專利名稱：板狀太陽能發(fā)電模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種能夠收集并利用太陽能的裝置。
背景技術(shù)：
目前，公知的太陽能發(fā)電裝置，有非聚光型與聚光型之分。非聚光型的太陽能裝置采用太陽光直接照射或僅透過透明蓋板照射在工作面或通過反射鏡反射到工作面而發(fā)電和獲取熱量，例如中國專利申請?zhí)?2113225.9的太陽能建筑構(gòu)件板和00244037.7的建筑用太陽能光電板。聚光型的太陽能裝置通過透鏡或反射鏡聚焦太陽能之后進行發(fā)電或獲取熱量，或組合使用透鏡，反射鏡，光纖等光學(xué)器件會聚太陽能后進行發(fā)電或獲取熱量再進行熱發(fā)電，例如中國專利申請?zhí)?3123316.3的平面太陽能聚光電源模塊，就是使太陽能聚光后用光伏電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。太陽能光伏電池的綜合發(fā)電成本大大高于常規(guī)發(fā)電成本，這是影響其大規(guī)模推廣應(yīng)用的主要原因。而太陽能光伏電池(常用硅光電池)價格高昂，生產(chǎn)成本又很難得到大幅度下降，成為發(fā)電成本高昂的關(guān)鍵因素。因此，用較為廉價的光學(xué)構(gòu)件聚集太陽能，而減少昂貴的太陽能電池的用量，是解決太陽能電池發(fā)電高成本的方向之一。特別是太陽能應(yīng)用于民用建筑時，既要利用太陽能發(fā)電以獲得清潔能源，又要保持建筑物外觀，還需考慮經(jīng)濟性。對于這些要求，也出現(xiàn)了一些專利，如中國專利申請?zhí)?2113225.9的太陽能建筑構(gòu)件板構(gòu)造簡單，性能可靠，占地面積小，但沒有采用聚光組件，使單位發(fā)電能力的基本投資大，綜合發(fā)電成本高。中國專利申請?zhí)?3123316.3的平面太陽能聚光電源模塊的單位發(fā)電能力的基本投資較小，綜合發(fā)電成本較低，但使用中平面太陽能聚光電源模塊需要每天變換角度以跟蹤太陽，無法有效地對建筑起遮蓋作用。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種板狀太陽能發(fā)電模塊，該板狀太陽能發(fā)電模塊單位發(fā)電成本低于非聚光型太陽能發(fā)電模塊，又同時保持傳統(tǒng)屋頂構(gòu)件或外墻構(gòu)件的遮蓋作用，并且基本不影響建筑物外形。
本實用新型的技術(shù)方案是這樣的板狀太陽能發(fā)電模塊，設(shè)有平面底板、設(shè)于平面底板上的邊框，架設(shè)于邊框上的至少兩條長金屬條、分別固設(shè)于長金屬條上的條形工作面、設(shè)于上述邊框頂部且位于條形工作面上方的條狀線聚焦菲涅爾透鏡，上述平面底板與上述條狀線聚焦菲涅爾透鏡相平行，上述條形工作面與上述條狀線聚焦菲涅爾透鏡的距離接近于上述條狀線聚焦菲涅爾透鏡的焦距；上述邊框四個邊板為反光面朝內(nèi)的單面反光板，上述長金屬條活動架設(shè)于上述邊框上，且上述長金屬條的一端伸出上述邊框外與公知的太陽能跟蹤機構(gòu)相連；上述條狀線聚焦菲涅爾透鏡為上表面為光滑平面、下表面為多組鋸齒狀直槽、鋸齒形狀按一定規(guī)律分布而形成多個形狀相同且互相平行的線聚焦菲涅爾透鏡的透明蓋板。
