CN102818380A - 光电或光热转换效率较高的太阳能发电集热系统 - Google Patents

光电或光热转换效率较高的太阳能发电集热系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种兼顾发电和供热需求，且光电、光热转换效率较高的聚光器，其包括：用于光线平行叠加的聚光器和邻近该聚光器的聚光带设置的平行光接收器；平行光接收器包括：背向一体设置的太阳能电池和太阳能集热管；在需要太阳能电源时，将平行光接收器的太阳能电池与聚光器的反光面相对；在需要液体热源时，翻转平行光接收器，以使所述太阳能集热管与聚光器的反光面相对。由于采用了聚光器，故而光电或光热转换效率较高。故而其可根据需要选择供电或供热；由于采用了聚光器，其光电或光热转换效率较高。

Description

光电或光热转换效率较高的太阳能发电集热系统
本申请是分案申请，原申请的发明创造名称《太阳能发电集热系统》，申请号：201110085377.8，申请日：2011年4月6日。
技术领域
本发明涉及太阳能聚光集热和发电的技术领域，具体是一种太阳能发电集热系统。
背景技术
现有的太阳能发电或供热设备往往只能实现单一的功能，即在使用发热时，没有外部电力补充；在发电时，产生的余热需要花成本进行散热。太阳能电池没有恒温控制，在阳光充足、环境温度很高时，太阳能电池因温度上升而导致发电效率下降，有的甚至发生损坏。
如何兼顾发电和供热，并使太阳能电池在发电时基本保持恒温以确保其发电效率，是本领域要解决的技术问题。
发明内容
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单可靠、适于根据需要选择供电或供热、且光电或光热转换效率较高的太阳能发电集热系统。
为解决上述技术问题，本发明提供的太阳能发电集热系统，包括：用于光线平行叠加的聚光器和邻近该聚光器的聚光带设置的平行光接收器；平行光接收器包括：背向一体设置的太阳能电池和太阳能集热管；在需要太阳能电源时，将平行光接收器的太阳能电池与聚光器的反光面相对；在需要液体热源时，翻转平行光接收器，以使所述太阳能集热管与聚光器的反光面相对。由于采用了聚光器，故而光电或光热转换效率较高。
所述太阳能电池设于一散热腔体上，该散热腔体通过端部的冷却液出口或冷却液入口与太阳能集热管中的换热液管路串联，以充分利用太阳能电池发电时产生的热能，并对太阳能电池起到冷却的作用。
所述聚光器包括：水平骨架、垂直设于水平骨架上的一对主骨架、对称设于水平骨架两侧的抛物线骨架、设于主骨架顶端的平行光接收器、设于抛物线骨架上的与所述平行光接收器平行的多条平面镜。
为提高聚光器的整体机械强度，所述抛物线骨架的远端与所述主骨架的中上部之间设有斜拉加强筋。所述抛物线骨架的外侧中间部与所述主骨架的中上部之间设有抛物线加强筋，以提高抛物线骨架与主骨架的连接强度。
平行光接收器设于所述主骨架的顶端，且平行光接收器的一端设于由电机驱动的旋转自锁机构中；2-5条所述平面镜构成一平面镜组，相邻的平面镜组之间具有透风间隙，可以很好透风，防止大风对聚光器的影响。所述太阳能电池为砷化镓太阳能电池模块；在所述散热腔体上于各砷化镓太阳能电池模块的前方设有聚焦透镜；所述聚光器设于一适于自动跟踪太阳的跟踪支架上，该跟踪支架包括：立柱、设于立柱顶部的水平旋转机构、设于水平旋转机构上的安装架、铰接于聚光器的前端底部和立柱的中上部之间的用于控制聚光器仰角的电动推杆；聚光器的底部中央铰接于安装架上。所述电动推杆（25）中的驱动电机（51）和所述水平旋转机构（22）中的电机与一适于检测太阳位置以控制聚光器（a）实时跟踪阳光的控制电路相连。
进一步，所述平面镜的宽度为45-75mm，以使聚焦到接收器上的光线呈一矩形，进而使接收器受热面的温度较均匀。所述平面镜的两端通过平面镜安装压条设于抛物线骨架上，以压紧平面镜，同时方便安装。
太阳能电池可以采用普通的单晶硅电池或采用砷化镓太阳能电池模块，砷化镓太阳能电池模通过陶瓷基板设于所述散热腔体上。采用的聚焦透镜为双凸透镜。
