一种基于太阳能电池板的供热发电装置和利用方法与流程

本发明涉及一种方法和设备用于产生电能和加热，具体涉及采用抛物面太阳能电池板的光电和光热技术。

背景技术：

价格波动，限制供应，不可靠的分销系统和有害的副产品是化石燃料的缺点。因此，社会需要发展可靠、可持续、清洁高效的新能源。一种可再生、可持续的清洁能源形式是太阳能。产生热量的光热面板系统和产生电力的光伏面板系统就是分别利用太阳能达到不同的效果。然而，这些系统的不足之处在于它们效率低。许多国家的小村庄无法通过这种办法获取电力和热能。此外，狭小或形状不规则的屋顶限制了很多太阳能面板的使用。太阳能安装面积需求高，安装成本高，限制了太阳能电力系统和太阳能热力系统的使用。一种可用的有效提高太阳能板工作效率的方法是最大限度地利用用于能量产生的面板表面积。换句话说，减少“浪费”和“非生产性领域”表面，使面板更加节省空间。另一种方法是改变太阳能面板的形状，提高太阳能收集效率和安装的空间利用效率。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：普通太阳能面板面积需求高，安装成本大，且很难利用太阳能同时产生热能和电能，限制了太阳能面板的工作效率。本发明通过改变太阳能面板的形状，将太阳能电力系统和太阳能热力系统相结合，提高了太阳能手机效率和空间利用效率。

本发明的技术方案是：一种基于太阳能电池板的供热发电装置，包括柔性光电池基板6、换热管4、光伏电池1、光反射镜2和电池8；所述柔性光电池基板6呈非平面状，柔性光电池基板6朝向光源的一面上设有光伏电池1和光反射镜2；换热管4通过外部支架将其架起，下方为光伏电池1和光反射镜2；电池通过导线与光伏电池1连接；光反射镜2吸收阳光后反射至换热管4，对换热管4内的液体进行升温加热；光伏电池1吸收太阳光后产生电能，储存至电池内。

本发明的进一步技术方案是：柔性光电池基板6呈抛物线型，且焦点线朝向光源；换热管4的轴线位于抛物线焦线所在的平面上。

本发明的进一步技术方案是：所述光伏电池1和光反射镜2间隔排列。

本发明的进一步技术方案是：一种基于太阳能电池板的供热发电装置的利用方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：将太阳能电池板弯曲成抛物线形，并放置光反射镜。沿抛物线焦线安装铜制换热管，流入管和流出管。

步骤二：将太阳能电池板放置在直射阳光下，吸热液体导入换热管进行循环。吸热液体通过热交换获取热能，通过管路输送至热电转化装置发电或直接用于生产生活。光伏电池通过导电线将产生的电能传输至电池储存或直接给用电器供电。

发明效果

本发明的技术效果在于：一个抛物面形太阳能电池板样品经过了测试，获得了以下数据。太阳能电池板放置于直射阳光下，与设备连接。测量面板平坦时电路中的水温，电压和电流的产生。在面板以不同的角度弯曲成抛物线形状后，重复相同的测试过程。抛物面的焦点的位置可以用不同的弯曲角度来计算。为此，所使用的的公式为f＝x²/4a，其中参数f为焦点到抛物面中心的距离，参数x为抛物面的半径，即x＝抛物面的直径除以2；参数a为抛物线的深度，即抛物面边缘到抛物面中心的垂直高度。以下给出样本计算：

f＝x²/4a＝(67.945/2)²/4(23.5)＝12.28cm

在不同的角度(0°-8°)弯曲太阳能板后测量水温、电压和电流的产生，计算所节约的储存面积如下所示：

平板太阳能电池板覆盖的区域

84.98cm×39.98cm＝3397.5cm²

太阳能电池板覆盖的区域(弯曲4°)

80.24cm×39.98cm＝3208.0cm²

节省空间

3397.5cm²-3208.0cm²＝189.5cm²

空间节省百分比

(189.5cm²)/3208.0cm²×100＝5.91％

对于尺寸84.98cm×39.98cm的一个面板，可节省5.91％的空间

据计算，随着太阳电池板的弯曲角度增加或面板的曲率增加，其热效率增加，电效率稍微降低。然而，弯曲面板超过一定角度会阻挡越来越多的阳光，这会导致其热效率和电效率均明显降低。

