CN102820362A

CN102820362A - 一种可调节光伏系统受光强度的辅助装置

Info

Publication number: CN102820362A
Application number: CN2011101647710A
Authority: CN
Inventors: 刘莹
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-12-12

Abstract

本发明公开了一种可调节光伏系统受光强度的辅助装置，主要包括凹面镜、支撑系统。其中凹面镜的倍率可调。所述支撑系统是支撑反射组件的机械系统或者自动化系统，用于将反射系统固定于设计的高度及角度以实现增加光伏组件受光效率的目的，支撑系统使凹面镜与太阳能电池光伏阵列间的距离可调。

Description

一种可调节光伏系统受光强度的辅助装置

技术领域

本发明属于太阳能电池光伏系统，尤其适用于太阳能电池光伏系统以调节并增强其发电效率，属于一种增强太阳能电池发电效率的辅助系统。

背景技术

光伏技术作为一种新兴的能源技术，有望作为代替传统能源的主力能源。目前，其需要解决的关键技术问题是降低成本和提高发电效率。对这两个既独立又相互关联的技术问题，科技界给出了众多的改善方案，其中对于提高发电效率方面，其着重关注的方案在于提高太阳能电池的转化效率和提高其受光效率。对于提高受光效率，又集中于关注增加太阳能电池的受光面积和提高单位面积的受光率两个方面，

各种双面太阳能电池，如HIT太阳能电池、双面薄膜太阳能电池等，在提高太阳能电池受光面积上具有极好的成效，几乎将单位面积上太阳能电池的受光面积提高了一倍。然而，由于不可能让光伏组件的两个面同时接受垂直照射的阳光，背光面对受光量的贡献是有限的。

聚光型太阳能电池属于增强受光率的方案，然而，由于很多种太阳能电池过热后都会导致转换效率过低，同时，聚光系统价格也比较昂贵，这样的方案只能适用于一些特殊的太阳能电池，如砷化镓。

如果尝试将这两种思路扩展并合并，可以产生出意想不到的好效果，本发明分别利用了这两种思路的优势并克服其局限性，使之在增加有限度的成本之上大幅度提高了太阳能电池的发电效率并使之适用于几乎所有的光伏类太阳能电池光伏阵列。

发明内容

发明目的：本发明是针对现有的太阳能电池，针对其受光率不足的问题，在现有技术的基础上，给出一种简单有效的方式，可以大幅度提高太阳能电池的发电效率。这种方案尤其适用于背光面受光率不足的双面太阳能电池光伏阵列。

技术方案：这个技术方案包括凹面镜、支撑系统，其中凹面镜位于太阳能电池光伏阵列背面，可将太阳光反射到电池组件的背光面；凹面镜的焦距可调节，使反射到太阳能电池背光面的光线强度倍率不同。这样根据光线的强弱不同，可以调节照射到太阳能电池组件背光面的倍率大小，使其背光面的光照强度不但可以远远高于正面，也可以在一段较长的时间内获得稳定功率。

其中凹面镜的反射面由镀有具有反射作用的薄膜的柔性材料组成，如塑料，高分子材料薄膜等，以便在实现反射功能的同时也可以改变倍率。

其中凹面镜反射面的背面有伞状支撑架，支撑架的辐条带有一定柔性，其边缘有可收缩的环形支撑架，用以支撑反射面并适度改变其形状。

其中一个优选方案为在凹面镜的背面中心点位置及其边缘的环形支撑架位置，有加强筋结构保证其稳定性。

其中一个优选方案为可以通过计算得到一个地区的光照曲线，预设每天镜面曲率变化规律并通过PLC控制电路控制支架缩放实现。

其中另一个优选方案为采用日光追踪器与控制电路相连，按一定的光照强度实时改变镜面曲率。

其中另一个优选方案为可以在太阳能电池板边缘设置传感器，测量太阳能电池板的温度或者所接受的光强度，通过回馈电路实现支架的变形和镜面曲率的改变。

其中的支撑系统可以采用机械支撑，将其按所需的角度和距离固定在双面太阳能电池阵列的背光面。

其中一个优选方案为机械支撑带有传动结构，并与控制电路相连接，可以改变凹面镜和双面电池光伏阵列的距离。

有益成果：对于普通的单面太阳能电池组件，在阳光不是特别充足的地区，如江南、或者季节，如冬季，本系统可以很好的调节其受光量，使太阳能光伏阵列绝对发电量显著增加，同时，由于其自动调节受光倍率的功能，使太阳能电池阵列发电量在一天之中，在一年的不同季节之间都可以保证有一个较稳定的电流量。对于独立使用的用电器来说，这无疑可以保证较好的长期使用，而不必为了保证稳定使用，浪费其最佳发电效率。对于并网系统来说，平稳的发电量是光电及风电等可以并网的最大问题，本系统无疑有助于缓解甚至在一定条件下消除这一问题。

