一种可调节式太阳能光伏发电装置的制作方法

本发明涉及太阳能光伏发电技术领域，特别涉及一种可调节式太阳能光伏发电装置。

背景技术：

随着光伏行业的发展，太阳能发电应用的场合越来越多，除了建设在荒漠地区的大型光伏电站外，城市中太阳能发电也越来越常见。然而光伏发电系统的高成本、占地面积大始终制约着光伏行业的快速发展。

在荒漠等土地比较多的地方，土地成本比较低，适用于大规模光伏发电站的建立，但是在城镇等地区土地成本越来越高，因而土地费用占光伏系统成本的比例越来越高，因此如何增加单位土地面积的光伏发电量，以降低光伏发电系统的成本成为光伏产业城市化发展的一个关键点。增加单位土地的光伏发电量可以从两方面入手，一方面充分利用城镇中已经有的功能建筑，利用屋顶和墙壁建筑面积，节省土地成本；另一方面，可以考虑增加单位土地面积内的有效电池数量。

本设计将从第二个方面出发，提出一种新的光伏网架方案，取得增加单位土地面积内光伏发电量的目的。

现有光伏发电设备分为固定式和可翻转式这两种类型。固定式光伏发电设备是将光伏发电器件 ( 俗称光电池 ) 设置在固定的载体上；使用时，阳光照射在光伏发电器件上的角度随时间变化，单位能量的太阳能所产生的电能 ( 即发电效率 ) 也随每天中不同时段的时间变化。在太阳光线垂直照射在光伏发电器件表面时 ( 例如中午 )，单位能量的太阳能所产生的电能最强 ( 即发电效率最高 )。而太阳光线照射到光伏发电器件表面的倾角愈大，单位能量的太阳能所产生的电能愈弱 ( 即发电效率越低，例如早晨和黄昏 )。可旋转式光伏发电设备是将光伏发电器件设置在可旋转的载体上；使用时，该载体带着光伏发电器件跟随太阳相对地面的相位变化而做相应的转动，保证太阳光线垂直照射在太阳能发电器件表面，单位能量的太阳能产生的电能最强 ( 即发电效率最高 )。由于在不同的季节，即使是相同的时刻，太阳光照射到地面俯仰角度会有不同。且根据理论分析表明，对太阳的跟踪和非跟踪，能量的接收率相差为30%到40%。

技术实现要素：

本发明要目的在于提供一种可调节式太阳能光伏发电装置，该装置能够有效增加单位土地面积的光伏发电量，进而节省光伏发电的土地成本；此外，该装置具有可调节功能，可根据太阳光的入射角度，调整转轴的转动速度，从而保证太阳光垂直入射到电池板上，大大提高了太阳能的利用率。同时，该装置结构简单，操作方便。

本发明提出的一种可调节式太阳能光伏发电装置，包括网架和电池板1；若干个网架自上而下依次叠加，所述网架包括竖向支撑2、斜向支撑3、横向连杆4和转动轴5、剪刀撑6和弧形轨道7，其中：两个弧形轨道７竖向布置，两个弧形轨道７的一端分别通过横向连杆４连接，两个转动轴５水平布置，两个转动轴的一端分别通过竖向支撑２连接；弧形轨道７的上端通过斜向支撑３连接同一侧的位于上端的转动轴５的一端，弧形轨道７的下端通过斜向支撑３分别连接同一侧的位于上端连接轴５和下端转动轴５的一端；电池板１一侧连接转动轴５，另一侧位于两个弧形轨道７上，所述电池板１以转动轴５为轴，能在弧形轨道７上来回滑动。

本发明中，所述各层网架的电池板1采用平行设置，且所述电池板1绕转动轴5在弧形轨道７上做匀速转动，最大转动角度为YY=60°。

本发明中，所述转动轴5转动同时，带动电池板1随着太阳光的偏移而匀速转动；所述电池板1与地平面呈倾斜设置，所述电池板1和地平面的夹角为太阳角。

本发明中，相邻的两个电池板1沿网架层间距h、太阳的入射角α、太阳高度角β，所述电池板1沿转动轴5方向的边长d和垂直转动轴5方向的边长b之间满足以下关系式：

h = max{ d/cosα,b/cosβ}。

本发明中，所述转动轴5做匀速转动的转动速率由当地日出日落的时间来确定，可人为调动。且保证阳光垂直照射到电池板1上。

本发明中，所述弧形轨道7由金属材料做成，不易发生弯折。

本发明中，所述每个网架上的两个转动轴５之间设有剪刀撑6，使抗风能力大大提高，提高网架整体的稳定性。

本发明中，位于底部网架上的竖向支撑2上设置有速度调节器8，所述速度调节器８连接每个网架的转动轴5，用以调节转动轴５的转动速度，以保证阳光垂直照射到电池板1上面。

传统的光伏发电装置的安装形式为电池板平铺在地面或者建筑屋顶上，或者距离地面较低的高度，占用了非常大的土地面积，单位土地面积内发电量少。而本次发明中，网架是一个空间立体支架，包括竖向支撑、斜向支撑、横向连杆和转动轴、剪刀撑、弧形轨道和速度调节器。由于该空间立体支架利用的是空间体积，为竖起来的框架，电池板放在固定并可以绕转动轴转动的支架上面，因而不占用土地表面积，除此之外，转动轴带动电池板随着阳光的移动而转动，始终保持电池板垂直于太阳光线。

