專利名稱：立體多層次光伏發電聚光器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光伏發電裝置，特別是一種立體多層次光伏發電聚光器，屬于太陽能利用技術領域。
背景技術：
太陽能是一種清潔無污染的可再生能源，取之不盡，用之不竭，充分開發利用太陽能不僅可以節約日益枯竭的常規能源，緩解嚴峻的資源短缺問題，而且還可以減少污染，保護人類賴以生存的生態環境。在眾多的太陽能利用技術中，太陽能光伏發電技術實現了直接將太陽能轉化為電能，是一種最方便的利用方式，它具有運行安全可靠、無需燃料、無噪聲、無污染、可就地利用、使用維護簡便、規模可大可小等優點，因而受到了世界各國的重視。
雖然太陽能光伏發電具有很多優點，但在光伏發電的發展過程中，使用成本過高一直是制約其迅速推廣應用的關鍵因素。其重要原因之一是用于生產太陽能電池的半導體材料價格昂貴，消耗量大，導致以太陽能電池為核心的光伏發電系統的成本難以大幅度降低。
常規的光伏發電系統一般是將太陽能電池固定安裝，價格居高不下，難以迅速推廣應用。根據太陽能電池在一定條件下輸出的電流與接受的光照強度成正比增加而又不至于影響光伏電池壽命的特征，人們開始研究采用聚光和跟蹤技術，希望在獲得同樣電能的情況下減少太陽能電池的用量，而增加的跟蹤聚光的成本遠低于所節約的太陽能電池的成本相當于用普通的金屬玻璃等材料代替昂貴的半導體材料。德國、美國、西班牙、澳大利亞等國都分別開發了菲涅爾透鏡聚光、反射聚光等各種聚光光伏發電系統，現有折射聚光的缺點是光強均勻性較差，透過率難以提高，制造成本較高，大型拋物面反射聚光的缺點是拋物面反射鏡制造難度大，成本較高，反射鏡容易破碎，機構整體防風性能差。這些均導致整套系統性價比提高不明顯，使得聚光光伏發電系統的優勢難以體現。到目前為止，僅有少量試驗、示范性質的聚光光伏發電系統投入運行。
近幾年來，我國太陽能光伏組件產量幾乎以每年翻番的速度增長，但太陽能光伏技術開發和利用的水平不僅遠低于發達國家，也落后于印度、巴西等發展中國家。盡管我國有著很好的太陽能資源和光伏電池制造能力，但是太陽能光伏產業的整體水平與發達國家還有很大的差距，一是太陽能電池所使用的晶體硅原料的生產依賴進口，原料緊缺，目前乃至今后很長一段時期，成本下降的空間較小，二是太陽能光伏系統應用還很少。
發明內容
本發明的目的在于提供一種易于制造、成本低廉、性價比高、具有較高反射鏡利用率、規模較大的立體多層次光伏發電聚光器。
為實現上述目的，本發明的技術解決方案是本發明是一種立體多層次光伏發電聚光器，它包括太陽能電池組件陣列、安裝太陽能電池組件陣列的支架、平面反射鏡陣列、平面反射鏡安裝框架、自動跟蹤太陽轉動的裝置；所述的自動跟蹤太陽轉動的裝置由驅動平面反射鏡框架轉動的驅動裝置和接收太陽光線的光電傳感器和處理電路組成；所述的太陽能電池組件陣列至少由兩層太陽能電池板組件構成，多層太陽能電池板沿縱向、間隔布置在平面反射鏡的上方。
所述的支架設置于平面反射鏡安裝框架中心線上，其下端固接在平面反射鏡安裝框架上；所述的多層太陽能電池板沿縱向、間隔安裝在支架上部且位于平面反射鏡陣列的上方，與平面反射鏡陣列相對。
所述的每層太陽能電池板組件由對稱的兩列太陽能電池板組件構成；所述的平面反射鏡陣列分成多組，對稱安裝在反射鏡安裝框架中心線兩側。
所述的對稱的兩列太陽能電池板組件對稱安裝在支架的兩側。
所述的每列太陽能電池板組件對應一組平面反射鏡。
所述的每組平面反射鏡至少由3列平面反射鏡組成。
