CN102959343B - 具备圆柱形集光装置的太阳光发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具备集光装置的太阳光发电装置，该装置不受太阳的移动路径的影响而将太阳光收集到太阳电池模块。太阳光发电通过在太阳电池模块吸收太阳能而产生电，根据本发明，能够通过不必跟踪太阳而移动的集光装置、跟踪太阳移动的少量太阳电池模块以及使这些模块移动的装置来产生电，因此，可以大幅度减低太阳光发电设备的费用及其运行费。

Description

具备圆柱形集光装置的太阳光发电装置

技术领域

太阳光发电技术是将无限的太阳能直接转换成电能的技术，由于具有温室气体减低、保护环境、作为替代性能源适用范围扩大等优点，因此实际使用要求增加，但是，由于需使用很多高价的太阳电池模块，且需正确地跟踪太阳进行旋转等，要付出高价的技术，因此需要国家政策、环境规制及国家补贴等。

本发明涉及一种太阳光发电装置，该装置用于减低太阳光发电的投资费用及运行费用并简化结构，并且，具备即使随着太阳的移动路径而太阳光入射到太阳电池模块的角度发生变化，也不受入射角的影响的圆柱形集光装置和、沿太阳的移动路径在形成在集光装置的相反侧的焦点轨道上移动的电池模块以及调整该太阳电池模块的移动的装置。

背景技术

到达地球的太阳能密度几乎一定，而地表面吸收的太阳能根据太阳光的入射角或太阳的高度有很大的差距，且太阳光发电效率的变化也很大。反应如所述的条件，一般，太阳光发电有直接使用广面积的平板型太阳电池模块的方法和使用具备集光装置的太阳电池模块的方法。

平板型太阳电池模块，其结构简单、设置及维修容易，因此较广泛使用，但是，存在需要使用很多高价的模块，因此其投资费用大的问题。

一方面，作为减少太阳电池模块的使用量的方案，若适用凸镜、凹镜、反射板、菲涅尔透镜（大韩民国专利10-0420868,10-0466257）等各种集光技术，则由于能够汇集太阳能的密度，因此，能够用相对少量的太阳电池模块生产出电能。但是，具备集光装置的太阳光发电装置必须总是与太阳保持垂直状态正确地跟踪太阳并进行旋转，因此需要驱动装置，由此结构变复杂。

太阳电池模块跟踪太阳的方式有固定型方式、单轴跟踪型方式以及双轴跟踪型方式。固定型是与太阳的移动无关，将模块朝一个方向固定的方式，只能用于平板型。单轴跟踪型中，太阳入射角跟踪型是从早到晚朝东西方向跟踪太阳，集光装置和太阳电池模块最大旋转180度的方式，在韩国太阳光有效的时间是8点到16点，在这期间旋转角度是120度。单轴跟踪型中，太阳高度跟踪型是按照太阳的高度朝南北方向旋转约40度。双轴跟踪型是同时跟踪高度和入射角。

具备如上所述的集光装置的现有跟踪型太阳光发电装置，虽能够减低太阳电池模块的使用量，但由于按照太阳的移动旋转太阳光发电装置，若太阳光和集光装置稍微偏离垂直状态，则太阳光的吸收率急剧减少，因此，为了总是保持垂直状态，需要精密的太阳光跟踪装置，并且，由于按照太阳的移动包含集光装置和太阳电池模块以及太阳光跟踪装置，因此需旋转重量变得更重的整体太阳光发电装置，随此需要更宽的旋转空间及复杂的驱动装置，进而，需用坚固且复杂的较强的构造物来支撑太阳光发电装置以防被风雨雪歪曲。

发明内容

本发明是为解决具备现有集光装置的太阳光发电装置所具有的经济、机械问题点，而提供一种具备不受根据太阳的移动的太阳光的入射角的影响的圆柱形集光装置和、沿太阳的移动路径在形成在集光装置的相反侧的焦点轨道上朝太阳的相反方向移动的太阳电池模块以及调整该太阳电池模块的移动的太阳光发电装置。

