CN103208947B - 一种屋顶太阳能聚光发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于太阳能光伏发电技术领域，具体涉及到一种屋顶太阳能聚光发电系统，其不同之处在于：该系统包括支架，该支架包括支撑架、用于安装聚光发电模块的倾斜状中心撑杆，所述支架上具有用于朝向南北的倾斜支架中心轴线和用于朝向东西的聚光单元中心轴线两个旋转中心线，倾斜支架中心轴线和聚光单元中心轴线构成时角坐标系，该时角坐标系以地心为原点，所述倾斜支架中心轴线为极轴线，所述聚光单元中心轴线为赤纬轴线；所述支架通过围绕极轴线旋转用于追踪太阳东西方向的时角变化，通过围绕赤纬轴线旋转用于改变光线的入射角度。本发明将采用这种时角坐标系结构的追踪支架，可以降低一个轴向电机的往返运动，提高了系统可靠性，特别适合屋顶太阳能使用。

Description

一种屋顶太阳能聚光发电系统

技术领域

本发明属于太阳能光伏发电技术领域，具体涉及到一种屋顶太阳能聚光发电系统。

背景技术

在人类面对能源危机时，利用太阳能无疑是一种最丰富和最可靠的方法。美国作为世界上最大的能源消费国，为了减少能耗和温室气体排放，调整能源结构，早在1997年就提出了“百万太阳能屋顶计划”，使得美国的太阳能应用技术得到了极大地发展。日本福岛核事故和随之而来的电网中断后，屋顶太阳能公寓则迅速发展成为新兴市场。而对中国来说，每年新增的建筑房顶面积即可提供光伏发电10GW，因而中国在新能源十二五规划中也明确提出“必须着力发展分布式太阳能”。

屋顶太阳能具有不占土地，传输损耗小，有利于降低峰电压力等优点，但是由于建筑屋顶面积空间相对有限，因此如何能在有限的面积内获取更多的电量输出是推动屋顶太阳能大规模应用的关键。

常规太阳能发电技术大部分采用固定晶硅电池板发电，其效率一般在15%左右，为了在有限面积内获得更多电量，采用效率可超过30%的聚光加多结太阳能技术是一种非常好的方式。但是在屋顶上直接采用这种聚光发电方式则会存在几个大的问题：

1）高转换效率的获取必须要在聚光条件下，因此相比较常规固定晶硅电池发电技术，聚光太阳能必须要同时采用高精度太阳跟踪技术来获得高稳定性的光斑。而一般太阳跟踪技术大部分采用地平坐标系双轴跟踪技术，即通过双轴支架调节来实现对太阳的高度和水平角的追踪。这种双轴支架大部分采用立式结构，整个重心集中承载在支撑立柱上，并且需要根据地面结构进行打桩固定安装。而在屋顶使用时，由于楼体结构和承重的限制，在有限面积内承载压力无法过大，因而这样的立式支架就不方便安装。

2）为了适合太阳高度角的全年变化范围，采用地平坐标系跟踪技术的立式支架，就需要一定高度的立柱来保证高度角的全范围追踪，这样抗风能力的设计无疑是最大的难题。并且城市里的住宅往往是高层建筑，其风速大大超过了地面风速，并且聚光太阳帆越大，双轴追踪支架的立柱就要求越高，则抗风性也要求越苛刻，更为麻烦的是由于双轴支架采用结构较为复杂的仰俯追踪结构和控制算法，一旦在高层建筑上这样的双轴聚光太阳能系统出现故障异常，则调试和维护工作都很难正常开展。

因而，为了在有限面积的屋顶上安全有效的使用太阳能发电，一方面我们希望使用一种在单位面积上发电效率高的技术，另外一方面我们还需要这种技术能够尽量满足屋顶结构，结构简单并且能够有效承受恶劣环境的太阳能发电技术。

发明内容

针对常规屋顶太阳能和聚光太阳能各自的不足，本发明的目的在于提供一种可以在屋顶使用的太阳能聚光发电系统，该系统能够将屋顶和聚光太阳能技术相结合，从而能够更好的满足实际需求。

