CN208015645U - 高效集光太阳能电池板组合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种高效集光太阳能电池板组合装置，周边由半透明材质的面罩，内部通过底座固定有支架，多个太阳能电池板固连在支架的周边，各太阳能电池板的正面向外与面罩对应，外界光线由面罩的外表面入射，经面罩内表面成散射状照射在各太阳能电池板的正面，太阳能电池板组合装置将透射过面罩的光能吸收并转换为电能。本实用新型具有通过采用面罩能扩大光照面积，同时增加太阳能电池板的面积,并把照射到面罩上的光线大部吸收和利用等优点。

Description

高效集光太阳能电池板组合装置

技术领域

本实用新型属于太阳能发电的设备领域，具体涉及一种高效集光太阳能电池板组合装置。

背景技术

现有技术中的太阳能应用产品是以太阳能为能源的电器，原理是太阳能电池板通过吸收太阳光发电，并给应用产品直接供电或给蓄电池充电再由蓄电池给应用产品供电。太阳能应用产品无需复杂昂贵的管线铺设和高低电压转换设备，可任意调整产品的位置，安全节能无污染，工作稳定可靠。

但传统的太阳能应用产品仍存在诸多不足。

例如，传统的太阳能灯具，是将太阳能电池板镶嵌在灯具外部的，由于适合安装的地方小，电池板的发电功率普遍较小，照明的实用性较差，也不够美观；而外接太阳能电池组件的灯具，虽然功率较大，但体积庞大,安装困难，影响产品造型和美观。其次，太阳能电池板置于灯具内部的，都是平面安装方式，虽然外部比较美观，但由于灯具内部空间有限，适合安装太阳能电池板的空间较小，而且光线透过灯具会有一定损失，所以发电功率普遍较小，照明的实用性较差。再者，水平方式安装的太阳能电池板，在早晚时段和高纬度地区，由于太阳照射角度较低，能量利用率不高，尤其在阴雨天等弱光条件下发电功率更低。

实用新型内容

本实用新型的目的是，克服现有技术的太阳能电池板组存在的受光面积小，太阳斜向照射角度较低时能量利用率不高，发电功率小的缺陷，提供一种能大幅扩展光照面积，使发电功率能大幅提高的太阳能电池板组合装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高效集光太阳能电池板组合装置，包括整个周边都由半透明材质制成的面罩，面罩的中心部位通过底座固定有立体支架，有若干个太阳能电池板固定连接在立体支架的周边表面以构成太阳能电池组，各太阳能电池板的正面向外以与面罩对应；所有太阳能电池板之间采用并联或串并联的方式电连接；外界光线由所述半透明材质制成的面罩入射以后，透过面罩成散射状照射在各太阳能电池板的正面，高效集光太阳能电池板组合装置将透射过面罩的光能吸收并转换为电能；所述半透明材质的面罩是指利用光学透明材料制成的半封闭或封闭式壳体构件，其表面为板状结构并且板状结构经过处理使之具有内表面或整体呈雾状、毛面或花纹效果。

太阳光照射在装置上，经过装置的半透明面罩后，变换为散射光，散射光能相对较均衡地分布照射到面罩内的立体排列的全部电池板上并被太阳能电池板吸收，然后转换为电能，其转换发电的效率高，假设在其中水平放置1块正方形太阳能电池板所获得的发电功率为P，则采用4块相同的正方形太阳能电池板制作的高效集光太阳能电池板组合装置，其获得的发电功率可以达到2P至3P，在弱光条件下可以接近4P。如果空间允许，进一步加大该组合装置中太阳能电池板的尺寸，发电总功率还会相应得到提高。太阳能电池板可以为单晶硅、多晶硅、非晶硅或其它种类的光伏太阳能电池板。

本实用新型的太阳能电池板，由于是立体式的布阵，所以无论太阳光的照射是来自哪一个方向，综合而言，总有一个等价于立体支架轴剖面大小的太阳能电池板与太阳光正对着，这相当于本装置能够“自动跟踪”太阳光的方向，不受太阳光方向的影响，因此,无论光照方向如何变化，本装置总能保持最大的太阳能吸收和转换为电能的功能。

