CN108809229B - 高效光伏能源系统及光伏电站 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高效光伏能源系统，包括水平设置的光伏支撑座，光伏支撑座上设有反光组件，该反光组件上方设有双面光伏发电组件，双面光伏发电组件上安装有至少一块双面发电电池板，双面光伏发电组件的中部开设有光线接收区，半球反射体将通过光线接收区的太阳光反射至双面发电电池板的背面，光伏支撑座的下方设有角度调节装置。与现有技术相比，本发明提供的高效光伏能源系统，既可增大光伏发电组件的面积，又可灵活带动半球反射体进行多角度转向，提高半球反射体的光线接收率和光伏电池背面发电率；通过电机驱动角度调节杆摆动，使光伏电池紧随太阳方位角，运转过程中部分重心落在了旋转重心处，实现自动调心，确保整套系统长期稳定运转。

Description

高效光伏能源系统及光伏电站

技术领域

本发明涉及光伏发电领域，特别涉及一种高效光伏能源系统及光伏电站。

背景技术

随着世界能源日趋减少，可再生能源发电技术得到了迅猛发展，太阳能发电由于其独特优势越来越受到人们的关注。如何提高太阳能光伏发电的有效发电量一直是人们追求的目标，常规光伏发电组件为单面晶硅组件，只能在一面接受太阳光照射进行发电，同等安装面积光利用效率低，发电效率低。双面光伏发电组件可正背面接收太阳光照射从而进行双面发电，但是现有的双面光伏发电组件有以下两种安装方式：作为建筑顶棚的建筑材料水平安装，其优势是外形美观、有部分采光作用，但其背面发电依靠的是自然地面反射光线进行发电，地面会吸收大部分光线，光利用效率低，发电效率差，经济性较差；将双面发电光伏组件作为隔音板垂直安装，其优势是其正面和反面都能够接受光照发电，但由于垂直安装，其正面和反面接受的光辐射量都不大，太阳光照利用率也较低；

作为光伏发电应用系统的主要部件之一的光伏支架是用以固定、安装太阳能光伏组件的特殊支撑结构，而目前工程中使用的支架多为固定的焊接结构，这种结构无法满足不同太阳照射角度的要求及达到利用能源的最佳效果。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种高效光伏能源系统及光伏电站，以解决提高光伏电池正、反面对太阳能的接收效率，从而提高太阳光照利用率以及满足不同太阳照射角度的要求，达到利用能源的最佳效果的问题。

本发明采用的技术方案如下：一种高效光伏能源系统，关键在于：包括水平设置的光伏支撑座，所述光伏支撑座上设有反光组件，该反光组件上方设有双面光伏发电组件，双面光伏发电组件上安装有至少一块双面发电电池板，所述双面光伏发电组件的中部开设有光线接收区，所述反光组件将通过所述光线接收区的太阳光反射至所述双面发电电池板的背面，所述光伏支撑座的下方设有角度调节装置；

所述反光组件包括半球反射体，所述半球反射体的球面上涂覆有光谱反射层，该半球反射体的球面朝向光线接收区，所述光伏支撑座上连接有万向节，该半球反射体通过所述万向节安装在所述光伏支撑座上，该半球反射体的底面上设有至少两个方向调节座，所述方向调节座通过钢丝绳连接有定位驱动件；

所述角度调节装置包括正对设有两个竖直固定座，两个所述竖直固定座之间连接有同一个水平传动轴，所述水平传动轴上活动穿设有调心安装座，该调心安装座与所述光伏支撑座固定连接，两个所述竖直固定座之间设有角度调节杆，该角度调节杆的上端与所述调心安装座固定连接，该角度调节杆的下部设有翻转驱动组件。

以上方案的有益效果是太阳光可以照射双面发电电池板的正面进行发电，太阳光还可以通过光线接收区照射在半球反射体上，半球反射体能将这部分太阳光线反射至双面发电电池板的背面；可以根据太阳光射入的角度，以万向节为转动支点，对半球反射体的位置灵活调整，从而达到跟踪太阳，最大效率的提高太阳光照的利用率；角度调节杆在翻转驱动组件的作用下绕水平传动轴转动一定角度，从而驱动光伏支撑座转动，使双面光伏发电组件和反光组件始终正对着太阳光，整体提高太阳光照的利用率。