本发明可以通过如下技术方案来实现：一种屋顶太阳能聚光发电系统，其不同之处在于：该系统包括支架，该支架包括支撑架、用于安装聚光发电模块的倾斜状中心撑杆，所述支架上具有用于朝向南北的倾斜支架中心轴线和用于朝向东西的聚光单元中心轴线两个旋转中心线，倾斜支架中心轴线和聚光单元中心轴线构成时角坐标系，该时角坐标系以地心为原点，所述倾斜支架中心轴线为极轴线，所述聚光单元中心轴线为赤纬轴线；所述支架通过围绕极轴线旋转用于追踪太阳东西方向的时角变化，通过围绕赤纬轴线旋转用于改变光线的入射角度。

按以上方案，所述中心撑杆、支撑架和屋顶天台水平面构成一直角三角形，中心撑杆和屋顶天台水平面所形成的夹角为当地纬度角θ，聚光发电模块与极轴成赤纬夹角纬度角θ和赤纬夹角均可以通过机械方式进行联动调节。

按以上方案,所述支撑架安装在屋顶主梁上从而能够承受比较大的压力。

按以上方案,所述倾斜状中心撑杆上安装有用于驱动多个聚光发电模块同时南北翻转从而改变赤纬夹角的赤纬联动杆。

按以上方案,还包括时角联动杆，所述倾斜状中心撑杆的数量为至少2根，倾斜状中心撑杆之间互相平行，时角联动杆则带动多根倾斜状中心撑杆上的聚光发电模块同时东西转动，形成时角联动追踪，赤纬联动杆和时角联动杆为联动机构。

按以上方案,所述赤纬联动杆和时角联动杆之间由步进电机带动减速机构与涡轮蜗杆进行联动。本发明引入这样的设计可以在降低系统高度的同时，减少驱动电机，从而简化系统和降低成本。

按以上方案,所述倾斜状中心撑杆的数量为至少2根，倾斜状中心撑杆之间互相平行，倾斜状中心撑杆之间的间距L符合以下公式：

L＞ $D\cos \mathrm{\α}+D\sin \mathrm{\α}\frac{0.707\tan \mathrm{\θ}+0.4338}{0.707-0.4338\tan \mathrm{\θ}},$

其中，α为转动时角，D为发电模块宽度，θ为纬度角。

按以上方案,所述支撑架顶端通过极轴与中心撑杆联接，极轴与中心撑杆不在同一轴线。这样的设计能够保证对发电模组有更好的重力支撑，并且即使中心撑杆发生形变，也不会影响极轴的精度。

按以上方案,所述聚光发电模块采用反射式聚光发电单元或折射式聚光发电单元。

按以上方案,所述折射式聚光发电单元包括菲涅尔透镜、遮光板、聚光模块盒体、二次光杯、聚光太阳能电池、翅片散热片；太阳光入射到菲涅尔透镜汇聚后，经过遮光板对应开孔抵达二次光杯的入口，经过多次来回相对反射后，均匀分布到聚光太阳能电池表面，聚光太阳能电池底部设置有翅片散热片，聚光模块盒体底面中轴位置加工有透气孔，透气孔采用高分子透气膜进行密封，该透气膜可以透过空气而隔离水分，二次光杯与聚光太阳能电池表面垂直，并固定在对应的遮光板位置上。

按以上方案,所述聚光模块盒体底部两侧具有内凹部，所述内凹侧部用于安装赤纬联动杆。

按以上方案,所述遮光板的厚度选取1m-5mm之间。

按以上方案,所述二次光杯的内侧四面采取在表面上溅射高反射率金属膜的方式，来实现全光谱的高反射率。

按以上方案,因铝膜在紫外区，可见光区和红外区都有很高的反射率,所述高反射率金属膜采用铝膜。

按以上方案,所述二次光杯的入口设置有用于防止水汽渗透的高透射低铁玻璃片。

按以上方案,所述低铁玻璃片上、下两面均蒸镀抗反膜来提高玻璃片的透射系数,该设计可以进一步降低光子损耗。

按以上方案,所述二次光杯与聚光太阳能电池之间设置有太阳电池保护玻璃板，二次光杯、太阳电池保护玻璃板之间保留微小缝隙。该方案设计考虑到金属二次光杯和玻璃材料之间的热膨胀系数差异，这样在高低温冲击环境中可以保证之间有足够的形变范围。

按以上方案,所述二次光杯的内侧四面与底面夹角小于或等于8度。

对比现有技术,本发明具有以下优点:

本发明将采用这种时角坐标系结构的追踪支架，可以降低一个轴向电机的往返运动，提高了系统可靠性，特别适合屋顶太阳能使用。整个系统能够被南北倾斜安置在屋顶上，其中极轴面朝南并与支撑架和地平面构成一直角三角形，所形成的夹角θ为当地纬度角，聚光发电模块与极轴成赤纬夹角，纬度角θ和赤纬夹角均可以通过机械方式进行调节。支撑架可以安装在屋顶主梁上，从而能够承受比较大的压力,赤纬联动杆可以支撑多个聚光发电模块，从而构成与极轴方向平行的发电模组；多个发电模组能够以L的间距并排放置在极轴面上，从而形成聚光发电阵列。发电模组在赤纬联动杆的驱动下可以同时南北翻转，从而改变夹角，形成赤纬联动追踪；而时角联动杆则可以带动多组发电模组同时东西转动，形成时角联动追踪。赤纬联动杆和时角联动杆可以由步进电机带动减速机构与涡轮蜗杆进行联动，本发明引入这样的设计可以在降低系统高度的同时，减少驱动电机，从而简化系统和降低成本。

附图说明

图1是时角坐标系支架安装原理图；

图2是本发明提出一种屋顶太阳能聚光发电系统侧面图；

图3是图2发电系统的正视结构图；

图4是聚光发电模块可选择的模型；

图5是安装不同数量发电模组的对比示意图；

图6是本发明提出的另外一种底高度屋顶聚光太阳能结构示意图；

图7是图6的侧视图；

图8是本发明所提出来的具体结构图；

图9是聚光发电模块的组成结构图；

图10是聚光发电模块的侧视图；

图11是聚光发电模块的顶视图；

图12是所采用的金属二次光杯结构图；

图13是本发明中所采用的电池组件组成结构图；

图14是图8赤纬追踪的侧面图（+24度）；

图15是图8赤纬追踪的侧面图（-24度）；

图16是赤纬运动杆组装结构图；

图17是本发明在东西方向时角追踪情况图；

图18是聚光模组5间隔距离图；

图19是时角追踪结构图；

图20是时角驱动结构图；

图21是时角追踪的侧面图（位置一）；

图22是时角追踪的侧面图（位置二）；

其中，1是极轴，2是支撑架，3是聚光发电模块，4是赤纬联动杆，5是发电模组，6是聚光发电阵列，7是时角联动杆，8是聚光单元，9是金属二次光杯，10是太阳能电池片，11是翅形散热片，301是菲涅尔透镜，302是遮光板，303是聚光模块盒体，304是动杆连接件，305是静杆连接件，306是透气孔，307是入射光线偏转角度，308是盒体内嵌侧面，309是内台阶面，310是高透射低铁玻璃片，311是保护玻璃板，312是导热基板，313是边沿定位孔，401是静止支撑杆，402是线性推杆，403是线性推杆定点，404是赤纬联动杆推动点，405是弯曲槽，701是中心撑杆，702是驱动装置，703是一级蜗杆，704是一级涡轮，705是二级蜗杆，706是二级涡轮，707是卡点。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明具体实施方式.

如图1所示，一种屋顶太阳能聚光发电系统，该系统采用以地心为原点的时角坐标系，两个旋转中心线分别是朝向南北的倾斜支架中心轴线和朝向东西的聚光单元中心轴线。前者为极轴线，而后者为赤纬轴线.支架通过围绕极轴旋转可以追踪太阳东西方向的时角变化，而通过围绕赤纬轴旋转可以改变光线的入射角度。其中,极轴可以东西转动，负责追踪太阳时角变化，而赤纬轴则南北旋转，负责修正太阳赤纬角变化。支架极轴与安装点成维度θ夹角，而聚光发电单元与极轴呈赤纬夹角，由于一年中的赤纬角其变化范围在正负23.45度内，因而角的每天变化在0.2度内，从而赤纬轴的改变角度很小。时角则随时间的改变而时时变化，因此围绕极轴的时角追踪相对角度较大。本发明将采用这种时角坐标系结构的追踪支架，可以降低一个轴向电机的往返运动，提高了系统可靠性，特别适合屋顶太阳能使用。