优选方案，所述立体支架的侧面为正方形、长方形或梯形结构，相应的太阳能电池板为与之相适应的正方形、长方形或梯形结构；所构成的太阳能电池组及立体支架的横截面呈正多边形形状。

优选方案，所述正多边形形状为正三角形、正四边形、正五边形、正六边形、正七边形或正八边形。

优选方案，所述光学透明材料指树脂材料PC、PMMA、PVC或PE，以及普通硅酸盐玻璃或光学玻璃。

优选方案，面罩由一个球冠状罩体构成或由一个顶盖与一个下罩体配合构成；所述球冠状罩体为半透明薄壁结构，球冠状罩体的底面口部与所述底座连接；所述顶盖与下罩体的顶部连接，下罩体的底部和所述底座连接。

优选方案，太阳能电池板组合装置配置有LED光源模组、控制电路板及蓄电池，并分别连接在立体支架的内部或底座上，立体支架固定安装在底座上。

优选方案，太阳能电池板组合装置通过标准接口与以太阳能为电源或太阳能及蓄电池组合为电源的音箱、水泵、风扇、割草机、吸尘器、WIFI热点装置、手机充电装置、小功率机械传动装置或它们的组合体相连接。

本实用新型的有益效果是：

1、与现有技术相比，本实用新型采用立体式接受光照以及立体布设的太阳能电池板，能多倍数地扩展光照的面积，将更多的光能转化为电能，光辐射利用率及发电效率可以数倍地增加。

2、总有一个等价于立体支架轴剖面大小的太阳能电池板与太阳光正对着，这相当于本装置能够“自动跟踪”太阳光的方向，因此,无论光照方向如何变化，本装置总能保持最大的太阳能吸收和转换为电能的功能。

3、面罩采用半透明材料制成，将入射光转变成散射光，配上立体布设的太阳能电池板，使面罩内的光线处于散射的状态，能比较均衡各太阳能电池板的受光，使得各太阳能电池板都能充分发挥光能转换能力。

4、采用本实用新型制作的太阳能应用产品在安装时可以不考虑方向性,在任意方向都可以获得较高的发电效率。

5、能兼顾不同地区的特点，在高纬度和低纬度地区使用时都可以获得较高的发电效率。

6.本实用新型在早晚时段太阳照射角度较低时也可获得不错的发电效率。

7、本实用新型在弱光条件下也可以可获得一定的发电效率。

8、本实用新型如在灯箱、灯柱等大型太阳能应用产品上使用，效果会更加明显。

9、采用本实用新型制造的太阳能应用产品，由于太阳能电池板安装在产品内部，结构简单，外形也比较美观。

附图说明

图1是本实用新型的一种面罩为圆柱形及立体支柱为正四棱柱形的实施例的结构示意图；

图2是光线经面罩的内表面射向面罩的内部空腔时，光线被磨砂的毛面改变成散射状的示意图；

图3是光线照射半透明材质圆柱形面罩的传播示意图；

图4是光线照射透明材质的面罩时光线传播示意图；

图5是面罩为球冠形的一种实施例的示意图；

图6是面罩及立体支柱都为正四棱柱形的一种实施例示意图；

图7是面罩为球冠形而立体支柱为正五棱柱形的一种实施例示意图；

图8是面罩及立体支柱都为正六棱柱形的一种实施例示意图；

图9是面罩为圆柱形而立体支柱为正八棱柱形的一种实施例示意图；

图10是面罩为圆柱形而立体支柱为正三棱柱形的一种实施例示意图；

图中，面罩1；顶盖11；下罩体12；底座13；立体支架2；太阳能电池板3；长方形结构31；正方形结构32；散射状光线4；LED光源模组51；控制电路板52；蓄电池53；球冠状结构61；正四棱柱壳体结构71；正五棱柱结构72；正六棱柱结构73；正八棱柱结构74；正三棱柱结构75。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：如图1所示，一种高效集光太阳能电池板组合装置，包括圆柱形的面罩1和底座13，面罩1包括顶盖11、下罩体12。顶盖11及下罩体12由半透明材质构成，顶盖11与下罩体12的顶部连接，下罩体12的底部和底座13连接。下罩体12为圆柱状腔体结构。下罩体12的中心部位通过底座13固定有截面为正方形的立体支架2，立体支架2的侧面为长方形结构，相应的太阳能电池板3为与之相适应的长方形结构31。

