CN107681972A - 聚光型太阳能发电及其冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能领域；具体涉及一种聚光型太阳能发电及其冷却系统，包括至少一套子系统，所述子系统包括太阳光反射板、太阳能电池板及冷却机构，在太阳光反射板的反射光线汇聚处设置长条形的太阳能电池Ⅰ，太阳能电池Ⅰ通过电池支架与太阳光反射板固定连接，太阳能电池Ⅰ背面设置太阳能电池Ⅱ，所述太阳能电池Ⅰ和太阳能电池Ⅱ之间设置冷却容器，所述冷却容器上设置冷却液进口及出口。本发明在控制太阳能电池板温度的情况下保持较高的聚光倍率，大幅提高太阳能发电板的单位面积发电量，降低发电成本，节省能源消耗，降低运营成本。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能领域；具体涉及一种聚光型太阳能发电及其冷却系统。
背景技术
目前，太阳能发电板由于太阳光不能达到其能量上限而导致发电效率比较低，不能完全发挥太阳能发电板的效率。例如，各地的太阳能发电板布放基本都是采用全部太阳能板以一定角度固定摆放的方法，部分地区因太阳能强度较低，达不到太阳能板的发电上限，每平方米的发电能力不足，浪费了大量的太阳能发电板，尤其是高纬度地区。尽管极个别的地方采用了转向装置，对于提高功效起到了一定的作用，但是受到成本等因素的影响，使用率很低，有的地区，即使采用了转向装置也达不到其发电上限，导致不能完全发挥现有太阳能电池板的效率。
但是，如果采用聚光型太阳能发电系统，一般的太阳能电池板耐受太阳光线的能力比较低，关键是其温度升高以后对于太阳能电池板效率有较大降低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供聚光型太阳能发电及其冷却系统，在控制太阳能电池板温度的情况下保持较高的聚光倍率，大幅提高太阳能发电板的单位面积发电量，降低发电成本，节省能源消耗，降低运营成本。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：
所述聚光型太阳能发电及其冷却系统，包括至少一套子系统，所述子系统包括太阳光反射板、太阳能电池板及冷却机构，在太阳光反射板的反射光线汇聚处设置长条形的太阳能电池Ⅰ，太阳能电池Ⅰ通过电池支架与太阳光反射板固定连接，太阳能电池Ⅰ背面设置太阳能电池Ⅱ，所述太阳能电池Ⅰ和太阳能电池Ⅱ之间设置冷却容器，所述冷却容器上设置冷却液进口及出口。
本发明使用时，太阳能电池Ⅰ接收来自太阳光反射板反射的太阳能，并将其转换成电能，工作过程中，太阳能电池Ⅰ产生的大量热量经过冷却容器内的冷却液进行冷却，冷却液一般是水，在严寒地区，冬季可采用防冻液，以水为例，冷却液可通过进出口以及与进出口连接的波纹管连接至外部循环箱，也可通过波纹管连接至居民或工业用水箱，提供生活或生产用热水，以循环水箱为例，冷却容器内的冷却液通过进出口与循环箱内的冷却液实现循环回路，以确保冷却液对太阳能电池Ⅰ的冷却效果，防止温度过高，影响光-电转换效率，与此同时，太阳能电池Ⅰ背面设置的太阳能电池Ⅱ也接收来自太阳直射的太阳能并实现光电转换，提高光-电转化率，节省发电成本。
其中，优选方案为：