附图说明

附图标记说明：

图1为抛物线形光伏电池面板的正视横截面图

图2为抛物线形光伏电池面板的仰视截面图

图3为抛物线形光伏电池面板的右侧视图

图4为抛物线形光伏电池面板的左侧视图

图5为抛物线形光伏电池面板的俯视图

图6是描述使用光电和光热装置的方法流程图

图中：1.光伏电池2.光反射镜3.流入管4.换热管5.流出管6.柔性光电池基板7.导电线8.电池9.支架

具体实施方式

参见图1-图6，本发明公开的是一种太阳能电池板高效利用方法及设备。其中，柔性基板为抛物线形状。柔性基板材质为金属铝；另一种耐候性金属或金属合金，如不锈钢；或其他耐候性材料如塑料或乙烯基材料。这些材料置于遮挡隔离外部环境的结构之外，暴露于各种气候条件之下时，不会发生腐蚀、降解、氧化、生锈、变性。柔性基板具有矩形、正方形、偶数边的多边形或任何可以画出一条对称线的几何形式。柔性基板沿对称线以相同的方式弯曲，且抛物线的顶点与对称线重合，其中抛物线的顶点为抛物线的最低点。对称线通过基板几何形状中心，其中对称线一半的几何形状是另一半的镜像。柔性基板也可是具有开口端的锥形半球或其他弯曲的三维形状，其中，柔性基板曲线的每个平面均垂直于其对称线，通过面板中心点形成抛物线。其中中心点为形成柔性基板的椎体、半球体或其他弯曲三维形状的顶点处的点。

抛物线形柔性基板的内表面上的栅格内设置有多个光伏电池，形成光伏面板，可吸收光能并输出电能。栅格是将光伏电池分隔开的行列组合，其中光伏电池的行列对齐，即右边距和左边距之间的空间是均匀的，顶部边缘和底部边缘的之间的空间是均匀的。。多个光反射镜设置在未被光伏电池占据的光伏面板内表面区域或光伏电池之间的区域中。

铜制的换热管道穿过抛物面形状的太阳能电池板的中心。在柔性基板形状为矩形、正方形、多边形或至少四边的实施例中，铜管垂直于抛物线的曲线并沿着抛物线的焦线放置，其中“焦线”是从面板反射落在面板上的光线经过的线，而与入射角无关。在柔性基板为锥体、半球体或其他曲面三维形状的实施例中，铜制换热容器(例如管道)设置于抛物面的焦点处。其中“焦点”是落在包括锥体、半球或其他弯曲三维形状的柔性基板的光线的交汇点。铜制换热容器可以由另外的技术或金属合金(例如铁或不锈钢)或合适的具有一定密封性的导热材料制成。

在面板为至少四面的矩形、正方形、多边形的实施例中，铜管固定地连接到两个钢杆上，每个钢杆又与面板的中心线上一点固连，起到支撑作用。杆位于中心线中点的两侧，且每个位于面板的边缘点即中心线通过面板周边上的点和最靠近面板边缘的光伏电池之间的中心线上。换句话说，是光伏电池和光反射镜都不占用的区域。杆可以由合适的材料构成，提供适当的物理支撑且具有耐候属性，包括金属合金如铝合金，不锈钢，或其他耐候性材料如塑料或乙烯基等。铜制换热管与面板的焦线重合，使抛物线反射的光线聚焦在铜管上。当柔性基板为抛物面锥体，半球体或其他弯曲的三维旋转体形状时，换热容器可以通过所述两个或多个钢杆承载。其中每个钢杆可以固定地附接到面板开口的周边边缘或面板的内表面上的其他合适位置，为换热容器在各种天气和气候条件下在稳定和固定位置提供足够支持。所述钢杆将所述换热容器定位面板的焦点上，使得从抛物线上反射的光线聚焦在容器上。流入管与所述铜制换热管的一段固连形成水密连接。流出管与所述铜制换热管的另一端形成水密连接。流入流出管可以是塑料的，流入流出连接点位于所述太阳能电池板的周边外侧。

水或其他吸热液体通过流入管循环至铜制换热管或容器中，在铜制换热管或容器中的液体从柔性基板汇聚的光线中吸收热量。加热的液体通过流出管离开铜制换热管或容器，经过管路流到将液体热能转化为电能的装置，可应用于工商业。如果待加热的液体是水，则除了工商业应用外，加热的水还可以用于家用。太阳能电池面板的光伏电池通过导电线与闭合电路系统连接。连接面板光伏电池系统的两个导电线分别连接光伏电池产生电流流动的电池正负极。

本发明还公开了使用组合光伏和光热发电装置发电和发热的方法。该方法包括将柔性光伏电池基板弯曲成抛物线形状。在一些实施例中，该面板是偶数边的矩形、正方形或多边形的形状。在所述实施例，面板按照抛物线的形状弯曲，且抛物线的顶点与对称线重合。在其他实施方案中，光伏电池板还包括抛物面锥体，半球体或其他弯曲的三维旋转体形状。多个光伏电池设置在抛物线形柔性基板的栅格图案内。多个光反射镜固定地附着在光伏电池没有覆盖的柔性基板上的区域。在面板为至少四边的矩形、正方形或多边形的实施例中，铜制换热管穿过抛物线形太阳能电池板的中心，沿着抛物线的焦线并垂直于抛物线的曲线。在面板为抛物线锥体，半球体或其他弯曲三维形状的实施例中，容器与所述光伏电池板的焦点重合。所述铜制换热管由两个杆支撑和定位，使得抛物面反射的光线聚焦在换热管上。塑料流入管固定在铜管的一端形成防水连接。塑料流出管固定在换热管的另一端形成防水连接。光伏和光热发电装置放置在暴露在阳关下的区域以产生电和热，其中由所属光伏电池产生的电能通过导电线流动到存储电能的电池。水或其他吸热液体通过流入管循环至铜制换热管，液体吸收热能后通过流出管离开。经过加热的液体可用于发电等用途，如果液体是水，则可直接用于家庭用途。