有4个太阳能电池板3固定连接在立体支架2的周边。还可以专门配置一个正方形结构32的太阳能电池板固定连接在立体支架2的顶部(类似于该技术方案的在立体支架2的顶部配置专用太阳能电池板的方案，同样适用于后面各个实施例)，全部太阳能电池板3共同构成太阳能电池组，所有太阳能电池板3之间采用并联的方式电连接，各太阳能电池板3的正面向外以与圆柱形的下罩体12的内侧面相对应或与顶盖11的内表面相对应，且各太阳能电池板3与面罩1的内表面保留有一定的距离；外界光线由顶盖11及圆柱形的下面罩12的外表面入射以后，经顶盖11及下面罩12的内表面射向面罩1的内部空腔时，光线被半透明的顶盖11及下面罩12改变成散射状光线4(参见图2)。

图3示出光线照射半透明材质圆柱形的面罩12的传播示意图。

作为对比，图4示出光线照射透明材质时光线传播示意图。

散射状光线4照射在各太阳能电池板3的正面，高效集光太阳能电池板组合装置将绝大部分透射过面罩1的光能吸收并转换为电能。

组合装置配置有LED光源模组51、控制电路板52及蓄电池53，并分别连接在立体支架2的内部或直接固定在底座13上，立体支架2固定安装在底座13上。

实施例2：一种面罩为半透明的球冠状结构61的高效集光太阳能电池板组合装置，如图5所示，其余结构同实施例1。

实施例3：一种面罩为半透明的正四棱柱壳体结构71的高效集光太阳能电池板组合装置，如图6所示，其余结构同实施例1。

实施例4：一种立体支架为正五棱柱结构72且配置相应的太阳能电池板3，同时面罩为球冠状结构61的高效集光太阳能电池板组合装置，如图7所示，其余结构同实施例1。

实施例5：一种立体支架为正六棱柱结构73且配置相应的太阳能电池板3，同时面罩为正六棱柱结构且配有顶盖的高效集光太阳能电池板组合装置，如图8所示，其余结构同实施例1。

实施例6：一种立体支架为正八棱柱结构74且配置相应的太阳能电池板3的高效集光太阳能电池板组合装置，如图9所示，其余结构同实施例1。

实施例7：一种立体支架为正三棱柱结构75且配置相应的太阳能电池板3的高效集光太阳能电池板组合装置，如图10所示，其余结构同实施例1。

实施例8：光学透明材料指树脂材料PC、PMMA、PVC或PE，以及普通玻璃或光学玻璃，各种材料对上述各实施例均适用。为了形成半透明材质，有多种工艺可以实现。

关于光波在所述的半透明的介质中传播，比起在原来是全透明的同样材质的介质中传播的光强改变，如果介质厚度是一样的，那么光强的改变也是相同的，其理由叙述如下。

现有的理论研究和实验都证明，光波在介质中传播时的吸收特性，对于普通的日光照射，光波沿z轴传递一定路程后，光强由I(0)改变为I(z)，则

I(z)＝I(0)e-αz

式中，I(z)是光沿z轴传播方向的光强函数，α是由介质性质决定的常数，α的单位是m-1，例如普通玻璃的α是1m-1量级，α只与介质的材质及光波的波长有关。

本发明将板状介质的内表面经过磨砂等方法进行处理，只是改变了介质的内表面的微观结构形状，对于同样频率的光波，这样的改变，一不会改变板状介质的材质所以不会改变α值，二不会改变板状介质的厚度即光波的路程，既不会影响相同频率的光波通过该介质的光吸收系数α值，也没有改变光波的传播路程z值，总之是α和z都没有改变，所以，根据上述公式，光强的改变也一样没有改变，因之不会影响光强I(z)总量的改变。所不同的是由于表面磨砂后，光波在射出介质时会因为板状介质表面微观不平而产生无序的折射而形成散射，实际上也只是将光波由原来的集束定向传播改变成无序发散传播，对光波的吸收无影响。

