TWI568170B

TWI568170B - Water chase solar power generation system

Info

Publication number: TWI568170B
Application number: TW103129608A
Authority: TW
Inventors: Jia-Yang Cai; Wei-Yang Ma; Cun-Nong Yang; zheng-da Li
Original assignee: Atomic Energy Council- Inst Of Nuclear Energy Res
Priority date: 2014-08-27
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2017-01-21
Also published as: TW201608814A

Description

水上追日型太陽能發電系統

【0001】

本發明係關於一種太陽能發電系統，尤指一種得以漂浮於水體之表面，並且具有追日功能而得以維持高發電效率之水上追日型太陽能發電系統。

【0002】

近年來，替代能源需求殷切，使得再生能源之運用與發展呈現快速的成長，但無論是風力、熱能、水力、太陽能發電，其皆需要佔用一定的土地面積，加上世界人口數不斷攀升，未來的土地供給勢必更為緊縮與昂貴，對於人類的居住環境品質、糧食的生產條件也都構成嚴重的威脅。

【0003】

太陽能是一種潔淨與取之不盡的自然資源。太陽能發電雖為最具潛力的再生能源，而太陽能發電廠若要獲得傳統電廠的發電量，並能穩定供給電力的規模，所需的土地面積，恐怕是傳統電廠的百倍甚至千倍之大。而海洋占地球總面積的3/4左右，為了有效的利用土地資源，應設法將太陽能發電移至海洋、湖泊或水庫上等水域做運作，以充分利用地球的空間，提高陸地的使用率，擴充人類的生存空間。同時也藉此衍生其他重大的效益，例如；降低海水水溫與減緩溫室效應，降低水庫中淡水的蒸發量與提升水庫的水質等。

【0004】

將太陽能電廠建置在水面上的優點，近年來，國外開始注意與進行技術開發，並近一步推廣應用。就技術上而言，要使整體系統浮在水面上並非難事，但倘若能善用在地環境與水資源，進而達到提升太陽能電廠之效率與水資源的品質，造就雙贏之局面，在技術上仍有相當程度的開發空間。

【0005】

現有水上太陽能發電廠主要是採用直接平放於浮桶之正上方的建置模式，由於無法使其太陽能板正向陽光，因此，在早晨與傍晚時的發電效率較差。美國專利公開號US 20120279557曾揭露一種太陽能板陣列的漂浮支撐結構，其係利用浮筒支撐在一漂浮平台上斜向設置之太陽能板陣列，此浮筒僅提供平台漂浮之能力，而太陽能板陣列仍是以傳統之方法轉動其方向，以維持發電效率。簡而言之，其仍保持陸基太陽能發電系統之作動概念，尚未與水域的特性做進一步的整合。

【0006】

本發明之主要目的，係提供一種水上追日型太陽能發電系統，其可透過調整浮筒之水量而改變太陽能模組之高度，同時搭配一組不受浮筒漂浮高度影響之固定之支撐組，使太陽能模組具有改變受光照角度的能力，因此本發明所揭示之位於水上之太陽能發電系統也能具有追日的特性。

【0007】

本發明之另一目的，係提供一種水上追日型太陽能發電系統，其可漂浮於水體之上，使得太陽能發電系統的土地需求問題獲得解決，並且可利用水體進行降溫和散熱，一併克服太陽能模組本身的受高溫影響發電效率的問題。

【0008】

本發明之再一目的，係提供一種水上追日型太陽能發電系統，基於其係漂浮於水體之表面，可降低水體之蒸散速率，對於水庫、蓄水池之水量維持能提供輔助之效益。

【0009】

為了達到上述之目的，本發明揭示了一種水上追日型太陽能發電系統，其係利用至少一浮塊而漂浮於一水體之上，其特徵在於其結構係包含：一底座，設置於該浮塊之上；一固定支撐桿組，設置於該底座之上；一太陽能模組，設置於該固定支撐桿組之上；一可動支撐桿組，設置於該太陽能模組之下，並與該固定支撐桿組相互平行；一浮筒，其係與該可動支撐桿組相連接，並漂浮該水體之上；以及一幫浦，其設置於該底座之上並與該浮筒相連接；其中，該固定支撐桿組以及該可動支撐桿組係分別支撐該太陽能模組相對應之一側。

