CN112737499A - 一种太阳能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能发电装置，包括光伏电池组件和镜座，光伏电池组件竖向布置，光伏电池组件具有竖向延伸的散热槽；镜座上布置多块反射镜，各反射镜用于将射入镜座的光线反射汇聚形成焦面，焦面覆盖光伏电池组件两侧，以使光伏电池组件将光能转换为电能，在工作过程中，太阳光线射入反射镜，然后通过反射镜反射汇聚到光伏电池组件两侧，光伏电池组件将照射其上的光能转化为电能，实现发电功能，发电过程中散热效果更好，有效提高发电效率，竖直放置的光伏电池组件能防止动物粪便在光伏板表面堆积形成热斑，也利于雨水落下，且不易积尘，本发明用于太阳能技术领域。

Description

一种太阳能发电装置
技术领域
本发明用于太阳能技术领域，特别是涉及一种太阳能发电装置。
背景技术
现有的太阳能聚光光伏电池板发电装置中，光伏电池板水平或倾斜放置，这样虽能获得更大的太阳光照射面积，但同时也存在一些问题：一是水平摆放容易导致露珠灰尘堆积在光伏电池板上，造成发电效率低下，二是水平放置时，空气不易对流，热量难以散去，会导致发电效率下降，三是一般的聚光型光伏发电会产生高密度的局部热流，即热斑现象，这种现象会损伤电池板，另一方面，从众多已经并网的光伏板表面发现，在光伏板上容易堆积动物粪便，如鸟粪，从而形成局部的热斑，对光伏板造成损伤。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种太阳能发电装置，发电过程中散热效果更好，提高发电效率，防止动物粪便在光伏板表面堆积形成热斑。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种太阳能发电装置，包括
光伏电池组件，竖向布置，所述光伏电池具有竖向延伸的散热槽；
镜座，所述镜座上布置多块反射镜，各所述反射镜用于将射入所述镜座的光线反射汇聚形成焦面，所述焦面覆盖所述光伏电池组件两侧，以使所述光伏电池组件将光能转换为电能，各所述反射镜在所述镜座上的布置方程为，αn＝(90°-βn)/2，Xn＝(2×tan2αn-Rn)×tanαn×tanβn/(tanαn+tanβn)，dn＝Xn/sinαn，Rn+1＝(f1/(f1-Xn))×(Rn+Xn/tanαn)，tanβn＝f1/Rn，以镜座中心为原点，f1为焦面底端距离镜座的垂直高度，Rn为第n块反射镜靠近原点的一端与原点之间的距离，αn为反射镜与镜座的夹角，Xn为反射镜的宽度，dn为反射镜的倾斜高度，βn为反射镜的反射光延长线与镜座的夹角。
上述技术方案至少具有如下优点或有益效果：在工作过程中，太阳光线射入反射镜，然后通过反射镜反射汇聚到光伏电池组件两侧，光伏电池组件将照射其上的光能转化为电能，实现发电功能，持续对光伏电池组件进行照射会使得光伏电池组件发热，光伏电池组件的散热槽内的空气受热后上浮，成为热空气从上方流走，冷空气源源不断从下方补充，这样热量会不断随着空气流动进行传递，加速散，发电效率更高，而且光伏电池组件竖向安装，空间利用率更高，本申请中的反射镜将太阳光线汇聚在一个小区域内，减少光伏电池组件的使用面积，增加聚光太阳能电池的能量密度，减少成本，另外竖直放置可以防止动物粪便在光伏板表面堆积形成热斑。
进一步作为本发明技术方案的改进，各所述反射镜以所述光伏电池组件为对称面，对称布置在所述镜座上。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述散热槽设有多个，各所述散热槽横向间隔布置。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述光伏电池组件包括两块背向设置的光伏电池板，所述散热槽位于两块所述光伏电池板之间。
