CN103590546A - 一种太阳能建筑一体化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳能建筑一体化装置,包括至少两列东西轴向平行布置的第一屋顶结构、第二屋顶结构、第一屋顶结构上布置的聚光器及第二屋顶结构上布置的接收器;其特征在于,所述第一屋顶结构和/或第二屋顶结构面向阳坡面倾斜布置;所述聚光器与第一屋顶结构倾斜方向相近;所述接收器靠近第二屋顶结构布置;所述聚光器将太阳光反射至接收器内部;所述接收器将汇聚太阳光转化成电能和/或热能。适宜广泛生活的热及电的利用,具有效率高,成本低,回收快等特点,尤其适合大规模实施。

Description

一种太阳能建筑一体化装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种太阳能装置,特别涉及一种与建筑结合的太阳能一体化装置。
背景技术
[0002]目前,国内建筑能耗占全社会能耗的比重比较大,热水、空调和采暖能耗占建筑能耗的65%左右,而综合利用太阳能,全面实现太阳能与建筑一体化及太阳能光热光电应用一体化,太阳能热水可补充15%的建筑能耗,采暖、制冷系统可解决50%的建筑能耗,光伏发电可节约30%的建筑能耗,就可建成最理想的零能耗房。
[0003] 不同加热系统具有不同的加热能耗,例如以每天生产10吨60°C热水,该热水的起始温度为20°C,则需要的热量为467KWh (定义电价0.64元/ KWh,柴油价格6.4元/L);其中电锅炉所耗电量490.5 Kffh (314元);燃煤116Kg (116元),天然气60.3m3 (241元);燃油锅炉消耗51.3L柴油(328元);太阳能建筑一体化所需要接收面积为186m2 (每平米每天产生的热量2.5 KWh),对于ー个大面积的厂房或者库房或者居民房可以提供足够受光面积。
[0004] 常见的太阳能建筑一体化装置多为太阳能热水器和平板光伏模组,前者由于缺乏监管カ度及设计意识,导致太阳能热水器到处乱装,与建筑缺乏统ー性,影响建筑外观;目前集热器主要有全玻璃真空管太阳能集热管和平板集热器,其中前者易爆管,抗压抗震、抗击能力较差;后者4mm钢化玻璃,铝合金边框,可承压运行,易干与建筑结合,但单个模组成本高。在与倾斜向阳屋顶结构结合设计时,一般取当地纟韦度冬天加10° ,夏天减10° ;对于平板光伏模组,一般倾斜布置于建筑屋顶结构或者布置于墙体壁面,接收太阳能光进行发电,但光伏电池只能接收ー个太阳光强能量,需要通过较大的光伏电池面积才能获得特定发电量,虽然光伏电池价格有所下调,但整体模组成本及安装成本也很高;另外,还有ー种光伏/光热建筑一体化(热电联产)的模式,使用水对光伏电池模组进行冷却,在光伏电池发电过程中,获得一定温度的热水;例如2005年国际太阳能协会(IEA)制定了为期3年的“PV/T太阳能系统”研究计划;通过热像仪可知水冷PV/T电池片温度比不冷却的电池片温度低大约20°C ;—般太阳硅电池的效率在温度超过25°C时,每增加1°C,效率下降约0.4% ;虽然如此,想获得更多的能量,使用I个太阳光照,仍然需要较大光伏电池接收面积,成本依旧居高不下,很难在农村的新农村建设中大規模使用;如何获得ー种光伏电池使用量少,同时兼顾太阳能光伏发电和光热利用的低成本综合利用技术,成为太阳能建筑一体化大规模实施的重要瓶颈。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题,提供一种太阳能建筑一体化装置,在只需要很少的集热管道和/或太阳能光伏电池的情况下,实现单独提供光热利用或者光伏发电,也可以同时提供热水供应和发电的输出装置,该装置可以实现大規模安装利用,降低建筑墙壁和屋顶结构的温度,并满足建筑内部用户的热水或电カ使用。本发明提供一种太阳能建筑一体化装置,包括至少两栋平行布置的第一屋顶结构和第二屋顶结构、第一屋顶结构上布置的聚光器及第ニ屋顶结构上的接收器;所述屋顶结构面向阳坡面倾斜布置;所述聚光器将太阳光反射至接收器内部;所述接收器将汇聚太阳光转化成电能和/或热能。
