WO2020034274A1 - 基于双轴太阳跟踪器的双面光伏组件的曲面反射聚光系统 - Google Patents

基于双轴太阳跟踪器的双面光伏组件的曲面反射聚光系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于双轴太阳跟踪器的双面光伏组件的曲面反射聚光系统，包括双面光伏组件，在所述双面光伏组件下方两侧分别设置有向外侧凸起的曲面反射镜，所述曲面反射镜用于将双面光伏组件两侧垂直入射的光线反射至双面光伏组件的背面，所述双面光伏组件与双轴太阳跟踪器连接，所述双面光伏组件的外侧边缘与曲面反射镜的内侧边缘在同一竖直面上。本发明依托于现有的太阳跟踪装置，双面光伏组件的正面同普通晶硅组件一样安装，在双面光伏组件下方两侧安装双曲面反射镜，将双面光伏组件两侧的光线反射至双面光伏组件背面的电池片上，从而提升组件背面的受光量，使得背面电池能力得到最大限度的利用。

Description

基于双轴太阳跟踪器的双面光伏组件的曲面反射聚光系统 技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，特别涉及一种基于双轴太阳跟踪器的双面光伏组件的曲面反射聚光系统。
背景技术
传统的光伏组件一般为单面光伏组件，目前市场上出现有双面双玻光伏组件，该类光伏组件除正面与传统单面光伏组件一样常发电外，其背面同时能接收反射和散射光并发电，目前依然按照传统单面光伏组件使用方法，即正面接收直射光，背面接收反射和散射光，这种传统方法导致双面光伏组件的背面利用率极低，根据安装环境的不同，增加发电量仅10％左右，可见现有双面光伏组件的使用并未充分利用其背面区域的发电能力，造成双面光伏组件的发电量未得到有效的提高。因此，双面光伏组件由于成本较高，而对于发电量的提升有限，目前并不被行业所重视。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够大幅度提升双面组件发电效率，从而大幅度降低发电成本的基于双轴太阳跟踪器的双面光伏组件的曲面反射聚光系统。
本发明的技术方案是这样实现的：基于双轴太阳跟踪器的双面光伏组件的曲面反射聚光系统，包括双面光伏组件，在所述双面光伏组件下方两侧分别设置有向外侧凸起的曲面反射镜，所述曲面反射镜用于将双面光伏组件两侧垂直入射的光线反射至双面光伏组件的背面，其特征在于：所述双面光伏组件与双轴太阳跟踪器连接，所述双面光伏组件的外侧边缘与曲面反射镜的内侧边缘在同一竖直面上，所述曲面反射镜在x轴与y轴的平面内的曲面方程为：
Figure PCTCN2018104165-appb-000001
其中，m、n为常数，b为曲面反射镜在x轴方向的宽度，h2为曲面反射镜下端部至双面光伏组件的垂直高度。
本发明所述的基于双轴太阳跟踪器的双面光伏组件的曲面反射聚光系统，其所述双面光伏组件与曲面反射镜均安装于双轴跟踪器上，照射到曲面反射镜上的入射光线始终为垂直入射；
令曲面反射镜的表达为：y＝mx 2+nx+p，其中，m、n、p为常数；
则：反射镜的斜率为k 镜＝y′＝2mx+nx；
该点处对应的法线斜率为
Figure PCTCN2018104165-appb-000002
入射角为
Figure PCTCN2018104165-appb-000003
则反射光线与x轴的夹角为
Figure PCTCN2018104165-appb-000004
反射光线的斜率
Figure PCTCN2018104165-appb-000005
曲面反射镜在坐标系中过点(0，-h2),则带入反射镜方程可得p＝-h2，其中h2为曲面反射镜下端部至双面光伏组件的垂直高度；
由于反射光是直线令反射光为
Figure PCTCN2018104165-appb-000006
由边界条件可知，当入射光线过曲线上的点(0，-h2)时，反射光线过点(a,0)，带入反射镜表达式可得：
Figure PCTCN2018104165-appb-000007
联立可以解得n，其中a为双面光伏组件的宽度；
同时当入射光线过曲线上的点(-b,-h1)时，反射光线过点(0，0)可得：
