一種可調節式太陽能光伏發電裝置的制作方法

本發明涉及太陽能光伏發電技術領域，特別涉及一種可調節式太陽能光伏發電裝置。

背景技術：

隨著光伏行業的發展，太陽能發電應用的場合越來越多，除了建設在荒漠地區的大型光伏電站外，城市中太陽能發電也越來越常見。然而光伏發電系統的高成本、占地面積大始終制約著光伏行業的快速發展。

在荒漠等土地比較多的地方，土地成本比較低，適用于大規模光伏發電站的建立，但是在城鎮等地區土地成本越來越高，因而土地費用占光伏系統成本的比例越來越高，因此如何增加單位土地面積的光伏發電量，以降低光伏發電系統的成本成為光伏產業城市化發展的一個關鍵點。增加單位土地的光伏發電量可以從兩方面入手，一方面充分利用城鎮中已經有的功能建筑，利用屋頂和墻壁建筑面積，節省土地成本；另一方面，可以考慮增加單位土地面積內的有效電池數量。

本設計將從第二個方面出發，提出一種新的光伏網架方案，取得增加單位土地面積內光伏發電量的目的。

現有光伏發電設備分為固定式和可翻轉式這兩種類型。固定式光伏發電設備是將光伏發電器件 ( 俗稱光電池 ) 設置在固定的載體上；使用時，陽光照射在光伏發電器件上的角度隨時間變化，單位能量的太陽能所產生的電能 ( 即發電效率 ) 也隨每天中不同時段的時間變化。在太陽光線垂直照射在光伏發電器件表面時 ( 例如中午 )，單位能量的太陽能所產生的電能最強 ( 即發電效率最高 )。而太陽光線照射到光伏發電器件表面的傾角愈大，單位能量的太陽能所產生的電能愈弱 ( 即發電效率越低，例如早晨和黃昏 )。可旋轉式光伏發電設備是將光伏發電器件設置在可旋轉的載體上；使用時，該載體帶著光伏發電器件跟隨太陽相對地面的相位變化而做相應的轉動，保證太陽光線垂直照射在太陽能發電器件表面，單位能量的太陽能產生的電能最強 ( 即發電效率最高 )。由于在不同的季節，即使是相同的時刻，太陽光照射到地面俯仰角度會有不同。且根據理論分析表明，對太陽的跟蹤和非跟蹤，能量的接收率相差為30%到40%。

技術實現要素：

本發明要目的在于提供一種可調節式太陽能光伏發電裝置，該裝置能夠有效增加單位土地面積的光伏發電量，進而節省光伏發電的土地成本；此外，該裝置具有可調節功能，可根據太陽光的入射角度，調整轉軸的轉動速度，從而保證太陽光垂直入射到電池板上，大大提高了太陽能的利用率。同時，該裝置結構簡單，操作方便。

本發明提出的一種可調節式太陽能光伏發電裝置，包括網架和電池板1；若干個網架自上而下依次疊加，所述網架包括豎向支撐2、斜向支撐3、橫向連桿4和轉動軸5、剪刀撐6和弧形軌道7，其中：兩個弧形軌道７豎向布置，兩個弧形軌道７的一端分別通過橫向連桿４連接，兩個轉動軸５水平布置，兩個轉動軸的一端分別通過豎向支撐２連接；弧形軌道７的上端通過斜向支撐３連接同一側的位于上端的轉動軸５的一端，弧形軌道７的下端通過斜向支撐３分別連接同一側的位于上端連接軸５和下端轉動軸５的一端；電池板１一側連接轉動軸５，另一側位于兩個弧形軌道７上，所述電池板１以轉動軸５為軸，能在弧形軌道７上來回滑動。

本發明中，所述各層網架的電池板1采用平行設置，且所述電池板1繞轉動軸5在弧形軌道７上做勻速轉動，最大轉動角度為YY=60°。

本發明中，所述轉動軸5轉動同時，帶動電池板1隨著太陽光的偏移而勻速轉動；所述電池板1與地平面呈傾斜設置，所述電池板1和地平面的夾角為太陽角。

本發明中，相鄰的兩個電池板1沿網架層間距h、太陽的入射角α、太陽高度角β，所述電池板1沿轉動軸5方向的邊長d和垂直轉動軸5方向的邊長b之間滿足以下關系式：

h = max{ d/cosα,b/cosβ}。

本發明中，所述轉動軸5做勻速轉動的轉動速率由當地日出日落的時間來確定，可人為調動。且保證陽光垂直照射到電池板1上。

本發明中，所述弧形軌道7由金屬材料做成，不易發生彎折。

本發明中，所述每個網架上的兩個轉動軸５之間設有剪刀撐6，使抗風能力大大提高，提高網架整體的穩定性。

本發明中，位于底部網架上的豎向支撐2上設置有速度調節器8，所述速度調節器８連接每個網架的轉動軸5，用以調節轉動軸５的轉動速度，以保證陽光垂直照射到電池板1上面。

傳統的光伏發電裝置的安裝形式為電池板平鋪在地面或者建筑屋頂上，或者距離地面較低的高度，占用了非常大的土地面積，單位土地面積內發電量少。而本次發明中，網架是一個空間立體支架，包括豎向支撐、斜向支撐、橫向連桿和轉動軸、剪刀撐、弧形軌道和速度調節器。由于該空間立體支架利用的是空間體積，為豎起來的框架，電池板放在固定并可以繞轉動軸轉動的支架上面，因而不占用土地表面積，除此之外，轉動軸帶動電池板隨著陽光的移動而轉動，始終保持電池板垂直于太陽光線。