整个系统能够被南北倾斜安置在屋顶上，如图2所示，其中极轴1面朝南并与支撑架2和地平面构成一直角三角形，所形成的夹角θ为当地纬度角，聚光发电模块3与极轴1成赤纬夹角，纬度角θ和赤纬夹角均可以通过机械方式进行调节。支撑架2可以安装在屋顶主梁上，从而能够承受比较大的压力。

图3给出系统的正视图，其中，赤纬联动杆4可以支撑多个聚光发电模块3，从而构成与极轴方向平行的发电模组5；多个发电模组5能够以L的间距并排放置在极轴面上，从而形成聚光发电阵列6。发电模组5在赤纬联动杆4的驱动下可以同时南北翻转，从而改变夹角，形成赤纬联动追踪；而时角联动杆7则可以带动多组发电模组5同时东西转动，形成时角联动追踪。赤纬联动杆4和时角联动杆7可以由步进电机带动减速机构与涡轮蜗杆进行联动，本发明引入这样的设计可以在降低系统高度的同时，减少驱动电机，从而简化系统和降低成本。

实际使用中，聚光发电模块3可以由多个聚光单元构成，如图4所示，给出了两种方式，其中，8是聚光单元，10是太阳电池片。每个聚光单元可以利用光线聚焦原理将垂直入射的太阳光汇集成单位能量密度很高的光束投射到发电单元上。可以采用透射或者反射方式来形成高倍聚光，发电单元可以采用多层生长的化合物多结太阳能电池，此类电池在高倍聚光条件下可以有接近35%的效率，和晶硅发电技术相比，能够更为广谱的利用太阳能光。本发明采用透射聚光，即利用菲涅尔透镜将效率最高的聚光太阳能技术引入到屋顶发电系统中，从而获得更高的经济效益。所设计的聚光单元盒体侧面为内嵌结构，如图9所示，这样可以将南北转动的轴承及联动推杆安装在内嵌侧面，从而可有效回避联动的机械的挡光问题，最大限度的利用太阳光。需要指出的是，所采用的聚光单元的数量受到聚光比和电池尺寸的限制，需要在合理的尺寸范围内选择最为恰当的搭配。

对于聚光太阳能来说，需要保证入射到太阳能电池表面上光斑的均匀性，因此可以考虑采用二次光杯或者二次玻璃光棱柱进行光斑的均匀化，并且可以通过这种方式进一步增加受光角，从而保证光斑均匀性，并且降低对太阳跟踪精度要求。本发明采用金属二次光杯结构，如图4中的9，相比较二次玻璃光棱柱，所采用的金属二次光杯结构简单，能够耐较高温度，无需镀膜，并且不需对反射侧面保护，更适合本系统中使用。

所采用电池的散热问题，可以通过被动散热方式，即利用大面积翅片散热片11对小面积电池片进行传导对流散热，这样的被动散热方式非常适合屋顶太阳能使用。

另外一个问题是为了保证入射光斑始终位于电池表面上，必须要跟踪太阳。太阳追踪方式可以采用被动光传感和主动太阳运动轨迹算法控制相结合。根据时间信息和安装地点经维度等信息计算出太阳赤纬角和时角变化情况，驱动两轴转动，最后利用编码反馈元件来校对所调节的双轴位置状态，并根据光传感进行微调补偿，从而保证跟踪的精确性。在本发明中，由于支架结构采用时角坐标系，因此赤纬角调整在一天内非常小，再结合本发明所提出的联动结构，从而可以保证系统消耗很小的功耗，这在屋顶太阳能应用中尤为重要。

值的说明的是，本系统可以任意组合所需要的发电模组个数，即可以根据需要安装一套或者多套发电模组，也可以根据屋顶高度情况和风力大小调节各发电模组中所包含的聚光发电模块的数量，从而可以获得适合各种屋顶的不同高度的太阳能聚光发电系统。图5给出了安装不同数量发电模组的屋顶太阳能聚光发电系统，而图6则给出了采用4个聚光发电模块构成的低高度屋顶太阳能聚光发电系统。图7是其测视图，可以看到图7系统的高度H明显低于图2系统的高度，因而这样的结构具有更好的抗风性。类似于这样的组合设计可以保证系统维护方便性和模块化，因此这种排列组合的变化应该视为本专利需要保护的一部分。

图8是本发明的一种具体图，也是图3结构的一种简化版本，这里以图8结构进行详细描述其实施过程，图3结构可以在此基础上进行衍生，相比较图3结构，图8给出的结构具有更低的高度，在屋顶上使用能够更好的承受风压，从而增加系统可靠性和维护性。

