CN204633697U - 太阳能集光装置安装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种太阳能集光装置安装结构，所述太阳能集光装置安装结构包括：一安装基板；多个集光单元，每一所述集光单元分别具有一矩形的光能转换单元并具有分别设置于所述光能转换单元的四个侧边的反射板单元，且每两个相邻的所述反射板单元的相邻的两个侧边共同定义出一缺口部；其中多个所述集光单元当中每两个相邻的所述集光单元的其中之一的反射板单元的末端容设于另一所述集光单元当中的一所述缺口部中，使每一所述集光装置的所述反射板单元彼此相互交错。本实用新型的太阳能集光装置安装结构能够解决常用的反射式太阳能集光装置集光效率不佳的问题。

Description

太阳能集光装置安装结构

技术领域

本实用新型为一种太阳能集光装置安装结构，特别是指一种使用反射板作为集光装置的太阳能发电系统使用的太阳能集光装置安装结构。

背景技术

目前太阳能发电技术是以太阳能电池为主流，但目前太阳能电池发电面临最大的问题在于太阳能电池的光电转换效率不佳，造成发电效能不足的问题，以致于传统的太阳能发电系统必须使用大量的太阳能电池板产生电流，因此造成系统成本高昂。

为解决太阳能电池转换效率不佳的问题，已知的太阳能发电系统一直设法改进太阳能电池的材料与制程技术以提高其转换效率，然仍难有突破性的进展。采用III、V族材料以多层结构方式虽其转换效率较高，然因其所需搭配的菲涅尔透镜(fresnel lens)及双轴追日系统要求的精度均极高，否则其有效放大倍率将陡降，故而其成本仍是偏高。因此，近来逐渐有以反射板或透镜等集光装置搭配追日的方式以提高硅材太阳能电池的光通量使其增效。

除了太阳能电池外，近年来聚光太阳能热发电(或称聚焦型太阳能热发电：Concentrated solar power，缩写：CSP)也处于蓬勃发展中。CSP是一个集热式的太阳能发电系统。它使用反射镜或透镜，利用光学原理将较大面积的阳光汇聚到一个相对细小的集光区中，令太阳能集中，在发电机上的集光区受太阳光照射而升高温度，由光热转换原理将太阳能转换化为热能，热能再通过热机(通常是蒸汽涡轮发动机)做功驱动发电机，从而产生的电力。

在上述的太阳能电池发电系统或聚光太阳能热发电(CSP)系统中，大概分为采用反射板的反射式集光装置，以及采用菲涅尔透镜(fresnellens)的聚光式集光装置。其中聚光式集光装置虽然具有体积小，放大倍率高的优点，然而由于其聚光的放大倍数过大，因此使得太阳能的光能转换单元在单位面积内集中承受了大量的光能，因此造成光能转换单元热度集中的问题，因此除非采用III、V族材料制成的太阳能电池板或者是采用高效率的散热系统解决热度集中的问题，否则将会造成光能转换单元过热，导致光能转换单元转换效率下降，甚至于损毁的情形产生。而且聚光式的太阳能集光装置另一个更严重的问题是在于聚光式的集光装置的聚光透镜的光轴必须准确地对准太阳，如果聚光透镜的光轴稍微偏移太阳角度，将会造成有效放大倍率陡降的情形产生，因此使得该种聚光式太阳能集光装置必须搭配精密的追日系统并须经精密调校方可达成效果，因此造成了聚光式太阳能集光装置成本高昂。

而反射式太阳能集光装置，其是通过在光能转换单元周围架设多个反射板以将太阳光源反射集中在光能转换单元的受光面上。因此太阳能集光装置的光能放大倍率和其使用反射板的面积呈正相关，反射板的面积越大，便能够将更多的太阳光线反射集中在光能转换单元的受光面上，因此唯有加大反射板的面积与高度，才能提高集光装置的有效光放大倍率。