[0006] 进ー步地,所述聚光器为各反射镜旋转轴东西方向布置,且与第一屋顶结构相近倾斜方向的菲涅尔阵列反射聚光器;即菲涅尔阵列反射聚光器与第一屋顶结构都向阳坡面倾斜布置,二者的倾斜角度可以不完全相同,可以在屋顶结构面建设一定支撑架以支撑反射镜聚光器。
[0007] 进ー步地,所述菲涅尔阵列反射聚光器的反射镜阵列组间隔不等地布置;例如当菲涅尔阵列反射聚光器向阳坡面倾斜布置于房屋建筑顶面时,连续布置可能遮挡太阳光,一体化装置为了避免与建筑内部的生活发生视觉或阳光需求上的冲突,反射镜阵列组间采取间隔不等地布置。
[0008] 进ー步地,所述菲涅尔阵列反射聚光器统ー联动驱动;多个反射镜为ー维弧形反射镜,统ー由端部的驱动完成对太阳光线的汇聚。
[0009] 进ー步地,所述接收器为光热接收装置或光伏接收装置或光热光伏混合接收装置;位于第二屋顶结构上的一体化装置的接收器,可以为单独的光热接收装置,直接将汇聚来的太阳光,通过集热器,将换热介质水进行加热;也可以为单独的光伏电池接收装置,直接将汇聚来的太阳光进行多倍太阳光强度光伏发电;还可以为光伏接收装置与光热接收装置相结合的光热光伏混合装置,实现热水和电量的双重输出,满足日常生活用水和生活用电需求。
[0010] 进ー步地,所述聚光器具有角度调整器,具体通过聚光器的统ー跟踪角度的微调,实现光热光伏混合接收器中二者接收太阳光能量比例的调整。
[0011 ] 进ー步地,为了获得更稳定的夜间热水和电量输出,所述接收器具有储热装置和/或储电装置。
[0012] 进ー步地,所述第一屋顶结构和第二屋顶结构为居民房屋顶结构、厂房屋顶结构或库房屋顶结构或库房联体屋顶结构。
[0013] 进ー步地,所述居民房屋顶结构为远离赤道方向渐退式结构。
[0014] 进ー步地,所述第一屋顶结构和/或第二屋顶结构在向阳面布置聚光器,在背阳面布置接收器;或者第二屋顶结构为支撑接收器的简易支撑架;如此一体化装置可多阵列大規模使用。附图说明
下面參照附图对本发明的具体实施方案进行详细的说明,附图中:
图1是本发明太阳能建筑一体化装置的第一实施例结构示意图;
图2是本发明太阳能建筑一体化装置的第二实施例结构示意图;
图3是本发明太阳能建筑一体化装置的第二实施例结构示意图。
[0015] 图4是实施例中接收器结构示意图。
具体实施方式
[0016] 下面结合实施例对本发明进行进一歩的详细说明。
[0017] 图1是本发明太阳能建筑一体化装置的第一实施例结构示意图。如图1所示,该太阳能建筑一体化装置包括两栋平行布置的第一屋顶结构110和第二屋顶结构112、第一屋顶结构110上布置的聚光器100、第二屋顶结构上的接收器120,及支撑聚光器100的支架130。所述第一屋顶结构110和第二屋顶结构112均面向阳坡面倾斜布置;聚光器100为菲涅尔阵列反射聚光器,位于第一屋顶结构110上,各反射镜旋转轴,例如反射镜旋转轴101和反射镜旋转轴104东西方向布置,且与第一屋顶结构110的倾斜方向相近;即菲涅尔阵列反射聚光器100与第一屋顶结构110都向阳坡面倾斜布置,二者的倾斜角度可以不完全相同,如此可以抗风、降低成本、増加空间利用率、便于维护,且便于反射镜更加有效地吸收太阳光;菲涅尔阵列反射聚光器100统ー联动驱动,多个反射镜为ー维弧形反射镜,统一由端部的驱动完成对太阳光线的汇聚。