CN108494359A - 一种高聚光的太阳能发电模块和发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高聚光的太阳能发电模块及发电装置，该太阳能发电模块包括反射型聚光设备、线性聚光电池模块、板形跟踪器、垂直部件、水平部件、支撑部件，所述反射型聚光设备为以半圆柱形凹陷而成的弧面，其开口端朝上；一个水平部件的两端安装于两个垂直部件的顶端并互相成直角，两个垂直部件的下端固定在板形跟踪器的一端，两个水平部件呈平行状态分别设置于板形跟踪器的两端；反射型聚光设备的两端分别设置于两个水平部件的下方，线性聚光电池模块的两端分别固定在两个水平部件的中部上；太阳能发电装置，由多个上述太阳能发电模块构成，从而具有400W或800W以上的高功率高效率，以满足不同的应用场合需要。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能发电装置技术领域，特别涉及一种高聚光的太阳能发电模块和发电装置。更详细地，涉及以与槽式(沿着内径以半圆柱子状凹陷而成的)反射型聚光设备的长轴方向形成的线性聚光点相匹配的方式配置线性聚光电池模块，从而可以实现800W以上的高功率高效率的太阳能发电的可进行高效率高聚光的太阳能发电模块和发电装置。
背景技术
太阳能发电是将太阳能转换为电能的发电方式，太阳能照射在太阳能电池上，从而借助太阳能所具有的能量，使得电流在太阳能电池中流动的发电方式。这种太阳能发电能够以半永久性的方式利用，并且通过使用太阳能电池使得维修变得简单，而且使用无公害、无限多的太阳能源，因此，被视为未来的可代替能源。
以往的太阳能发电系统普遍使用直接接收光的硅方式的太阳能电池，这种方式的电效率为12％至14％左右，需要较大的发电面积已满足应用要求。以往的太阳能发电系统存在发电效率低下，并且存在太阳能可直接照射的场所设置太阳能电池板的空间性制约。而且，若太阳能电池模块无法位于太阳能以一焦点反射的正确的位置，则在太阳能传递至太阳能电池模块的过程中产生巨大的能量损耗，从而存在太阳能电池模块的设置非常受限的问题。
尤其，对于以往的太阳能发电装置来说，在聚光器结构和具有一焦点的太阳能电池模块的特性上，其功率在约250W左右。为此，近来需要研究关于可提高发电电力至400W或800W以上来进行生产的高效率的太阳能发电装置。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供本发明的目的在于，提供一种高聚光的太阳能发电模块和发电装置。具体是以与槽式(沿着内径以半圆柱子状凹陷而成的)反射型聚光设备的长轴方向形成的线性聚光点相匹配的方式配置线性聚光电池模块，从而可以实现400W或800W以上的高功率高效率的太阳能发电的可进行高效率高聚光的太阳能发电模块和发电装置。
本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种高聚光的太阳能发电模块，其特征在于，该太阳能发电模块包括反射型聚光设备、线性聚光电池模块、板形跟踪器、垂直部件、水平部件、支撑部件，所述反射型聚光设备为以半圆柱形凹陷而成的弧面，其开口端朝上；一个水平部件的两端安装于两个垂直部件的顶端并互相成直角，两个垂直部件的下端固定在板形跟踪器的一端，两个水平部件呈平行状态分别设置于板形跟踪器的两端；反射型聚光设备的两端分别设置于两个水平部件的下方，线性聚光电池模块的两端分别固定在两个水平部件的中部上；支撑部件固定在板形跟踪器的两端，用以从反射型聚光设备的背面对其支撑；
所述支撑部件包括螺母和螺栓，螺栓贯通板形跟踪器和板形跟踪器上的螺母插入到朝向反射型聚光设备背面的一侧，且上述螺栓的末端部分别插入并固定于反射型聚光设备背面的固定支架；通过调节螺栓插入到反射型聚光设备背面的一侧的长度来调节反射型聚光设备的旋转角和倾斜度及高度；支撑部件为多个，均匀设置于板形跟踪器的背面；垂直部件为多节式长度可调的结构；