如图1及图2所示，为一种常用的反射式太阳能集光装置1的构造，该集光装置1包括多个光能转换单元2及多组设置于光能转换单元2的周边的反射板3。其中光能转换单元2为一矩形的太阳能电池板，在多个光能转换单元2的周边设置多个所述反射板3，并且将多个光能转换单元2连同反射板3设置在一个基板5上，通过反射板3将光线投射于光能转换单元2的受光面上。

由于太阳光线在大气中是以直线路径传递，因此在光能转换单元2的受光面和太阳光线垂直状态下，各个反射板3只有和光能转换单元2的四个侧边相等宽度的范围内所反射的光线才能够投射在光能转换单元2的受光面上，而超出光能转换单元2的四个侧边的范围的反射板所反射的光线将无法直接投射在光能转换单元2的受光面上，因此使得反射板3的宽度通常设计成和光能转换单元2的四个侧边等宽的矩形，然后再在每两个相邻的反射板之间的间隙中分别设置一平面形反射板状的辅助反射板4，用以将光能转换单元2的四个尖角处超出反射板3的有效反射范围以外的光线反射在光能转换单元2的受光面上，以增加光能转换单元2总体的进光量。然而，该平面形辅助反射板4的顶端宽度若大于光能转换单元2的对角线长度时，其两端超过该对角线长度范围处的反射光必须通过其他辅助反射板4或反射板3的再反射才有可能投射到光能转换单元2的受光面上，如此不仅损耗能量多，甚至于有部分因经多次反射而最后是向上远离以致无法反射到光能转换单元2的受光面上，因此造成辅助反射板4所能提供的有效集光量降低。此外，因受光能转换单元2的形状限制，其单元形状只能是成八边形，无法像正六边形般做到完全紧密排列，仍留有无法利用的空隙。

综合上述，常用的反射式太阳能集光装置1通过平面形辅助反射板4以提高进光量，然其放大倍率被限制。若欲有较大的放大倍率，需有较长的反射板3，其辅助反射板4却不能随之增长，如此将浪费反射板间的间隙空间；若辅助反射板4也随之增长，则就需面临进光能量减少而降低集光效率的情况。故，如何通过改善集光装置的安装结构来提高太阳能集光装置的集光效率以克服上述的缺陷，已成为该项事业所欲解决的重要课题之一。

实用新型内容

本实用新型主要目的在提供一种能够解决常用的反射式太阳能集光装置集光效率不佳的问题的太阳能集光装置安装结构。

本实用新型实施例包括：一安装基板；多个集光单元，每一所述集光单元分别具有一矩形的光能转换单元，并具有分别设置于所述光能转换单元的四个侧边的反射板单元，且每两个相邻的所述反射板单元的相邻的两个侧边共同定义出一缺口部；其中多个所述集光单元当中每两个相邻的所述集光单元的其中之一的所述反射板单元的末端容设于另一所述集光单元当中的一所述缺口部中，使每一所述集光装置的所述反射板单元彼此相互交错。

进一步地，每一所述集光单元的所述反射板单元和所述光能转换单元具有相等的宽度。

进一步地，设置于所述安装基板的最外侧的所述集光单元中的未与其他所述集光单元相邻的所述缺口部分别设置一辅助集光单元。

进一步地，多个所述辅助集光单元分别为一弧形反射罩或为一聚光透镜。

进一步地，多个所述辅助集光单元为局部型态的菲涅尔透镜。

进一步地，设置于所述安装基板的最外侧的所述集光单元中的未与其他所述集光单元相邻的所述缺口部分别设置一所述光能转换单元。

进一步地，每一所述集光单元的所述反射板单元中包括两个长度较长的第一反射板单元并包括两个长度较短的第二反射板单元，两个所述第一反射板单元分别设置于所述光能转换单元相对的两个侧边，两个所述第二反射板单元分别设置于所述光能转换单元的另外两个相对的侧边。