上述聚光型太阳能发电及其冷却系统，还包括太阳能跟随器，所述太阳能跟随器包括控制单元、太阳光接收器、光敏电阻和光向调节电机，所述光向调节电机、太阳光接收器及光敏电阻均连接至控制单元，所述光向调节电机连接光向调节组件，所述光向调节组件包括倒置的三脚架，所述三脚架三个支撑脚固定连接太阳光反射板背面，所述三脚架公共端连接调节杆一端，调节杆另一端通过与其垂直的光向调节横轴连接至光向调节电机；该太阳能跟随器的结构与现有比较控制式太阳光跟随器的结构相同，利用光敏电阻在光照射时阻值发生变化的原理，将四个完全相同的光敏电阻分别放置于太阳光接收器的东南西北方向的边沿处。如果太阳光垂直照射太阳能接收器时，东西(南北)两个光敏电阻接收到的光照强度相同，所以它们的阻值完全相等，此时光向调节电机不转动，当太阳光与太阳能接收器的法线有夹角时，接受光强多的光敏电阻阻值减小，控制单元采集到光敏电阻的信号差值，控制单元将此差值转换成控制信号，驱动光向调节电机转动，直至两个光敏电阻上的光照强度相同，每套子系统的光向调节横轴通过光向调节拉杆联动后连接至光向调节电机；对于包含多套子系统的设备，光向调节电机通过传动齿轮组变速后连接至螺母丝杠，与螺母丝杠匹配的螺母连接至光向调节拉杆，螺母丝杠副将光向调节电机转轴的圆周运动转换为光向调节拉杆的直线运动，由此带动光向调节横轴旋转，光向调节横轴带动太阳能电池板转动，以使太阳能电池板接收最佳光照强度。
所述光向调节组件还包括矩形调节框，矩形调节框两条长边边框中间位置设置光向调节孔，两个光向调节孔之间横架一根光向调节转轴，三脚架公共端连接至光向调节转轴的中点，光向调节转轴中点同时连接至调节杆的一端，光向调节横轴与矩形调节框长边框平行，光向调节转轴与光向调节孔之间设置轴承，以减小两者之间的摩擦。
上述聚光型太阳能发电及其冷却系统，还包括风速风向传感器和风向调节电机，所述矩形调节框两条短边边框上相对设置风向调节孔，所述风向调节孔内均设置风向调节转轴，风向调节转轴伸出矩形调节框的一端固定连接人字形支架，所述调节杆远离矩形调节框的一端平行于矩形调节框短边设置风向调节轴，风向调节轴连接至风向调节螺母，与风向调节螺母匹配的风向调节螺母丝杠连接至风向调节电机的转轴，所述风速风向传感器和风向调节电机均连接至控制单元，风速风向传感器采用市面现售产品，风速风向传感器采集当前自然风向计风速，如果风速过大，控制单元根据其采集结果控制风向调节电机带动太阳光反射板背面朝向来风方向，以防太阳能电池板因风力过大受损，考虑到风向调节电机仅能实现太阳光反射板两个方向的调整，可结合光向调节电机一起辅助调节太阳光发射板的方向，举例说明，太阳光反射板反光面东西朝向放置，光向调节电机实现太阳能电池板的东西调节，风向调节电机实现太阳能电池板的南北向调节，如果风力超过8级，风向为东风，风向调节电机不动，控制单元控制光向调节电机带动太阳能反射板转动，使得太阳光反射板背面朝向为东，如果风向为北风，光向调节电机不动，控制单元控制风向调节电机带动太阳能反射板转动，使得太阳光反射板背面朝向为北，以保护太阳能电池。
所述风向调节轴通过风向调节拉杆联动后连接至风向调节电机，对于包含多套子系统的设备，风向调节电机通过传动齿轮组变速后连接至螺母丝杠，与螺母丝杠匹配的螺母连接至风向调节拉杆，螺母丝杠副将风向调节电机转轴的圆周运动转换为风向调节拉杆的直线运动，由此带动风向调节轴旋转，风向调节轴带动太阳光反射板转动，以使太阳能电池板背风，此处的螺母丝杠副与风向调节采用螺母丝杠副为相互独立的两套。
所述太阳光反射板包括基板、中心反射板和周边反射板，所述基板中间位置固定中心反射板，中心反射板两侧对称设置多块周边反射板，周边反射板距离中心反射板距离越远，其背面与基板之间的夹角越大，通过中心反射板和多块周边反射板将太阳光聚焦到太阳能电池Ⅰ，以提高聚光倍率，提高太阳能电池Ⅰ的发电量。