优选的，所述双面光伏发电组件包括正对设置的两个支撑架，两个所述支撑架的下部与所述支撑座之间通过第一直线滑动件连接，所述第一直线滑动件包括正对设置的两个条形滑块，两个条形滑块的外端分别与所述两个所述支撑架的下部固定连接，所述支撑座的上表面开设有与所述条形滑块相适应的滑槽，两个所述条形滑块之间设有同一双轴气缸，两个条形滑块的内端分别与活动穿设在该双轴气缸中的两个活塞杆固定连接，两个所述支撑架的上部分别平行连接有上滑动架和下滑动架，上滑动架和下滑动架之间滑动连接，所述上滑动架和下滑动架之间围设形成光线接收区，所述上滑动架和下滑动架中分别安装有所述双面发电电池板。

该方案的效果是光伏电站工作时，太阳光可以照射双面发电电池板的正面进行发电，双轴气缸驱动两个支撑架反向运动，调整光线接收区的面积，然后太阳光还可以通过光线接收区照射在反光组件上，反光组件能将这部分太阳光线反射至双面发电电池板的背面，支撑架通过第一滑动件与支撑座之间进行相对滑动，进而带动上、下滑动架之间相对滑动，从而扩大光线接收区的面积，提高反光组件的光线接收率。

优选的，所述翻转驱动组件包括调节底座，两个所述竖直固定座的底部与所述调节底座固定连接，所述调节底座上竖直开设有翻转通槽，所述翻转通槽的两个槽壁上正对开设有安装孔，所述安装孔中设有翻转支撑座，两个所述翻转支撑座之间水平活动穿设有同一个翻转轴，该翻转轴上固套有花键，所述角度调节杆的下端连接有弧形齿条，所述弧形齿条与所述花键啮合，所述翻转轴的任一端穿出所述翻转支撑座连接有电机。

该方案的效果是根据太阳的照射位置，角度调节杆下端的弧形齿条通过与翻转轴上的花键啮合，从而在电机的驱动下转动，达到进行跟踪角度调节，提高发电效率的作用。

优选的，所述水平传动轴与所述调心安装座通过调心轴承安装，所述调心安装座的上表面与所述光伏支撑座的下表面固定连接，所述调心安装座的下表面与所述角度调节杆的上端固定连接，所述光伏支撑座、所述调心安装座和所述角度调节杆同轴线设置。

该方案的效果是使得运转部分重心落在了旋转重心处，实现了“0”偏心设计，能承受径向负荷及轴向负荷，具有较好的抗冲击能力。

优选的，所述角度调节杆为T型杆，该T型杆的竖向伸出部与所述光伏支撑座的下表面固定连接，该T型杆的横向伸出部的下表面竖直开设有弧形槽，所述弧形槽的槽底与所述弧形齿条的凹面固定连接，所述弧形齿条凸面的齿条与所述花键啮合。

该方案的效果是可以进一步提高运转的稳定性。

优选的，所述上滑动架和所述下滑动架均为凹型架，所述上滑动架的伸出部与所述下滑动架的伸出部相对设置，所述上滑动架的伸出部与所述下滑动架的伸出部上下重叠设置，所述上滑动架的伸出部与所述下滑动架的伸出部之间设有第二直线滑动件，所述上滑动架的连接部与所述下滑动架的连接部分别与所述固定支撑架和滑动支撑架的上部固定连接。

该方案的效果是可以使上滑动架和下滑动架之间反向滑动，既可以增大光线接收区的面积，又可以将上滑动架、下滑动架和连接固定架完全展开，从而增大了双面发电电池板的总面积。

优选的，所述第二直线滑动件包括第二条形滑动座和第二T型滑块，所述上滑动架伸出部的下表面连接有所述第二条形滑动座，所述下滑动架伸出部的上表面连接有所述第二T型滑块，所述条形滑动座的下表面开设有与所述第二T型滑块相适应的T 型滑槽。

该方案的效果是可以使上、下滑动架沿着条形滑动座的长度方向直线滑动，并且可以使上、下滑动架保持紧密接触，提高上滑动架与连接固定架相对滑动时的稳定性。

优选的，所述半球反射体、所述万向节和所述光伏支撑座同轴心线设置，所述方向调节座为四个，四个所述方向调节座围绕所述万向节均匀分布。

该方案的效果是能对半球反射体位置的灵活调整，增加跟踪精度，增大跟踪范围，提高太阳能利用率。

优选的，所述定位驱动件包括定滑轮和步进电机，所述定滑轮和所述步进电机均固定在所述光伏支撑座的下表面，所述钢丝绳的一端与所述方向调节座固定连接，所述钢丝绳的另一端依次穿过所述光伏支撑座、定滑轮后，与所述步进电机连接。

