CN201584909U - 平面转页式太阳能聚光光伏组件 - Google Patents

平面转页式太阳能聚光光伏组件 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种平面转页式太阳能聚光光伏组件。该光伏组件包括多条条形聚光太阳能电池部件、组件边框、驱动机构、传动装置和驱动控制器。所述聚光太阳能电池部件上下两端各有一个封盖,封盖上设置有同轴线端轴,该轴通过轴套分别安装在组件边框上,一端通过传动装置与驱动机构相连,通过驱动控制器控制驱动机构,推动聚光太阳能电池部件同步、同向跟踪阳光最大照度。本实用新型不仅结构简单,造价低廉,而且性价比高。采用本实用新型可使聚光太阳能电池部件跟踪阳光最大照度,使阳光一部分射入电池片,另一部分经反射层反射也投入电池片,从而使大面积的阳光全部汇聚在小面积的光伏电池片上,实现最优性价比。

Description

平面转页式太阳能聚光光伏组件
技术领域
[0001] 本实用新型涉及太阳能光伏发电技术,特别是一种平面转页式太阳能聚光光伏组 件。
背景技术
[0002] 太阳能光伏发电由于其能量来自太阳,使用场合广泛、清洁环保、无污染、在建时 间短,因此受到全球市场的广泛关注。
[0003] 一、太阳能光伏电池。太阳能光伏电池的研究分为两大类:一为太阳能光伏电池材 料:从单晶、多晶,直到非晶化学薄膜电池,从而使模组成本从人民币20-30元/瓦向10-18 元/瓦靠近。二为太阳能光伏电池应用系统:结合太阳每天的运动规律,把太阳光聚合到电 池片上,同时结合电池输出功率非线性的特点,运用MPPT或者匹配技术原理,希望获得最 大的发电量和最有商业价值的发电成本比。但无论从“一”或者“二”独立地单方面考虑去 解决低成本发电的问题,都难以一举突破成本和商业瓶颈。主要原因在于:采用传统的平面 式最佳安装角度,无论单晶、多晶、非晶硅,若不与采用MPPT或者匹配技术相结合,每天实 际获得的太阳能发电量必大打折扣。通常一块标称100W太阳能光伏模块(100W是在AMI. 5 太阳光,1KW/M2辐射强度所定义的功率)。在10小时良好太阳照射下,通常考虑正弦效应 所获阳光电能理想值接近600Whr (在匹配或MPPT的前提下),如未匹配或MPPT的方式,按 工程实际一般仅为300〜400Whr左右。因此,在实际环境中所得电量即使在晴朗天气条 件下,按目前的工程技术水平,一个1KW的阻性负载,每天工作10小时,通常采用传统的应 用方式,所需的电池组件容量一般需2. 5〜3. 2KW的电池片。目前按标准太阳能光伏模组 的标称功率,在实际使用中(10小时)晴朗天气下实际折合平均功率仅为它的1/3〜2/3。 因此,实际上单晶、非晶、多晶的独立研究方面,尽管目前非晶、薄膜电池的价格已经降到12 元/W(标称功率价格),实际需要使用的电池片成本为26〜36元/W,加上工程上的其它费 用,目前在3. 5〜5万元/KW范围内,与水电1万元/KW相差甚远。
[0004] 二、跟踪系统。目前太阳能光伏组件除了固定式安装,还有采用双轴二元式追踪系 统的安装形式。一般为主立轴式,让光伏组件安装在支架上,通过跟踪最大光源,动态地追 踪调整支架角度和方向让光伏组件获得最大的阳光照射和输出。工程实践表明该方式能有 效地提高日发电量30〜50 %,但发电成本下降幅度不明显,并且仅局限于光伏发电站的场 合大面积使用,亦很难推广应用到“百万屋顶,,光伏发电计划中,并且由于机构庞大、结构复 杂,取得降低成本的幅值并不明显。
[0005] 三、聚光太阳能光伏组件。聚光太阳能光伏组件是基于太阳能光伏电池片的输出 与其接收光照度基本按比例增加或递增的特性原理而设计的。它主要是通过透镜或者反射 片来把大面积的太阳能光聚合在小面积的电池片上,来实现同等实际功率输出,而降低电 池片使用量从而达到降低成本目的。在类型上,基本可分高倍聚光和低倍聚光两部分,尽管 独立的电池片(硅)可承受20倍的光照度,但光照聚合的升高,必须与电池片周边材料的 承受能力相适应,因此,通过一般高聚光来降低光伏发电系统的成本在当前的工程实践上是不现实的,并且由于要增加复杂的散热设施,对成本的降低也不明显。 发明内容:
[0006] 本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足,提供一种性价比高、生产成本 低的太阳能光伏发电装置。
[0007] 本实用新型因此提出一种平面转页式太阳能聚光光伏组件。该组件包括多条条形 聚光太阳能电池部件、组件边框、驱动机构、传动装置和驱动控制器。所述聚光太阳能电池 部件上下两端各有一个端盖,端盖上设置有同轴线端轴,通过轴套分别安装在组件边框上, 上端轴分别穿过轴套通过传动装置与驱动机构相连,通过驱动控制器控制驱动机构推动聚 光太阳能电池部件同步跟踪阳光最大照度。所述聚光太阳能电池部件的横截面为上大下小 的等腰梯形,梯形两腰内侧设置有高反射率的反光层,下底(短边)设置有太阳能电池片, 上底设置有超白钢化玻璃板。梯形两腰及下底构成聚光太阳能电池部件的反射散热槽。所 述聚光太阳能电池部件被此相互平行,均勻排列,其间留有转动间隙。所述传动装置由连杆 和摆杆组成,摆杆一端分别安装在聚光太阳能电池部件端轴上,另一端与连杆活动相连;或 由齿轮和链条组成,齿轮分别安装在聚光太阳能电池部件端轴上,轮齿分别与链条相啮合。 所述聚光太阳能电池部件可共用一个驱动机构,或分组单用一个驱动机构,或分别单用一 个驱动机构。所述驱动控制器包括光电跟踪控制电路,并具有MPPT或最大功率匹配功能, 与驱动机构电连接,可使各聚光太阳能电池部件同步跟踪阳光最大光照度,使光伏组件的 平面法线与正午太阳光保持重合。
[0008] 工作时,将光伏组件平面的法线与正午12点太阳光的射线重合固定,驱动控制器 采用定时式或光感应式激活控制驱动电路,每隔一段时间(一般为20分钟)取样一次,确 定太阳光的最佳垂直方向,然后控制驱动机构推动连杆,通过摆杆带动每一聚光太阳能电 池部件同步转动,当达到接近与阳光垂直重合时,驱动机构停止动作。整个过程聚光太阳能 电池部件皆处于输出状态(该过程约为1〜2分钟)。由于各个聚光太阳能电池部件都能 同步跟踪垂直于太阳光,2倍的阳光一部分垂直照射在光伏电池片上,其它的光能通过反射 散热槽的两个反射镜面完整地反射到光伏电池片上,从而实现最大的光能利用和材料有效 利用。在输出的过程中,由于安装了匹配器,匹配器定时地钳制输出电压点,从而使光伏组 件达到最佳的输出。
[0009] 本实用新型具有以下有益效果:
[0010] 1、本实用新型能够跟踪阳光最大照度,并使阳光一部分射入光伏电池片,另一部 分经反射层反射也投入光伏电池片,从而把大面积的阳光几乎全部汇聚在小面积的光伏电 池片上,实现最优的性/价比:在同一种类型(效率),运用同等日发电量,在可模拟的相同 自然环境下,机械光跟踪系统(相对于固定式安装)可节省20%的成本,聚光(必须与跟踪 结合)可节省45%成本,匹配技术(MPPT)可节省25%成本,将这三种技术有机地结合,可 以达到的成本为80% X75% X60%= 36%,也就是说,可节省64%的成本;
[0011] 2、本实用新型结构简单,造价低廉,因而可大面积推广应用,包括“百万屋顶”光伏 计划实施;
[0012] 3、本实用新型对于单晶、多晶或非晶硅薄膜电池片的电压-电流V-I和功率曲线 基本拓扑结构一致,因而可采用MPPT技术或者匹配技术,跟踪最佳的功率点,实现最大工率的输出。 附图说明
[0013] 图1为聚光太阳能电池部件工作原理图;
[0014] 图2为平面转页式太阳能聚光光伏组件结构示意图;
[0015] 图3为光电跟踪电路原理图;
[0016] 图4为电压-电流和功率曲线图;
[0017] 图5为平面转页式太阳能聚光光伏组件装配图;