接收器120位于第二屋顶结构112上,且靠近第二屋顶结构布置,以增强抗风性能,且在不需增加高支撑情况下能便于维护,降低成本和安全性;该接收器120接收来自聚光器100反射的阳光,接收器120可以为单独的光热接收装置,直接将汇聚来的太阳光,通过集热器,将换热介质水进行加热;也可以为单独的光伏电池接收装置,直接将汇聚来的太阳光进行多倍太阳光强度光伏发电;还可以为光伏接收装置与光热接收装置相结合的光热光伏混合接收装置,光热光伏混合装置中二者接收太阳光能量的比例可调,具体操作是通过聚光器100的统ー跟踪角度的微调,最終实现热水和电量的按热量所需比例双重输出,满足日常生活用水和生活用电需求,节能环保;所述支架130为支撑聚光器100和接收器120的支架。
[0018] 图1中描述屋顶结构例如第一屋顶结构为ニ层居民房屋顶结构,其中A为ー层楼;B为ニ层楼;C为ニ层的阳台;D为屋顶结构的小院;该类居民房的屋顶结构为远离赤道方向渐退式结构,例如在北半球中,ニ层B比ー层A要向北边后移,整体向阳傾斜。在ニ层楼的上部位置布置有用于光热接收器的储热装置140及用于光伏接收器的储电装置150。
[0019] 图2是本发明太阳能建筑一体化装置的第二实施例结构示意图;如图2所示,第一屋顶结构210和/或第二屋顶结构212在向阳面布置聚光器,在背阳面布置接收器;具体地第一屋顶结构210上布置有聚光器200 ;包括东西轴向布置的反射镜旋转轴201和反射镜旋转轴204 ;第二屋顶结构212的向阳面上布置有聚光器202,包括东西轴向布置的反射镜旋转轴206和反射镜旋转轴207,且背阳面布置有接收装置220 ;最南面的第二屋顶结构为简易支撑架,用以支撑接收器221 ;如此可以实现多阵列大規模使用。一体化装置为了避免与建筑内部的生活发生视觉或阳光需求上的冲突,设计聚光器为菲涅尔反射镜阵列组,且所述聚光器设置有采光带;例如反射镜阵列组之间间隔不等地布置,例如第二屋顶结构212上的反射镜206和反射镜207 ;为了不影响对阳台C的采光效果,两个反射镜之间的间隔设置较大;也或者如第一屋顶结构210上布置的反射镜204,该反射镜204 (在图中显示虚线)可以整体移动特定距离,利用反射镜204的可移动性,所述反射镜阵列组中的至少I组反射镜可以整体移动特定距离,为居民房屋顶结构提供阳光所需。
[0020] 图3是本发明太阳能建筑一体化装置的第二实施例结构示意图。如图3所示,屋顶结构为ー层普通居民房屋顶结构的实施例;其中该太阳能建筑一体化装置包括两栋平行布置的第一屋顶结构310和第二屋顶结构312、第一屋顶结构310上布置的聚光器300、第ニ屋顶结构312上的接收器320,及支撑聚光器300和接收器320的支架330。所述第一屋顶结构310和第二屋顶结构312均面向阳坡面倾斜布置;聚光器300位于第一屋顶结构310上,各反射镜旋转轴,例如反射镜旋转轴301和反射镜旋转轴303东西方向布置,且与第一屋顶结构310的倾斜方向相近;即菲涅尔阵列反射聚光器300与第一屋顶结构310都向阳坡面倾斜布置,二者的倾斜角度可以不完全相同,便于反射镜更加有效地吸收太阳光;菲涅尔阵列反射聚光器300统ー联动驱动,多个反射镜为ー维弧形反射镜,统一由端部的驱动完成对太阳光线的汇聚。接收器320位于第二屋顶结构312上,接收来自聚光器300反射的阳光,接收器320可以为单独的光热接收装置,直接将汇聚来的太阳光,通过集热器,将换热介质水进行加热;也可以为单独的光伏电池接收装置,直接将汇聚来的太阳光进行多倍太阳光强度光伏发电;还可以为光伏接收装置与光热接收装置相结合的光热光伏混合接收装置,光热光伏混合装置中二者接收太阳光能量的比例可调,具体操作是通过聚光器300的统ー跟踪角度的微调,最終实现热水和电量的按热量所需比例双重输出,满足日常生活用水和生活用电需求,节能环保;所述支架330为支撑聚光器300和接收器320的支架。