系统主要由聚光发电模块,时角坐标太阳追踪支架，联动和驱动装置以及传感器装置（未画出）构成。

聚光发电模块3的结构示意图如图9所示，其中，301是菲涅尔透镜，302是遮光板，303是聚光模块盒体，304是动杆连接件，305是静杆连接件，306是盒体透气孔，9和11分别是二次光杯和翅片散热片。

太阳光入射到菲涅尔透镜301汇聚后，经过遮光板302抵达二次光杯9的入口，经过多次来回相对反射后，均匀分布到电池表面，采用翅片散热片11对电池进行散热，翅片散热片11具有较大的散热面积，能够将汇聚光形成的高温被动散却。动杆连接件304和静杆连接件305分别用来和动杆404和静杆401相连，并能够围绕其旋转运动。聚光模块盒体303为承载主体，所有部件均安装其上面。

图10是聚光模块盒体303侧视图，如采用500倍聚光，根据所安装菲涅尔透镜301的焦距大小则可算出其入射光线偏转角度307，根据该偏转角度307可以制作内缩于盒体的内嵌侧面308，并将南北转动的轴承及联动推杆安装在该内嵌侧面308处，则可有效减少加工面积，并增加可靠性和可维护性。此外，为了防止盒体内外气压不一致而导致在长期使用中的盒体变形，在盒体底面中轴位置加工一个透气孔306，并采用高分子透气膜进行密封，该透气膜可以透过空气而隔离水分，这样在长期使用中可以保证盒体内外大气压一致。盒体内部放置一遮光板302，并可以通过机械螺丝将遮光板302与内台阶面309进行机械固定，遮光板302与太阳能电池片10相对应位置开孔，二次光杯9与电池表面垂直，并固定在对应的遮光板位置上。

图11是遮光板聚光模块盒体顶视图，遮光板302被安装在内嵌台阶面309上，二次光杯9被安装在遮光板302上，汇聚光只能够通过遮光板上的对应开孔再经过二次光杯后到达电池表面，这样的设计可以防止当聚光点发生偏移时，对其它线路的损坏。遮光板的典型厚度可以取在1m-5mm之间。

图12是二次光杯9的示意图，在本发明中，二次光杯9的内侧四面可以采取在表面上溅射铝膜的方式，来实现全光谱的高反射率。铝膜在紫外区，可见光区和红外区都有很高的反射率。在镀好的铝膜外表面还可以用氧化的方法生成一层氧化膜，或在铝膜外表面特地加镀一层氧化铝或者氧化硅，这样可以保证铝膜有较高的反射率的同时也可以低于大气侵蚀，延长使用寿命。优选的，二次光杯9的内侧四面与底面夹角小于或等于8度。

和玻璃二次光棱柱的设计相比，采用金属光杯的好处是不需要额外去蒸镀高反射膜，并且不需要对外侧做密封防污染处理。

图13是太阳电池封装结构，二次光杯9通过四个边沿定位孔313与遮光板302固定。在二次光杯9的入口增加高透射低铁玻璃片310来防止水汽渗透，也可以在低铁玻璃片310上下两面蒸镀抗反膜来提高玻璃片的透射系数,这样可以进一步降低光子损耗。多结太阳电池10与保护玻璃板311和导热基板312进行热固封装，可以采用高透明硅树脂胶进行密封，导热基板和翅形散热片11之间可以采用高导热胶进行粘接，考虑到金属二次光杯和玻璃材料之间的热膨胀系数差异，二次光杯9与太阳电池保护玻璃板311之间不密封沾接，而保留一微小缝隙，这样在高低温冲击环境中可以保证之间有足够的形变范围。

为了保证支架在长期使用中不会因为承重而变形，因此对于聚光发电模块的盒体材料可以采用聚乙烯材料，典型采用聚碳酸树酯材料，该材料能够经受高低温的冲击而不变形，并且重量非常轻便，这样在屋顶的自然环境下，可以具有较长的使用寿命。