该方案的效果是需要对太阳位置进行跟踪时，通过步进电机驱动半球反射体，从而改变半球反射体在空中的倾斜角度，并且驱动力矩小，方向可转换幅度大，太阳跟踪范围宽。

优选的，所述光谱反射层的反射带在基本垂直的入射角时是大约700-1350nm，在与法线成45°入射角时是大约600-1250nm，在与法线成60°入射角时是大约 500-1150nm，以及在与法线成70°入射角时是大约400-1000nm。

该方案的效果是提高太阳光谱的可用能量反射率，减少散乱反射的光学损害。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种高效光伏能源系统，结构设计合理，稳定可靠，既可增大光伏发电组件的面积，提高光伏电池正面发电率，又可灵活带动半球反射体进行多角度转向，跟踪精度更高，跟踪范围更宽，能实现全方位的太阳能跟踪，提高半球反射体的光线接收率及光线发射率，从而提高光伏电池背面发电率；通过电机驱动角度调节杆摆动，使光伏电池紧随太阳方位角，以及增设装有调心轴承的调心安装座，使得运转部分重心落在了旋转重心处，实现自动调心，确保整套系统长期稳定运转。

附图说明

图1为本发明的高效光伏能源系统的结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为图1的俯视图；

图4为图2展开时的结构示意图；

图5为图2的A-A剖视图；

图6为图5展开时的结构示意图；

图7为图4中半球反射体发生角度变化时的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。

如图1-7所示，一种高效光伏能源系统，包括水平设置的光伏支撑座3，所述光伏支撑座3上设有反光组件b，该反光组件b上方设有双面光伏发电组件a，双面光伏发电组件a上安装有至少一块双面发电电池板a5，所述双面光伏发电组件a的中部开设有光线接收区，所述反光组件b将通过所述光线接收区的太阳光反射至所述双面发电电池板a5的背面，所述光伏支撑座3的下方设有角度调节装置c；

所述双面光伏发电组件a包括正对设置的两个支撑架a1，两个所述支撑架a1的下部与所述支撑座3之间通过第一直线滑动件4连接，所述第一直线滑动件4为两个，分别靠近所述光伏支撑座3的侧边设置，所述第一直线滑动件4包括正对设置的两个条形滑块41，两个条形滑块41的外端分别与所述两个所述支撑架a1的下部固定连接，所述支撑座3的上表面开设有与所述条形滑块41相适应的滑槽，两个所述条形滑块41 之间设有同一双轴气缸42，两个条形滑块41的内端分别与活动穿设在该双轴气缸42 中的两个活塞杆固定连接，两个所述支撑架a1的上部分别平行连接有上滑动架a2和下滑动架a3，上滑动架a2和下滑动架a3之间滑动连接，所述上滑动架a2和下滑动架a3 之间围设形成光线接收区，所述上滑动架a2和下滑动架a3中分别安装有所述双面发电电池板a5；

所述角度调节装置c包括正对设有两个竖直固定座c1，两个所述竖直固定座c1之间连接有同一个水平传动轴c2，所述水平传动轴c2上活动穿设有调心安装座c4，所述水平传动轴c2与所述调心安装座c4通过调心轴承安装，所述调心安装座c4的上表面与所述光伏支撑座3的下表面固定连接，所述调心安装座c4的下表面与所述角度调节杆 c3的上端固定连接，该角度调节杆c3的下部设有翻转驱动组件8，所述光伏支撑座3、所述调心安装座c4和所述角度调节杆c3同轴线设置。

图5和图6中可以看到，所述第一直线滑动件4包括正对设置的两个条形滑块41，两个条形滑块41的外端分别与所述两个所述支撑架a1的下部固定连接，所述支撑座3 的上表面开设有与所述条形滑块41相适应的滑槽，两个所述条形滑块41之间设有同一双轴气缸42，两个条形滑块41的内端分别与活动穿设在该双轴气缸42中的两个活塞杆固定连接。