1‧‧‧水體
10‧‧‧浮塊
20‧‧‧底座
30‧‧‧固定支撐桿組
31‧‧‧第一固定支撐桿
32‧‧‧第二固定支撐桿
33‧‧‧轉動軸
40‧‧‧太陽能模組
50‧‧‧可動支撐桿組
51‧‧‧第一可動支撐桿
52‧‧‧第二可動支撐桿
60‧‧‧浮筒
70‧‧‧幫浦
71‧‧‧水管

【0010】

第1圖：其係為本發明一較佳實施例之結構示意圖；
第2圖：其係為本發明一較佳實施例之作動示意圖，用以表示浮筒排出水而浮出水面之態樣；
第3圖：其係為本發明一較佳實施例之作動示意圖，用以表示浮筒注入水而沉入水下之態樣；以及
第4圖：其係為本發明一較佳實施例之局部結構示意圖，用以表示幫浦及水管之連接關係。

【0011】

為使本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：

【0012】

本發明之水上追日型太陽能發電系統，係將太陽能模組設置於水體之上，可藉此克服太陽能模組在設置於陸地上時所會面臨的土地利用、散熱不易等問題，並且仍能具有追日的功能，使發電效率不會因發電系統遷移至水面而有下降的疑慮。

【0013】

請先參考第1圖，在本發明之結構中，其係包含至少一浮塊10、一底座20、一固定支撐桿組30、一太陽能模組40、一可動支撐桿組50、一浮筒60以及一幫浦70。其中，底座20係設置於浮塊10之上；固定支撐桿組30係設置於底座20之上；太陽能模組40係設置於固定支撐桿組30之上；可動支撐桿組50係設置於太陽能模組40之下，並與固定支撐桿組30相互平行；浮筒係與可動支撐桿組50相連接，並漂浮水體之上；而至於幫浦70，則是設置於底座20之上，並與浮筒60相連接。

【0014】

上述之結構中，浮塊10係用於使整體太陽能發電系統得以漂浮於水體之上，其係為密度小於水之塊裝組件經由裁切或是射出成型而形成；在運用時也可組合、拼接複數個單體浮塊10，或是使用具有外觀形狀之單體浮塊10漂浮於水體之上。本發明於第1圖所示之較佳實施例係使用大量之浮塊10拼接為兩個區塊作為支持整體系統之基礎，其上則設置了以金屬框架所構成之底座20，以進一步設置發電系統之其他構件。

【0015】

底座20係由金屬所構成，可具有足夠之機械強度而得以承受水體可能之波動、衝擊，並且可負荷位於上方之太陽能模組之重量。而為了容置可動支撐桿組50以及浮筒60的運作空間，底座20是以框架的形式為佳，而非金屬板體，如此也可減輕整體太陽能發電系統的重量，也可以避免板體構成之底座20之上方有積水的可能。為了減少水分對底座20的侵蝕，底座20之表面係有經過電鍍或塗布漆質等適當的防鏽蝕處理。

【0016】

本發明中的太陽能模組40係透過固定支撐桿組30以及可動支撐桿組50所支持，其中的固定支撐桿組30是架設於底座20之上，而可動支撐桿組50則是架設於浮筒60之上，其相對於固定支撐桿組30，可受浮筒60內部之水量高低影響而可連帶地上升或是下降。

【0017】

固定支撐桿組30係具有第一固定支撐桿31以及第二固定支撐桿32，兩者的差異係在於長度，其中的第一固定支撐桿31之長度係大於第二固定支撐桿32。由於固定支撐桿組30是安裝於平面的底座20之上，因此基於第一固定支撐桿31之長度大於第二固定支撐桿32，其所支撐的太陽能模組40因此與水平面具有一角度，而非與水平面平行，具有追日的結構基礎。