本發明的有益效果是：一、太陽能電池板距離地面有一定的高度，電池板的下方的空間可以從事其他用途，占用土地的面積僅為支架的占地面積。二、由于該空間立體框架結構，可以設置多層電池板，接受光照的有效電池面積會增加多倍，放置電池板的支架層越多，接受太陽輻射的電池面積越大，發電量越多。三、該裝置具有可調節功能，可根據太陽光的入射角度，調整轉軸的轉動速度，從而保證太陽光垂直入射到電池板上，大大提高了太陽能的利用率。

由上可知，本發明所提供的可調節式太陽能光伏發電裝置能夠有效增加單位土地面積內的光伏發電量，進而節省光伏發電的土地成本。此外，該裝置具有可調節功能，可根據太陽光的入射角度，調整轉軸的轉動速度，從而保證太陽光垂直入射到電池板上，大大提高了太陽能的利用率。同時，由于本發明是在電池板鋪在網架的每一層，因而結構簡單，制造成本較低。

附圖說明

圖1是本發明可調節式太陽能光伏發電裝置的空間立體示意圖。

圖2是本發明可調節式太陽能光伏發電裝置轉軸即將轉動時的空間立體示意圖。

圖3是本發明可調節式太陽能光伏發電裝置的正立面高度示意圖。

圖4是本發明可調節式太陽能光伏發電裝置的側立面高度示意圖。

圖中標號：１為電池板，２為豎向支撐，３為斜向支撐，４為橫向連桿，５為轉動軸，６為剪刀撐，７為弧形軌道，８為速度調節器。

具體實施方式

為了使本領域的技術人員更好的理解本發明的技術方案，下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的詳細說明。

實施例１：本發明的核心是提供一種可調節式太陽能光伏發電裝置，該裝置能夠有效增加單位土地面積內的光伏發電量，進而節省光伏發電的土地成本；此外，該裝置具有可調節功能，可根據太陽光的入射角度，調整轉軸的轉動速度，從而保證太陽光垂直入射到電池板上，大大提高了太陽能的利用率。

為了使本領域的技術人員更好的理解本發明的技術方案，下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的詳細說明。

請同時參考圖1，圖1 為本發明可調節式太陽能光伏發電裝置的立體空間結構示意圖。

在本發明的技術方案中，所述可調節式太陽能光伏發電裝置包括網架及由所屬網架支撐的電池板1；所述網架包括豎向支撐2、斜向支撐3、橫向連桿4和轉動軸5、剪刀撐6、弧形軌道7、速度調節器8。各所述網架的每層電池板1平行設置，且所述電池板1繞轉動軸5做勻速轉動，最大轉動角度為Y（Y=60°）。所述網架的每層均設置有一個光伏電池板1和一個轉動軸5，轉動軸5轉動同時帶動電池板1隨著太陽光的偏移而勻速轉動。所述電池板1互相平行且傾斜設置，所述電池板1和地平面的夾角為太陽角。

兩個相鄰的所述電池板1沿網架層間距h、太陽的入射角α、太陽高度角β、及所述電池板1沿轉動軸5方向的邊長d和垂直轉動軸5方向的邊長b之間滿足以下關系:

h = max{ d/cosα,b/cosβ}

所述光伏電池板1固定于一個轉軸5上，該固定轉軸5兩端連接于所述豎向支撐2，可繞其軸做勻速轉動，轉動速率由當地日出日落的時間來確定，可人為調動。且保證陽光垂直照射到電池板1上。

所述光伏電池板1一端固定于轉動軸5上，另一端連接與弧形軌道7上，并可繞弧形軌道7滑動。所述弧形軌道7由金屬材料做成，不易發生彎折。弧形軌道7之間由橫向支撐4相連，保證了弧形軌道(7)的承載力和網架整體的穩定性。

所述網架一側的每層均設置有剪刀撐6，抗風能力大大提高，提高網架整體的穩定性。

所述網架正面和背面均設置有斜向支撐3，用來維持和支撐弧形軌道7，同時也提高了網架的抗風性能，提高了整體的穩定性。

所述豎向支撐2上設置有速度調節器8，調節轉動軸5的轉動速度，以保證陽光垂直照射到電池板1上面。

傳統的光伏發電裝置的安裝形式為電池板平鋪在地面或建筑屋頂上，或距離地面較低的高度，占用了非常大的土地面積，單位土地面積內發電量少。而在本發明中，網架是一個空間立體支架，包括豎向支撐、斜向支撐、橫向連桿和轉動軸、剪刀撐、弧形軌道和速度調節器。由于該空間立體支架利用的是空間體積，為豎起來的框架，電池板放在固定并可以繞轉動軸轉動的支架上面，因而不占用土地表面積。其具有三個特點：一太陽能電池板距離地面有一定的高度，電池板的下方的空間可以從事其他用途，占用土地的面積僅為網架的占地面積。二：由于該空間立體框架結構，可以設置多層電池板，接受光照的有效電池面積會增加多倍，放置電池板的支架層越多，接受太陽輻射的電池面積越大，發電量越多。三：該裝置具有可調節功能，可根據太陽光的入射角度，調整轉軸的轉動速度，從而保證太陽光垂直入射到電池板上，大大提高了太陽能的利用率。

