CN114567249A - 具有自由反射曲面的双面光伏发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自由反射曲面的双面光伏发电装置，包括相互倾斜设置的双面光伏组件及背部反射镜，背镜支架的前端铰连有前反射镜支架和前反射镜，前反射镜的镜面为能将反射光均匀地反射到双面光伏组件背面的光学自由曲面，前反射镜支架上铰连有前反射镜驱动器；背镜支架的后端铰连有后反射镜支架和后反射镜，后反射镜的镜面也为能将反射光均匀地反射到双面光伏组件背面的光学自由曲面，后反射镜支架上铰连有后反射镜驱动器；背镜支架铰支于前立柱上，铰支于后立柱上的俯仰驱动器与背镜支架相铰连。该双面光伏发电设备能将太阳光直接反射至双面光伏组件背面，并且其反射镜面跟踪太阳，具有发电效率高的特点。

Description

具有自由反射曲面的双面光伏发电装置

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电设备，尤其涉及一种具有双面光伏发电组件的单轴跟踪发电装置。

背景技术

光伏发电是通过光伏电池组件接收太阳光辐射能量而将太阳能转换成电能，是一种用之不竭且绿色无污染的清洁能源。常规光伏发电装置主要包括光伏发电组件和用于支承发电组件的支架，其中光伏发电组件只能正面接收太阳光线来发电，而支架的作用仅限于支承或改变光伏发电组件的正面朝向，以尽量使其受光正面与太阳光线垂直，它并不能改变光伏发电组件的受光面积。

而双面光伏发电组件由于特殊的电池结构和透明的背板材料，使其除了正面发电外，背面也可有效利用接收到的光线来发电，这些光线包含地面发射光、大气中的散射光、空气中粉尘的反射光、周围建筑物的反射光等，双面光伏组件较常规的光伏组件能发出更多的电能，发电效率有了较大的提高。并且双面光伏组件的价格与常规单面光伏组件的价格相差不大，所以双面光伏组件在提高单位面积发电量，降低系统发电成本方面较常规光伏组件具有优势。但现有的双面光伏组件的发电增益主要是借助太阳光正面辐射和散射到达地面后被反射到组件背面而增加发电量，这种完全依赖于周围环境的反射光和散射光增加发电量的作用是十分有限的，实际上并未充分发挥双面光伏组件的潜力，反而会增加初次投入成本，故而人们又开发出一种能借助反射镜将照射在其表面的直射光通过反射作用，改变传播方向，使之最终照射在双面光伏组件背面，来提高双面光伏的发电量。其结构是在双面光伏组件的下方安装反光镜面板，如中国实用新型专利“双玻双面光伏组件用支架”，专利号：201621234370.2，在该专利结构中反光镜面板由于受到上方光伏组件的遮挡不能或很少能接收到太阳光的直射，主要还是将周围的散射光折射到光伏发电组件的背面，因此发电效率和发电量的增幅仍然十分有限。即使在双面光伏发电组件的两端外侧加装反射镜子，如武汉大学学报第51卷第8期公开的《双面光伏发电的支架结构及控制》一文所述，在光伏组件的前后端均设置有反射镜，这种结构虽然增加了对太阳光的受光面积，使一部分未照射在光伏组件正面的太阳光也经反射而照射至光伏发电组件的背面，但由于太阳在一天中的高度是一直在变化着的，因而反射镜子的反射光并不总是投射到光伏发电组件的背面，而是出现很多的反射光偏离光伏组件背面，反射镜的反射光不能跟踪光伏组件背面发电，发电效率仍然难以提高，光能利用率仍然较低。

发明内容

针对现有技术所存在的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有自由反射曲面的双面光伏发电装置，不仅能将太阳光反射至双面光伏组件背面，使双面光伏组件背面能接收直接反射光和周围散射光，而且能使反射镜面跟踪太阳，以最大限度地将太阳反射光均匀地反射至双面光伏组件背面。