Figure PCTCN2018104165-appb-000008
带入n可以求得m，其中，h1为 曲面反射镜上端部至双面光伏组件的垂直高度；
由式可见，m、n的解并不唯一，需通过判别式进行筛选；判别式即为反射光线与曲面相交，即
Figure PCTCN2018104165-appb-000009
当X＝-b时，Q＝0；则有：
Figure PCTCN2018104165-appb-000010
由此，反射曲面得以确定。
基于双轴太阳跟踪器的双面光伏组件的曲面反射聚光系统，包括双面光伏组件，在所述双面光伏组件下方两侧分别设置有向外侧凸起的曲面反射镜，所述曲面反射镜用于将双面光伏组件两侧垂直入射的光线反射至双面光伏组件的背面，其特征在于：所述双面光伏组件与双轴太阳跟踪器连接，所述双面光伏组件的外侧边缘与曲面反射镜的内侧边缘在同一竖直面上，所述双面光伏组件与曲面反射镜均安装于双轴跟踪器上，照射到曲面反射镜上的入射光线始终为垂直入射；
曲面反射镜边界的光线分别对应双面光伏组件的边界，由于入射光线为垂直入射，得出：tan(2*α)＝b/h1，则法线的斜率为
Figure PCTCN2018104165-appb-000011
曲线的斜率为k2＝1/k1＝tanα，当光线偏移一个无穷小量△X时，入射光线与曲面的交点同初始点组成的曲面部分可以认为是直线，则该直线的表达式为y＝tanα·x+p，该直线过点(-b,-h1),带入直线方程求得p＝tanα*b-h1，当x1＝-b+ΔX时，则y1＝tanα·(-b+ΔX)+tanα*b-h1＝ΔX*tanα-h1；即得到了光线偏移ΔX时，入射的坐标为(-b+ΔX，ΔX*tanα-h1)，又由于为保障光线均匀入射到双面光伏组件的电池片上，反射光线与电池片的交点同时应偏移ΔX/n；由此(-b+ΔX，ΔX*tanα-h1)、
Figure PCTCN2018104165-appb-000012
替代(-b，-h1)、(0，0)进行下一步的计算， 由此循环，最终求得曲线上各点的具体坐标，由于ΔX极小，相邻两点之间用直线代替曲线，直接连接起来，即构成了反射曲面；其中，a为双面光伏组件的宽度，b为曲面反射镜的宽度，h1为曲面反射镜的高度起始位置，△X为一个无穷小的偏移量，n为b/a的值。
本发明依托于现有的太阳跟踪装置，双面光伏组件的正面同普通晶硅组件一样安装，在双面光伏组件下方两侧安装双曲面反射镜，将双面光伏组件两侧的光线反射至双面光伏组件背面的电池片上，从而提升组件背面的受光量，使得背面电池能力得到最大限度的利用。
附图说明
图1是本发明中实施例1的示意图。
图2是本发明中实施例2的示意图。
图中标记：1为双面光伏组件，2为曲面反射镜。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：如图1所示，一种基于双轴太阳跟踪器的双面光伏组件的曲面反射聚光系统，包括双面光伏组件1，在所述双面光伏组件1下方两侧分别设置有向外侧凸起的曲面反射镜2，所述曲面反射镜2用于将双面光伏组件1两侧垂直入射的光线反射至双面光伏组件1的背面，所述双面光伏组件1与双轴太阳跟踪器连接，所述双面光伏组件的外侧边缘与曲面反射镜2的内侧边缘在同一竖直面上，所述曲面反射镜2在x轴与y轴的平面内的曲面方程为：
Figure PCTCN2018104165-appb-000013
其中，m、n为常数，b为曲面反射镜在x轴方向的宽度，h2为曲面反射镜下端部至双面光伏组件的垂直高度。
在本实施例中，所述双面光伏组件1与曲面反射镜2均安装于双轴跟踪器上，照射到曲面反射镜2上的入射光线始终为垂直入射；
令曲面反射镜的表达为：y＝mx 2+nx+p，其中，m、n、p为常数。
则：反射镜的斜率为k 镜＝y′＝2mx+nx。
该点处对应的法线斜率为
Figure PCTCN2018104165-appb-000014
入射角为
Figure PCTCN2018104165-appb-000015
则反射光线与x轴的夹角为
Figure PCTCN2018104165-appb-000016