采用上述方案后，本發明具有以下優點(1)由于本發明的太陽能電池板組件多層對稱安裝在支架中心線的兩側，每層太陽能電池板與支架的安裝角度不同，反射鏡陣列分成多組，對稱安裝在框架中心線兩側，平面玻璃反射鏡利用率大于90％，尤其在現有的單晶硅電池板耐熱能力下，特別適合于3倍左右的聚光比要求。
(2)由于本發明多層次的電池板只安裝一個跟蹤器，節省了制造成本，使得本發明結構簡單、易于制造、成本低廉、性價比高。聚光比可根據當地太陽的日照強度進行合理設計，適宜應用于不同規模的太陽能光伏發電系統中，有利于光伏發電系統的推廣應用。
(3)由于本發明為對稱結構，不僅工整美觀，而且其框架支架結構自然留出較大穿風空檔，反射鏡陣列也形成適當縫隙，顯著增強了系統的抗風性能。
(4)由于太陽能電池組件被照射面朝下安置，因而可以避免灰塵等污物在被照射面上堆積，不會形成熱斑，從而避免出現熱島效應，可延長太陽能電池組件的壽命。
綜上所述，本發明與固定式光伏發電系統相比，易于制造、成本低廉，增加了太陽能電池板所接受的太陽光照射強度，在獲得同樣的電能情況下，太陽能電池的用量僅為固定式的光伏發電系統的幾分之一，而增加跟蹤聚光機構的成本遠低于所節約的太陽能電池的成本，因此顯著降低了總體成本，提高了性價比。聚光器通過光電傳感器、電控系統和驅動裝置自動跟蹤太陽轉動，確保實時變化的太陽光線與聚光器始終保持一定的位置關系。從而確保框架上各組平面鏡把太陽光線均勻地反射到支架上的電池板上，實現數倍聚光功能。
下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步說明。
圖1是本發明的側視圖；圖2是本發明的正視圖；圖3是本發明太陽能電池組件陣列的第一種布置方式的光學原理示意圖；圖4是本發明太陽能電池組件陣列的第二種布置方式的光學原理示意圖；圖5本發明的數學模型。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明是一種立體多層次光伏發電聚光器，它包括太陽能電池組件陣列1、安裝太陽能電池組件陣列的支架2、平面反射鏡陣列3、平面反射鏡安裝框架4、自動跟蹤太陽反射裝置5。
所述的自動跟蹤太陽反射裝置5由驅動平面反射鏡框架4轉動的驅動裝置51和接收太陽光線的光電傳感器52和處理電路(圖中未示)組成。
所述的支架2設置于平面反射鏡安裝框架4中心線上，其下端固接在平面反射鏡安裝框架4上。所述的太陽能電池組件陣列1安裝在支架2上。所述的太陽能電池組件陣列1由兩層太陽能電池板組件11、12構成。上層太陽能電池板組件11由對稱的兩列太陽能電池板組件111、112構成。下層太陽能電池板組件12由對稱的兩列太陽能電池板組件121、122構成。上層太陽能電池板組件11和下層太陽能電池板組件12沿縱向、間隔安裝在支架2上部，即，上層太陽能電池板組件11安裝在上，下層太陽能電池板組件12安裝在下。而且，對稱的上層兩列太陽能電池板組件111、112和對稱的下層兩列太陽能電池板組件121、122皆對稱安裝在支架2的兩側，且皆位于平面反射鏡陣列3的上方，為了使太陽能電池組件陣列1與平面反射鏡陣列3相對，太陽能電池組件陣列1被反向安裝在支架2上，以便接收平面反射鏡陣列3的反射光。在本實施例中，平面反射鏡陣列3由四組平面反射鏡31、32、33、34組成，每組平面反射鏡31、32、33、34包括三列平面反射鏡。每列太陽能電池板組件111、112、121、122對應一組平面反射鏡，從而形成如下對應關系(如圖3所示)太陽能電池板組件111對應平面反射鏡31，太陽能電池板組件121對應平面反射鏡32，太陽能電池板組件112對應平面反射鏡33、太陽能電池板組件122對應平面反射鏡34。