为了解决上述技术问题，本发明具有自由反射曲面的双面光伏发电装置，包括双面光伏组件，该双面光伏组件安装于双面光伏组件支架上，所述双面光伏组件支架的下方固定连接有背镜支架，在背镜支架上安装有背部反射镜，该背部反射镜为平镜，背部反射镜与双面光伏组件相互倾斜设置；所述背镜支架的前端铰连有前反射镜支架，该前反射镜支架上安装有前反射镜，前反射镜的镜面为能将反射光均匀地反射到双面光伏组件背面的光学自由曲面，该光学自由曲面的柱面母线平行于双面光伏组件所在平面，前反射镜支架上铰连有前反射镜驱动器；所述背镜支架的后端铰连有后反射镜支架，后反射镜支架上安装有后反射镜，后反射镜的镜面也为能将反射光均匀地反射到双面光伏组件背面的光学自由曲面，该光学自由曲面的母线也平行于双面光伏组件所在平面，后反射镜支架上铰连有后反射镜驱动器；所述光伏组件支架和/或背镜支架铰支于前立柱上，铰支于后立柱上的俯仰驱动器与光伏组件支架和/或背镜支架相铰连。

1.采用上述结构的光伏发电设备，由于在双面光伏组件支架上安装有双面光伏组件，其背面也能够接收太阳反射光或散射光而进行发电，因而较传统的单面模块能产生更多的电能，故而双面光伏组件大幅地提高了光伏发电量，具有更高的综合发电效率。又由于在背镜支架的前后两端分别通过对应的支架安装有前反射镜和后反射镜，前后反射镜能够直接将太阳照射在其表面的直射光通过反射作用，改变其传播方向而照射在双面光伏组件的背面，从而大幅提高同等面积双面光伏电池接收的太阳辐射能，充分利用双面光伏电池的背面发电特性。更由于前后反射镜面为光学自由曲面，这种面型自由的反射曲面可以为非对称、不规则、复杂的自由曲面设计组合，而使得太阳照射在其表面上的直射光更加均匀地反射至光伏电池的背面，不仅能使得反射光更多地转换成电能而增加发电量，而且有效地避免反射光集中投射于电池背面某些区域，形成光伏组件温度过高降低其发电效率；光学自由反射曲面可以采用先进的数控超精密制造技术，直接加工出自由曲面光学面，并且被加工面可以达到亚微米量级面型精度与纳米量级表面粗糙度，使得大批量生产成为可能。还由于在双面光伏电池组件的下方固定设置有背部反射镜，从而提高组件背面和周围环境反射光、散射光的转化效率，以增加发电量。也由于背镜支架铰支于立柱上，并且在背镜支架的前后两端分别铰连有前反射镜支架和后反射镜支架，背镜支架、前反射镜支架及后反射镜支架在控制器的控制下以及对应驱动装置的驱动下，可以根据太阳高度变化和所在地纬度变化来确定并适时调整至最优的跟踪倾斜角度，形成智能跟踪调控，使光伏发电组件正面接收更多的太阳光直射，光伏发电组件背面接收更多的太阳光反射，使得双面光伏电池能够得到更多的发电量，发电效率更高。

本发明的优选实施方式，所述前反射镜和后反射镜的光学自由曲面为柱面，该柱面的横断面曲线为多曲率连续线。在光伏电池组件背面的长向和宽向形成均匀的反射光，既提高发电效率，又能避免组件温度过高。

本发明的优选实施方式，所述前反射镜、背部反射镜和后反射镜大体处于连续的曲面上。以形成连续均匀的背面反射光。

本发明的优选实施方式，所述前反射镜、背部反射镜和后反射镜的镜面材料为光学塑料或玻璃或金属。便于批量化制作加工。

本发明的优选实施方式，所述光伏组件支架和/或背镜支架在前立柱上的铰支点与其在后立柱上的铰支点相距设置。所述前反射镜驱动器、后反射镜驱动器及俯仰驱动器包括丝杠螺母副及驱动丝杠螺母副的电机。所述前反射镜驱动器铰支于背镜支架上，所述后反射镜驱动器也铰支于背镜支架上。实现光伏发电组件的单轴跟踪。

本发明的优选实施方式，所述俯仰驱动器通过背镜外伸支架与背镜支架相铰连。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明具有自由反射曲面的双面光伏发电装置作进一步说明。