[0018] 图6为聚光太阳能电池部件结构示意图;
[0019] 图7为驱动机构结构示意图。
具体实施方式
[0020] 以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细描述。
[0021] 参照图1,光伏电池片安装在S2的位置,S2小于Si,S3S3‘为高反射率的材料制成, 当阳光垂直通过Si时,一般分直接射入s2的电池片上,另一部分S3S3‘反射投入s2的电池 片上,使大面积的阳光几乎全部汇聚在小面积的电池片上,实现最优的性/价比。
[0022] 参照图1、2,其中,‘1’、‘2’、…‘n’为聚光太阳能电池部件,在每个聚光太阳能电 池部件两端各有一个端盖201,端盖201上设置有一个同轴线端轴202,通过轴套安装在边 框上,其中上端端轴穿过轴套203后,通过连杠206、摆杆205组成的传动装置与驱动机构 204连接。驱动机构204可把电动机旋转运动转化为水平左右运动,推动连杆206,再通过 摆杆205,带动聚光太阳能电池部件实现同步、同向转动,通过驱动控制器的光电跟踪控制 电路实现最大光强跟踪。
[0023] 参照图3,光跟踪电路原理为:让光敏Ic(Si、S2)分别垂直安装在聚光太阳能电池 部件的反射散热槽两反射面上,光敏Ic (Sp S2)通过一定同等的光衰处理。由于参数相近, 在与光垂直时,Si、S2的电压输出相差很小,在不与垂直位置时,Si输出电压大于S2,或S1的 输出电压小于S2,取决于左右光强那边最强,使运放F1-A端输出高电平,F2-B端输出低电 平,或F1-A输出低电平,F2-B输出高电平,从而驱动动力场效应管B1、B1”导通,或B2、B2” 导通,推动直流电机正转或反转,通过传动装置推动聚光太阳能电池部件转动,从而使S2增 大或S1增大;当聚光太阳能电池部件的法线与阳光垂直接近时,调整灵敏度,F1、F2同时输 出低电平,Bl、Bl”、B2、B2”完全处于截止状态,从而断开驱动机构电源,使光伏组件中各部 件统一停止,处于与阳光垂直的位置上,获得最大的输出。
[0024] 参照图5,组件边框501由上、下边框构成,采用槽型铝合金制成,安置在聚光太阳 能电池部件两端。边框上各有一排均布的同轴心过孔,孔径比电池部件端轴直径略大,孔 距以不影响相邻的聚光太阳能电池部件转动120°,并且相邻部件的光投影不遮挡另外的 电池部件阳光接受为宜。每个过孔内都安装有一个轴套502,轴套502的轴心与过孔同心, 轴套内径与聚光太阳能电池部件端轴直径相匹配,轴套502通过螺丝与边框固定连接。轴 套502可采用尼龙制成,为了减低摩擦,可在聚光太阳能电池部件的端轴上加上小塑料王 环片,然后把聚光太阳能电池部件通过其两端轴固定在边框上的轴套内,联为一体,其中上 组件边框的聚光太阳能电池部件端轴伸出轴套与传动装置相连。聚光太阳能电池部件端轴上有一个平行对称切去轴体的台阶,平行面与聚光太阳能电池部件的电池安装面垂直,所 述摆杆503套在上面,再用螺丝固定连接。摆杆503 —般也用尼龙材料注塑成型,它有一个 过孔的外型与聚光太阳能电池部件端轴的台阶截面重合,另外一个为圆柱形台阶,连杆504 上同一直线上均布的孔分别套在该台阶上,配合为间隙配合,再在该台阶上打上平头螺丝 定位,实现活动连接。连杆504可采用条形铝合金制成。
[0025] 参照图6,光伏电池片601可以是单晶、多晶,非晶或化学薄膜电池。基于当前成 本和热性能的考虑,优先采用转换效率》90%的薄膜电池。薄膜电池与晶体电池的生产工艺 不同,薄膜电池是采用沉淀生长方法制成,根据需要可加设防护层或不加防护层。光伏电池 片601安置在聚光太阳能电池部件的下部,其上分别焊接有正、负连接导线,通过PVC层604 压在聚光太阳能电池部件梯形横截面的下底上,或反射散热槽603的下底上,PVC层604具 有绝缘和耐热(140c° )的特性。反射散热槽603的材质可选择铝合金或者不锈钢片材制 成,能够满足本实施例采用2倍低聚光的散热要求。