上述透明蓋板和上述平面底板之間等距離豎立有兩端分別連接于上述邊框上且反光面垂直于上述透明蓋板和上述平面底板的雙面反光板，上述各長金屬條活動穿過上述各雙面反光板，上述每一條條形工作面分別置于兩塊雙面反光板之間。
上述各雙面反光板為同樣大小的長方形板。
上述平面底板的下底部緊貼設(shè)有隔熱層。
上述條形工作面包括散熱板和固定于散熱板上的由若干個光電池串聯(lián)而成條狀的條形光電池。
上述透明蓋板和上述平面底層及上述隔熱層互相平行，兩邊對齊，稱為左右側(cè)，另兩邊稱為前后側(cè)，上述透明蓋板在后側(cè)方向設(shè)有比上述平面底層和上述隔熱層更長的延伸部，在上述隔熱層下面與上述透明蓋板對齊的兩邊各有一條突起的斜坡面，斜坡面的高度與上述透明蓋板厚度相等，長度與上述隔熱層長度相等。
上述條形光電池置于兩條上述雙面反光板之間，固定于至少兩條長金屬條上。條形光電池長度略小于上述雙面反光板的長度，其寬度為兩塊雙面反光板之間的距離的1/3到1/30。
本實用新型板狀太陽能發(fā)電模塊，可以安裝在建筑物的頂部或其他有充足日照的位置，如外墻，陽臺。也可以安裝在獨立的支架上，例如公共汽車候車亭或太陽能電池充電站的專用架子上。在有陽光的時候，陽光經(jīng)透明蓋板上的各個形狀相同且互相平行的線聚焦菲涅爾透鏡聚焦，焦線光斑落在條形光電池的移動平面上。太陽光跟蹤機構(gòu)帶動長金屬條使光電池在與透明蓋板具有固定距離的平面上移動，跟蹤焦線的位置變化，在白天的主要日照時段(如上午9時至下午3時)使焦線光斑落在光電池上。由于光電池與透明蓋板的距離等于菲涅爾透鏡的焦距，這一位置的焦線光斑面積最小，這可以保證光電池所需面積最小。由于透明蓋板的防護作用，使光電池及其他可動部件不受風(fēng)雨影響，能夠可靠工作，易于保持準確位置而不必消耗太多能量，且所用的機械傳動和動力裝置都可以小型化，太陽光經(jīng)過聚焦，可減少昂貴的光電池的面積，節(jié)省了發(fā)電成本。本實用新型中每條光電池都夾設(shè)于兩塊雙面反光板之間，可增加聚光效果，提高發(fā)電效率。本實用新型從透明蓋板到隔熱層、以及邊框，整體結(jié)構(gòu)可以做得較薄，可以通過組合安裝形成對建筑物的遮蓋作用并且基本不影響建筑物外形。組合安裝時，透明蓋板一側(cè)的延伸部可以遮蓋住連接部位，加強防雨功能，而且對太陽光的跟蹤為直線運動，簡單可靠。


圖1為板狀太陽能發(fā)電模塊光電池排列圖；圖2為板狀太陽能發(fā)電模塊各層關(guān)系圖；圖3為板狀太陽能發(fā)電模塊剖面圖；圖4為板狀太陽能發(fā)電模塊左視圖；圖5為透明蓋板A局部放大圖；圖6為多模塊組合安裝示意圖；圖7為圖6中B局部放大剖面圖；圖8為圖7的C-C剖面視圖。
具體實施方式
本實用新型板狀太陽能發(fā)電模塊，如圖1、2、3、4、5所示，為矩形多層結(jié)構(gòu)，最底層為隔熱層6，緊貼疊設(shè)于隔熱層6上的為剛性材料制成的平面底板4，平面底板4上架設(shè)有外側(cè)邊與平面底板4相齊平的邊框7，雙面反光板2平行間隔豎立于平面底板4上，雙面反光板2為大小相同的長方形板，且高度與邊框7相同，且每塊雙面反光板2的兩端分別固定在邊框7上，蓋設(shè)在雙面反光板2上的為最上層的矩形狀透明蓋板1，透明蓋板1上表面11為光滑面，下表面12為有若干組鋸齒狀直槽，使透明蓋板1形成若干相互平行，寬度相等的線聚焦菲涅爾透鏡。各雙面反光板2的間隔寬度與透明蓋板1上的每一個線聚焦菲涅爾透鏡的寬度相等。