本发明具有的技术效果：（1）本发明的太阳能发电集热系统中，在聚光器的聚光带上，太阳能电池和太阳能集热管背向一体设置；在需要太阳能电源时，将平行光接收器的太阳能电池与聚光器的反光面相对；在需要液体热源时，翻转平行光接收器，以使所述太阳能集热管与聚光器的反光面相对。故而其可根据需要选择供电或供热；由于采用了聚光器，其光电或光热转换效率较高。（2）聚光器中，每条玻璃反射光线进行叠加，使叠加至接收器受热面的光线呈一矩形，进而使接收器受热面的温度较均匀，不易产生局部过热的情况，确保了较高的光电或光热转换效率。（2）采用平面镜作为反射，其生产工艺简单，价格便宜，方便维护与维修，任何玻璃店均可以加工。聚光器叠加过程的光线损耗，可以通过增加平面镜办法来补偿。（4）聚光器叠加过程的损耗，可以在两侧增加平面镜来补偿一部分。（5）聚光器中的抛物线骨架采用铝压铸或抗紫改性PC或钣金，均可以模具生产，一致好，适合批量化加工。（6）聚光器骨架：由抛物线骨架、水平骨架、主骨架、平行光接收器、斜拉加强筋、抛物线加强筋等构成整体框架，结构强度好。（7）跟踪支架采用双轴跟踪机构，水平旋转机构驱动电机、电动推杆电机采用步进电机，且采用码盘检测，保证跟踪精度。电动推杆可以放在左侧也可以放在右侧。采用双轴跟踪，在水平角与方位角都得到最高效率的利用，比任何一种单轴跟踪方式的效率高出很多，从而使本双轴跟踪槽式支架适于实时准确跟踪阳光。采用步进电机驱动，在遇到大风能迅速将设备放到风阻最小的位置。保证设备安全。遇到大雪时，可以将设备立起来，防大雪积压，损坏设备。采用步进电机驱动，在跟踪精度得到保证。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1实施例中的太阳能发电集热系统的立体结构示意图；
图2是图1中的所述太阳能发电集热系统的侧面结构示意图；
图3是图1中的聚光器的立体结构示意图；
图4是所述聚光器的俯视图；
图5是所述聚光器的侧面结构示意图；
图6是所述聚光器的另一侧面结构示意图；
图7是砷化镓太阳能电池模块所在的散热腔体的结构示意图；
图8是图7的A-A剖面视图；
图9是所述太阳能发电集热系统的另一立体结构示意图；
图10是所述太阳能发电集热系统的另一侧面结构示意图；
图11是所述散热腔体的局部放大结构示意图；
图12是在气温低于0℃时，所述散热腔体中的散热片开口朝上以在散热片与散热腔体的底板之间存储少量导热液的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：
如图1－10，本实施例的太阳能发电集热系统包括：用于光线平行叠加的聚光器a和邻近该聚光器a的聚光带设置的平行光接收器4；平行光接收器4包括：背向一体设置的太阳能电池4-1和太阳能集热管4-2；在需要太阳能电源时，将平行光接收器4的太阳能电池4-1与聚光器a的反光面相对；在需要液体热源时，翻转平行光接收器4，以使所述太阳能集热管4-2与聚光器a的反光面相对。其他实施方式中，平行光接收器4可以采用单个太阳能电池或太阳能集热管。
所述太阳能电池4-1设于一散热腔体11上，该散热腔体11通过端部的冷却液出口13与太阳能集热管4-2中的换热液管路串联。如图1，发电时，水通过散热腔体11的冷却液入口16（即A点）进入，散热腔体11的冷却液出口13（即A’点）与太阳能集热管4-2中的换热液管路的一端（即B’接口）相连，流经换热液管路的B’B段，水温得到进入提升，再由换热液管路的另一端口（即B点）流出，回到水箱内。从而在太阳能电池工作时，换热液始终起到给太阳能电池降温的作用，故而在发电时基本保持恒温，进而确保了发电效率和使用寿命，防止发生过热的情况。换热液为水或导热油。
作为优化的实施方式，在多个聚光器a之间，其中的太阳能集热管4-2中的换热液管路也依次串联；且换热液优选水，在与所述换热液管路相连的冷水源管路上设有温控阀，用于通过控制流量来控制水温。
所述太阳能电池4-1为砷化镓太阳能电池模块；在所述散热腔体11上于各砷化镓太阳能电池模块的前方设有聚焦透镜12，以起到进一步的聚光作用，以进一步提高光电转换效率。
为实现阳光跟踪功能，所述聚光器a设于一适于自动跟踪太阳的跟踪支架上，该跟踪支架包括：立柱21、设于立柱21顶部的水平旋转机构22、设于水平旋转机构22上的安装架23、铰接于聚光器a的前端底部和立柱1的中上部之间的用于控制聚光器a仰角的电动推杆25；聚光器a的底部中央铰接于安装架23上。
所述电动推杆25中的驱动电机51和所述水平旋转机构22中的电机与一适于检测太阳位置以控制聚光器a实时跟踪阳光的控制电路相连。
所述电动推杆25的推杆25-1顶端与聚光器a的前端底部铰接，所述电动推杆25中的导套25-2中上部与立柱1的中上部通过抱箍26铰接。
所述电动推杆25中的驱动电机51上设有用于检测该驱动电机51的转轴的旋转角度以检测聚光器a仰角的码盘27。