[0021] 图4是实施例中接收器结构示意图;如图4所示,接收器420为光热光伏混合接收装置;包括光热接收装置422和光伏接收装置421 ;其中光热接收装置422包括吸收管424和辅助聚光器428 ;光伏接收装置421包括光伏电池423和辅助聚光器428,优选地,光伏电池为单晶硅电池,实施低倍率发电,且只通过自然对流散热进行高效率的光伏发电。
[0022] 需要特殊注意的是:本发明的屋顶结构可以为居民房屋顶结构、厂房屋顶结构或库房屋顶结构或库房联体屋顶结构等。
[0023] 显而易见,在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下,在此描述的本发明可以有许多变化。因此,所有对于本领域技术人员来说显而易见的改变,都应包括在本权利要求书所涵盖的范围之内。本发明所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限定。

Claims (12)

1.一种太阳能建筑一体化装置,包括至少两列东西轴向平行布置的第一屋顶结构、第ニ屋顶结构、第一屋顶结构上布置的聚光器及第ニ屋顶结构上布置的接收器;其特征在干,所述第一屋顶结构和/或第二屋顶结构面向阳坡面倾斜布置;所述聚光器与第一屋顶结构倾斜方向相近;所述接收器靠近第二屋顶结构布置;所述聚光器将太阳光反射至接收器内部;所述接收器将汇聚太阳光转化成电能和/或热能。
2.根据权利要求1所述的ー种太阳能建筑一体化装置,其特征在于,所述聚光器为菲涅尔反射镜阵列组,且所述聚光器设置有采光帯。
3.根据权利要求2所述的ー种太阳能建筑一体化装置,其特征在于,所述反射镜阵列组之间间隔不等地布置。
4.根据权利要求2所述的ー种太阳能建筑一体化装置,其特征在于,所述反射镜阵列组中的至少I组反射镜可以整体移动特定距离。
5.根据权利要求1所述的ー种太阳能建筑一体化装置,其特征在于,所述接收器为光热接收装置或光伏接收装置或光热光伏混合接收装置。
6.根据权利要求5所述的ー种太阳能建筑一体化装置,其特征在于,所述聚光器具有角度调整器,具体通过聚光器的统ー跟踪角度的微调,实现光热光伏混合接收器中二者接收太阳光能量比例的调整。
7.根据权利要求5所述的ー种太阳能建筑一体化装置,其特征在于,所述接收器具有储热装置和/或储电装置。
8.根据权利要求1所述的ー种太阳能建筑一体化装置,其特征在于,所述第一屋顶结构和第二屋顶结构为居民房屋顶结构、厂房屋顶结构或库房屋顶结构或库房联体屋顶结构。
9.根据权利要求8所述的ー种太阳能建筑一体化装置,其特征在于,所述居民房屋顶结构为远离赤道方向渐退式结构。
10.根据权利要求1所述的ー种太阳能建筑一体化装置,其特征在于,所述第一屋顶结构和/或第二屋顶结构在向阳面布置聚光器,在背阳面布置接收器。
11.根据权利要求1所述的ー种太阳能建筑一体化装置,其特征在于,所述第二屋顶结构为支撑接收器的简易支撑架。
12.根据权利要求1所述的ー种太阳能建筑一体化装置,其特征在于,所述一体化装置可多阵列大規模使用。
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