进一步地，所述集光单元的所述反射板单元具有一反射面，所述反射面为一平面状反射面或为一弧形反射面或为由多个倾斜不同角度的倾斜面组成的多重倾斜反射面。

本实用新型的有益效果在于能够提高安装基板上光能转换单元的安装密度，同时能够提高太阳能发电装置整体集光效率及发电效率。

为使能更进一步了解本实用新型的特征及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。

附图说明

图1为一常用的反射式太阳能集光装置的立体构造示意图。

图2为一常用的反射式太阳能集光装置，当辅助反射板的顶端宽度大于光能转换单元对角线长度状态下的俯视构造示意图。

图3为本实用新型第一实施例的太阳能集光装置安装结构使用的一集光单元的立体图。

图3A为本实用新型第一实施例的太阳能集光装置安装结构使用的一集光单元的俯视图。

图4为本实用新型第一实施例的太阳能集光装置安装结构的局部立体组合图。

图5为本实用新型第一实施例的太阳能集光装置安装结构的组合俯视图。

图6为本实用新型第二实施例的太阳能集光装置安装结构的组合俯视图。

图7为本实用新型第三实施例的太阳能集光装置安装结构的组合俯视图。

图8A为本实用新型使用的集光单元的反射板单元的第一种实施例的组合侧视图。

图8B为本实用新型使用的集光单元的反射板单元的第二种实施例的组合侧视图。

图8C为本实用新型使用的集光单元的反射板单元的第三种实施例的组合侧视图。

图9为本实用新型第四实施例的太阳能集光装置安装结构的组合俯视图。

【符号说明】

反射式太阳能集光装置    Z

集光装置      1

光能转换单元  2

反射板        3

辅助反射板    4

基板          5

集光单元      10

光能转换单元  20

反射板单元    30

第一反射单元  30A

第二反射单元  30B

反射面        31

第一倾斜面    32

第二倾斜面    33

弧形面        34

缺口部        35

辅助集光单元  40

辅助集光单元  40A

安装基板      50

具体实施方式

〔第一实施例〕

如图3至图5所示，为本实用新型第一实施例的太阳能集光装置安装结构的第一实施例，本实用新型的太阳能集光装置是由多个集光单元10组合设置于一安装基板50上所组成。其中每一个集光单元10包括一光能转换单元20以及排列于光能转换单元四周的反射板单元30，其中该光能转换单元20呈矩形，该光能转换单元20可以采用太阳能电池板，或者是聚光太阳能热发电(CSP)系统使用的光热转换装置(例如吸热板)，该光能转换单元的顶面为一受光面，各个所述反射板单元用以将太阳光线反射照射于该光能转换单元20的受光面上。

第一实施例中，反射板单元30为一平面状反射板，其具有一平面状的反射面31，该反射面31的宽度和光能转换单元20的宽度相等，且以底端邻接于光能转换单元20的边缘，且上端朝上且朝向远离光能转换单元20的方向延伸的方向倾斜地设置于光能转换单元20的四周。各个所述反射面的高度及倾斜角度安排成能够将太阳光源反射后平均地投射于光能转换单元20的受光面上的角度，因此通过各反射板单元30能够将大于光能转换单元20的受光面的面积的入光口径的光线集中投射于光能转换单元20上，因此达到使得光能转换单元受光量放大的效果。

如图4及图5所示，本实用新型的每一个集光单元10的特色在于其仅由设置在光能转换单元20的四个侧边，同时和光能转换单元20的宽度等宽的反射板单元30所组成，而每两个相邻的反射板单元30彼此间并未设置有辅助反射板，因此使得每一个集光单元10的四个边角分别形成了四个由每两个相邻的反射板单元30的边缘所定义出的缺口部35。

如图5所示，本实用新型的太阳能集光装置安装结构，每一个集光单元10的安装方式是以每一个集光单元10的反射板单元30彼此相互交错地安装于安装基板50上，也即每一个集光单元10的其中一个反射板单元30的末端置入到另一相邻的集光单元10的两个相邻的反射板单元30共同形成的缺口部35中，因此每一个集光单元10的四周边角的四个缺口部35中分别容设了四个和所述集光单元10相邻接的集光单元10的其中一所述反射板单元30的末端，而使得每一个集光单元10彼此间以十字形交错的方式安排设置在安装基板50上。