图1、图5和图6中可以看到，所述反光组件b包括半球反射体b1，该半球反射体 b1设置在两个所述第一直线滑动件4之间，所述半球反射体b1的球面上涂覆有光谱反射层，所述光谱反射层的反射带在基本垂直的入射角时是大约700-1350nm，在与法线成45°入射角时是大约600-1250nm，在与法线成60°入射角时是大约500-1150nm，以及在与法线成70°入射角时是大约400-1000nm，该半球反射体b1的球面朝向所述光线接收区，所述光伏支撑座3上连接有万向节b2，该半球反射体b1通过所述万向节b2安装在所述光伏支撑座3上，所述半球反射体b1、所述万向节b2和所述光伏支撑座 3同轴心线设置，该半球反射体b1的底面上设有四个方向调节座b3，四个所述方向调节座b3围绕所述万向节b2均匀分布，所述方向调节座b3通过钢丝绳连接有定位驱动件b4。

图3和图4中还可以看到，所述上滑动架a2和所述下滑动架a3均为凹型架，所述上滑动架a2的伸出部与所述下滑动架a3的伸出部相对设置，所述上滑动架a2的伸出部与所述下滑动架a3的伸出部上下重叠设置，所述上滑动架a2的伸出部与所述下滑动架a3 的伸出部之间设有第二直线滑动件5，所述上滑动架a2的连接部与所述下滑动架a3的连接部分别与两个所述支撑架a1的上部固定连接。

图2、图5和图6中所示，所述第二直线滑动件5包括第二条形滑动座51和第二T型滑块52，所述上滑动架a2伸出部的下表面连接有所述第二条形滑动座51，所述下滑动架a3伸出部的上表面连接有所述第二T型滑块52，所述条形滑动座51的下表面开设有与所述第二T型滑块52相适应的T型滑槽。

图1、图2和图7中可以看到，所述定位驱动件b4包括定滑轮b41和步进电机b42，所述定滑轮b41和所述步进电机b42均固定在所述光伏支撑座3的下表面，所述钢丝绳的一端与所述方向调节座b3固定连接，所述钢丝绳的另一端依次穿过所述光伏支撑座3、定滑轮b41后，与所述步进电机b42连接。

图1和图2中还可以看到，所述翻转驱动组件8包括调节底座81，两个所述竖直固定座c1的底部与所述调节底座81固定连接，所述调节底座81上竖直开设有翻转通槽 82，所述翻转通槽82的两个槽壁上正对开设有安装孔83，所述安装孔中设有翻转支撑座84，两个所述翻转支撑座84之间水平活动穿设有同一个翻转轴85，该翻转轴85 上固套有花键86，所述角度调节杆c3为T型杆，该T型杆的竖向伸出部与所述光伏支撑座3的下表面固定连接，该T型杆的横向伸出部的下表面竖直开设有弧形槽，所述角度调节杆c3的下端连接有弧形齿条87，所述弧形槽的槽底与所述弧形齿条87的凹面固定连接，所述弧形齿条87与所述花键86啮合，所述翻转轴85的任一端穿出所述翻转支撑座84连接有电机。

最后需要说明，上述描述仅为本发明的优选实施例，本领域的技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高效光伏能源系统，其特征在于：包括水平设置的光伏支撑座（3），所述光伏支撑座（3）上设有反光组件（b），该反光组件（b）上方设有双面光伏发电组件（a），双面光伏发电组件（a）上安装有至少一块双面发电电池板（a5），所述双面光伏发电组件（a）的中部开设有光线接收区，所述反光组件（b）将通过所述光线接收区的太阳光反射至所述双面发电电池板（a5）的背面，所述光伏支撑座（3）的下方设有角度调节装置（c）；

所述反光组件（b）包括半球反射体（b1），所述半球反射体（b1）的球面上涂覆有光谱反射层，该半球反射体（b1）的球面朝向光线接收区，所述光伏支撑座（3）上连接有万向节（b2），该半球反射体（b1）通过所述万向节（b2）安装在所述光伏支撑座（3）上，该半球反射体（b1）的底面上设有至少两个方向调节座（b3），所述方向调节座（b3）通过钢丝绳连接有定位驱动件（b4）；

所述角度调节装置（c）包括正对设有两个竖直固定座（c1），两个所述竖直固定座（c1）之间连接有同一个水平传动轴（c2），所述水平传动轴（c2）上活动穿设有调心安装座（c4），该调心安装座（c4）与所述光伏支撑座（3）固定连接，两个所述竖直固定座（c1）之间设有角度调节杆（c3），该角度调节杆（c3）的上端与所述调心安装座（c4）固定连接，该角度调节杆（c3）的下部设有翻转驱动组件（8）；

