專利名稱：反射聚光光伏發電系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種反射聚光光伏發電系統，屬于太陽能利用技術領域。
背景技術：
能源是國民經濟發展和人民生活水平提高的重要物質基礎，隨著經濟的持續高速增長，化石能源的資源有限性和開發利用帶來的環境問題越來越成為經濟和社會的可持續發展的制約因素。加快可再生能源的開發利用是解決能源和環境問題的重要途徑和措施。太陽能是清潔無污染且永不枯竭的能源，光伏發電是發展最快的可再生能源之一，也是各國競相發展的重點。
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，難以迅速推廣和普及。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的特性，為了進一步提高光伏發電裝置的性能價格比，各國技術人員開始嘗試通過跟蹤聚光的方法，增加太陽能電池所接受的太陽光照射強度，使得同樣數量的半導體材料產生更多的電能，而增加的聚光跟蹤裝置的成本遠遠低于所節約的太陽能電池成本，相當于用普通的材料代替昂貴的半導體材料，從而大幅度降低光伏發電系統的成本。現有聚光光伏發電系統可按照聚光的形式分為兩種一種采用菲涅爾透鏡折射聚光(如聚光跟蹤太陽發電機，參見專利號CN97204018.8)，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；另外一種是采用大型拋物面反射聚光，其優點是反射效率高，缺點是制造難度大，成本較高，反射鏡容易破碎，機構整體防風性能差。不難發現，現有技術中因為聚光器的成本難以降低，整套系統的性價比提高不明顯，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。
由于制造太陽能電池的單晶硅、多晶硅、砷化鎵等材料的資源量有限，已經不能滿足快速增長的光伏發電產業的需求。目前我國光伏發電產業生產太陽能電池所需的半導體材料短缺，基本上依賴于進口，成本難以進一步降低。如能提供一種易于制造的聚光光伏發電系統，使得產生同樣電能所使用的單晶硅、多晶硅、砷化鎵等半導體材料的數量比普通平板固定式光伏發電系統大大減少，提高光伏發電系統的性價比，則必將有力地推動太陽能光伏發電產業的發展。
發明內容
本發明的目的在于通過采用一種易于制造的反射聚光鏡，增加單位面積太陽能電池的發電量，從而提供一種可大幅度降低光伏發電系統成本的反射聚光光伏發電系統。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是一種反射聚光光伏發電系統，包括太陽能電池陣列和自動跟蹤太陽裝置，所述太陽能電池陣列安裝在支架上，呈線型平行排列，所述自動跟蹤太陽裝置包括驅動太陽能電池陣列及其支架運動的驅動機構、控制驅動機構運動的跟蹤控制電路，還包括安裝在支架下方、呈曲面形的框架，以及安裝在框架中心兩側的長條形反射鏡陣列，所述反射鏡陣列至少含有六列反射鏡，所述太陽能電池陣列朝向反射鏡安裝，縱向與反射鏡的長度方向平行，橫向劃分為至少六等份，各列反射鏡與太陽能電池陣列的各等份一一對應，每列反射鏡反射的光線照射到對應太陽能電池陣列每等份的寬度與該太陽能電池陣列每等份的寬度基本相等。
值得一提的是，與現有技術相比，本發明沒有采用菲涅爾透鏡和大型拋物面反射鏡，換言之，沒有采用工藝復雜、高成本的模具成型技術手段，而是在框架中心兩側安放多列長條形反射鏡，拼裝組成一個大的反射鏡，這樣不僅降低了反射鏡的制造難度，而且可以使得太陽能電池接受的光照分布均勻。采用這種技術制造的反射鏡面積較小，不容易破碎，且由于多列反射鏡之間留有可使風通過的縫隙，機構整體的防風性能大為提高。
這樣，與普通平板固定式光伏發電系統相比，本發明通過跟蹤聚光的方法，增加太陽能電池所接受的太陽光照射強度，使得同樣數量的半導體材料產生更多的電能，而增加的聚光跟蹤裝置的成本遠遠低于所節約的太陽能電池成本，相當于用普通的材料代替昂貴的半導體材料，從而大幅度提高光伏發電系統的性價比。