所述太阳光反射板采用抛物镜面，太阳能电池Ⅰ设置在抛物镜面的焦点附近，以实现太阳光反射板的最高聚光倍率，提高太阳能电池Ⅰ的发电量。
所述冷却容器设置为矩形或圆筒形；所述太阳能电池Ⅰ采用薄膜电池，薄膜电池直接粘贴在冷却容器外壁，不受其形状的限制。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在控制太阳能电池板温度的情况下保持较高的聚光倍率，大幅提高太阳能发电板的单位面积发电量，降低发电成本，节省能源消耗，降低运营成本。使用时，太阳能电池Ⅰ接收来自太阳光反射板反射的太阳能，并将其转换成电能，工作过程中，太阳能电池Ⅰ产生的大量热量经过冷却容器内的冷却液进行冷却，防止温度过高，影响光-电转换效率，与此同时，太阳能电池Ⅰ背面设置的太阳能电池Ⅱ也接收来自太阳直射的太阳能并实现光电转换，提高光-电转化率，节省发电成本。
附图说明
图1本发明实施例1子系统结构简图。
图2本发明矩形调节框结构简图。
图3本发明光向调节横轴及风向调节轴联动示意图。
图4本发明实施例2太阳能反射板结构简图。
图中：1、太阳光反射板；2、太阳能电池Ⅰ；3、电池支架；4、太阳能电池Ⅱ；5、冷却容器；6、三脚架；7、调节杆；8、光向调节横轴；9、光向调节拉杆；10、矩形调节框；11、光向调节孔；12、光向调节转轴；13、风向调节转轴；14、人字形支架；15、风向调节轴；16、风向调节拉杆；17、基板；18、中心反射板；19、周边反射板。
具体实施方式
实施例1：
所述聚光型太阳能发电及其冷却系统，包括多套子系统，如图1所示，所述子系统包括太阳光反射板1、太阳能电池板及冷却机构，在太阳光反射板1的反射光线汇聚处设置长条形的太阳能电池Ⅰ2，太阳能电池Ⅰ2通过电池支架3与太阳光反射板1固定连接，太阳能电池Ⅰ2背面设置太阳能电池Ⅱ4，所述太阳能电池Ⅰ2和太阳能电池Ⅱ4之间设置冷却容器5，所述冷却容器5上设置冷却液进口及出口；所述太阳光反射板1采用抛物镜面，太阳能电池Ⅰ2设置在抛物镜面的焦点附近，以实现太阳光反射板1的最高聚光倍率，提高太阳能电池Ⅰ2的发电量。
上述聚光型太阳能发电及其冷却系统，还包括太阳能跟随器，所述太阳能跟随器包括控制单元、太阳光接收器、光敏电阻和光向调节电机，所述光向调节电机、太阳光接收器及光敏电阻均连接至控制单元，所述光向调节电机连接光向调节组件，所述光向调节组件包括倒置的三脚架6，所述三脚架6三个支撑脚固定连接太阳光反射板1背面，所述三脚架6公共端连接调节杆7一端，调节杆7另一端通过与其垂直的光向调节横轴8连接至光向调节电机；该太阳能跟随器的结构与现有比较控制式太阳光跟随器的结构相同，利用光敏电阻在光照射时阻值发生变化的原理，将四个完全相同的光敏电阻分别放置于太阳光接收器的东南西北方向的边沿处。如果太阳光垂直照射太阳能接收器时，东西(南北)两个光敏电阻接收到的光照强度相同，所以它们的阻值完全相等，此时光向调节电机不转动，当太阳光与太阳能接收器的法线有夹角时，接受光强多的光敏电阻阻值减小，控制单元采集到光敏电阻的信号差值，控制单元将此差值转换成控制信号，驱动光向调节电机转动，直至两个光敏电阻上的光照强度相同，如图3所示，每套子系统的光向调节横轴8通过光向调节拉杆9联动后连接至光向调节电机；对于包含多套子系统的设备，光向调节电机通过传动齿轮组变速后连接至螺母丝杠，与螺母丝杠匹配的螺母连接至光向调节拉杆9，螺母丝杠副将光向调节电机转轴的圆周运动转换为光向调节拉杆9的直线运动，由此带动光向调节横轴8旋转，光向调节横轴8带动太阳能电池板转动，以使太阳能电池板接收最佳光照强度，同行子系统之间共用一根光向调节横轴8。