本发明的有益效果是：一、太阳能电池板距离地面有一定的高度，电池板的下方的空间可以从事其他用途，占用土地的面积仅为支架的占地面积。二、由于该空间立体框架结构，可以设置多层电池板，接受光照的有效电池面积会增加多倍，放置电池板的支架层越多，接受太阳辐射的电池面积越大，发电量越多。三、该装置具有可调节功能，可根据太阳光的入射角度，调整转轴的转动速度，从而保证太阳光垂直入射到电池板上，大大提高了太阳能的利用率。

由上可知，本发明所提供的可调节式太阳能光伏发电装置能够有效增加单位土地面积内的光伏发电量，进而节省光伏发电的土地成本。此外，该装置具有可调节功能，可根据太阳光的入射角度，调整转轴的转动速度，从而保证太阳光垂直入射到电池板上，大大提高了太阳能的利用率。同时，由于本发明是在电池板铺在网架的每一层，因而结构简单，制造成本较低。

附图说明

图1是本发明可调节式太阳能光伏发电装置的空间立体示意图。

图2是本发明可调节式太阳能光伏发电装置转轴即将转动时的空间立体示意图。

图3是本发明可调节式太阳能光伏发电装置的正立面高度示意图。

图4是本发明可调节式太阳能光伏发电装置的侧立面高度示意图。

图中标号：１为电池板，２为竖向支撑，３为斜向支撑，４为横向连杆，５为转动轴，６为剪刀撑，７为弧形轨道，８为速度调节器。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例１：本发明的核心是提供一种可调节式太阳能光伏发电装置，该装置能够有效增加单位土地面积内的光伏发电量，进而节省光伏发电的土地成本；此外，该装置具有可调节功能，可根据太阳光的入射角度，调整转轴的转动速度，从而保证太阳光垂直入射到电池板上，大大提高了太阳能的利用率。

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

请同时参考图1，图1 为本发明可调节式太阳能光伏发电装置的立体空间结构示意图。

在本发明的技术方案中，所述可调节式太阳能光伏发电装置包括网架及由所属网架支撑的电池板1；所述网架包括竖向支撑2、斜向支撑3、横向连杆4和转动轴5、剪刀撑6、弧形轨道7、速度调节器8。各所述网架的每层电池板1平行设置，且所述电池板1绕转动轴5做匀速转动，最大转动角度为Y（Y=60°）。所述网架的每层均设置有一个光伏电池板1和一个转动轴5，转动轴5转动同时带动电池板1随着太阳光的偏移而匀速转动。所述电池板1互相平行且倾斜设置，所述电池板1和地平面的夹角为太阳角。

两个相邻的所述电池板1沿网架层间距h、太阳的入射角α、太阳高度角β、及所述电池板1沿转动轴5方向的边长d和垂直转动轴5方向的边长b之间满足以下关系:

h = max{ d/cosα,b/cosβ}

所述光伏电池板1固定于一个转轴5上，该固定转轴5两端连接于所述竖向支撑2，可绕其轴做匀速转动，转动速率由当地日出日落的时间来确定，可人为调动。且保证阳光垂直照射到电池板1上。

所述光伏电池板1一端固定于转动轴5上，另一端连接与弧形轨道7上，并可绕弧形轨道7滑动。所述弧形轨道7由金属材料做成，不易发生弯折。弧形轨道7之间由横向支撑4相连，保证了弧形轨道(7)的承载力和网架整体的稳定性。

所述网架一侧的每层均设置有剪刀撑6，抗风能力大大提高，提高网架整体的稳定性。

所述网架正面和背面均设置有斜向支撑3，用来维持和支撑弧形轨道7，同时也提高了网架的抗风性能，提高了整体的稳定性。

所述竖向支撑2上设置有速度调节器8，调节转动轴5的转动速度，以保证阳光垂直照射到电池板1上面。

传统的光伏发电装置的安装形式为电池板平铺在地面或建筑屋顶上，或距离地面较低的高度，占用了非常大的土地面积，单位土地面积内发电量少。而在本发明中，网架是一个空间立体支架，包括竖向支撑、斜向支撑、横向连杆和转动轴、剪刀撑、弧形轨道和速度调节器。由于该空间立体支架利用的是空间体积，为竖起来的框架，电池板放在固定并可以绕转动轴转动的支架上面，因而不占用土地表面积。其具有三个特点：一太阳能电池板距离地面有一定的高度，电池板的下方的空间可以从事其他用途，占用土地的面积仅为网架的占地面积。二：由于该空间立体框架结构，可以设置多层电池板，接受光照的有效电池面积会增加多倍，放置电池板的支架层越多，接受太阳辐射的电池面积越大，发电量越多。三：该装置具有可调节功能，可根据太阳光的入射角度，调整转轴的转动速度，从而保证太阳光垂直入射到电池板上，大大提高了太阳能的利用率。