另一个需要叙述的问题是，经磨砂的板状介质的内表面起到近似的单向导光层的作用。板状介质的内表面处理为微观不平后，其微观形状可能呈锥形、梯形或其他形状，但不管是什么形状，有一点是共同的，那就是锥形的尖端和梯形的窄端总是朝向板状介质表面的外侧，而宽端总是处在板状介质的表面内侧。其理由是，刀具，包括砂轮磨粒在加工时不可能使刀头插入锥形的大端或梯形的宽端的底部而使尖锥成倒置的状态，否则当刀具移动时就会把尖锥整个切除。于是就有了这样一个结果，光波从板状介质的中间向尖锥传播，可以经尖锥表面折射而导入罩体内侧的空气中，这就是产生散射光的来历，这些散射光绝大部分会被太阳能电池板所吸收。但是，总有那么极少量的光波会从罩体的内侧空间反射向尖锥，即使这样，这少量光波中的多数仍会因透射或折射角度原因而难以经介质内部导向罩体的外侧，反倒是产生向罩体内侧的空气中漫反射。

以上分析表明，经过磨砂的板状介质的内表面层近似一道单向光闸，光波只进不出，或只进且极少漏出，结果是光波总归被“关”在罩体内侧并被某一块太阳能电池板所吸收，因之光吸收和转换的总体效率很高。

本实用新型高效集光太阳能电池板组合装置，具有大幅度扩展接受光照的面积，立体布设太阳能电池板使得光电转换总功率获得数倍的增长，将入射光转变成散射光，使面罩内的光线处于散射和漫反射的状态，能均衡各太阳能电池板的受光，各太阳能电池板都充分发挥光能转换能力等优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种高效集光太阳能电池板组合装置，其特征是，包括整个周边都由半透明材质制成的面罩，面罩的中心部位通过底座固定有立体支架，有若干个太阳能电池板固定连接在立体支架的周边表面以构成太阳能电池组，各太阳能电池板的正面向外以与面罩对应；所有太阳能电池板之间采用并联或串并联的方式电连接；外界光线由所述半透明材质制成的面罩入射以后，透过面罩成散射状照射在各太阳能电池板的正面，高效集光太阳能电池板组合装置将透射过面罩的光能吸收并转换为电能；所述半透明材质的面罩是指利用光学透明材料制成的半封闭或封闭式壳体构件，其表面为板状结构并且板状结构经过处理使之具有内表面或整体呈雾状、毛面或花纹效果。

2.根据权利要求1所述的高效集光太阳能电池板组合装置，其特征是，所述立体支架的侧面为正方形、长方形或梯形结构，相应的太阳能电池板为与之相适应的正方形、长方形或梯形结构；所构成的太阳能电池组及立体支架的横截面呈正多边形形状。

3.根据权利要求2所述的高效集光太阳能电池板组合装置，其特征是，所述正多边形形状为正三角形、正四边形、正五边形、正六边形、正七边形或正八边形。

4.根据权利要求1、2或3所述的高效集光太阳能电池板组合装置，其特征是，所述光学透明材料指树脂材料PC、PMMA、PVC或PE，以及普通硅酸盐玻璃或光学玻璃。

5.根据权利要求4所述的高效集光太阳能电池板组合装置，其特征是，面罩由一个球冠状罩体构成或由一个顶盖与一个下罩体配合构成；所述球冠状罩体为半透明薄壁结构，球冠状罩体的底面口部与所述底座连接；所述顶盖与下罩体的顶部连接，下罩体的底部和所述底座连接。

6.根据权利要求5所述的高效集光太阳能电池板组合装置，其特征是，太阳能电池板组合装置配置有LED光源模组、控制电路板及蓄电池，并分别连接在立体支架的内部或底座上，立体支架固定安装在底座上。

7.根据权利要求6所述的高效集光太阳能电池板组合装置，其特征是，太阳能电池板组合装置通过标准接口与以太阳能为电源或太阳能及蓄电池组合为电源的音箱、水泵、风扇、割草机、吸尘器、WIFI热点装置、手机充电装置、小功率机械传动装置或它们的组合体相连接。