对于双面太阳能电池，由于其背光面受光量不足，使其背光面对发电量的贡献要远远低于正面。以HIT电池来说，水平放置，其发电效率比单面受光提高10％，坚直放置，其发电效率提高34％。采用本技术方案的系统之后，可以使其背面受光量超过正面受光量，提高倍数视电池性质及设计方案定，设其倍数为2，其发电效率相对于普通单面太阳能电池将近200％，相对于不采用任何装置增加背光面受光量的HIT系统，其提高也约在150％至180％之间。这样的辅助设置将使双面太阳能电池的背光面成为双面太阳能电池发电的主要部分，同时起到调节发电电流平稳的作用。

由于本装置采用的材料价格较低廉，支撑设计也比较简单，故不存在成本过高的问题。这种装置的聚光倍数并不特别高，而且可以针对不同的地区和电池种类加以调节设计，解决了聚光电池系统的高效率不适用于普通太阳能电池的问题。同时，由于其适用范围较广泛，尤其对于日照量较少人口较密集的地区，使太阳能电池的低成本应用较为可能，有利于促进太阳能电池的分布式应用。

附图说明

附图1为凹面镜与光伏阵列间的位置及光线入射示意图

附图2为与附图一系统组成相同，凹面镜倍率及与光伏阵列间位置不同的示意图

附图3为凹面镜支撑架系统

附图4为凹面镜伞状辐条及环形支撑架的正面视图

具体实施方式：

这个技术方案包括凹面镜、支撑系统，其中凹面镜位于太阳能电池光伏阵列背面，可将太阳光反射到电池组件的背光面；凹面镜的焦距可调节，使反射到太阳能电池背光面的光线强度倍率不同。这样根据光线的强弱不同，可以调节照射到太阳能电池组件背光面的倍率大小，使其背光面的光照强度不但可以远远高于正面，也可以在一段较长的时间内获得稳定功率。

其中凹面镜1与光伏阵列2之间的排列关系如附图1、2所示，如光伏阵列为单面太阳能电池组成，其受光面与凹面镜相对，如光伏阵列为双面太阳能电池，则将光致衰减较小的一面与凹面镜相对，接受适度聚光光线照射，其中1a和1b的倍率不同，1a、2a之间的距离和2a、2b之间也不相同。其中反射面由镀有具有反射作用的薄膜的柔性材料组成，如塑料，高分子材料薄膜等，以便在实现反射功能的同时也可以改变倍率；而如附图3所示，凹面镜反射面的背面有伞状支撑架3，支撑架的辐条带有一定柔性，其边缘有可收缩的环形支撑架5，用以支撑反射面并适度改变其形状以实现改变其倍率的功能，另外，其后端为安装伞状辐条的安装座4，底部为一种安装支架6。附图4中有实现环形支架缩放的涡轮涡杆结构7，其中涡轮与无级调速微型电机相连接并与控制电路相联接，涡杆结构为环形支撑伸出的部分，与环形结构相切。

在具体安装及实现其功能过程中，其方案可为通过计算得到一个地区的光照曲线，预设每天镜面曲率变化规律并通过PLC控制电路控制支架缩放实现；也可采用日光追踪器与控制电路相连，按一定的光照强度实时改变镜面曲率；也可以在太阳能电池板边缘设置传感器，测量太阳能电池板的温度或者所接受的光强度，通过回馈电路实现支架的变形和镜面曲率的改变。

同时在机械支撑上可以带有传动结构，并与控制电路相连接，可以在改变倍率的同时也改变凹面镜和光伏阵列的距离。

实施例一：

以一块组件尺寸为2m×2m的单面晶体硅太阳能电池组件为例，取倍率为2，最长弦长为4的凹面镜，使单面晶体硅太阳能电池组件背对太阳，与凹面镜相对以接受反射光线。使其与凹面镜最大弦面积的距离为1.8m，并与该弦所在切面平行。使用机械支撑将该凹面镜按上述设计固定位置。同时，将环形支架中的涡轮涡杆机构与控制电路相联，并在控制电路上设有PLC结构，并根据当地的光照条件查出相应的光伏数据，换算出使光伏阵列受光强度平稳时环状架的收放曲线并输入到PLC中。

在本设计方案中，初始设计凹面镜聚光倍率为2倍，将太阳能电池上光强度增强有1.5倍，当正午时设其光照条件为在AM1.5下1000W/M²，则光伏阵列上光照强度为1500W/M²，设在下午某时光照条件为AM1.5，750W/M²，由PLC控制环路收缩使其倍率增加直至其在太阳能电池上光照强度增加为2倍。

本实施例为单独改变凹面镜倍率来实现光伏阵列上聚光强度不变的功能，其工作原理简单，结构不复杂，成本低廉，而且可以根据需要，在电池热效应允许的范围内，任意设计其聚光倍数，以确定实现其最大输出功率还是最平稳的电流强度。但是，无论是哪种设计，其年输出功率都将远远超过普通的同类单面太阳能电池光伏系统。同时，由于凹面镜接受光的角度比较大，比起以固定角度安装的光伏系统，其接受照射的时间也会相应增加。