图14和图15分别是聚光发电模块3在支架上南北运动到不同两个位置的侧视图，如前所述，其全年运动范围在±24度以内，因此平均每天运动角度比较小，这样就避免了电机总是往返运动，进而增加了可靠性。赤纬追踪实现过程是利用步进电机带动线性推杆402在弯曲槽405内做往返运动来实现的，如图14和图15，其中401是静止支撑杆，402是线性推杆，403是线性推杆定点，404是赤纬联动杆推动点，405是弯曲槽，4是赤纬联动杆。静止支撑杆401用来支撑聚光发电模块3，并与其侧面连接件304和305相连接，赤纬联动杆4同样与侧面连接件304另外一点相连接，上述连接点均可以旋转而并非卡死。线性推杆402安装在静止支撑杆401内侧，并一端能够围绕线性推杆定点403转动，线性推杆402的另外一端穿过弯曲槽405并与赤纬联动杆推动点404固定，从而能够带动赤纬联动杆4在弯曲槽405范围内运动。需要进行赤纬追踪时，步进电机驱动线性推杆402在弯曲槽405内运动，同时线性推杆402同时能够围绕线性推杆定点403转动，这样的方式就带动了静止支撑杆401和赤纬联动杆4的相互运动，从而使得聚光发电模块能够进行赤纬追踪。

图16是赤纬运动杆组装结构图，由于线性推杆402隐藏在静止支撑杆401内侧面，因此驱动装置被隐藏，这样的设计对于防水非常有好处。弯曲槽405的开口长度可以根据运动角度范围来设计，在槽的两端，可以安装限位装置（未画出），从而保证整个运动在限制范围内。

图17给出了系统东西方向时角追踪情况，为了防止运动中各列模组之间的挡光问题，各个发电模组5之间的间隔被设置为L，L的最佳取值应该大于所形成的阴影长度，如图18所示，可以根据几何关系，推导出所形成的最大阴影长度应该是：，其中，α为转动时角，D为发电模块宽度，θ为纬度角，因此其间隔L应该大于上述长度，在这样的情况下，可以保证发电模块彼此不受到阴影遮挡，如果小于这个范围，则可能会受到阴影遮挡（如图18中虚线表示）。

图19是时角追踪结构图，各个发电模组5的时角追踪是通过蜗轮蜗杆装置702来驱动时角联动杆7转动而实现的。转动的中心轴是极轴1，而中心撑杆701与两边的静止支撑杆401共同组成支撑架对聚光发电模块进行支撑。考虑到组件长期倾斜放置，因此极轴1和中心撑杆701并不在同一平面，这样的设计能够保证对发电模组5有更好的重力支撑，并且即使中心撑杆701发生形变，也不会影响极轴1的精度。

图20给出了驱动装置702的结构图，其中，703和704构成了一级传动蜗轮蜗杆，705和706构成了二级蜗轮蜗杆，二级蜗轮706中心与极轴1连成一体，中心撑杆701与驱动装置702连成一体。步进电机（未画出）驱动一级蜗轮蜗杆703和704转动而带动二级蜗杆705围绕二级蜗轮706转动，从而使得中心撑杆701能够以极轴1为中心轴线而旋转，时角联动杆7则能够与中心撑杆701同时运动而带动其它发电模组5同步运动。卡点707负责定位运动范围，保证时角运动范围在要求以内。

图21和图22是发电模组5运动在两个不同位置时的状态，卡点707分别在不同位置，驱动装置702带动时角联动杆7运动，从而可以满足时角的范围要求。

根据上述结构，可以实现本发明所提出的采用时角坐标系的屋顶太阳能聚光发电系统。

以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例，本发明不限于上述实施例，还可以有很多变性，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种屋顶太阳能聚光发电系统，其特征在于：该系统包括支架，该支架包括支撑架(2)、用于安装聚光发电模块(3)的倾斜状中心撑杆(701)，所述支架上具有用于朝向南北的倾斜支架中心轴线和用于朝向东西的聚光单元中心轴线两个旋转中心线，倾斜支架中心轴线和聚光单元中心轴线构成时角坐标系，该时角坐标系以地心为原点，所述倾斜支架中心轴线为极轴线，所述聚光单元中心轴线为赤纬轴线；所述支架通过围绕极轴线旋转用于追踪太阳东西方向的时角变化，通过围绕赤纬轴线旋转用于改变光线的入射角度；所述聚光发电模块(3)为折射式聚光发电单元，折射式聚光发电单元包括菲涅尔透镜(301)、遮光板(302)、聚光模块盒体(303)、二次光杯(9)、聚光太阳能电池(10)、翅片散热片(11)；太阳光入射到菲涅尔透镜(301)汇聚后，经过遮光板(302)对应开孔抵达二次光杯(9)的入口，经过多次来回相对反射后，均匀分布到聚光太阳能电池(10)表面，聚光太阳能电池(10)底部设置有翅片散热片(11)，聚光模块盒体(303)底面中轴位置加工有透气孔(306)，透气孔(306)采用高分子透气膜进行密封，该透气膜透过空气而隔离水分，二次光杯(9)与聚光太阳能电池(10)表面垂直，并固定在对应的遮光板(302)位置上。