所述聚光电池模块包括多个聚光芯片、多个引导镜片、水冷装置和外壳，所述外壳为长条形，外壳的两端固定在两个水平部件的中部位置上，多个聚光芯片依次安装在外壳朝向反射型聚光设备一侧的表面上，并通过调节支撑部件和垂直部件使多个聚光芯片位于反射型聚光设备的弧面的线性焦点上；多个聚光芯片通过电串联使反射型聚光设备所反射的太阳能转换为电能；多个引导镜片分别安装于多个聚光芯片的外周，其截面积大于聚光芯片的入射面和高度，从而以倍数聚集从反射型聚光设备入射的太阳能，并向各聚光芯片进行传递；水冷装置在外壳长度方向的内部呈线性安装，用于降低各聚光芯片的温度。
进一步的，设计一种高聚光的太阳能发电装置，由多个上述太阳能发电模块构成，以满足不同的应用场合需要。
与现有技术相比，本发明高聚光的太阳能发电模块及发电装置，以与槽式(沿着内径以半圆柱形凹陷而成的)反射型聚光设备的长轴方向形成的线性聚光点相匹配的方式配置线性聚光电池模块，从而具有可形成400W或800W以上的高功率高效率的太阳能发电的效果。
并且，随着具有用于聚光电池模块可进行水平、垂直、旋转移动的支撑部件，以便可以设置与沿着内径以半圆柱形凹陷而成的反射型聚光设备(例如，700mm×1650mm抛物线形反射镜)的长轴方向形成的线性聚光点相匹配的线性聚光电池模块，使得太阳能集中于用于转换太阳能为电能的太阳能电池中，从而使基于所聚集的光的移动的能量损耗(电损耗)最小化，并一边可以进行高效率的太阳能发电，一边使组装性变得容易，从而具有部件的更换及维修变得简单的效果。
附图说明
图1为本发明一种高聚光的太阳能发电装置一种实施例的立体结构示意图。
图2为本发明一种高聚光的太阳能发电模块一种实施例的立体结构示意图。
图3为本发明一种高聚光的太阳能发电模块一种实施例的侧面结构示意图。
图4为本发明一种实施例的线性聚光电池模块的结构示意图。
图5为本发明一种实施例的线性聚光电池模块的局部结构示意图。
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明的优选实施例，这仅用于使本发明所属技术领域的普通技术人员可以容易地实施本发明，并不意味着本发明的技术思想及范畴因此而受到限制。
术语“聚光电池模块”、“太阳能发电模块”意味着使用镜片或反射镜等光学系统并以五百倍以上的高倍率聚光太阳能之后，向具有小面积的半导体太阳能电池单元入射来进行发电的太阳能发电模块，半导体太阳能电池单元可由例如高效率的Ⅲ-Ⅴ族化合物形成。
术语“反射型”意味着高聚光太阳能发电模块的光收集装置利用不是镜片形的内径以半圆柱形凹陷而成的反射型聚光器的反射型。
术语“高效率”意味着与以往的硅太阳能电池、薄膜太阳能电池等太阳能发电系统相比，太阳能发电效率增强约30％以上。
本发明提供一种高聚光的太阳能发电模块(简称太阳能发电模块，参见图1-5)，该太阳能发电模块100包括反射型聚光设备110、线性聚光电池模块120、板形跟踪器150、垂直部件140、水平部件130、支撑部件160，所述反射型聚光设备110为以半圆柱形凹陷而成的弧面，其开口端朝上。一个水平部件130的两端安装于两个垂直部件140的顶端并互相成直角，两个垂直部件140的下端固定在板形跟踪器150的一端，两个水平部件130呈平行状态分别设置于板形跟踪器150的两端。反射型聚光设备110的两端分别设置于两个水平部件130的下方，线性聚光电池模块120的两端分别固定在两个水平部件130的中部上。支撑部件160固定在板形跟踪器150的两端，用以从反射型聚光设备110的背面对其支撑。
所述支撑部件160包括螺母161和螺栓162，螺栓162贯通板形跟踪器150和板形跟踪器150上的螺母161插入到朝向反射型聚光设备110背面的一侧，且上述螺栓162的末端部分别插入并固定于反射型聚光设备110背面的固定支架111。通过调节螺栓162的插入到反射型聚光设备110背面的一侧的长度来调节反射型聚光设备110的旋转角和倾斜度及高度等。支撑部件160为多个，均匀设置于板形跟踪器150的背面。
垂直部件140为多节式长度可调的结构。
所述聚光电池模块120包括多个聚光芯片122、多个引导镜片121、水冷装置123和外壳124，所述外壳124为长条形，外壳124的两端固定在两个水平部件130的中部位置上，多个聚光芯片122依次安装在外壳124朝向反射型聚光设备110一侧的表面上，并通过调节支撑部件160和垂直部件140使多个聚光芯片122位于反射型聚光设备110的弧面的线性焦点上。多个聚光芯片122通过电串联使反射型聚光设备110所反射的太阳能转换为电能。多个引导镜片121分别安装于多个聚光芯片122的外周，其截面积大于聚光芯片122的入射面和高度，从而以倍数聚集从反射型聚光设备110入射的太阳能，并向各聚光芯片122进行传递；水冷装置123在外壳124长度方向的内部呈线性安装，用于降低各聚光芯片122的温度。
