TWI738127B

TWI738127B - 適用於深水域之漂浮型太陽能追日系統

Info

Publication number: TWI738127B
Application number: TW108142725A
Authority: TW
Inventors: 張永東; 林育勳
Original assignee: 國立澎湖科技大學
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2021-09-01
Also published as: TW202121827A

Abstract

本發明係一種適用於深水域之漂浮型太陽能追日系統，其將至少一太陽能板與一控制系統係設置於一陣列平台上，並將陣列平台設於一可漂浮於水體上之漂浮框體，而陣列平台底部設有複數伸入水體內之螺旋葉片組，使陣列平台得以相對漂浮框體呈水平面轉動，藉此，控制系統可檢知太陽光強度與照射角度，以透過各螺旋葉片組驅動陣列平台令太陽能板改變其對應太陽光照射角度，使其長期保持太陽光直射而具有較佳發電效率。

Description

適用於深水域之漂浮型太陽能追日系統

本發明係隸屬一種太陽能發電之技術領域，具體而言係指一種適用於深水域之漂浮型太陽能追日系統，藉以能讓大陽能模組漂浮於水面，且進一步可以透過其追日功能維持高發電效率。

按，目前煤、天然氣、石油等可燃性能源逐漸減少已是不逆的事實，再加上這些可燃性能源燃燒後的二氧化碳所造成的溫室效應日益嚴重，因此替代能源需求殷切，使得再生能源之運用與發展呈現快速的成長。所謂「替代能源」通常是指可再生利用的能源，例如水能、太陽能、風能、地熱能和海洋能等，而以其中太陽能之發電為目前發展最為可行且有效。

但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，對於人類的居住環境品質、耕作及糧食的生產條件都構成嚴重的威脅。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，近年來開始有廠商設法將太陽能發電移至海洋、湖泊或水庫上等水域做運作；就技術上而言，要使太陽能系統浮在水面上並非難事，如圖1所示，其係於一可錨定於水面的浮體(10)其頂面陣列設置太陽能板(15)的建置模式。然而，太陽光照方向會隨時間改變，造成固定設置的太陽能板(15)無法有效率接收太陽的輻射能，因此其發電效率較差。而美國專利公開號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。

另，我國發明專利公告號I568170曾揭露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，並配合與底座相連接之固定支撐桿組以及與浮筒相連接之可動支撐桿組共同支撐太陽能模組，進而使太陽能模組在浮筒內水量有變化之於得以透過可動支撐桿組之牽引而升降，進而達到追蹤太陽東西方位之功效。

但由於該等太陽能板陣列係設廣域的水面，如水庫、湖泊、甚至海面，其水面會因風力而波動、甚至形成波浪，如於各該太陽能板上設置以陸地基礎建設為概念之追日裝置，則易因受潮而損壞，其裝置及維修成本極高，再者漂浮在水面上的太陽能板會受波浪影響而任意轉向，並非如陸地基礎建設方式之追日系統只要注意東西向即可，而造成其難以定向追日的問題。簡而言之，其仍保持以陸地基礎建設為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，故仍然無法克服前述的問題，而如何解決此一問題，係目前業界的重要課題。

有鑑於此，本發明人乃針對現有用於水上之太陽能板在使用時所面臨的問題深入探討，並藉由多年從事相關產業之研發與製造經驗，積極尋求解決之道，經不斷努力之研究與試作，終於成功的開發出一種適用於深水域之漂浮型太陽能追日系統，其能克服現有漂浮太陽能系統因難以定向所造成的不便與困擾。

因此，本發明之主要目的在於提供一種適用於深水域之漂浮型太陽能追日系統，藉以能有效進行追日定向，達到追蹤太陽方位之功效，以提升其發電效率。

又，本發明之再一主要目的係在提供一種適用於深水域之漂浮型太陽能追日系統，其所需之硬體結構可較為簡單，可讓太陽能板陣列同步完成追日，也不易受風向或海向等外力因素影響，具有較高的可靠性。

據此，本發明主要係透過下列的技術手段，來具體實現前述的目的與效能：其包含有；一漂浮框體，其可漂浮於一水體上，且該漂浮框體利用至少一沉於水底之錨碇組定位；一陣列平台，其設置於該漂浮框體，且該陣列平台底部設有複數伸入水體內之螺旋葉片組，使該陣列平台得以相對該漂浮框體呈水平面轉動；至少一太陽能板，設置於該陣列平台上；一控制系統，其設置於該陣列平台上，該控制系統具有至少一供檢知太陽光強度與照射角度之感測元件，且該控制系統電氣連接前述之螺旋葉片組與可調式撐架；其中，該控制系統可檢知太陽光強度與照射角度，以透過各該螺旋葉片組驅動該陣列平台令太陽能板改變其對應太陽光照射角度。