反射光线的斜率
Figure PCTCN2018104165-appb-000017
曲面反射镜在坐标系中过点(0，-h2),则带入反射镜方程可得p＝-h2，其中h2为曲面反射镜下端部至双面光伏组件的垂直高度。
由于反射光是直线令反射光为
Figure PCTCN2018104165-appb-000018
由边界条件可知，当入射光线过曲线上的点(0，-h2)时，反射光线过点(a,0)，带入反射镜表达式可得：
Figure PCTCN2018104165-appb-000019
联立可以解得n，其中a为双面光伏组件的宽度。
同时当入射光线过曲线上的点(-b,-h1)时，反射光线过点(0，0)可得：
Figure PCTCN2018104165-appb-000020
带入n可以求得m，其中，h1为曲面反射镜上端部至双面光伏组件的垂直高度。
由式可见，m、n的解并不唯一，需通过判别式进行筛选；判别式即为反射光线与曲面相交，即
Figure PCTCN2018104165-appb-000021
当X＝-b时，Q＝0；则有：
Figure PCTCN2018104165-appb-000022
由此，反射曲面得以确定。
实施例2：如图2所示，一种基于双轴太阳跟踪器的双面光伏组件的曲面反射聚光系统，包括双面光伏组件1，在所述双面光伏组件1下方两侧分别设置有向外侧凸起的曲面反射镜2，所述曲面反射镜2用于将双面光伏组件1两侧垂直入射的光线反射至双面光伏组件1的背面，所述双面光伏组件1与双轴太阳跟踪器连接，所述双面光伏组件的外侧边缘与曲面反射镜2的内侧边缘在同一竖直面上，所述双面光伏组件1与曲面反射镜2均安装于双轴跟踪器上，照射到曲面反射镜2上的入射光线始终为垂直入射。
在某些给定a、b、h1，h2的情况下，并不一定能得到二次的曲面，曲面可能是更高阶。此时就不适用于实施例1中的求解过程，而需用如下方式：
曲面反射镜边界的光线分别对应双面光伏组件的边界，由于入射光线为垂直入射，得出：tan(2*α)＝b/h1，则法线的斜率为
Figure PCTCN2018104165-appb-000023
曲线的斜率为k2＝1/k1＝tanα，当光线偏移一个无穷小量△X时，入射光线与曲面的交点同初始点组成的曲面部分可以认为是直线，则该直线的表达式为y＝tanα·x+p，该直线过点(-b,-h1),带入直线方程求得p＝tanα*b-h1，当x1＝-b+ΔX时，则y1＝tanα·(-b+ΔX)+tanα*b-h1＝ΔX*tanα-h1；即得到了光线偏移ΔX时，入射的坐标为(-b+ΔX，ΔX*tanα-h1)，又由于为保障光线均匀入射到双面光伏组件的电池片上，反射光线与电池片的交点同时应偏移ΔX/n；由此(-b+ΔX，ΔX*tanα-h1)、
Figure PCTCN2018104165-appb-000024
替代(-b，-h1)、(0，0)进行下一步的计算， 由此循环，最终求得曲线上各点的具体坐标，由于ΔX极小，相邻两点之间用直线代替曲线，直接连接起来，即构成了反射曲面；其中，a为双面光伏组件的宽度，b为曲面反射镜的宽度，h1为曲面反射镜的高度起始位置，△X为一个无穷小的偏移量，n为b/a的值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

  1. 基于双轴太阳跟踪器的双面光伏组件的曲面反射聚光系统，包括双面光伏组件(1)，在所述双面光伏组件(1)下方两侧分别设置有向外侧凸起的曲面反射镜(2)，所述曲面反射镜(2)用于将双面光伏组件(1)两侧垂直入射的光线反射至双面光伏组件(1)的背面，其特征在于：所述双面光伏组件(1)与双轴太阳跟踪器连接，所述双面光伏组件的外侧边缘与曲面反射镜(2)的内侧边缘在同一竖直面上，所述曲面反射镜(2)在x轴与y轴的平面内的曲面方程为：
    Figure PCTCN2018104165-appb-100001
    其中，m、n为常数，b为曲面反射镜在x轴方向的宽度，h2为曲面反射镜下端部至双面光伏组件的垂直高度。