进一步作为本发明技术方案的改进，还包括光伏电池组件支架，所述光伏电池组件支架与所述光伏电池组件连接，以将所述光伏电池组件固定在所述镜座上方。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述光伏电池组件与所述光伏电池组件支架可拆卸连接。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述光伏电池组件支架上设有卡块和限位块，所述卡块与所述光伏电池组件支架连接并卡在所述光伏电池组件两侧，所述限位块与所述光伏电池组件支架连接并抵在所述光伏电池组件底部。
进一步作为本发明技术方案的改进，还包括支撑桁架，所述支撑桁架与所述镜座转动连接。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述支撑桁架上安装第一驱动电机，所述第一驱动电机的动力输出端连接所述光伏电池组件支架，以带动所述反射镜跟随太阳转动。
进一步作为本发明技术方案的改进，还包括第二驱动电机，所述第二驱动电机的动力输出端与所述支撑桁架连接，以带动整体装置转动。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构示意图；
图2是图1中A处的局部放大图；
图3图1中B处的局部放大图；
图4是本发明一个实施例中光线经过反射镜反射后的几何关系示意图；
图5是本发明一个实施例中散热槽中的空气流动的示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明实施例的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
参见图1、图2、图3，本发明的实施例提了一种太阳能发电装置，包括光伏电池组件1和镜座2，其中光伏电池组件1竖向设置，光伏电池组件1具有竖向延伸的散热槽10，镜座2上布置多块反射镜3，各反射镜3用于将射入镜座2的光线反射汇聚形成焦面，焦面覆盖光伏电池组件1两侧，以使光伏电池组件1将光能转换为电能，各反射镜3在镜座上的布置方程为，αn＝(90°-βn)/2，Xn＝(2×tan2αn-Rn)×tanαn×tanβn/(tanαn+tanβn)，dn＝Xn/sinαn，Rn+1＝(f1/(f1-Xn))×(Rn+Xn/tanαn)，tanβn＝f1/Rn，以镜座中心为原点，f1为焦面底端距离镜座的垂直高度，Rn为第n块反射镜3靠近原点的一端与原点之间的距离，αn为反射镜3与镜座的夹角，dn为反射镜3的倾斜高度，Xn为反射镜3的宽度，βn为反射镜3的反射线与镜座的夹角。
太阳光线射入反射镜3，然后通过反射镜3反射汇聚到光伏电池组件1两侧，光伏电池组件1将照射其上的光能转化为电能，实现发电功能，持续对光伏电池组件1进行照射会使得光伏电池组件1发热，光伏电池组件1的散热槽10内的空气受热后上浮，成为热空气从上方流走，冷空气源源不断从下方补充，这样热量会不断随着空气流动进行传递，加速散热，发电效率更高，而且光伏电池组件竖向安装，空间利用率更高，本申请中的反射镜3将太阳光线汇聚在一个小区域内，减少光伏电池组件1的使用面积，增加聚光太阳能电池的能量密度，减少成本，另外竖直放置可以防止动物粪便在光伏板表面堆积形成热斑。
具体的，参见图4，设距OA的第n块反射镜3的距离OC为Rn，其后一块反射镜3距离OD为Rn+1，CF、DG为反射镜3，HC、JF为垂直入射光线，CB、FA为对应的反射光线，CN为反射镜3的法线，线段AB为焦面在纸面的截线，设反射镜3与镜座2的夹角∠FCI为αn，其后一块反射镜3与镜座2的夹角为αn+1，由于AF与BC由同一块反射镜3反射，因此AF平行于BC。由此也可知由反射镜3所反射的光线可以均匀地分布在焦面上，作辅助线FK垂直于BO交BO于K。延长反射光线AF交CD于M。因为焦面底端距离镜座2平面的高度和焦面高度一般为工程人员根据实际场地、聚光光伏电池板的大小等情况所确定的，因此焦面底端距离镜座2的高度和焦面高度为已知，即已知BO和AB，设BO＝f1，AO＝f2，设∠BCO为βn，由几何关系可知，αn＝(90°-βn)/2，βn＝arctan(f1/Rn),由几何关系可知，∠OAM＝2αn，OM＝f2×tan(2αn)＝Rn+CI+IM＝Rn+(FI/tanαn)+(FI/tanβn)，而CF＝FI/sinαn，由以上几式可知，需要知道Rn上述几个方程才能闭合，才能进一步求出镜宽CF、反射镜3与镜座2的夹角αn以及FI，而Rn为第n块反射镜3的位置，其本身为所求量，其取值为未知。