聚光器a包括：水平骨架1、设于水平骨架1上的主骨架2、对称设于水平骨架1两侧的抛物线骨架3、设于主骨架2顶端的平行光接收器4、设于抛物线骨架3上的与所述平行光接收器4平行的多条平面镜5。所述平面镜5的两端通过平面镜安装压条8设于抛物线骨架3上。
抛物线骨架3采用铝压铸或抗紫改性PC或钣金，均可以模具生产，一致好，适合批量化加工。
所述抛物线骨架3的远端与所述主骨架2的中上部之间设有斜拉加强筋6。所述抛物线骨架3的外侧中间部与所述主骨架2的中上部之间设有抛物线加强筋7。
4条平面镜5构成一平面镜组，相邻的平面镜组之间具有透风间隙。
所述平面镜5的宽度为45-75mm。该平面镜作为反射，其生产工艺简单，价格便宜，方便维护与维修，任何玻璃店均可以加工。
如图11－12，所述散热腔体11的底板14的下端面用于设置太阳能电池4-1，散热腔体11内设有多个平行相间设于所述底板14的上端面的散热片15，各散热片15与所述底板14的夹角为锐角；散热腔体11的冷却液入口16邻近散热腔体11的顶板17设置，所述冷却液出口13邻近所述底板14设置。由于在所述太阳能电池4-1正常工作时，所述底板14处的温度往往较高，故而使换热液从邻近散热腔体11的顶板17初的冷却液入口16送入，并从邻近所述底板14的冷却液出口13送出，可使换热液与散热片的接触面由较低温处向较高温处流动，以实现均匀、充分换热，确保了换热效果。
相邻的散热片15在所述底板14上的垂直投影部分重合，以使所述底板14上端面上始终有导热液，从而能确保散热效果，防止所述太阳能电池4-1正常工作时产生的瞬间高温对太阳能电池4-1的损害。所述散热片与金属散热腔体的顶板之间具有间隙，以使冷却液冷热充分对流并使其受热均匀。
在利用水进行冷却时，其环境温度低于零下时，可以转动所述散热腔体11并将散热片15的开口方向向上设置，自动关闭进水处，并使出水口泵工作很短时间，以抽出散热腔体11中的一部分水，留出足够的空间，即使水可能会结冰，体积膨胀，也不会将散热腔体11冻裂，同时散热腔体11存在的少量换热液也可防止散热腔体11温度过高。
当正常发电时，通过温度检测，实施控制散热腔体11内的水流速度，以迅速散热。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种太阳能发电集热系统，其特征在于包括：用于光线平行叠加的聚光器（a）和邻近该聚光器（a）的聚光带设置的平行光接收器（4）；
平行光接收器（4）包括：背向一体设置的太阳能电池（4-1）和太阳能集热管（4-2）；
在需要太阳能电源时，将平行光接收器（4）的太阳能电池（4-1）与聚光器（a）的反光面相对；
在需要液体热源时，翻转平行光接收器（4），以使所述太阳能集热管（4-2）与聚光器（a）的反光面相对；
所述太阳能电池（4-1）设于一散热腔体（11）上，该散热腔体（11）通过端部的冷却液出口（13）或冷却液入口（16）与太阳能集热管（4-2）中的换热液管路串联；
所述聚光器（a）包括：水平骨架（1）、垂直设于水平骨架（1）上的一对主骨架（2）、对称设于水平骨架（1）两侧的抛物线骨架（3）、设于抛物线骨架（3）上的与所述平行光接收器（4）平行的多条平面镜（5）；平行光接收器（4）设于所述主骨架（2）的顶端，且平行光接收器（4）的一端设于由电机驱动的旋转自锁机构（4-3）中；2-5条所述平面镜（5）构成一平面镜组，相邻的平面镜组之间具有透风间隙；
所述太阳能电池（4-1）为砷化镓太阳能电池模块；在所述散热腔体（11）上于各砷化镓太阳能电池模块的前方设有聚焦透镜（12）；
所述聚光器（a）设于一适于自动跟踪太阳的跟踪支架上，该跟踪支架包括：立柱（21）、设于立柱（21）顶部的水平旋转机构（22）、设于水平旋转机构（22）上的安装架（23）、铰接于聚光器（a）的前端底部和立柱（1）的中上部之间的用于控制聚光器（a）仰角的电动推杆（25）；聚光器（a）的底部中央铰接于安装架（23）上；
所述电动推杆（25）中的驱动电机（51）和所述水平旋转机构（22）中的电机与一适于检测太阳位置以控制聚光器（a）实时跟踪阳光的控制电路相连。
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CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Qin Yilin