如果太陽能電池組件陣列1’由三層太陽能電池板組件11’、12’、13’構成，則與平面反射鏡陣列3’形成如圖4所示的對應關系。
本發明通過光電傳感器52、電控系統(圖中未示)和驅動裝置51自動跟蹤太陽轉動，確保實時變化的太陽光線與聚光器始終保持一定的位置關系。從而確保平面反射鏡安裝框架4各組平面反射鏡31、32、33、34把太陽光線均勻地反射到支架2頂部對應的四列太陽能電池板組件111、112、121、122上，實現數倍聚光功能。
圖4是本發明的光學原理示意圖。入射光線經各塊平面反射鏡陣列3’反射后，均勻地照射到對應一側的太陽能電池陣列1’上，實現數倍聚光功能。
圖5為本發明的數學模型，在電池板1A和平面鏡3A間建立直角坐標系，假設電池板1A的放置角度和寬度分別為φ和AB1，如圖入射光線B1O1經平面鏡O1O2的端點O1反射后的光線O1A反射到電池板的端點A，由入射光線和反射光線可得平面鏡O1O2的放置角度β1。經電池板另一端點B1，作反射光線B1O2J//AO1，可得平面鏡的另一端點O2，同理可得出其余平面鏡O2O3、O3O4、O4O5……的放置角度和尺寸。
本發明的重點就在于所述的太陽能電池組件陣列由兩層以上太陽能電池板組件構成，該多層太陽能電池板沿縱向、間隔布置在平面反射鏡的上方。
故，凡在平面反射鏡的上方多層重疊布置太陽能電池板組件形式的太陽能電池組件陣列，皆屬本發明保護的范圍。
權利要求
1.一種立體多層次光伏發電聚光器，它包括太陽能電池組件陣列、安裝太陽能電池組件陣列的支架、平面反射鏡陣列、平面反射鏡安裝框架、自動跟蹤太陽轉動的裝置；所述的自動跟蹤太陽轉動的裝置由驅動平面反射鏡框架轉動的驅動裝置和接收太陽光線的光電傳感器和處理電路組成；其特征在于所述的太陽能電池組件陣列至少由兩層太陽能電池板組件構成，多層太陽能電池板沿縱向、間隔布置在平面反射鏡的上方。
2.根據權利要求1所述的立體多層次光伏發電聚光器，其特征在于所述的支架設置于平面反射鏡安裝框架中心線上，其下端固接在平面反射鏡安裝框架上；所述的多層太陽能電池板沿縱向、間隔安裝在支架上部且位于平面反射鏡陣列的上方，與平面反射鏡陣列相對。
3.根據權利要求2所述的立體多層次光伏發電聚光器，其特征在于所述的每層太陽能電池板組件由對稱的兩列太陽能電池板組件構成；所述的平面反射鏡陣列分成多組，對稱安裝在反射鏡安裝框架中心線兩側。
4.根據權利要求3所述的立體多層次光伏發電聚光器，其特征在于所述的對稱的多列太陽能電池板組件對稱安裝在支架的兩側。
5.根據權利要求4所述的立體多層次光伏發電聚光器，其特征在于所述的每列太陽能電池板組件對應一組平面反射鏡。
6.根據權利要求5所述的立體多層次光伏發電聚光器，其特征在于所述的每組平面反射鏡至少由3列平面反射鏡組成。
全文摘要
本發明公開了一種立體多層次光伏發電聚光器，它包括太陽能電池組件陣列、安裝太陽能電池組件陣列的支架、平面反射鏡、平面反射鏡安裝框架、自動跟蹤太陽轉動的裝置。所述的太陽能電池組件陣列由多層太陽能電池板組件構成，該多層太陽能電池板沿縱向、間隔布置在平面反射鏡的上方。由于本發明的太陽能電池板組件多層對稱安裝在支架中心線的兩側，每層太陽能電池板與支架的安裝角度不同，反射鏡陣列分成多組，對稱安裝在框架中心線兩側，平面玻璃反射鏡利用率大于90％，尤其在現有的單晶硅電池板耐熱能力下，特別適合于3倍左右的聚光比要求。
文檔編號H02N6/00GK1874004SQ20061003611
公開日2006年12月6日 申請日期2006年6月22日 優先權日2006年6月22日
發明者許志龍, 劉菊東, 張建一, 張耀明, 侯達盤, 常勇, 劉建華, 陳亞洲, 陳志強 申請人:集美大學, 張耀明