藉此，透過前述技術手段的展現，使本發明之適用於深水域之漂浮型太陽能追日系統能利用該漂浮框體漂浮於水體上，且配合該陣列平台之螺旋葉片組的設計，使得該陣列平台能帶動太陽能板進行追日之目的，以達成改變陣列平台帶動太陽能板之受光面相對太陽光照射角度，使其長期保持太陽光直射而具有較佳發電效率，從而有效提升其附加價值，增進其經濟效益。

且本發明並利用下列的技術手段，進一步實現前述之目的及功效，以增加其附加價值，有效提升產品的競爭力與經濟效益；諸如：所述之太陽能板底部具有一連結於該陣列平台上之可調式撐架，且該可調式撐架與該控制系統形成電氣連接使其得以令太陽能板斜立對應太陽光或收合平置。

所述之漂浮框體周緣設有複數密度小於水的浮體。

所述之漂浮框體上的各該浮體可呈等角等距設置，以保持其漂浮的平穩度。

所述之漂浮框體頂面具有一圓形導軌，而該陣列平台周緣設有至少三組端部能設於前述圓形導軌上之平台撐桿，再者各該平台撐桿端部具有一能在前述圓形導軌選擇性改變位置之移動件。

所述之圓形導軌可以是I型、凸型或H型之鋼軌，而各該平台撐桿之移動件可以是對應前述圓形導軌滾動之滑輪。

所述之平台撐桿之移動件上分別設有一電氣連接前述控制系統之剎車組，供選擇性掣住該移動件，而得以使該陣列平台能與該漂浮框體相對選擇性定位。

所述之圓形導軌進一步可以是電氣連接前述控制系統之電磁導軌，又該移動件進一步可以是讓電磁軌體之圓形導軌所能驅動之導磁體。

所述之控制系統具有一水下電纜，該水下電纜可供連接陸基之變電站及饋線。

為使貴審查委員能進一步了解本發明的構成、特徵及其他目的，以下乃舉本發明之若干較佳實施例，並配合圖式詳細說明如后，同時讓熟悉該項技術領域者能夠依據本說明書具體實施。

(10):浮體

(15):太陽能板

(50):漂浮框體

(51):浮體

(52):錨碇組

(55):圓形導軌

(60):陣列平台

(61):平台撐桿

(62):移動件

(65):螺旋葉片組

(70):太陽能板

(75):可調式撐架

(80):控制系統

(81):水下電纜

圖1：係習式漂浮太陽能系統的外觀示意圖。

圖2：係本發明適用於深水域之漂浮型太陽能追日系統的立體外觀示意圖，其顯示各主要元件的態樣。

圖3：係本發明適用於深水域之漂浮型太陽能追日系統的側視示意圖。

圖4：係本發明適用於深水域之漂浮型太陽能追日系統圖3中A部份的側視放大示意圖。

圖5：係本發明適用於深水域之漂浮型太陽能追日系統於實際使用的外觀示意圖，供說明其於追日時的狀態。

圖6：係本發明適用於深水域之漂浮型太陽能追日系統於實際使用的另一外觀示意圖，供說明其於復位時的狀態。

本發明係一種適用於深水域之漂浮型太陽能追日系統，隨附圖例示本發明之具體實施例及其構件中，所有關於前與後、左與右、頂部與底部、上部與下部、以及水平與垂直的參考，僅用於方便進行描述，並非限制本發明，亦非將其構件限制於任何位置或空間方向。圖式與說明書中所指定的尺寸，當可在不離開本發明之申請專利範圍內，根據本發明之具體實施例的設計與需求而進行變化。