下面結合附圖和典型實施例對本發明做進一步說明。
圖1為本發明實施例的基本結構示意圖。
圖2為本發明實施例的機構示意圖。
圖3為本發明實施例的反射鏡角度調整機構示意圖。
圖4為本發明實施例的光路示意圖。
具體實施例方式
如圖1基本結構示意圖、圖2機構示意圖和圖4光路示意圖所示，一種反射聚光光伏發電系統，包括太陽能電池陣列1和自動跟蹤太陽裝置，所述太陽能電池陣列1安裝在支架2上，呈線型平行排列，所述自動跟蹤太陽裝置包括驅動太陽能電池陣列1及其支架2運動的驅動機構3、控制驅動機構3運動的跟蹤控制電路4，還包括安裝在支架2下方、呈曲面形的框架5，以及安裝在框架5中心兩側的長條形反射鏡陣列6，反射鏡陣列含有十列反射鏡(一側為A1、B1、C1、D1、E1，另一側為A2、B2、C2、D2、E2)，所述太陽能電池陣列1朝向反射鏡安裝，縱向與反射鏡的長度方向平行，橫向劃分為十等份(S1、S2......S10)，各列反射鏡與太陽能電池陣列的各等份一一對應，每列反射鏡反射的光線照射到對應太陽能電池陣列1每等份的寬度與該太陽能電池陣列1每等份的寬度基本相等。其中A1對應S5，B1對應S4，C1對應S3，D1對應S2，E1對應S1，A2對應S6，B2對應S7，C2對應S8，D2對應S9，E2對應S10，為了看得清楚一些，圖4光路示意圖沒有畫出所有的光線，僅畫出了幾條典型的光線。本實施例采用的反射鏡是平面玻璃反射鏡，背面粘貼纖維網格布作為加強層，框架5的曲面為拋物面，平面玻璃反射鏡在固定件作用下緊貼在框架上，形成拋物面反射鏡，框架5設計成錯層結構，使反射鏡之間互相不擋光。上述拋物面反射鏡的制造方法也可以進行改變，比如直接將拋物面反射鏡或者接近拋物面的圓弧面反射鏡安放到框架5上等。
如圖2機構示意圖所示，本實施例還包括安裝架7，所述太陽能電池陣列1及其支架2、反射鏡以及安裝反射鏡的框架5組成聚光太陽能電池組件，所述聚光太陽能電池組件通過鉸支軸8鉸支在安裝架7上，所述鉸支軸8穿越聚光太陽能電池組件的重心附近，并與驅動機構3銜接。驅動機構3由電9機、與電機9銜接的蝸輪10、蝸桿11組成，蝸輪10的中心軸與鉸支軸8連接。自動跟蹤太陽裝置的跟蹤控制電路4發出指令，由電機9帶動蝸輪10蝸桿11驅動聚光太陽能電池組件繞鉸支軸8轉動，在一維方向上跟蹤太陽，使聚光太陽能電池組件始終對準太陽，分列在框架5中心兩側的十列玻璃反射鏡將太陽光反射到太陽能電池陣列1上。
本實施例的玻璃反射鏡受光口徑與太陽能電池陣列的寬度之比為5∶1，換言之，幾何聚光比為5∶1，按照90％的反射效率計算，光強聚光比為4.5∶1。例如，若普通平板固定式光伏發電系統的發電規模為100kW，使用15％的太陽能電池面積為666.67平方米，本實施例的反射聚光光伏發電系統在產生同樣發電量的情況下，太陽能電池用量為148平方米，僅為普通平板固定式光伏發電系統的22.22％，節約大量的半導體材料，而增加的聚光跟蹤部件的成本在規模化生產時僅為所節約的太陽能電池的1/3，明顯提高了性能價格比。
如圖3為反射鏡角度調整機構示意圖所示，為了微調玻璃反射鏡的角度，使其反射的太陽光對應照射到每一等份太陽能電池陣列1上，本實施例還設置了反射鏡角度調整機構，該調整機構由鉸鏈12以及螺母螺栓機構組成，各反射鏡的一邊通過鉸鏈12與框架5連接，螺栓13固連在反射鏡另一側背部，穿過框架5，通過兩螺母夾持固定。通過調節螺母14與螺栓13的旋合位置，可以實現反射鏡角度的調整。調好之后，并緊兩螺母14即可將反射鏡通過螺栓13與框架5固定。
實際使用時，太陽能電池陣列與反射鏡之間的距離不易安裝到設計的理論值，因此本實施例還設置了可調整太陽能電池陣列1與反射鏡之間的距離的螺旋調整機構。如圖1所示，該調整機構由可轉動支撐在支架2上的螺桿15、與螺桿旋合的螺母16、與螺桿固連的搖柄17、與支架固連的導柱18，以及與導柱形成移動副的導柱套19構成，其中螺母16以及導柱套19與太陽能電池陣列1固連。當搖柄17帶動螺桿15轉動時，太陽能電池陣列1隨螺母16沿導柱18滑動，從而調整太陽能電池陣列1與反射鏡之間的距離。