根据本发明，由于具备集光装置，因此能够显著减低太阳电池模块的使用量，并且，在整体装置中，机械性地移动的部分只有太阳电池模块和使其移动的机械装置，所以移动的部分得以减少，并通过将太阳电池模块控制在焦点轨道上，不仅能够吸收最大量的太阳光，且能够显著简化太阳光发电装置的结构，进而，由于能够坚固地设置，因此能够显著地减低太阳光发电设备的投资费用及运行费用。

附图说明

图1是根据本发明的由一个集光装置和一个模块构成的一组太阳光发电装置的立体图，各单位组并列配置在一个平面上。

图2是本发明的根据太阳位置的集光装置的焦点轨道变化图。

图3是太阳光的模块入射模式图，装置A是入射到大量模块的太阳光，装置B是入射到少量模块的太阳光，装置C是入射到设置有本发明的集光装置的少量模块的太阳光，装置A和装置B是太阳光直接入射到模块，而装置C是太阳光透过集光装置时发生折射现象后集光到小型模块上。

图4是根据本发明的太阳光发电装置的按照上午的太阳位置的实施概略图。

图5是根据本发明的太阳光发电装置的按照中午的太阳位置的实施概略图。

图6是根据本发明的太阳光发电装置的按照下午的太阳位置的实施概略图。

图7是具备根据本发明的小型反射板的太阳电池模块概略图。

图8是具备现有凸镜型集光装置的太阳光发电装置的太阳光跟踪模式图，集光装置和模块需跟着太阳光移动，凸镜需正确地跟踪太阳光，若不与太阳光垂直，则发电效率显著降低。

图9是具备根据本发明的圆柱形集光装置的太阳光发电装置的太阳光跟踪模式图，与太阳的位置无关，只要模块与太阳光垂直时能够确保最大的发电效率，使模块和太阳容易保持垂直状态。

具体实施方式

太阳的位置每天从东向西、从地面向天空反复移动，根据具备本发明的圆柱形集光装置10的太阳光发电装置，不论一天中太阳处于何时位置，圆柱形集光装置不必跟踪太阳移动，透过圆柱形集光装置的太阳光集中在位于集光装置的相反侧的焦点上，由于该焦点与太阳朝相反方向移动，并在该焦点轨道上设置小型太阳电池模块11，从而，通过移动该模块的设备可以有效地实现太阳光发电。

在本发明中，圆柱形集光装置的作用非常重要，入射到集光装置的前面部的太阳光在通过集光装置时由于折射率之差被聚焦于从集光装置的后面部离开集光装置的焦点距离的位置。圆柱形集光装置具有将多个圆柱以预定间隔平行配置在一个平面上的结构，若圆柱之间的间距过小，则邻接的圆柱影响太阳光的入射，若间距过宽，则太阳光的损失变多，因此，圆柱的直径优选为0.5倍至2倍。圆柱的截面可为圆形、椭圆形、部分圆形等，只要能聚焦且不必跟踪太阳移动，任何形态都无妨，圆柱的几何直径根据装置的复杂程度而决定，但是若直径过小，则无法大幅度减小太阳电池模块的大小，或太阳光的散乱量增多，若直径过大，则由于设备的负重变得过重，因此优选为2至20cm。圆柱的长度在结构允许的范围内可任意决定。通过圆柱形集光装置的太阳光的幅度小于圆柱的直径，朝长度方向聚焦，经过焦点距离之后再次扩散。即，由于太阳光集中于焦点，因此，若在该焦点位置配置太阳电池模块，则能以少量太阳电池模块确保电能。焦点位置及幅度根据集光装置的物理性质的所谓形象、几何直径、折射率等和太阳的经度、维度等而改变，因此能够容易决定，为了尽量吸收集中的太阳光，将比焦点的幅度稍微大的太阳电池模块位于焦点上。

由于集光装置由多个圆柱构成，因此多个圆柱分别聚焦，在每个焦点设置一个与圆柱的长度方向平行的太阳电池模块。即，具有通过一个圆柱的太阳光集中在位于圆柱后面部的焦点的一个太阳电池模块的结构。