如图2所示，所述光向调节组件还包括矩形调节框10，矩形调节框10两条长边边框中间位置设置光向调节孔11，两个光向调节孔11之间横架一根光向调节转轴12，三脚架6公共端连接至光向调节转轴12的中点，光向调节转轴12中点同时连接至调节杆7的一端，光向调节横轴8与矩形调节框10长边框平行，光向调节转轴12与光向调节孔11之间设置轴承，以减小两者之间的摩擦。
上述聚光型太阳能发电及其冷却系统，还包括风速风向传感器和风向调节电机，所述矩形调节框10两条短边边框上相对设置风向调节孔，所述风向调节孔内均设置风向调节转轴13，风向调节转轴13伸出矩形调节框10的一端固定连接人字形支架14，所述调节杆7远离矩形调节框10的一端平行于矩形调节框10短边设置风向调节轴15，风向调节轴15连接至风向调节螺母，与风向调节螺母匹配的风向调节螺母丝杠连接至风向调节电机的转轴，所述风速风向传感器和风向调节电机均连接至控制单元，风速风向传感器采用市面现售产品，风速风向传感器采集当前自然风向计风速，如果风速过大，控制单元根据其采集结果控制风向调节电机带动太阳光反射板1背面朝向来风方向，以防太阳能电池板因风力过大受损，考虑到风向调节电机仅能实现太阳光反射板1两个方向的调整，可结合光向调节电机一起辅助调节太阳光发射板1的方向，举例说明，太阳光反射板1反光面东西朝向放置，光向调节电机实现太阳能电池板的东西调节，风向调节电机实现太阳能电池板的南北向调节，如果风力超过8级，风向为东风，风向调节电机不动，控制单元控制光向调节电机带动太阳能反射板1转动，使得太阳光反射板1背面朝向为东，如果风向为北风，光向调节电机不动，控制单元控制风向调节电机带动太阳能反射板1转动，使得太阳光反射板1背面朝向为北，以保护太阳能电池。
所述风向调节轴15通过风向调节拉杆16联动后连接至风向调节电机，对于包含多套子系统的设备，风向调节电机通过传动齿轮组变速后连接至螺母丝杠，与螺母丝杠匹配的螺母连接至风向调节拉杆16，螺母丝杠副将风向调节电机转轴的圆周运动转换为风向调节拉杆16的直线运动，由此带动风向调节轴15旋转，风向调节轴15带动太阳光反射板1转动，以使太阳能电池板背风，同一列的子系统共用一根风向调节轴15，此处的螺母丝杠副与风向调节采用螺母丝杠副为相互独立的两套。
所述冷却容器5设置为矩形或圆筒形；所述太阳能电池Ⅰ2采用薄膜电池，薄膜电池直接粘贴在冷却容器5外壁，不受其形状的限制。
本发明使用时，太阳能电池Ⅰ2接收来自太阳光反射板1反射的太阳能，并将其转换成电能，工作过程中，太阳能电池Ⅰ2产生的大量热量经过冷却容器5内的冷却液进行冷却，冷却液一般是水，在严寒地区，冬季可采用防冻液，以水为例，冷却液可通过进出口以及与进出口连接的波纹管连接至外部循环箱，也可通过波纹管连接至居民或工业用水箱，提供生活或生产用热水，以循环水箱为例，冷却容器5内的冷却液通过进出口与循环箱内的冷却液实现循环回路，以确保冷却液对太阳能电池Ⅰ2的冷却效果，防止温度过高，影响光-电转换效率，与此同时，太阳能电池Ⅰ2背面设置的太阳能电池Ⅱ4也接收来自太阳直射的太阳能并实现光电转换，提高光-电转化率，节省发电成本。
实施例2：
如图4所示，本实施例在实施例1的基础上，更改了太阳光反射板1的结构，所述太阳光反射板1包括基板17、中心反射板18和周边反射板19，所述基板17中间位置固定中心反射板18，中心反射板18两侧对称设置多块周边反射板19，周边反射板19距离中心反射板18距离越远，其背面与基板17之间的夹角越大，通过中心反射板18和多块周边反射板19将太阳光聚焦到太阳能电池Ⅰ2，以提高聚光倍率，提高太阳能电池Ⅰ2的发电量。