Inventor after: Wang Haibo

Inventor after: Shen Zhigang

Inventor after: Si Jilun

Inventor after: Yu Xintian

Inventor after: Zhang Caiyi

Inventor before: Qin Yilin

Inventor before: Wang Haibo

Inventor before: Shen Zhigang

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C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: ZHANG WEIGUO

Free format text: FORMER OWNER: CHANGSHU FOCUS ON NEW ENERGY TECHNOLOGY CO., LTD.

Effective date: 20150825

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
C53 Correction of patent of invention or patent application
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Qin Yilin

Inventor after: Zhang Weiguo

Inventor after: Wang Haibo

Inventor after: Shen Zhigang

Inventor after: Si Jilun

Inventor after: Yu Xintian

Inventor after: Zhang Caiyi

Inventor after: Duan Zhongda

Inventor before: Qin Yilin

Inventor before: Wang Haibo

Inventor before: Shen Zhigang

Inventor before: Si Jilun

Inventor before: Yu Xintian

Inventor before: Zhang Caiyi

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Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: QIN YILIN WANG HAIBO SHEN ZHIGANG SI JILUN YU XINTIAN ZHANG CAIYI TO: QIN YILIN ZHANG WEIGUO WANG HAIBO SHEN ZHIGANG SI JILUN YU XINTIAN ZHANG CAIYI DUAN ZHONGDA

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20150825

Address after: 330000, room 11, building 4, building 28, No. 1102, Fuzhou Road, East Lake District, Jiangxi, Nanchang

Patentee after: Zhang Weiguo

Address before: 213000 No. 8, West Lake Road, hi tech Industrial Development Zone, Wujin District, Jiangsu, Changzhou

Patentee before: Changzhou Focus on New Energy Technology Co., Ltd.

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
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Granted publication date: 20140212

Termination date: 20170406