【0018】

然而，僅透過固定支撐桿組30而使太陽能模組40並不足以使本案太陽能發電系統具有追日功能，本發明之關鍵技術特徵在於搭配可動支撐桿組50與浮筒60之設置。可動支撐桿組50具有長度不同之第一可動支撐桿51以及第二可動支撐桿52；其中，第一可動支撐桿51之長度係大於第二可動支撐桿52。在本發明之一較佳實施例中，第一固定支撐桿31與該第二固定支撐桿32之長度差異，係等於第一可動支撐桿51與第二可動支撐桿52之長度差異，以利於控制太陽能模組40追日效果，特別是在控制追日時，如此設計可簡化太陽能模組40受太陽光照射之角度計算。

【0019】

如前所述，固定支撐桿組30係固定於底座20並使所支撐的太陽能模組40具有斜度，而可動支撐桿組50則並非固定於底座20，其係與浮筒60相連接而受浮筒60內部之水量高低影響，得以相對於底座20而有上升或是下降的效果。進一步而言，請參考第2圖以及第3圖之作動示意圖，由於固定支撐桿組30以及可動支撐桿組50係分別支撐太陽能模組40相對應之一側，當浮筒60充滿水時，太陽能模組40受固定支撐桿組30所支撐之一側之水平高度，會高於太陽能模組40受可動支撐桿組50所支撐之一側，因為此時浮筒60之大部分體積會沉入水體1當中，牽引可動支撐桿組50及其所支撐之太陽能模組40之一側向下沉降。相反的，當浮筒60非為滿水狀態而充滿空氣時，太陽能模組40受固定支撐桿組30所支撐之一側之水平高度，將會低於太陽能模組40受可動支撐桿組30所支撐之一側。此時係基於浮筒60因充滿空氣而盡可能地浮出水體1之表面，故能推動可動支撐桿組50及其所支撐之太陽能模組40之一側向上推升。

【0020】

浮筒60於水體之飄浮高度致使可動支撐桿組50牽動太陽能模組40改變其太陽光照射角度時，為了使太陽能模組40於受固定支撐桿組30支撐之一側也能轉動，因此固定支撐桿組30更包含一轉動軸33，其係與第一固定支撐桿31以及該第二固定支撐桿32相連接，並平行於太陽能模組40。透過轉動軸33，當太陽能模組40受可動支撐桿組50支撐之一端有沉降或推升之作動發生時，太陽能模組40係以轉動軸33為其受光面的轉動軸心，得藉此調整太陽光照射於太陽能模組40之角度，使其長期保持太陽光直射而具有較佳發電效率。

【0021】

浮筒60內之水量調整係透過設置於底座20上之幫浦70所達成。此幫浦70係為一種可逆式抽水幫浦，其可從浮筒60抽水至水體，也可從水體抽水至浮筒60。請參考第4圖所示之局部示意圖，幫浦70本身係經水管71而與浮筒60相連接，此水管71之一端係與浮筒60相連接，另一端則是插入水體之中。本發明即是利用幫浦70調整浮筒60當中的水量，使浮筒60於水體之漂浮高度產生變化，致使與之所相連接之可動支撐桿組50牽引其所支撐之太陽能模組40以前述之轉動軸33為轉動軸心，而於受可動支撐桿組50所支撐之一側隨著浮筒60內之水量變化而上升或是下降，達成改變太陽能模組40受光面之太陽光照射角度之目的，具有追日的功能。

【0022】

另外，幫浦70所抽取的水除了注入水體或是浮筒60之內，其也可另以管線抽至太陽能模組40之表面或背面，使本發明當中之太陽能模組40具備水冷機制，具有降溫或是進一步沖洗太陽能模組40表面髒汙之功能，以維持太陽能模組40之發電效率。