由上可知，本发明所提供的可调节式太阳能光伏发电装置能够有效增加单位土地面积内的光伏发电量，进而节省光伏发电的土地成本。此外，该装置具有可调节功能，可根据太阳光的入射角度，调整转轴的转动速度，从而保证太阳光垂直入射到电池板上，大大提高了太阳能的利用率。

在本技术方案中，需要说明的是，本发明网架的造价成本随着高度的增加而提高，如何在投资成本与发电量之间取得最优化是本设计的难点。该发电装置中网架的设计需要将发电装置的经济效益与空间网架的形式相结合。通过经济性分析得出最佳空间网架结构来实现。对此可以采用如下方案完成：

根据光伏系统的组成，确定发电成本的计算方法。发电成本是衡量光伏系统经济性的重要指标，其与光伏系统的投资成本，发电量有关。二系统投资成本、发电量又与空间立体网架的形式有关。通过光伏发电系统支架相关条件的梳理，对空间立体网架的参数高度、层数、可放置的电池面积等进行优化计算，以取得最佳的空间立体网架结构，获得最大的经济效益。

请参考图3，图3是图1可调节式太阳能光伏发电装置的高度示意图。

如图3所示，网架上设置有3个分层，每层设置有一个电池板，一共有3个电池板。首先，最下面的电池板距离地面的高度h1可根据地面的用途来确定，在空间立体的设计中，根据网架应用的场合和用途，h1首先被确定。两层电池板之间的竖向距离h是由如下公式确定：

h = max{ d/cosα,b/cosβ}

α：太阳的入射角、

β：太阳高度角、

d：电池板沿转动轴方向的边长、

b：垂直转动轴方向的边长。

N层空间立体网架的高度H=h1+N*h

因而可知，H主要取决于层间距h,该层间距h亦即为两个相邻的电池板沿竖向支撑的距离，层间距h的大小直接决定电池板是否被遮挡以及被遮挡面积的大小，即光伏系统的发电效率。这里，将保证全年有效日照时间内上层电池板对下层电池板无遮挡的层间距定义为最大效率层间距，一般保证夏至正午时间无遮挡即能保证全年无遮挡。太阳高度角β与网架安装的地点有关，安装地点的纬度越高，夏至正午时刻入射角β越小，网架的最大效率层间距越小。

如图3、图4所示，设置电池板倾斜适当的角度，使得当太阳在夏至正午时刻达到入射角α时，太阳光线正好垂直于电池板。电池板沿转动轴方向的边长d、垂直转动轴方向的边长b,最大效率层间距的计算公式为：

h = max{ d/cosα,b/cosβ}

固定电池板的支架倾角即β也与安装地点的纬度有关，通常纬度越高，倾角越大，支架的最大效率层间距越小。电池板的大小对最大效率层间距也有影响，通常与高度相关的电池板边长越小，支架的最大效率层间距越小。

再者，需要说明的是，最大效率层间距能保证光伏系统的最大发电效率，并不一定能使光伏系统具有最大的经济效益。网架的高度越高，造价成本越高。网架放置电池板的有效面积越大，系统总的发电量也越多，同时电池的成本也越高。网架所处的位置不同，太阳辐射量也有区别，也会影响发电量。所以需要综合考虑各种因素，优化分析以取得最大的经济效益，以确定网架的最佳高度、层数及安装电池板的尺寸面积。网架的每层均设置有一个光伏电池板和一个转动轴，转动轴转动同时带动电池板随着太阳光的偏移而匀速转动。转动速率由太阳高度来确定，可人为调动。且保证阳光经过镜面板的折射垂直照射到光伏板上，光伏板所在平面和阳光光线所在直线平行。电池板的转动角度不能超过设定角度Y（Y=60°）。早晨，光伏板的侧向偏移角度调节到最大，如图4所示。等到阳光垂直照射到电池板时，转动轴将带动光伏板开始匀速转动。操作人员根据当地日出时间Z和太阳光线与水平面的夹角X计算出转轴的转动的速率为W=（90°-X）/（(12-Z)*60），然后在时间为z+（90°-X-Y）/w时操作人员调整速度调节器来确定转轴的转动速度。电池板开始转动，一直到下支架平面停止转动。

对本发明所提供的一种可调节式太阳能光伏发电装置进行了详细的介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理和实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是应用于帮助理解和发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。