实施例二：

以一块尺寸为2m×2m的双面CIGS太阳能电池组件为例，取倍率为2，最长弦长为4的凹面镜，使其中一面CIGS结构背对太阳，与凹面镜相对以接受反射光线。使其与凹面镜最大弦面积的距离为1.8m，并与该弦所在切面平行。将环形支架中的涡轮涡杆机构与控制电路相联，使用机械支撑将该凹面镜按上述设计固定位置，并在机械支撑架上安装传动机构，使之与光伏阵列角度及相对高度不变，但水平相对距离可产生±0.5M的位移，使传动机构与控制电路相连接，控制电路中设有PLC元件。在光伏组件的背光面边缘位置放置温度传感器，传感器与回馈电路相连接，可以将温度信号传至PLC回路之中。

本实施例可以最大限度体现本设计方案的优点，不但解决了双面太阳能电池组件背光面受光量的问题，而且可以通过温度传感器将温度读数传给PLC电路，使之实时调整缩放环及凹面镜相对位置，使太阳能电池组件上始终保持较大而最平稳的输出功率。

实施例三；

以一块尺寸为2m×2m的HIT太阳能电池组件形成的自动追踪光伏系统为例，取倍率为2，最长弦长为4的凹面镜，使其中一面背对太阳，与凹面镜相对以接受反射光线。使其与凹面镜最大弦面积的距离为1.8m，并与该弦所在切面平行。将环形支架中的涡轮涡杆机构与控制电路相联，使用与上述光伏系统相同的自动追踪系统机械结构将该凹面镜按上述设计固定位置，并以加强筋坚固支撑架，将其传动部件接入光伏系统的控制电路中，与光伏系统共享控制电路。

本实施例应用于自动追日系统，由于这种系统相对于太阳的角度不变，凹面镜的面积可以设计的较小一些，同时，其变化范围也会较为平缓，如果同时用传感器检测太阳能电池组件的温度或者受光量，从而调整凹面镜的倍率，将会更为容易实现输出功率的最大化和平稳性。

本专利方案提供了一种可调节光伏系统受光强度的辅助装置的设计方案，具体实现该方案的方法和途径还有很多，以上所述仅是本专利方案的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利方案原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为专利方案的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims

1.一种可调节光伏系统受光强度的辅助装置，包括凹面镜、支撑系统，其特征在于：

凹面镜位于太阳能电池光伏阵列背面，可将太阳光反射到太阳能电池组件的背光面；

凹面镜焦距可调节，使反射到太阳能电池背光面的光线强度倍率不同。

2.根据权利要求1所述的一种可调节光伏系统受光强度的辅助装置，其特征在于，

凹面镜的反射面由镀有具有反射作用的薄膜的柔性材料组成，以便在实现反射功能的同时也可以改变焦距。

3.根据权利要求1及权利要求2所述的一种可调节光伏系统受光强度的辅助装置，其特征在于凹面镜反射面的背面有伞状支撑架，边缘有可收缩的环形支撑架，用以支撑反射面并适度改变其形状。

4.根据权利要求1所述的一种可调节光伏系统受光强度的辅助装置，其特征在于可以采用机械支撑，将其按所需的角度和距离固定在太阳能电池阵列的背光面。

5.根据权利要求1及权利要求4所述的一种可调节光伏系统受光强度的辅助装置，其特征在于所述机械支撑带有传动结构，可以改变凹面镜和太阳能电池光伏阵列的距离。

6.根据权利要求1及权利要求4所述的一种可调节光伏系统受光强度的辅助装置，其特征在于其机械支撑的传动结构由PLC电路控制，PLC可以根据光照条件设置凹面镜倍率的变化曲线。

7.根据权利要求1所述的一种可调节光伏系统受光强度的辅助装置，其特征在于光伏组件的背光面装有温度传感器并与控制电路相连接，通过光伏组件的温度参数来控制凹面镜的倍率变化。

8.根据权利要求1所述的一种可调节光伏系统受光强度的辅助装置，其特征在于光伏组件的背光面装有光度计传感器并与控制电路相连接，通过光伏组件的受光强度来控制凹面镜的倍率变化和在水平方向的位移。

9.根据权利要求1所述的一种可调节光伏系统受光强度的辅助装置，其特征在于光伏组件的背光面装有光度计传感器并与控制电路相连接，通过光伏组件的受光强度来控制凹面镜的倍率变化和在水平方向的位移。

10.根据权利要求1所述的一种可调节光伏系统受光强度的辅助装置，其特征在于在和光伏系统共享追日控制回路时，由PLC独立控制凹面镜的倍率变化和在水平方向的位移。