)的底平面高于下层所述模组阵列(1)的顶面时，这些模组阵列(1)在地平面的水平方向上相互间隔的距离D满足关系式：D＝(G+H)/tanγ，式中：G为聚光太阳能电池单体模组(1-1)的高度，H为模组阵列(1)在地平面的垂直方向上的相对高度，γ为由下层模组阵列(1)中聚光太阳能电池单体模组(1-1)的俯仰旋转中心至上层模组阵列(1)中聚光太阳能电池单体模组(1-1)的后端角点连线构成的平面与地平面之间的倾斜角度；在上层所述模组阵列(1)的底平面低于下层所述模组阵列(1)的顶面时，这些模组阵列(1)在地平面的水平方向上相互间隔的距离D满足关系式：D＝cosγ×R，上、下层模组阵列(1)的底平面之间的距离H’＝sinγ×R，由下层模组阵列(1)中聚光太阳能电池单体模组(1-1)的俯仰旋转中心至上层模组阵列(1)中聚光太阳能电池单体模组(1-1)的后端角点连线构成的平面与地平面之间的倾斜角度γ＝sin^-1(G/R)-β，其中，R为下层模组阵列(1)中聚光太阳能电池单体模组(1-1)的俯仰旋转中心至上层模组阵列(1)中聚光太阳能电池单体模组(1-1)的后端角点的直线距离，所述R满足关系式：R＝(G²+S²)^1/2，式中，G为聚光太阳能电池单体模组(1-1)的高度，S为聚光太阳能电池单体模组(1-1)的长度。

7、根据权利要求1至6中任一项所述的太阳能电站，其特征在于：所述的聚光透镜为菲涅尔透镜或者凸透镜。

8、根据权利要求1所述的太阳能电站，其特征在于：所述的由若干个聚光太阳能电池单体模组(1-1)沿水平方向相互间隔L距离构成的模组阵列(1)固定在一个框架上。

9、根据权利要求2至6中任一项所述的太阳能电站，其特征在于：所述的多个由若干个聚光太阳能电池单体模组(1-1)沿水平方向相互间隔L距离构成的模组阵列(1)固定在一个框架上。