2.如权利要求1所述的屋顶太阳能聚光发电系统，其特征在于：所述中心撑杆(701)、支撑架(2)和屋顶天台水平面构成一直角三角形，中心撑杆(701)和屋顶天台水平面所形成的夹角为当地纬度角θ，聚光发电模块(3)与极轴(1)成赤纬夹角纬度角θ和赤纬夹角均通过机械方式进行联动调节。

3.如权利要求2所述的屋顶太阳能聚光发电系统，其特征在于：所述支撑架(2)安装在屋顶主梁上从而能够承受比较大的压力。

4.如权利要求1所述的屋顶太阳能聚光发电系统，其特征在于：所述倾斜状中心撑杆(701)上安装有用于驱动多个聚光发电模块(3)同时南北翻转从而改变赤纬夹角的赤纬联动杆(4)。

5.如权利要求4所述的屋顶太阳能聚光发电系统，其特征在于：还包括时角联动杆(7)，所述倾斜状中心撑杆(701)的数量为至少2根，倾斜状中心撑杆(701)之间互相平行，时角联动杆(7)则带动多根倾斜状中心撑杆(701)上的聚光发电模块(3)同时东西转动，形成时角联动追踪，赤纬联动杆(4)和时角联动杆(7)为联动机构。

6.如权利要求5所述的屋顶太阳能聚光发电系统，其特征在于：所述赤纬联动杆(4)和时角联动杆(7)之间由步进电机带动减速机构与涡轮蜗杆进行联动。

7.如权利要求1所述的屋顶太阳能聚光发电系统，其特征在于：所述倾斜状中心撑杆(701)的数量为至少2根，倾斜状中心撑杆(701)之间互相平行，倾斜状中心撑杆(701)之间的间距L符合以下公式：

$L>D\cos \mathrm{\α}+D\sin \mathrm{\α}\frac{0.707\tan \mathrm{\θ}+0.4338}{0.707-0.4338\tan \mathrm{\θ}}.$

其中，α为转动时角，D为发电模块宽度，θ为纬度角。

8.如权利要求1所述的屋顶太阳能聚光发电系统，其特征在于：所述支撑架(2)顶端通过极轴(1)与中心撑杆(701)联接，极轴(1)与中心撑杆(701)不在同一轴线。

9.如权利要求1所述的屋顶太阳能聚光发电系统，其特征在于：所述聚光模块盒体(303)底部两侧具有内凹部(308)，所述内凹部(308)用于安装赤纬联动杆(4)。

10.如权利要求1所述的屋顶太阳能聚光发电系统，其特征在于：所述二次光杯(9)的内侧四面采取在表面上溅射高反射率金属膜的方式，来实现全光谱的高反射率。

11.如权利要求10所述的屋顶太阳能聚光发电系统，其特征在于：所述高反射率金属膜采用铝膜。

12.如权利要求1所述的屋顶太阳能聚光发电系统，其特征在于：所述二次光杯(9)的入口设置有用于防止水汽渗透的高透射低铁玻璃片(310)。

13.如权利要求12所述的屋顶太阳能聚光发电系统，其特征在于：所述高透射低铁玻璃片(310)上、下两面均蒸镀抗反膜来提高玻璃片的透射系数。

14.如权利要求1所述的屋顶太阳能聚光发电系统，其特征在于：所述二次光杯(9)与聚光太阳能电池(10)之间设置有太阳电池保护玻璃板(311)，二次光杯(9)、太阳电池保护玻璃板(311)之间保留有缝隙。

15.如权利要求1所述的屋顶太阳能聚光发电系统，其特征在于：所述二次光杯(9)的内侧四面与底面夹角小于或等于8度。