优选的，一个聚光芯片122配置有一个引导镜片121，入射面间隔相对应地隔开设置。所述引导镜片121可由棱镜等构成。由此，在聚光电池模块120的太阳能入射面线性连续并排配置多个引导镜片121。例如，多个聚光芯片122的面积可以为4mm×4mm，各引导镜片121的面积可以为10mm×10mm。
水冷装置123沿着外壳124的内部的长轴方向进行配置，用于降低在各聚光芯片122产生的发热温度。像这样，若通过水冷装置123来有效地去除在聚光电池模块120内产生的热，则可防止各聚光芯片122的性能低下，增加寿命，并防止效率低下。
以往为了生产高功率高容量的电力需利用大型平板形反光镜。这种因经济性低且操作困难而难以具有一焦点化的反射角，因此，在本发明中反射型聚光设备110的内径为半圆柱形，并沿着半圆柱形的长轴方向内径的中心轴线性形成聚光点，从而在空间上有效且在经济上也发挥良好的性能。
例如，反射型聚光设备110可由700mm×1650mm抛物线形反射镜构成。这种反射型聚光设备110为了实现低费用的轻量化和效率，内径侧，即内侧可由镍或涂敷有铬的ABS树脂(acrylonitrile-butadiene-styrene resin)的材质形成。只不过，为了提高聚光效率，可以根据情况在反射型聚光设备110的内部面至少配置部分镜片或镜片涂层。
参照图2，板形跟踪器150呈具有规定厚度的平坦的板材形态或钢筋结构的四边形框架形态等，根据设置环境构成为多种，并以能够进行固定的方式设置反射型聚光设备100和垂直部件140及水平部件130等。
具体地，在板形跟踪器150设置有多个支撑部件160，上述多个支撑部件160使反射型聚光设备110得到组装，并以太阳能可垂直入射于反射型聚光设备110的方式调节反射型聚光设备110的方向及角度。
各个支撑部件160以使借助反射型聚光设备110进行反射的太阳能聚集于线性聚光电池模块120的方式调节反射型聚光设备110的倾斜度的，并可以调节旋转角度及上下方向的高度。
图1和图2所示的聚光电池模块120构成为线性，以便与半圆柱形反射型聚光设备110的内径相向，并设置于沿着反射型聚光设备110内部中心部的长轴方向形成的线性聚光点。
构成为线性的聚光电池模块120包括多个聚光芯片，上述多个聚光芯片配置于与反射型聚光设备110的焦点距离相对应地隔开的垂直方向的前部面，用于转换太阳能为电能，多个聚光芯片电串联，并沿着反射型聚光设备110的长轴方向线性配置。由此，聚光电池模块120通过半圆柱形反射型聚光设备110的内径侧的反射来转换沿着长轴方向线性聚光的太阳能为电能。这种聚光电池模块120包含与反射型聚光设备110的内部长轴方向长度相对应地构成的外壳及在外壳的内部线性配置的太阳能电池。
垂直部件140及水平部件130在板形跟踪器150的前面部的外围至少配置一个，并与聚光电池模块120的至少一侧面或端部相结合，从而以使聚光电池模块120配置于与反射型聚光设备110的线性聚光点相对应的位置的方式调节固定聚光电池模块120的位置。
具体地，垂直部件140在板形跟踪器150的前面部的外围，在反射型聚光设备110的左右或上下端部侧向前部面方向突出。在此，垂直部件140可以形成为长度调节式，并可以向垂直部件140的前部面方向调节长度。另一方面，水平部件130的一侧端部与聚光电池模块120的端部或至少一侧面相连接，另一侧的端部与垂直部件140的突出的端部或至少一侧面相连接，使得聚光电池模块120配置于反射型聚光设备110的前部面。借助这种结构的垂直部件140及水平部件130，聚光电池模块120可配置及固定于与反射型聚光设备110的内部长轴方向的线性聚光点相对应的位置。
图3为表示图2所示的反射型聚光设备的光反射路径和聚光路径的俯视图。
聚光电池模块120借助至少一个垂直部件140及水平部件130与反射型聚光设备110的内径侧方向相向，并借助反射型聚光设备110将聚集于长轴方向的线性聚光点的太阳能直接转换为电能。