所述双面光伏发电组件（a）包括正对设置的两个支撑架（a1），两个所述支撑架（a1）的下部与所述支撑座（3）之间通过第一直线滑动件（4）连接，所述第一直线滑动件（4）为两个，分别靠近所述光伏支撑座（3）的侧边设置，所述第一直线滑动件（4）包括正对设置的两个条形滑块（41），两个条形滑块（41）的外端分别与所述两个所述支撑架（a1）的下部固定连接，所述支撑座（3）的上表面开设有与所述条形滑块（41）相适应的滑槽，两个所述条形滑块（41）之间设有同一双轴气缸（42），两个条形滑块（41）的内端分别与活动穿设在该双轴气缸（42）中的两个活塞杆固定连接，两个所述支撑架（a1）的上部分别平行连接有上滑动架（a2）和下滑动架（a3），上滑动架（a2）和下滑动架（a3）之间滑动连接，所述上滑动架（a2）和下滑动架（a3）之间围设形成光线接收区，所述上滑动架（a2）和下滑动架（a3）中分别安装有所述双面发电电池板（a5）；

所述上滑动架（a2）和所述下滑动架（a3）均为凹型架，所述上滑动架（a2）的伸出部与所述下滑动架（a3）的伸出部相对设置，所述上滑动架（a2）的伸出部与所述下滑动架（a3）的伸出部上下重叠设置，所述上滑动架（a2）的伸出部与所述下滑动架（a3）的伸出部之间设有第二直线滑动件（5），所述上滑动架（a2）的连接部与所述下滑动架（a3）的连接部分别与两个所述支撑架（a1）的上部固定连接；

所述半球反射体（b1）、所述万向节（b2）和所述光伏支撑座（3）同轴心线设置，所述方向调节座（b3）为四个，四个所述方向调节座（b3）围绕所述万向节（b2）均匀分布；

所述定位驱动件（b4）包括定滑轮（b41）和步进电机（b42），所述定滑轮（b41）和所述步进电机（b42）均固定在所述光伏支撑座（3）的下表面，所述钢丝绳的一端与所述方向调节座（b3）固定连接，所述钢丝绳的另一端依次穿过所述光伏支撑座（3）、定滑轮（b41）后，与所述步进电机（b42）连接。

2.根据权利要求1所述的高效光伏能源系统，其特征在于：所述翻转驱动组件（8）包括调节底座（81），两个所述竖直固定座（c1）的底部与所述调节底座（81）固定连接，所述调节底座（81）上竖直开设有翻转通槽（82），所述翻转通槽（82）的两个槽壁上正对开设有安装孔（83），所述安装孔中设有翻转支撑座（84），两个所述翻转支撑座（84）之间水平活动穿设有同一个翻转轴（85），该翻转轴（85）上固套有花键（86），所述角度调节杆（c3）的下端连接有弧形齿条（87），所述弧形齿条（87）与所述花键（86）啮合，所述翻转轴（85）的任一端穿出所述翻转支撑座（84）连接有电机。

3.根据权利要求2所述的高效光伏能源系统，其特征在于：所述水平传动轴（c2）与所述调心安装座（c4）通过调心轴承安装，所述调心安装座（c4）的上表面与所述光伏支撑座（3）的下表面固定连接，所述调心安装座（c4）的下表面与所述角度调节杆（c3）的上端固定连接，所述光伏支撑座（3）、所述调心安装座（c4）和所述角度调节杆（c3）同轴线设置。

4.根据权利要求3所述的高效光伏能源系统，其特征在于：所述角度调节杆（c3）为T型杆，该T型杆的竖向伸出部与所述光伏支撑座（3）的下表面固定连接，该T型杆的横向伸出部的下表面竖直开设有弧形槽，所述弧形槽的槽底与所述弧形齿条（87）的凹面固定连接，所述弧形齿条（87）凸面的齿条与所述花键（86）啮合。

5.根据权利要求4所述的高效光伏能源系统，其特征在于：所述第二直线滑动件（5）包括第二条形滑动座（51）和第二T型滑块（52），所述上滑动架（a2）伸出部的下表面连接有所述第二条形滑动座（51），所述下滑动架（a3）伸出部的上表面连接有所述第二T型滑块（52），所述条形滑动座（51）的下表面开设有与所述第二T型滑块（52）相适应的T型滑槽。

6.根据权利要求1或5所述的高效光伏能源系统，其特征在于：所述光谱反射层的反射带在基本垂直的入射角时是大约700-1350nm，在与法线成45︒入射角时是大约600-1250nm，在与法线成60︒入射角时是大约500-1150nm，以及在与法线成70︒入射角时是大约400-1000nm。