【0023】

綜上所述，本發明詳細揭示了一種水上追日型太陽能發電系統，其係利用大型浮筒，藉由幫浦系統抽取浮筒外部一定的水量至浮筒內部，以控制浮筒本身的浮力與重力，進而使太陽能模組得以升降，進而達到追蹤太陽東西方位之功效。同時，幫浦亦可將部分的水抽取至太陽能模組之表面，提供清汙與降溫之功能，以提升水上太陽能發電系之效益。在兼具有追日功能、排除土地利用問題以及發揮良好發電效率之特性之下，本發明實為一種具實用與經濟價值之水上追日型太陽能發電系統。

【0024】

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10‧‧‧浮塊

20‧‧‧底座

30‧‧‧固定支撐桿組

31‧‧‧第一固定支撐桿

32‧‧‧第二固定支撐桿

40‧‧‧太陽能模組

50‧‧‧可動支撐桿組

51‧‧‧第一可動支撐桿

52‧‧‧第二可動支撐桿

60‧‧‧浮筒

70‧‧‧幫浦

Claims

【第1項】

一種水上追日型太陽能發電系統，其係利用至少一浮塊而漂浮於一水體之上，其特徵在於其結構係包含：
一底座，設置於該浮塊之上；
一固定支撐桿組，設置於該底座之上；
一太陽能模組，設置於該固定支撐桿組之上；
一可動支撐桿組，設置於該太陽能模組之下，並與該固定支撐桿組相互平行；
一浮筒，其係與該可動支撐桿組相連接，並漂浮該水體之上；以及
一幫浦，其設置於該底座之上並與該浮筒相連接；
其中，該固定支撐桿組以及該可動支撐桿組係分別支撐該太陽能模組相對應之一側，且該浮筒於該水體之飄浮高度係使該可動支撐桿組牽動該太陽能模組改變其太陽光照射角度。
【第2項】

如申請專利範圍第1項所述之水上追日型太陽能發電系統，其中該固定支撐桿組係包含一第一固定支撐桿以及一第二固定支撐桿，該第一固定支撐桿之長度係大於該第二固定支撐桿。
【第3項】

如申請專利範圍第2項所述之水上追日型太陽能發電系統，其中該可動支撐桿組係包含一第一可動支撐桿以及一第二可動支撐桿，該第一可動支撐桿之長度係大於該第二可動支撐桿。
【第4項】

如申請專利範圍第3項所述之水上追日型太陽能發電系統，其中該第一固定支撐桿與該第二固定支撐桿之長度差異，係等於該第一可動支撐桿與該第二可動支撐桿之長度差異。
【第5項】

如申請專利範圍第1項所述之水上追日型太陽能發電系統，其中該幫浦係經一水管而與該浮筒相連接，該水管之一端係與該浮筒相連接，另一端則插入該水體之中。
【第6項】

如申請專利範圍第5項所述之水上追日型太陽能發電系統，其中該幫浦係為可逆式抽水幫浦，其可從該浮筒抽水至該水體以及從該水體抽水至該浮筒。
【第7項】

如申請專利範圍第1項所述之水上追日型太陽能發電系統，其中該浮筒滿水時，該太陽能模組受該固定支撐桿組所支撐之一側之水平高度係高於該太陽能模組受該可動支撐桿組所支撐之一側。
【第8項】

如申請專利範圍第1項所述之水上追日型太陽能發電系統，其中該浮筒充滿空氣時，該太陽能模組受該固定支撐桿組所支撐之一側之水平高度係低於該太陽能模組受該可動支撐桿組所支撐之一側。
【第9項】

如申請專利範圍第1項所述之水上追日型太陽能發電系統，其中該底座係為一金屬框架。
【第10項】

如申請專利範圍第2項所述之水上追日型太陽能發電系統，其中該固定支撐桿組更包含一轉動軸，其與該第一固定支撐桿以及該第二固定支撐桿相連接，並平行於該太陽能模組。