为解决这个问题，先推导下一块反射镜3的位置Rn+1，即OD的值。由于三角形OBD与三角形KBF相似，有KF/OD＝BK/BO，即OI/Rn+1＝(f1-FI)/f1，而OI＝Rn+(FI/sinαn)，要求出Rn+1，两个式子中仍有两个未知数Rn、FI，而前面可知FI为Rn的函数，可消去FI，因此，在求出Rn的同时，也可知道下一块反射镜3的位置Rn+1，利用这一信息可进行递推，只需要知道第一面反射镜3位置，则可知道第二面反射镜3位置，而第三面反射镜3相对于第二面反射镜3为下一块反射镜3，因此可一直推出所有反射镜3的位置，直到满足采光面积需求的第n面反射镜3。而第一块反射镜3的位置R1，结合工程实际，可设置为一靠近中线OA的值。设第n块反射镜3的末端高度FI为dn，该反射镜3宽度为Xn，则将以上式子变形总结为：αn＝(90°-βn)/2，Xn＝(2×tan2αn-Rn)×tanαn×tanβn/(tanαn+tanβn)，dn＝Xn/sinαn，Rn+1＝(f1/(f1-Xn))×(Rn+Xn/tanαn)；其中tanβn＝f1/Rn。通过赋予初值R1可迭代求出第一面至第n面反射镜3的位置、长度、与镜座2的倾角,因此反射镜的布置设计完毕。
如图1、图2所示，镜座2为矩形框结构，反射镜3为长条形结构，按照上述布置方程，反射镜3通过支柱31支撑倾斜设置，各反射镜3以光伏电池组件1为对称面，对称布置在镜座2上，从而使得射入各个反射镜3的光线通过反射镜3反射汇聚到指定区域形成焦面，光伏电池组件1设置在焦面处。
此外，竖直方向设置的光伏电池组件1上不易于积灰尘和雨水，由于镜面由若干个条形的反射镜3组成，单个反射镜3的镜面宽度远小于同等采光面积的光伏板，因此堆积物更易于被雨水带走。
而且光伏电池组件1利用竖直空间安装，空间利用率高。
参见图1、图3，在本发明所示的实施例中，光伏电池组件1包括两块光伏电池板12，两块光伏电池板12背向对齐设置，散热槽10位于两块光伏电池板之间，各反射镜3对称布置在光伏电池组件1两侧，这样形成如图1所示的双侧反射太阳能的发电结构。
在一些实施例中，散热槽10设有多个，各散热槽10横向间隔布置，这样使得光伏电池组件1的整体散热效率更高，横向为光伏电池板12的长度方向，竖向为光伏电池板12的宽度方向。
具体的，参见图3、图5，散热槽10开设在光伏电池板12的背部，散热槽10的具体结构为竖向开设在光伏电池板12背部的槽状结构，且散热槽10沿光伏电池板12的宽度方向贯通光伏电池板12的上下两侧，多个散热槽10沿光伏电池板12的长度方向间隔布置，两块光伏电池板12背部开设的散热槽10相互对齐，工作过程中散热槽10内部的热气流从散热槽10上方流出，冷气流从下方进入散热槽10，实现散热作用。
在一些实施例中，太阳能发电装置还包括光伏电池组件支架，光伏电池组件支架与光伏电池组件1连接，以将光伏电池组件1支撑在镜座2上方，使得光伏电池组件1能够稳定在焦面的范围，保持稳定的发电。
参见图1，具体的，光伏电池组件支架包括分别设在镜座2的两侧的第一支撑杆4，光伏电池组件1安装在两个第一支撑杆4之间。
在一些实施例中，光伏电池组件1与光伏电池组件支架之间可拆卸连接，这样便于光伏电池组件1的拆卸与更换，也方便后期的维修和保养。
参见图3，具体的，两个第一支撑杆4上均设有卡块5和限位块7，光伏电池组件1通过卡块5和限位块7安装在光伏电池组件支架上部，其中卡块5通过螺栓6固定在第一支撑杆4的上部，卡块5的两端向第一支撑杆4的内侧伸出形成卡位区间，第一支撑杆4的内侧设有限位块7，光伏电池组件1两侧限定在卡位区间中，光伏电池组件1底部通过限位块7支撑，从而将光伏电池组件1固定在两个第一支撑杆4上部。
参见图1，在一些实施例中，太阳能发电装置还包括支撑桁架8，支撑桁架8与镜座2转动连接，这样可以反射镜3追踪太阳。