图1是本发明具有自由反射曲面的双面光伏发电装置一种具体实施方式的结构示意图。

图中，1—前立柱，2—背部反射镜，3—背镜支架，4—前反射镜驱动器，5—前反射镜支架，6—前反射镜，7—支架连杆，8—双面光伏组件，9—光伏组件支架，10—后反射镜，11—后反射镜支架，12—后驱动器支杆，13—后反射镜驱动器，14—背镜外伸支架，15—俯仰驱动器。

具体实施方式

如图1所示具有自由反射曲面的双面光伏发电装置，前立柱1和后立柱16通过地基深植于地面上，是整个光伏发电设备的支撑基础；前立柱1 位于南侧，后立柱16则位于北侧，使得光伏发电组件形成北高南低的倾斜受光结构。

用于安装双面光伏组件8的双面光伏组件支架9由纵梁和横向檀条相互固连而构成框架结构，在双面光伏组件支架9的下方相隔地设置有背镜支架3，上述的双面光伏组件支架9和背镜支架3均为常见的用于安装太阳光伏电池板的框架结构。在背镜支架3上固定安装有背部反射镜2，背部反射镜2为平镜，并且背部反射镜2与双面光伏组件8所在平面成倾斜设置，两者形成一夹角，以便将来自于周围环境和光伏组件背面的反射光和散射光再反射至光伏组件背面。双面光伏组件支架9和背镜支架3通过若干支架连杆7相互固定连接成一个整体结构。在背镜支架3上通过背镜外伸支架14固定支撑有后驱动器支杆12，后驱动器支杆12用于铰支后反射镜驱动器13，背镜外伸支架14也由杆或梁固定连接而成。

背镜支架3铰支于前立柱1的上端，其在前立柱1上的铰支点靠近于背镜支架3的前端；前立柱1上端也可铰连于光伏组件支架9或支架连杆7上。在背镜外伸支架14上铰连有俯仰驱动器15，该俯仰驱动器15包括有丝杠螺母副和驱动丝杠螺母副的驱动电机，驱动电机为伺服电机；俯仰驱动器15的丝杠外伸端铰连于背镜外伸支架14上，俯仰驱动器15的外壳体则铰支于后立柱16的上端，当电机驱动丝杠螺母副时，背镜支架3和光伏组件支架9可绕前立柱1上的铰支点摆动而完成光伏发电设置的俯仰运动。俯仰驱动器15的丝杠外伸端也可直接铰连于背镜支架3或光伏组件支架9上。

在背镜支架3的前端铰连有前反射镜支架5，前反射镜支架5的一端铰连于背镜支架3 上，前反射镜支架5的外伸端铰连有前反射镜驱动器4的丝杠，该前反射镜驱动器4同样包括有丝杠螺母副及驱动丝杠螺母副的电机，前反射镜驱动器4的外壳体铰支于背镜支架3的前端，在前反射镜支架5上安装有前反射镜6；前反射镜驱动器4可驱动前反射镜支架5及其上的前反射镜6绕铰支点摆动，从而改变前反射镜向双面光伏组件背面的投射角度，以保证反射光均匀、准确地反射至双面光伏组件背面。

在背镜支架3的后端铰连有后反射镜支架11，后反射镜支架11的一端铰连于背镜支架3 上，后反射镜支架11的外伸端铰连有后反射镜驱动器13的丝杠，该后反射镜驱动器13同样包括有丝杠螺母副及驱动丝杠螺母副的电机，后反射镜驱动器13的外壳体铰支于后驱动器支杆12上。在后反射镜支架11上安装有后反射镜10；后反射镜驱动器13可驱动后反射镜支架11及其上的后反射镜10绕铰支点摆动，从而改变后反射镜向双面光伏组件背面的投射角度，以保证反射光均匀、准确地反射至双面光伏组件背面。