由上可知，本發明所提供的可調節式太陽能光伏發電裝置能夠有效增加單位土地面積內的光伏發電量，進而節省光伏發電的土地成本。此外，該裝置具有可調節功能，可根據太陽光的入射角度，調整轉軸的轉動速度，從而保證太陽光垂直入射到電池板上，大大提高了太陽能的利用率。

在本技術方案中，需要說明的是，本發明網架的造價成本隨著高度的增加而提高，如何在投資成本與發電量之間取得最優化是本設計的難點。該發電裝置中網架的設計需要將發電裝置的經濟效益與空間網架的形式相結合。通過經濟性分析得出最佳空間網架結構來實現。對此可以采用如下方案完成：

根據光伏系統的組成，確定發電成本的計算方法。發電成本是衡量光伏系統經濟性的重要指標，其與光伏系統的投資成本，發電量有關。二系統投資成本、發電量又與空間立體網架的形式有關。通過光伏發電系統支架相關條件的梳理，對空間立體網架的參數高度、層數、可放置的電池面積等進行優化計算，以取得最佳的空間立體網架結構，獲得最大的經濟效益。

請參考圖3，圖3是圖1可調節式太陽能光伏發電裝置的高度示意圖。

如圖3所示，網架上設置有3個分層，每層設置有一個電池板，一共有3個電池板。首先，最下面的電池板距離地面的高度h1可根據地面的用途來確定，在空間立體的設計中，根據網架應用的場合和用途，h1首先被確定。兩層電池板之間的豎向距離h是由如下公式確定：

h = max{ d/cosα,b/cosβ}

α：太陽的入射角、

β：太陽高度角、

d：電池板沿轉動軸方向的邊長、

b：垂直轉動軸方向的邊長。

N層空間立體網架的高度H=h1+N*h

因而可知，H主要取決于層間距h,該層間距h亦即為兩個相鄰的電池板沿豎向支撐的距離，層間距h的大小直接決定電池板是否被遮擋以及被遮擋面積的大小，即光伏系統的發電效率。這里，將保證全年有效日照時間內上層電池板對下層電池板無遮擋的層間距定義為最大效率層間距，一般保證夏至正午時間無遮擋即能保證全年無遮擋。太陽高度角β與網架安裝的地點有關，安裝地點的緯度越高，夏至正午時刻入射角β越小，網架的最大效率層間距越小。

如圖3、圖4所示，設置電池板傾斜適當的角度，使得當太陽在夏至正午時刻達到入射角α時，太陽光線正好垂直于電池板。電池板沿轉動軸方向的邊長d、垂直轉動軸方向的邊長b,最大效率層間距的計算公式為：

h = max{ d/cosα,b/cosβ}

固定電池板的支架傾角即β也與安裝地點的緯度有關，通常緯度越高，傾角越大，支架的最大效率層間距越小。電池板的大小對最大效率層間距也有影響，通常與高度相關的電池板邊長越小，支架的最大效率層間距越小。

再者，需要說明的是，最大效率層間距能保證光伏系統的最大發電效率，并不一定能使光伏系統具有最大的經濟效益。網架的高度越高，造價成本越高。網架放置電池板的有效面積越大，系統總的發電量也越多，同時電池的成本也越高。網架所處的位置不同，太陽輻射量也有區別，也會影響發電量。所以需要綜合考慮各種因素，優化分析以取得最大的經濟效益，以確定網架的最佳高度、層數及安裝電池板的尺寸面積。網架的每層均設置有一個光伏電池板和一個轉動軸，轉動軸轉動同時帶動電池板隨著太陽光的偏移而勻速轉動。轉動速率由太陽高度來確定，可人為調動。且保證陽光經過鏡面板的折射垂直照射到光伏板上，光伏板所在平面和陽光光線所在直線平行。電池板的轉動角度不能超過設定角度Y（Y=60°）。早晨，光伏板的側向偏移角度調節到最大，如圖4所示。等到陽光垂直照射到電池板時，轉動軸將帶動光伏板開始勻速轉動。操作人員根據當地日出時間Z和太陽光線與水平面的夾角X計算出轉軸的轉動的速率為W=（90°-X）/（(12-Z)*60），然后在時間為z+（90°-X-Y）/w時操作人員調整速度調節器來確定轉軸的轉動速度。電池板開始轉動，一直到下支架平面停止轉動。

對本發明所提供的一種可調節式太陽能光伏發電裝置進行了詳細的介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理和實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是應用于幫助理解和發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。