具体的，支撑桁架8包括底架80以及设在底架80两端的第二支撑杆81，镜座2的两端与分别两个第二支撑杆81连接。
在一些实施例中，支撑桁架8上安装第一驱动电机90，第一驱动电机90的动力输出端连接光伏电池组件支架，以带动镜座2跟随太阳运动，从而使得反射镜3跟踪太阳。
具体的，第一驱动电机90的动力输出端安装转盘91，转盘91与镜座2以及第一支撑杆4固定连接，第一驱动电机90驱动转盘91旋转，转盘91带动镜座2和第一支撑杆4一起转动。
在一些实施例中，还包括第二驱动电机13，第二驱动电机13的动力输出端与支撑桁架8连接，以带动整体太阳能发电装置转动。
具体的，第二驱动电机13安装在底架80底部，第二驱动电机13用于带动支撑桁架8水平旋转，一方面协助第一驱动电机90来使得反射镜3跟踪太阳，另一方面可以根据不同地区的纬度调节整体装置的角度，使得该太阳能发电装置能够适应不同地区。
进一步的，第一驱动电机90和第二驱动电机13均通过单片机控制，这样可根据当地纬度和日期自动跟踪太阳高度角的变化,通过上述两个电机的带动旋转，可使太阳光线始终垂直入射菲涅尔透镜和菲涅尔反射镜。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种太阳能发电装置，其特征在于：包括
光伏电池组件，竖向布置，所述光伏电池具有竖向延伸的散热槽；
镜座，所述镜座上布置多块反射镜，各所述反射镜用于将射入所述镜座的光线反射汇聚形成焦面，所述焦面覆盖所述光伏电池组件两侧，以使所述光伏电池组件将光能转换为电能，各所述反射镜在所述镜座上的布置方程为，αn＝(90°-βn)/2，Xn＝(2×tan2αn-Rn)×tanαn×tanβn/(tanαn+tanβn)，dn＝Xn/sinαn，Rn+1＝(f1/(f1-Xn))×(Rn+Xn/tanαn)，tanβn＝f1/Rn，以镜座中心为原点，f1为焦面底端距离镜座的垂直高度，Rn为第n块反射镜靠近原点的一端与原点之间的距离，αn为反射镜与镜座的夹角，dn为反射镜的倾斜高度，Xn为反射镜的宽度，βn为反射镜的反射光线与镜座的夹角。
2.根据权利要求1所述的太阳能发电装置，其特征在于：各所述反射镜以所述光伏电池组件为对称面，对称布置在所述镜座上。
3.根据权利要求1所述的太阳能发电装置，其特征在于：所述散热槽设有多个，各所述散热槽横向间隔布置。
4.根据权利要求1或3所述的太阳能发电装置，其特征在于：所述光伏电池组件包括两块背向设置的光伏电池板，所述散热槽位于两块所述光伏电池板之间。
5.根据权利要求1所述的太阳能发电装置，其特征在于：还包括光伏电池组件支架，所述光伏电池组件支架与所述光伏电池组件连接，以将所述光伏电池组件固定在所述镜座上方。
6.根据权利要求5所述的太阳能发电装置，其特征在于：所述光伏电池组件与所述光伏电池组件支架可拆卸连接。
7.根据权利要求6所述的太阳能发电装置，其特征在于：所述光伏电池组件支架上设有卡块和限位块，所述卡块与所述光伏电池组件支架连接并卡在所述光伏电池组件两侧，所述限位块与所述光伏电池组件支架连接并抵在所述光伏电池组件底部。
8.根据权利要求5所述的太阳能发电装置，其特征在于：还包括支撑桁架，所述支撑桁架与所述镜座转动连接。
9.根据权利要求8所述的太阳能发电装置，其特征在于：所述支撑桁架上安装第一驱动电机，所述第一驱动电机的动力输出端连接所述光伏电池组件支架，以带动所述反射镜跟随太阳转动。
10.根据权利要求8所述的太阳能发电装置，其特征在于：还包括第二驱动电机，所述第二驱动电机的动力输出端与所述支撑桁架连接，以带动整体装置转动。
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李宏玉;落文斌;吕金淼;: "基于改进的模糊控制在MPPT系统中的应用", 自动化与仪器仪表, no. 03, 25 March 2017 (2017-03-25) *

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