前反射镜6和后反射镜10的镜面均为光学自由曲面，该光学自由曲面为一具有自由曲面的柱面，其自由曲面的母线平行于双面光伏组件8所在平面，即该母线与双面光伏组件8的受光面相平行。这种光学自由曲面根据可将太阳光均匀地反射到双面光伏组件背面的要求可设计成非对称、不规则、复杂的自由曲面随意组合而成的光学面型，这种光学面型的截断面所形成的曲线为具有多曲率的连续曲线，以提高反射光的均匀性和光能的传输效率。具有光学自由曲面的前反射镜6和后反射镜10采用光学塑料制成，有利于大批量生产该类型的反射镜；当然也可以为玻璃或金属材料制成的镜面。

前反射镜6和后反射镜10向上翘起地位于背部反射镜2的两端，并使得前反射镜6、背部反射镜2和后反射镜10的镜面大体处于一连续的曲面上，这种翘起结构能有效阻挡双面光伏组件8背面与背部反射镜2间反射光的“逃逸”，使得太阳光能高效地转换成电能。

前反射镜驱动器4、后反射镜驱动器13及俯仰驱动器15除采用上述电机驱动丝杠螺母的结构外，还可以是目前光伏发电设备所采用的常用俯仰驱动结构。

Claims (8)

1.一种具有自由反射曲面的双面光伏发电装置，包括双面光伏组件（8），该双面光伏组件（8）安装于双面光伏组件支架（9）上，其特征在于：所述双面光伏组件支架（9）的下方固定连接有背镜支架（3），在背镜支架（3）上安装有背部反射镜（2），该背部反射镜（2）为平镜，背部反射镜（2）与双面光伏组件（8）相互倾斜设置；所述背镜支架（3）的前端铰连有前反射镜支架（5），该前反射镜支架（5）上安装有前反射镜（6），前反射镜（6）的镜面为能将反射光均匀地反射到双面光伏组件（8）背面的光学自由曲面，该光学自由曲面的柱面母线平行于双面光伏组件（8）所在平面，前反射镜支架（5）上铰连有前反射镜驱动器（4）；所述背镜支架（3）的后端铰连有后反射镜支架（11），后反射镜支架（11）上安装有后反射镜（10），后反射镜（10）的镜面也为能将反射光均匀地反射到双面光伏组件（8）背面的光学自由曲面，该光学自由曲面的柱面母线也平行于双面光伏组件（8）所在平面，后反射镜支架（11）上铰连有后反射镜驱动器（13）；所述光伏组件支架（9）和/或背镜支架（3）铰支于前立柱（1）上，铰支于后立柱（16）上的俯仰驱动器（15）与光伏组件支架(9)和/或背镜支架（3）相铰连。

2.根据权利要求1所述的具有自由反射曲面的双面光伏发电装置，其特征在于：所述前反射镜（6）和后反射镜（10）的光学自由曲面为柱面，该柱面的横断面曲线为多曲率连续曲线。

3.根据权利要求1所述的具有自由反射曲面的双面光伏发电装置，其特征在于：所述前反射镜（6）、背部反射镜（2）和后反射镜（10）大体处于连续的曲面上。

4.根据权利要求1所述的具有自由反射曲面的双面光伏发电装置，其特征在于：所述前反射镜（6）、背部反射镜（2）和后反射镜（10）的镜面材料为光学塑料或玻璃或金属。

5.根据权利要求1所述的具有自由反射曲面的双面光伏发电装置，其特征在于：所述光伏组件支架（9）和/或背镜支架（3）在前立柱（1）上的铰支点与其在后立柱（16）上的铰支点相距设置。

6.根据权利要求1所述的具有自由反射曲面的双面光伏发电装置，其特征在于：所述前反射镜驱动器（4）、后反射镜驱动器（13）及俯仰驱动器（15）均包括有丝杠螺母副及驱动丝杠螺母副的电机。

7.根据权利要求1或6所述的具有自由反射曲面的双面光伏发电装置，其特征在于：所述前反射镜驱动器（4）铰支于背镜支架（3）上，所述后反射镜驱动器（13）也铰支于背镜支架（3）上。

8.根据权利要求1所述的具有自由反射曲面的双面光伏发电装置，其特征在于：所述俯仰驱动器（15）通过背镜外伸支架（14）与背镜支架（3）相铰连。

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