多个圆柱以预定间隔平行地配置在一个平面上，相同地，各太阳电池模块也在每个焦点位置上以预定间隔平行地配置在一个平面上。模块的幅度可根据集光程度或运行条件设定为显著小于集光装置的直径。如图7所示，通过设置在太阳电池模块周围的反射板将被损失到太阳电池模块的外部的太阳光反射到太阳电池模块上，从而减低太阳光的损失，且能够进一步减少太阳电池的使用量。

若使焦点距离不同，则使用圆柱的表面和内部由折射率不同的材质而成的棒形圆柱，在内部为空的管型圆柱的情况，在其内部流着用于回收热的热煤。棒形圆柱固定在固定圆柱的上部和下部的框架，管型圆柱连接在供热媒流在圆柱的上部和下部的框架。如此构成的集光装置和太阳电池模块中，由于移动的部分是太阳电池模块，因此比较容易坚固地固定，且能最大限度地减低由风雨的影响。

用于移动太阳电池模块的机械装置，作为配件安装在集光装置，或与集光装置独立设置，将太阳电池模块移动到每天随着太阳的移动而反复生成的焦点轨道上。

现有太阳光发电是根据太阳的高度移动整个集光装置和太阳电池模块，但是，利用随着太阳的高度焦点距离变化的原理，使太阳电池模块移动到所述焦点轨道上，而实现与太阳的高度或纬度无关的太阳光发电装置。另外，若由圆柱形集光装置和太阳电池模块构成的部分具有根据太阳的高度旋转的结构，则通过总是确保预定的焦点距离和焦点幅度，能够以适当量的太阳电池模块实现太阳光发电。

本发明中，使由圆柱形集光装置和太阳电池模块构成的部分，在凌晨朝太阳旋转30度并固定，到傍晚时再朝太阳旋转30度，通过此结构，在具备现有集光装置进行太阳光发电时，整个系统最大能旋转180度，但本发明尽管旋转角度小，在早上和下午分别能更加确保2小时的日照时间，总共能确保4小时的日照时间。

即，本发明提供太阳光发电装置，该装置与种类不同的集光装置的凸镜或菲涅尔透镜不同，与太阳的移动路径无关，在大部分装置被坚固固定的状态下，相对少量的太阳电池模块随着太阳光焦点的移动路径21移动。

实施例1

为了确认本发明的圆柱形集光装置的效果，如图3所示，测定了在三个装置产生的电力。下表表示在没有集光装置，太阳电池模块的幅度为30mm的装置（装置A）中产生的电力、没有集光装置，太阳电池模块的幅度为2mm的装置（装置B）中产生的电力、具备直径为30mm的圆柱形集光装置，将幅度为2mm的太阳电池模块配置在太阳光焦点位置的装置（装置C）中产生的电力。没有集光装置时，模块的大小与电力相比例，因此，若要生产更多量的电力则需要使用更多量的太阳电池模块。具备圆柱形集光装置的装置C，通过集光，在相同大小的模块生产出约4.7倍的电力。

（比较装置B和装置C）

表1

实施例2

经时间经过，从上午9点到下午3点测定了在具备直径30mm的圆柱形集光装置，且将幅度2mm的太阳电池模块配置在太阳光焦点位置的装置（装置C）上发生的电力。在圆柱形集光装置完全不旋转或不移动的状态下，只有幅度2mm的太阳电池模块随着太阳的轨迹移动，太阳电池模块总是垂直吸收太阳能，因此能够以最大的吸收率生产电力。此时，移动的部分只是移动到太阳光焦点轨道上的太阳电池模块，太阳电池模块的移动距离为约45mm。