可用于非洲或沙漠等高温环境。薄膜 电池的高温性能的稳定性比晶体电池好,可在反射散热槽603的两内侧面通过抛光或电镀 高反射层处理,使该两面的反光率》90%以上即可。上述反光率在工艺上是能够做到的,采 用2倍聚光时,反射散热槽两内侧面积与光伏电池片安装面积接近相等,并且腰和下底的 夹角为120°。钢化玻璃602要求透光率》93%,一般的钢化玻璃都能达到该要求。在聚光 太阳能电池部件的两端分别安装有端盖605,端盖605上各有一个同心轴606,端盖605与 反射散热槽603通过铆钉铆接在一起,周边与钢化玻璃602,反射散热槽603,条形光伏电池 片601的结合缝采用高温粘合剂封接,从而达到防潮和抗雨水的功能。在端盖605上有一 个通孔607,用于电池片601的正、负引出线引出。端盖605可采用尼龙或工程塑料通过注 塑成型的方法实现批量生产。
[0026] 参照图7,图7为本实用新型驱动机构示意图,可以是电机或液压机构。本实施例 采用直流电机。所述连杆504通过连杠505与电机701相连。电机701旋转带动螺杆702 转动,再通过滑块703的过螺杆孔的螺纹704,使滑块703的水平往复运动,拖动摆杆505运 动,从而使各个聚光太阳能电池部件同步正转或反转,驱动控制机构的控制电路及组件的 电源输出端统一安置在靠近电动机的动力盒内。
[0027] 采用本实用新型:在同等最大输出电功率的前提下(使用AMI. 5阳光测试),本实 用新型所需的电池片的用量可比传统平板式组件节省40%以上,比传统平板式组件(同为 固定式倾向最佳安装),日发电量提高60%以上。
[0028] 由于本实用新型采用平面合页转动式结构,因此,不仅可用于光伏发电站,也可以 用于“百万屋顶”光伏计划,为大面积推广使用太阳能创造了条件。
[0029] 由于本实用新型采用非晶电池片材料和新的使用方法,因而可以获得最优的性价 比,使在全社会推广利用清洁光伏能源成为可能。

Claims (8)

  1. 一种平面转页式太阳能聚光光伏组件,其特征在于:该光伏组件包括多条条形聚光太阳能电池部件、组件边框、驱动机构、传动装置和驱动控制器,所述聚光太阳能电池部件上下两端各有一个端盖,端盖上设置有同轴线端轴,该端轴通过轴套分别安装在组件边框上,通过传动装置与驱动机构相连,通过驱动控制器控制驱动机构推动聚光太阳能电池部件跟踪太阳光最大照度。
  2. 2.根据权利要求1所述的平面转页式太阳能聚光光伏组件,其特征在于:所述聚光太 阳能电池部件横截面为一上大下小的等腰梯形,梯形两腰内侧分别设置有高反射率的反光 层,梯形的下底设置有光伏电池片,梯形的上底设置有钢化玻璃板。
  3. 3.根据权利要求1所述的平面转页式太阳能聚光光伏组件,其特征在于:所述太阳能 聚光电池部件被此相互平行,均勻排列,其间留有转动间隙。
  4. 4.根据权利要求1所述的平面转页式太阳能聚光光伏组件,其特征在于:所述传动装 置由连杆和摆杆构成,摆杆一端分别安装在聚光太阳能电池部件端轴上,另一端分别与连 杆活动连接。
  5. 5.根据权利要求1所述的平面转页式太阳能聚光光伏组件,其特征在于:所述传动装 置由齿轮和链条组成,齿轮分别安装在聚光太阳能电池部件端轴上,轮齿与链条分别相啮1=1 o
  6. 6.根据权利要求1所述的平面转页式太阳能聚光光伏组件,其特征在于:所述驱动机 构为电机或液压机构。
  7. 7.根据权利要求1所述的平面转页式太阳能聚光光伏组件,其特征在于:所述驱动控 制器包括光电跟踪控制电路,与驱动机构电连接,可使各聚光太阳能电池部件跟踪阳光最 大光照度。
  8. 8.根据权利要求2所述的平面转页式太阳能聚光光伏组件,其特征在于:所述光伏电 池片通过PVC层压在聚光太阳能电池部件梯形截面的下底上。
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