如图3A所示，由于本实用新型每一个集光单元10之中的光能转换单元20是呈矩形，而每一个排列在光能转换单元20的四侧边的反射板单元30以及四个边角的缺口部35也同样呈矩形，因此若每一个集光单元10都以相同角度排列设置于该安装基板50上时，每一个集光单元10的反射板单元30的末端便能够嵌入于另一相邻的集光单元10的所述缺口部35中，因此使得每一个集光单元10能够以反射板单元30相互交错方式安装在该安装基板50上。

图4所示为第一实施例的局部立体组合图。由于以交错方式排列，故需配合使用追日系统，以避免所述光能转换单元20的受光面的入射光线被相邻的其他反射板单元30遮蔽。

本实用新型的集光单元10采用上述安装结构的优点在于：通过舍弃在四角设置辅助反射板4，采用将集光单元10以十字交错排列的方式，使其有限空间能充分利用，也避免如常用的反射式太阳能集光装置1在反射过程中造成过多能量损耗，使在相同面积的安装基板50上的实质有效进光能量得以提高以取得较高的发电量。这对于面积有限、土地成本高昂的地区更为重要。此外，本集光单元10的放大倍率因不会受光能转换单元20的尺寸的限制，因此还可通过提高放大倍率而减少光能转换单元20的用量以降低成本。

如图5所示，本实用新型在安装基板50上排列满了集光单元10后，位于安装基板50的最外围的每一个集光单元10中位于安装基板50边缘位置的缺口部35并不会和相邻的集光单元10的反射板单元30相交错，因此本实用新型为提升本实用新型的太阳能集光装置安装结构整体的发电量，也可进一步地在安装基板50的最外围的每一个集光单元10上未被其他集光单元10的反射板单元30覆盖的缺口部35设置一辅助集光单元40，该实施例中辅助集光单元40为设置在所述缺口部35，同时连接于每两个相邻的反射板单元30的两个侧边的弧形反射罩，各该弧形反射罩用以将投射于这些未被其他反射板单元30覆盖的缺口部35的太阳光源反射到光能转换单元20的受光面中，将更多光线反射到光能转换单元20中，以提高其整体发电量。

另必须补充说明，本实用新型的集光单元10中使用的反射板单元30，其构造也有多种变化可能，如图8A所示，该反射板单元30的反射面可为一平面状的反射面31；而如图8B所示，该反射板单元30的反射面可为多重倾斜面组合成的多重倾斜反射面，如图8B所示实施例中该反射面由一第一倾斜面32及第二倾斜面33所组成，该第一倾斜面32及第二倾斜面33具有和光能转换单元20相等的宽度，同时该第一倾斜面32及第二倾斜面33分别安排成能够将直射的太阳光源反射到光能转换单元20的受光面的相同或不同区域中；如图8C所示，该反射板单元30的反射面也可为一弧形面34，该弧形面的曲度必须注意避免使太阳光源的光线聚焦于光能转换单元20的受光面的特定位置上，避免照射光线过度集中的现象产生。

〔第二实施例〕

如图6所示为本实用新型第二实施例，该实施例在于安装基板50的最外围的每一个集光单元10上未被其他集光单元10的反射板单元30覆盖的缺口部35设置一辅助集光单元40A，该辅助集光单元40A为设置在所述缺口部35的多个聚光透镜，各该聚光透镜分别覆盖于所述缺口部35上方位置，用以将投射至该缺口部35的光线折射至光能转换单元20的受光面上。该实施例中，各该辅助集光单元40A为取一个完整的菲涅尔透镜(fresnel lens)的四个角落的方式所形成的局部型态的菲涅尔透镜，每一个辅助集光单元40A分别可将通过所述聚光透镜的光线投射到光能转换单元20的受光面上，藉以增加本实用新型的集光装置安装结构整体的进光量与发电量。