每塊雙面反光板2的底部相同位置都有至少2個小孔10，與小孔10相對應(yīng)的，邊框7與雙面板光板相平行的兩個側(cè)面也分別設(shè)有小孔，每條長金屬條5分別穿過所有雙面反光板2上處于相同位置的小孔10，兩端通過邊框7上的同樣位置的小孔向外伸出，與公知的太陽光跟蹤機構(gòu)相連，通過太陽光跟蹤機構(gòu)牽引長金屬條5跟蹤太陽移動。每兩塊雙面反光板2之間有一條形工作面3與至少2條長金屬條5正交排列，工作面3固定有條形光電池8，條形光電池8是由若干個光電池串聯(lián)而成條狀且固定在散熱板9上面。散熱板9經(jīng)適當(dāng)絕緣，固定在長金屬條5上。
如圖4所示，透明蓋板1和平面底板4及隔熱層6互相平行，兩邊對齊，稱為左右側(cè)，另兩邊稱為前后側(cè)，透明蓋板1在后側(cè)方向設(shè)有比平面底板4和隔熱層6更長的延伸部111，以便組合安裝時覆蓋相鄰的位置較低的模塊，增加防雨能力。如圖8所示，在隔熱層6下面與透明蓋板1對齊的兩邊各有一條突起的斜面17，斜面17的高度與透明蓋板1厚度相等，長度與平面底板4長度相等。
如圖6、7、8所示，若干片板狀太陽能發(fā)電模塊16組合安裝，構(gòu)成一個較大的太陽能發(fā)電模塊陣列，在發(fā)電的同時可作為建筑頂部或外墻的構(gòu)件，或獨立使用。先構(gòu)筑一個由垂直相交的金屬構(gòu)件組成的金屬框架14，形成縱橫排列的方格。每個方格的尺寸適合安裝一片板狀太陽能發(fā)電模塊16。金屬框架14可以固定在屋頂位置或光照充足的墻面位置(例如西墻)，或是獨立安裝在其他適宜地方。在金屬框架14上將平面太陽能發(fā)電模塊16逐一安裝，橫向相鄰模塊的對應(yīng)長金屬條5互相連接，最旁邊的一片模塊的長金屬條5接到太陽光跟蹤機構(gòu)。例如，與一根安裝在軸承座上的可旋轉(zhuǎn)剛性圓桿15通過板牙和齒輪相接，圓桿1由自動控制裝置控制其正反向轉(zhuǎn)動。圓桿15及自動控制裝置控制也固定在金屬框架14上，并覆蓋防雨。
縱向相鄰的模塊安裝時，上面的模塊伸出的透明蓋板的延伸部111蓋住下面的模塊，重疊處用防水材料密封，如此構(gòu)成一組縱向組合模塊。
兩組縱向組合模塊之間有防水密封墊，上面覆蓋壓條13，壓條13跨壓接縫及兩組模塊的蓋板邊緣，用螺栓緊固在金屬框架14上。如此構(gòu)成一個縱橫陣列的組合模塊。
為了有效利用太陽能和有利于雨水下瀉，組合安裝時使金屬框架14平面與水平面形成一定角度。在金屬框架14縱向(高度差較大的方向)上，兩排相鄰模塊16共用一條壓條13和防水襯墊18，用螺栓固定在金屬框架14上。利用設(shè)于隔熱層6下面與透明蓋板1對齊的兩邊的突起的斜面17使模塊16平貼在金屬框架14的縱向梁上，縱向相鄰的兩模塊16由較高一塊的透明蓋板的后側(cè)延伸部與較低的一塊的前側(cè)重疊，重疊處19施用防水材料。這樣，可以構(gòu)成固定的整片屋頂，與原有建筑物外形基本相同。
組合安裝時，可以共用太陽光跟蹤裝置。此時可以將若干片橫向相鄰模塊的長金屬條一一對接，形成一組模塊，最后才接到太陽光跟蹤裝置。一套太陽光跟蹤裝置可以同時與若干組模塊上的長金屬條相接，可以控制多組模塊上的工作面的移動，使太陽能發(fā)電的綜合成本降低。
條形光電池8的正極與負極分別連接到正極連線和負極連線，正極連線和負極連線分別絕緣，附著在長金屬條5上通到模塊外接入總線，與用電設(shè)備或蓄電池相連。