Claims (10)
1.一种聚光型太阳能发电及其冷却系统，其特征在于，包括至少一套子系统，所述子系统包括太阳光反射板(1)、太阳能电池板(1)及冷却机构，在太阳光反射板(1)的反射光线汇聚处设置长条形的太阳能电池Ⅰ(2)，太阳能电池Ⅰ(2)通过电池支架(3)与太阳光反射板(1)固定连接，太阳能电池Ⅰ(2)背面设置太阳能电池Ⅱ(4)，所述太阳能电池Ⅰ(2)和太阳能电池Ⅱ(4)之间设置冷却容器(5)，所述冷却容器(5)上设置冷却液进口及出口。
2.根据权利要求1所述的聚光型太阳能发电及其冷却系统，其特征在于，还包括太阳能跟随器，所述太阳能跟随器包括控制单元、光敏电阻和光向调节电机，所述光向调节电机及光敏电阻均连接至控制单元，所述光向调节电机连接光向调节组件，所述光向调节组件包括倒置的三脚架(6)，所述三脚架(6)三个支撑脚固定连接太阳光反射板(1)背面，所述三脚架(6)公共端连接调节杆(7)一端，调节杆(7)另一端通过与其垂直的光向调节横轴(8)连接至光向调节电机。
3.根据权利要求2所述的聚光型太阳能发电及其冷却系统，其特征在于，每套子系统的光向调节横轴(8)通过光向调节拉杆(9)联动后连接至光向调节电机。
4.根据权利要求2所述的聚光型太阳能发电及其冷却系统，其特征在于，所述光向调节组件还包括矩形调节框(10)，矩形调节框(10)两条长边边框中间位置设置光向调节孔(11)，两个光向调节孔(11)之间横架一根光向调节转轴(12)，三脚架(6)公共端连接至光向调节转轴(12)的中点，光向调节转轴(12)中点同时连接至调节杆(7)的一端，光向调节横轴(8)与矩形调节框(10)长边框平行。
5.根据权利要求4所述的聚光型太阳能发电及其冷却系统，其特征在于，还包括风速风向传感器和风向调节电机，所述矩形调节框(10)两条短边边框上相对设置风向调节孔，所述风向调节孔内均设置风向调节转轴(13)，风向调节转轴(13)伸出矩形调节框(10)的一端固定连接人字形支架(14)，所述调节杆(7)远离矩形调节框(10)的一端平行于矩形调节框(10)短边设置风向调节轴(15)，风向调节轴(15)连接至风向调节螺母，与风向调节螺母匹配的风向调节螺母丝杠连接至风向调节电机的转轴，所述风速风向传感器和风向调节电机均连接至控制单元。
6.根据权利要求5所述的聚光型太阳能发电及其冷却系统，其特征在于，所述风向调节轴(15)通过风向调节拉杆(16)联动后连接至风向调节电机。
7.根据权利要求1所述的聚光型太阳能发电及其冷却系统，其特征在于，所述太阳光反射板(1)包括基板(17)、中心反射板(18)和周边反射板(19)，所述基板(17)中间位置固定中心反射板(18)，中心反射板(18)两侧对称设置多块周边反射板(19)，周边反射板(19)距离中心反射板(18)距离越远，其背面与基板(17)之间的夹角越大。
8.根据权利要求1所述的聚光型太阳能发电及其冷却系统，其特征在于，所述太阳光反射板(1)采用抛物镜面。
9.根据权利要求1所述的聚光型太阳能发电及其冷却系统，其特征在于，所述冷却容器(5)设置为矩形或圆筒形。
10.根据权利要求9所述的聚光型太阳能发电及其冷却系统，其特征在于，所述太阳能电池Ⅰ(2)采用薄膜电池。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20180209 |