當然，還可以進行如下改變(1)反射鏡采用拋物面玻璃反射鏡或者圓弧面玻璃反射鏡(可采用模壓成型加工工藝制造)。
(2)框架的曲面不僅可以為拋物面，也可以是圓弧面、拋物面與圓弧面的組合。
(3)玻璃反射鏡的背面除了粘貼纖維網格布作為加強層外，也可以粘貼平整基材作為加強層，所述平整基材可以是玻璃、薄金屬板、鋁塑板、塑料板、有機玻璃板中的一種。
這樣，本發明中的幾種技術方案經過重新組合，可以形成許多可實施的技術方案，在此不一一贅述。
權利要求
1.一種反射聚光光伏發電系統，包括太陽能電池陣列和自動跟蹤太陽裝置，所述太陽能電池陣列安裝在支架頂部，呈線型平行排列，所述自動跟蹤太陽裝置包括驅動太陽能電池陣列及其支架運動的驅動機構、控制驅動機構運動的跟蹤控制電路，其特征在于還包括安裝在支架下方、呈曲面形的框架，以及安裝在框架中心兩側的長條形反射鏡陣列，反射鏡陣列至少含有六列反射鏡，所述太陽能電池陣列朝向反射鏡安裝，縱向與反射鏡的長度方向平行，橫向劃分為至少六等份，各列反射鏡與太陽能電池陣列的各等份一一對應，每列反射鏡反射的光線照射到對應太陽能電池陣列每等份的寬度與該太陽能電池陣列每等份的寬度基本相等。
2.根據權利要求1所述的反射聚光光伏發電系統，其特征在于所述反射鏡是呈一定曲率的玻璃反射鏡，在固定件作用下緊貼在框架上。
3.根據權利要求2所述的反射聚光光伏發電系統，其特征在于還含有反射鏡角度調整機構，所述角度調整機構由鉸鏈以及螺母螺栓機構組成，各反射鏡的一邊通過鉸鏈與框架連接，螺栓固連在反射鏡另一側背部，穿過框架后通過兩螺母夾持固定。
4.根據權利要求3所述的反射聚光光伏發電系統，其特征在于還含有太陽能電池陣列與反射鏡間距調整機構，所述間距調整機構由可轉動支撐在支架上的螺桿、與螺桿旋合的螺母、與螺桿固連的搖柄、與支架固連的導柱，以及與導柱形成移動副的導柱套構成，所述螺母以及導柱套與太陽能電池陣列固連。
5.根據權利要求4所述的反射聚光光伏發電系統，其特征在于還包括安裝架，所述太陽能電池陣列及其支架、反射鏡以及安裝反射鏡的框架組成聚光太陽能電池組件，所述聚光太陽能電池組件通過鉸支軸鉸支在安裝架上，所述鉸支軸穿越聚光太陽能電池組件的重心附近，并與驅動機構銜接。
6.根據權利要求1所述的反射聚光光伏發電系統，其特征在于所述框架的曲面為拋物面、圓弧面或者拋物面與圓弧面的組合。
7.根據權利要求1所述的反射聚光光伏發電系統，其特征在于所述反射鏡是玻璃反射鏡，背面粘貼平整基材、纖維網格布等加強層，所述平整基材可以是玻璃、薄金屬板、鋁塑板、塑料板、有機玻璃板中的一種。
8.根據權利要求1所述的反射聚光光伏發電系統，其特征在于所述反射鏡由平整的基材表面粘貼反射膜制成。
全文摘要
本發明涉及一種反射聚光光伏發電系統，屬于太陽能利用技術領域。本發明的系統包括太陽能電池陣列和自動跟蹤太陽裝置，還包括安裝在支架下方、呈曲面形的框架，以及安裝在框架中心兩側的長條形反射鏡陣列，反射鏡陣列至少含有六列反射鏡，所述太陽能電池陣列朝向反射鏡安裝，縱向與反射鏡的長度方向平行，橫向劃分為至少六等份，各列反射鏡與太陽能電池陣列的各等份一一對應，每列反射鏡反射的光線照射到對應太陽能電池陣列每等份的寬度與該太陽能電池陣列每等份的寬度基本相等。本發明通過采用一種易于制造的反射聚光鏡，增加單位面積太陽能電池的發電量，從而提供一種可大幅度降低光伏發電系統成本的反射聚光光伏發電系統。
文檔編號H02N6/00GK1808879SQ20061003807
公開日2006年7月26日 申請日期2006年1月26日 優先權日2006年1月26日
發明者張耀明, 張建一, 孫利國, 許志龍, 張振遠, 張文進, 劉曉暉 申請人:張耀明, 張振遠