本發明係一種適用於深水域之漂浮型太陽能追日系統，其係如圖2所揭示者，其係由一漂浮框體(50)、一陣列平台(60)、至少一太陽能板(70)及一控制系統(80)所組成，其中太陽能板(70)與控制系統(80)係設置於陣列平台(60)上，而該陣列平台(60)係設於漂浮框體(50)上，且該陣列平台(60)可相對該漂浮框體(50)於水平面轉動；而關於本發明之詳細構成，如圖2、圖3所揭露者，上述之結構中，該漂浮框體(50)可以由板體或圓框所製成，本發明之漂浮框體(50)係以圓框為主要實施例，且該漂浮框體(50)具有足夠之機械強度以承受水體可能之波浪衝擊，並可負荷位於上方之陣列平台(60)、太陽能板(70)之重量，又該漂浮框體(50)周緣設有複數浮體(51)，其中各該浮體(51)為密度小於水的材料裁切或射出成型而成，運用上也可以是組合、拼接複數個單體浮體(51)，以使整體漂浮太陽能追日系統得以漂浮於水體上，且該漂浮框體(50)上的各該浮體(51)可呈等角等距設置，以保持其漂浮的平穩度，另該漂浮框體(50)周緣設有複數能固定於水底之錨碇組(52)，再者該漂浮框體(50)頂面具有一圓形導軌(55)，該圓形導軌(55)可以是一般供滑輪滾動之I型、凸型或H型之鋼軌，又該圓形導軌(55)進一步可以是電氣連接前述控制系統(80)之電磁導軌，使前述控制系統(80)得以操作其透過磁力場變換來驅動該陣列平台(60)；又，該陣列平台(60)可以選自質輕且強度佳之板體，且該陣列平台(60)周緣設有至少三組端部能設於前述漂浮框體(50)圓形導軌(55)上之平台撐桿(61)，再者各該平台撐桿(61)端部具有一能在前述圓形導軌(55)改變位置之移動件(62)〔如圖4所揭示者〕，而各該平台撐桿(61)之移動件(62)可以是對應前述圓形導軌(55)滾動之滑輪，又該移動件(62)進一步可以是讓電磁軌體之圓形導軌(55)所能驅動之導磁體，再者各該平台撐桿(61)之移動件(62)上分別設有一電氣連接前述控制系統(80)之剎車組〔圖中未示〕，而達到控制系統(80)可令移動件(62)能選擇性限位於圓形導軌(55)上之目的，而得以使該陣列平台(60)能與該漂浮框體(50)相對選擇性定位，又該平台撐桿(61)底部設有複數深入水體之螺旋葉片組(65)，達成改變陣列平台(60)進而帶動太陽能板(70)受光面相對太陽光照射角度之目的，而具有追日的功能；另各該太陽能板(70)係典型可利用太陽光進行發電之太陽能模組，且各該太陽能板(70)底部設有一連結於陣列平台(60)之可調式撐架(75)，其中各該可調式撐架(75)與該控制系統(80)形成電氣連接，使該控制系統(80)可以操控各該可調式撐架(75)作動相對之太陽能板(70)斜置對應太陽光照射之角度，藉此調整太陽光照射於太陽能板(70)之角度，使其長期保持太陽光直射而具有較佳發電效率，又或令各該太陽能板(70)收合平置使其得以減少受風力等外力影響破壞；再者，該控制系統(80)具有可感應太陽光照射角度之感測元件〔圖中未示〕，如光敏電阻，使其得以透過前述太陽能板(70)之可調式撐架(75)改變該太陽能板(70)對應太陽照射角度，又該控制系統(80)可以電氣連接前述各該太陽能板(70)，供接收各該太陽能板(70)生成之電流，又該控制系統(80)具有一水下電纜(81)，該水下電纜(81)可供連接陸基之變電站及饋線，使其發電可進入供電系統；藉此，組構成一能讓太陽光直射、且具追日功能之適用於深水域之漂浮型太陽能追日系統者。

而本發明於實際使用狀態，則請參照圖2及圖5所示，於啟動時，該陣列平台(60)上之控制系統(80)透過感測元件檢知到太陽光強度足以發電時，該控制系統(80)可以透過太陽能板(70)之可調式撐架(75)斜立各該太陽能板(70)以對應太陽照射角度，並接收各該太陽能板(70)傳遞之電流經水下電纜(81)至陸上建設之變電站；又當太陽照射角度改變或漂浮框體(50)因波浪改變角度位置時，該控制系統(80)之感測元件檢知到太陽光角度變化，即透過該控制系統(80)驅動設置於該陣列平台(60)底部不同位置之螺旋葉片組(65)，使該陣列平台(60)能帶動上方之太陽能板(70)相對該漂浮框體(50)旋轉改變角度，俾供太陽光能直射各該太陽能板(70)上，而達到追日之目的，以提高發電效率。

再者，如圖6所示，當該陣列平台(60)上之控制系統(80)透過感測元件檢知到太陽光強度不足以發電時〔如夜晚或昏暗天氣時〕、又或風力過強時，則該控制系統(80)可以透過太陽能板(70)之可調式撐架(75)收合平置該太陽能板(70)於該陣列平台(60)上，並復位之初始位置，且停止進行太陽能發電，則可避免因斜立之太陽能板(70)因受風量過大而損壞。

透過前述的設計，本發明之適用於深水域之漂浮型太陽能追日系統，其係利用該漂浮框體(50)漂浮於水體上，且透過該陣列平台(60)之平台撐桿(61)之移動件(62)與該漂浮框體(50)之圓形導軌(55)的連結，同時配合設置於該陣列平台(60)底部之各該螺旋葉片組(65)，使得該陣列平台(60)能帶動各太陽能板(70)進行追日，而達成改變陣列平台(60)帶動太陽能板(70)受光面以相對太陽光照射角度之目的，使其長期保持太陽光直射而具有較佳發電效率。

綜上所述，可以理解到本發明為一創意極佳之發明創作，除了有效解決習知所面臨的問題，更大幅增進功效，且在相同的技術領域中未見相同或近似的產品創作或公開使用，同時具有功效的增進，故本發明已符合發明專利有關「新穎性」與「進步性」的要件，乃依法提出申請發明專利。