表2

时间	9点钟	12点钟	15点钟
				电力（mW）	35	56	47

实施例3

在以预定间隔配置多个圆柱的圆柱形集光装置中调查了完全不受隔间相邻接的圆柱的影响而能够进行集光的日照时间。当圆柱之间的间距为圆柱直径的0.5倍、1倍、2倍时，日照时间分别为约6小时、8小时、10小时。在韩国最大日照时间是冬季9小时、夏季12小时，以此为基础研究了增加日照时间的方案。将圆柱间间隔设定为圆柱直径的1倍的装置，在上午6点朝太阳旋转30度，上午8点回原位，下午4点朝太阳旋转30度，直到下午6点为止确保了总共12小时的日照时间。通过现有技术只有将整个系统旋转180度才能确保12小时的日照时间，与此相比，本发明将圆柱形集光装置左右旋转30度而确保了12小时的日照时间。

发明效果

本发明通过具备不受太阳光的入射角度的影响的集光装置的太阳光发电装置而获得非常大的效果。

1.具备集光装置的太阳光发电装置，通过集光其能源密度变高，而能够减少高价的太阳电池模块的使用量。

2.由于集光装置的截面为球形或椭圆形或部分圆形等，因此，集光装置即使不随着太阳移动或旋转也能集光，随此，由于不需要使集光装置移动的机械装置，因此设备的构成变单纯，耐久性显著增加，能够容易坚固地固定设备。

3.需要移动的部分只是位于太阳光焦点轨道上的小的太阳电池模块和使该模块移动的装置，且所述模块也仅在太阳光焦点移动的范围内移动，因此，移动范围非常小，能以小且简单的装置也容易达成。一天中日照时间8小时时，太阳电池模块在太阳光焦点轨道上仅旋转120度即可。集光装置不但不旋转还与太阳光总是保持垂直状态，因此不需要将集光装置对准太阳光进行精密地调整，所以跟踪装置也变单纯，只有小型太阳电池模块与太阳保持垂直状态，该技术是非常有用的。

4.由于本发明的集光装置是以预定间隔配置多个圆柱的结构，因此太阳光透过圆柱和圆柱之间的空间而能够照射发电装置的下部，从而能够在建筑物采光及形成阴凉时使用，且能够设置在农用地。

5.本发明的集光装置，由于在圆柱和圆柱之间形成有空空间，因此，雪、雨、风容易通过，所以，因风雨雪而引起的歪曲或晃动得以减少，且能比较容易坚固地设置在大规模设备中。

6.根据本发明，若在管型集光装置的内部注入水等液体，则先作为热能吸收提高太阳电池模块的温度的太阳能的一部分，并太阳电池模块将透过集光装置后的剩余光线作为电能回收，因此，能够同时实现集光及集热。

7.在现有太阳光发电中，由于集光而太阳电池模块的温度过于上升，则电转换效率减少，因此，需要将太阳电池模块冷却为适当温度的复杂的装置。但是，本装置通过将太阳能的局部事先作为太阳热回收，因此能以简单的装置控制太阳电池模块的温度。

8.根据本发明，对于因太阳的高度变化而产生的生产能源之差也能比较简单地对应。若太阳的高度发生变化，则集光装置的焦点距离也改变，因此将太阳电池模块移动到反应焦点距离变化的焦点轨道上，或设定太阳电池模块的幅度，则不必使集光装置旋转或上下移动也能进行太阳光发电。

9.若将圆柱形集光装置的内部外部由折射率不同的材料形成，则可以调整焦点距离和焦点轨道。

10.在太阳电池模块周围设置反射板时，使被损失在模块周围的太阳光反射到模块上面，从而能够减低太阳电池模块的使用量，或能增加集光效率。

11.在具备现有集光装置的太阳光发电中，整个系统最大旋转180度，但在本发明中，将由圆柱形集光装置和太阳电池模块构成的部分，在凌晨朝太阳旋转并固定，并在傍晚再次朝太阳旋转，从而尽管旋转角度小也能确保凌晨和傍晚的日照时间。

12.当由圆柱形集光装置和太阳电池模块构成的部分具有根据太阳的高度旋转的结构时，通过总是确保预定的焦点距离和焦点幅度，从而能够用最佳量的太阳电池模块实现太阳光发电。