  2. 根据权利要求1所述的基于双轴太阳跟踪器的双面光伏组件的曲面反射聚光系统，其特征在于：所述双面光伏组件(1)与曲面反射镜(2)均安装于双轴跟踪器上，照射到曲面反射镜(2)上的入射光线始终为垂直入射；
    令曲面反射镜的表达为：y＝mx 2+nx+p,其中，m、n、p为常数；
    则：反射镜的斜率为k 镜＝y′＝2mx+nx；
    该点处对应的法线斜率为
    Figure PCTCN2018104165-appb-100002
    入射角为
    Figure PCTCN2018104165-appb-100003
    则反射光线与x轴的夹角为
    Figure PCTCN2018104165-appb-100004
    反射光线的斜率
    Figure PCTCN2018104165-appb-100005
    曲面反射镜在坐标系中过点(0，-h2),则带入反射镜方程可得p＝-h2，其中h2为曲面反射镜下端部至双面光伏组件的垂直高度；
    由于反射光是直线令反射光为
    Figure PCTCN2018104165-appb-100006
    由边界条件可知，当入射光线过曲线上的点(0，-h2)时，反射光线过点(a,0)，带入反射镜表达式可得：
    Figure PCTCN2018104165-appb-100007
    联立可以解得n，其中a为双面光伏组件的宽度；
    同时当入射光线过曲线上的点(-b,-h1)时，反射光线过点(0，0)可得：
    Figure PCTCN2018104165-appb-100008
    带入n可以求得m，其中，h1为曲面反射镜上端部至双面光伏组件的垂直高度；
    由式可见，m、n的解并不唯一，需通过判别式进行筛选；判别式即为反射光线与曲面相交，即
    Figure PCTCN2018104165-appb-100009
    当X＝-b时，Q＝0；则有：
    Figure PCTCN2018104165-appb-100010
    由此，反射曲面得以确定。
  3. 基于双轴太阳跟踪器的双面光伏组件的曲面反射聚光系统，包括双面光伏组件(1)，在所述双面光伏组件(1)下方两侧分别设置有向外侧凸起的曲面反射镜(2)，所述曲面反射镜(2)用于将双面光伏组件(1)两侧垂直入射的光线反射至双面光伏组件(1)的背面，其特征在于：所述双面光伏组件(1)与双轴太阳跟踪器连接，所述双面光伏组件的外侧边缘与曲面反射镜(2)的内侧边缘在同一竖直面上，所述双面光伏组件(1)与曲面反射镜(2)均安装于双轴跟踪器上，照射到曲面反射镜(2)上的入射光线始终为垂直入射；
    曲面反射镜边界的光线分别对应双面光伏组件的边界，由于入射光线为垂直入射，得出：tan(2*α)＝b/h1，则法线的斜率为
    Figure PCTCN2018104165-appb-100011
    曲线的斜率为k2＝1/k1＝tanα，当光线偏移一个无穷小量△X时，入射光线与曲面的交点同初始点组成的曲面部分可以认为是直线，则该直线的表达式为y＝tanα·x+p，该 直线过点(-b,-h1),带入直线方程求得p＝tanα*b-h1，当x1＝-b+ΔX时，则y1＝tanα·(-b+ΔX)+tanα*b-h1＝ΔX*tanα-h1；即得到了光线偏移ΔX时，入射的坐标为(-b+ΔX，ΔX*tanα-h1)，又由于为保障光线均匀入射到双面光伏组件的电池片上，反射光线与电池片的交点同时应偏移ΔX/n；由此(-b+ΔX，ΔX*tanα-h1)、
    Figure PCTCN2018104165-appb-100012
    替代(-b，-h1)、(0，0)进行下一步的计算，由此循环，最终求得曲线上各点的具体坐标，由于ΔX极小，相邻两点之间用直线代替曲线，直接连接起来，即构成了反射曲面；其中，a为双面光伏组件的宽度，b为曲面反射镜的宽度，h1为曲面反射镜的高度起始位置，△X为一个无穷小的偏移量，n为b/a的值。
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