所公开的技术方法和装置是为了满足现存的需求，因此本发明提供了一个更加高效的方式将可持续的清洁的太阳能转化为可利用电能。所公开的发明包括：光伏和光热发电装置、一个具有对称线的柔性基板。柔性基板形状为抛物线，其顶点与所述对称线重合。柔性基板包含多个柔性光电池，位于所述抛物线形柔性基板内表面上的网格图案上。多个光反射镜设置在柔性基板抛物线内表面未铺设柔性光电池的区域，其中镜子的太阳能反射率即入射和被反射的自然光百分比至少达到75％，而基板上的非镜面部分太阳能反射率在50％以下。用于承载加热液体的换热管垂直于抛物线的曲线并沿着抛物线的焦线穿过抛物线中心。流入管与所述换热管的一段固定，流出管与换热管的另一端固定，两个构件连接均为水密连接。说明书中设计的所有管道，液体可通过该管道流动而不泄露。

在发明的实施例中，柔性基板为具有至少四边的圆锥形、圆形、矩形、正方形或其他任何三维多边形形状的三维抛物面。多个柔性光伏电池布置在柔性基板内表面上的栅格中，多个光反射镜设置在光伏电池未占用的柔性基板的内表面。细长形状的换热管穿过多边形形状的抛物线的焦线，除了换热管之外的换热容器位于抛物面椎体或圆形抛物面的焦点处。铜是被广泛应用的最经济的导热体，管和容器为铜制。流入管与所述换热管或换热容器一段相连，流出管与所述换热管或换热容器的另一端连接，以上结构之间形成水密连接。

所公开的太阳能电池板高效利用方法及设备还包括使用组合光伏、光热发电装置发电和发热方法。该方法包括以下步骤：制作柔性基板，通过该柔性基板绘制对称线。柔性基板可制成抛物型，其中所述抛物线的顶点与对称线重合。多个柔性光伏电池设置在抛物线内表面的栅格中，多个光反射镜设置在抛物线内表面未被光伏电池占据的区域。换热管道位于抛物线的中心，垂直于抛物线曲线并沿着抛物线的焦线。将流入管与换热管一端连接，穿过抛物线的中心，另一端与流出管连接，连接均为水密连接。

现在结合说明书附图对具体实施方式进行详细叙述。

图1和图2表示的是抛物面形太阳能电池板的正视和后视的横截面图，显示了抛物线形柔性光电池基板6.直线铜制换热管4穿过抛物面形太阳能板的中心，沿着抛物线的焦线并垂直于抛物线曲线。铜制换热管4由两个钢支架9定位和固定，图中可见两个支架。从抛物线面板反射的光线聚焦在铜制换热管4上。塑料流出管5与换热管4的一端固连，形成水密连接。塑料流入管3与换热管4的另一端形成水密连接。抛物线形太阳能电池板6内表面上的光伏电池产生的电流通过导电线7与电池8连接，储存电能。

图3和图4表示的是抛物面形太阳能电池板的左侧和右侧视图。塑料流入管3垂直于柔性基板6的曲线连入抛物线形太阳能板的边缘。塑料流出管垂直于柔性基板6的曲线从抛物线形太阳能电池板的边缘连出。导电线7将抛物面形太阳能电池板6的光伏电池1产生的电力传输至用于储存电力的电池8。

图5表示的是抛物面形太阳能电池板的俯视图。铜制换热管4穿过抛物面形太阳能电池板6的中心，垂直于面板6的曲线。塑料流入管3与换热管4的一端形成液体不可渗透的水密连接。塑料流出管5与换热管4的另一端形成水密连接。光伏电池1设置在抛物线形太阳能电池板6内部表面的栅格上。光反射镜2设置在抛物面形电池板6内部表面上未被光伏电池1占据的区域。

图6是表示使用光伏和光热发电装置的方法流程图。在步骤1中，需要将柔性光伏电池1弯曲成抛物线形状。在步骤2中，需要将光反射镜2插入光伏电池1之间及柔性基板6上未被光伏电池1占据的区域。在步骤3中，需要沿着抛物线的焦线安装连接了流入管3和流出管5的铜制换热管4。在步骤4中，水或者其他吸收热量的液体通过铜制换热管循环。在步骤5中，需要将抛物面形太阳能电池板6放置在阳光的直射下。在步骤6中，由太阳能电池板的光伏电池1产生的电能通过导电线7被存储在电池8中。在步骤7中，经过加热的水或吸热液体通过管路引导至将加热液体中的热能转化为电能的装置，或者直接将加热的液体直接用于工业，商业或住宅用途。本领域的技术人员应该认识到，实际的光伏和光热发电装置的实施方式也将包含其他组件，且图5是说明这种装置的一些主要部件。本领域的技术人员还应该理解，图1,2,3,4和6所示的方法和设备可以在诸如图5所示中实现。