至少一个垂直部件140及水平部件130形成为长度调节式，并调节固定聚光电池模块120的位置来进行固定，使得聚光电池模块120配置于与反射型聚光设备110的内部长轴方向的线性聚光点相对应的位置。由此，若太阳能入射于凹陷的内径表面，则反射型聚光设备110向内径的中心部反射所入射的太阳能，并沿着半圆柱形长轴方向在中心部实现线性聚光，而聚光电池模块120可将聚集于长轴方向的线性聚光点的太阳能转换为电能来输出。
图4为具体表示图1至图3所示的线性聚光电池模块的结构图。而且图5为具体表示图4所示的聚光电池模块的部分结构的立体图。
通过上述结构，若太阳光向凹陷的内径表面入射，则反射型聚光设备110使所入射的太阳能向内径的中心部反射，并沿着半圆柱形长轴方向在中心部线性聚光，聚光电池模块120将聚集于长轴方向的线性聚光点的太阳能转换为电能来输出。
进一步的，本发明提供一种高聚光的太阳能发电装置，由多个上述太阳能发电模块构成，以满足不同的应用场合需要。
借助如上所述的基于本发明实施例的可进行高效率高聚光的太阳光发电模块及发电装置，以与沿着内径以半圆柱形凹陷而成的反射型聚光设备的长轴方向形成的线性聚光点相匹配的方式配置线性聚光电池模块，从而可以实现400W以上的高功率高效率的太阳能发电。
并且，随着具有用于聚光电池模块可进行水平、垂直、旋转移动的支撑部件，以便可以设置与沿着内径以半圆柱形凹陷而成的反射型聚光设备的长轴方向形成的线性聚光点相匹配的方式设置线性聚光电池模块，使得太阳能集中于用于转换太阳能为电能的太阳能电池中，从而使基于所聚集的光的移动的能量损耗最小化，并一边可以进行高效率的太阳能发电，一边使组装性变得容易，从而可以实现部件的更换及维修变得简单的效果。
以上参照本发明的实施例进行了说明，但只要是本发明所属技术领域的普通技术人员，就可以在不脱离发明要求保护范围所记载的本发明的思想及领域的范围内对本发明进行多种修改及变更。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (4)
1.一种高聚光的太阳能发电模块，其特征在于，该太阳能发电模块包括反射型聚光设备、线性聚光电池模块、板形跟踪器、垂直部件、水平部件、支撑部件，所述反射型聚光设备为以半圆柱形凹陷而成的弧面，其开口端朝上；一个水平部件的两端安装于两个垂直部件的顶端并互相成直角，两个垂直部件的下端固定在板形跟踪器的一端，两个水平部件呈平行状态分别设置于板形跟踪器的两端； 反射型聚光设备的两端分别设置于两个水平部件的下方，线性聚光电池模块的两端分别固定在两个水平部件的中部上；支撑部件固定在板形跟踪器的两端，用以从反射型聚光设备的背面对其支撑；
所述支撑部件包括螺母和螺栓，螺栓贯通板形跟踪器和板形跟踪器上的螺母插入到朝向反射型聚光设备背面的一侧，且上述螺栓的末端部分别插入并固定于反射型聚光设备背面的固定支架；通过调节螺栓插入到反射型聚光设备背面的一侧的长度来调节反射型聚光设备的旋转角和倾斜度及高度；支撑部件为多个，均匀设置于板形跟踪器的背面；垂直部件为多节式长度可调的结构；
所述聚光电池模块包括多个聚光芯片、多个引导镜片、水冷装置和外壳，所述外壳为长条形，外壳的两端固定在两个水平部件的中部位置上，多个聚光芯片依次安装在外壳朝向反射型聚光设备一侧的表面上，并通过调节支撑部件和垂直部件使多个聚光芯片位于反射型聚光设备的弧面的线性焦点上；多个聚光芯片通过电串联使反射型聚光设备所反射的太阳能转换为电能；多个引导镜片分别安装于多个聚光芯片的外周，其截面积大于聚光芯片的入射面和高度，从而以倍数聚集从反射型聚光设备入射的太阳能，并向各聚光芯片进行传递；水冷装置在外壳长度方向的内部呈线性安装，用于降低各聚光芯片的温度。
2.根据权利要求1所述的一种高聚光的太阳能发电模块，其特征在于，一个聚光芯片配置有一个引导镜片。
3.根据权利要求1所述的一种高聚光的太阳能发电模块，其特征在于，反射型聚光设备内侧为镍或涂敷有铬的ABS树脂。
4.一种高聚光的太阳能发电装置，其特征在于，由多个如权利要求1所述的太阳能发电模块构成。
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