〔第三实施例〕

如图7所示为本实用新型第三实施例，该实施例中每一集光单元10的反射单元是由两个较长的第一反射单元30A及两个长度较短的第二反射单元30B所组成。该两个第一反射单元30A设置于光能转换单元20相对的两个侧边，而第二反射单元30B和第一反射单元30A相垂直地设置于光能转换单元20的另外两个侧边。同时以每一个集光单元10的第一反射单元30A相互平行，而每一第二反射单元30B也相互平行的方向安装于安装基板50上。同时在每一个安装在最外围的集光单元10的最外侧的缺口部35设置有所述辅助集光单元40，以提高其整体进光量与发电量。

〔第四实施例〕

如图9所示，为本实用新型第四实施例，该实施例在于安装基板50的最外围的每一个集光单元10上未被其他集光单元10的反射板单元30覆盖的缺口部35分别设置一光能转换单元20。每一个设置于缺口部35中的光能转换单元20虽然无法通过反射板单元30提高其进光量，然而却能够增加整体受光面积，以有效利用安装基板50的安装空间。

〔实施例的可能效果〕

在同一个安装基板50上其承受的总进光量相同，常用的反射式太阳能集光装置虽其通过在四角设置辅助反射板4承集部分进光量以减少光能转换单元20的使用量以求达到降低成本的目的，然实际上辅助反射板4所承集的进光量在反射过程中有部分未能有效的射达光能转换单元20的受光面上，此将使其实质承受的总进光量降低。

本实用新型的有益效果在于，能够以紧密交错排列方式提高反射式集光式太阳能发电系统的光能转换单元20的安装密度，并且将安装基板50的有限的空间全部用以容纳集光效率较高的反射板单元30，藉以达到提高整体有效集光效率以提高其发电量的目的。

以上所述仅为本实用新型的优选可行实施例，非因此局限本实用新型的专利范围，故举凡运用本实用新型说明书及图式内容所做的等效技术变化，均包含于本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种太阳能集光装置安装结构，其特征在于，所述太阳能集光装置安装结构包括：

一安装基板；

多个集光单元，每一所述集光单元分别具有一矩形的光能转换单元，并具有分别设置于所述光能转换单元的四个侧边的反射板单元，且每两个相邻的所述反射板单元的相邻的两个侧边共同界定出一缺口部；

其中，多个所述集光单元当中每两个相邻的所述集光单元的其中之一的所述反射板单元的末端容设于另一所述集光单元当中的一所述缺口部中，使每一所述集光装置的所述反射板单元彼此相互交错。

2.根据权利要求1所述的太阳能集光装置安装结构，其特征在于，每一所述集光单元的所述反射板单元和所述光能转换单元具有相等的宽度。

3.根据权利要求2所述的太阳能集光装置安装结构，其特征在于，设置于所述安装基板的最外侧的所述集光单元中的未与其他所述集光单元相邻的所述缺口部分别设置一辅助集光单元。

4.根据权利要求3所述的太阳能集光装置安装结构，其特征在于，多个所述辅助集光单元分别为一弧形反射罩或为一聚光透镜。

5.根据权利要求3所述的太阳能集光装置安装结构，其特征在于，多个所述辅助集光单元为局部型态的菲涅尔透镜。

6.根据权利要求2所述的太阳能集光装置安装结构，其特征在于，设置于所述安装基板的最外侧的所述集光单元中的未与其他所述集光单元相邻的所述缺口部分别设置一所述光能转换单元。

7.根据权利要求1所述的太阳能集光装置安装结构，其特征在于，每一所述集光单元的所述反射板单元中包括两个长度较长的第一反射板单元并包括两个长度较短的第二反射板单元，两个所述第一反射板单元分别设置于所述光能转换单元相对的两个侧边，两个所述第二反射板单元分别设置于所述光能转换单元的另外两个相对的侧边。

8.根据权利要求1所述的太阳能集光装置安装结构，其特征在于，所述集光单元的所述反射板单元具有一反射面，所述反射面为一平面状反射面或为一弧形反射面或为由多个倾斜不同角度的倾斜面所组成的多重倾斜反射面。