本发明通过提供具有所述效果的太阳光发电技术，只由集光装置、少量太阳电池模块、能够使太阳电池模块移动的最小限的装置和能源生产电，并且，如上所述，解决为移动现有设备的空间、移动距离、设备的重量、气候影响、机械坚固性及耐久性等问题，大幅度减低太阳光发电设施的投资费用及运行费用，能大大贡献于扩大太阳光发电、太阳光建筑物等适用范围。

Claims (8)

1.一种太阳光发电装置，其中，包括：

圆柱形集光装置，其为朝轴方向长的实芯棒形态，透射从前面部入射的太阳光，并使之折射集中后聚焦于从棒的后面部离开焦点距离的位置，非以轴为中心旋转的多个棒以棒直径的0.5倍至2倍的预定间隔平行地配置在一个平面上；

太阳电池模块，其幅度小于圆柱形集光装置的棒的直径，是朝长度方向长的形态，与每个棒一对一对应，配置于圆柱形集光装置的后面部的焦点位置，并平行地配置有与太阳光保持垂直状态的多个太阳电池模块；

移动太阳电池模块的装置，将太阳电池模块移动到随着太阳光的入射角度移动的太阳光焦点轨道上以便与太阳光保持垂直状态。

2.根据权利要求1所述的太阳光发电装置，其中，圆柱形集光装置将太阳光的焦点聚焦于入射太阳光的方向的相反侧，为截面形成为圆形或椭圆形或部分圆形的集光装置。

3.根据权利要求1所述的太阳光发电装置，其中，圆柱形集光装置为管型集光装置以便在管型集光装置的内部流动液体物质，同时实现太阳热的回收及太阳光发电。

4.根据权利要求1所述的太阳光发电装置，其中，圆柱形集光装置为内部和外部由折射率不同的材料构成的集光装置以便能够调整焦点距离。

5.根据权利要求1所述的太阳光发电装置，其中，太阳电池模块为具备反射板的太阳电池模块，所述反射板设在太阳电池模块周围用于通过反射朝太阳电池模块的上部收集损失在太阳电池模块周围的太阳光。

6.根据权利要求3所述的太阳光发电装置，其中，所述液体物质是水。

7.一种太阳光发电装置，其中，包括：

圆柱形集光装置，其为朝轴方向长的实芯棒形态，透射从前面部入射的太阳光，并使之折射集中后聚焦于从棒的后面部离开焦点距离的位置，非以轴为中心旋转的多个棒以棒直径的0.5倍至2倍的预定间隔平行地配置在一个平面上；

太阳电池模块，其幅度小于圆柱形集光装置的棒的直径，是朝长度方向长的形态，与每个棒一对一对应，配置于圆柱形集光装置的后面部的焦点位置，并平行地配置有与太阳光保持垂直状态的多个太阳电池模块；

移动太阳电池模块的装置，将太阳电池模块移动到随着太阳光的入射角度移动的太阳光焦点轨道上以便与太阳光保持垂直状态，

装置，使由圆柱形集光装置和太阳电池模块构成的部分以轴为中心旋转。

8.一种太阳光发电装置，其中，包括：

圆柱形集光装置，其为朝轴方向长的实芯棒形态，透射从前面部入射的太阳光，并使之折射集中后聚焦于从棒的后面部离开焦点距离的位置，非以轴为中心旋转的多个棒以棒直径的0.5倍至2倍的预定间隔平行地配置在一个平面上；

太阳电池模块，其幅度小于圆柱形集光装置的棒的直径，是朝长度方向长的形态，与每个棒一对一对应，配置于圆柱形集光装置的后面部的焦点位置，并平行地配置有与太阳光保持垂直状态的多个太阳电池模块；

移动太阳电池模块的装置，将太阳电池模块移动到随着太阳光的入射角度移动的太阳光焦点轨道上以便与太阳光保持垂直状态，

装置，使由圆柱形集光装置和太阳电池模块构成的部分随着太阳的高度旋转。