板狀太陽能發(fā)電模塊陣列上下邊緣為解決密封防水與散熱問題，可以根據(jù)不同情況采用自然通風(fēng)或強制通風(fēng)換熱。例如，對豎直安裝于外墻的陣列，若不考慮回收熱量，可以采用自然通風(fēng)方式，利用空氣自然對流達到散熱目的。這時模塊上下側(cè)邊框須除去，并需在模塊陣列上下邊緣安裝遮雨板。對于安裝在水平屋頂或小坡度屋頂?shù)那闆r，無法利用自然對流散熱，光電池下的散熱元件為換熱管，各換熱管端口連接在垂直相交的進水管和出水管上。進水管和出水管由反光板底部小孔穿過，橫向相鄰的模塊進水管和出水管分別剛性接連。處于兩側(cè)的進水管和出水管端口先連接一段硅橡膠管，再與固定的進水總管和出水總管分別相連。這樣，在光電池跟蹤太陽光的時候，連成一體的換熱管，進水管和出水管也一起移動。這樣的散熱方式可以同時回收熱量。
由于蓋板上線聚焦菲涅爾透鏡的聚焦角度過大時將使透鏡邊緣部分的光損失增大，所以當(dāng)需要使模塊的厚度減小時，不宜采用增大聚焦角度以縮短焦距的方法，可以采用以下方法避免光損失在底板上覆蓋反光鏡，并將原來位于雙面反光鏡底部的小孔改為位于雙面反光板上部。長金屬條仍從小孔穿過，但工作面朝下接收從底板反射上來的聚焦太陽能，散熱元件處于光電池與長金屬條之間，三者仍固定在一起由長金屬條接到太陽光跟蹤裝置。這種方法對于工作面寬度小于反光板間距離的1/6的情況可以避免光損失的增大，但在太陽光跟蹤裝置失靈的時候聚焦的太陽光易損壞蓋板。
權(quán)利要求1.板狀太陽能發(fā)電模塊，設(shè)有平面底板、設(shè)于平面底板上的邊框，架設(shè)于邊框上的至少兩條長金屬條、分別固設(shè)于長金屬條上的條形工作面、設(shè)于上述邊框頂部且位于條形工作面上方的條狀線聚焦菲涅爾透鏡，上述平面底板與上述條狀線聚焦菲涅爾透鏡相平行，上述條形工作面與上述條狀線聚焦菲涅爾透鏡的距離接近于上述條狀線聚焦菲涅爾透鏡的焦距；其特征在于上述邊框四個邊板為反光面朝內(nèi)的單面反光板，上述長金屬條活動架設(shè)于上述邊框上，且上述長金屬條的一端伸出上述邊框外與公知的太陽能跟蹤機構(gòu)相連；上述條狀線聚焦菲涅爾透鏡為上表面為光滑平面、下表面為多組鋸齒狀直槽、鋸齒形狀按一定規(guī)律分布而形成多個形狀相同且互相平行的線聚焦菲涅爾透鏡的透明蓋板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板狀太陽能發(fā)電模塊，其特征在于上述透明蓋板和上述平面底板之間等距離豎立有兩端分別連接于上述邊框上且反光面垂直于上述透明蓋板和上述平面底板的雙面反光板，上述各長金屬條活動穿過上述各雙面反光板，上述每一條條形工作面分別置于兩塊雙面反光板之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的板狀太陽能發(fā)電模塊，其特征在于上述各雙面反光板為同樣大小的長方形板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板狀太陽能發(fā)電模塊，其特征在于上述平面底板的下底部緊貼設(shè)有隔熱層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板狀太陽能發(fā)電模塊，其特征在于上述條形工作面包括散熱板和固定于散熱板上的由若干個光電池串聯(lián)而成條狀的條形光電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的板狀太陽能發(fā)電模塊，其特征在于上述透明蓋板和上述平面底層及上述隔熱層互相平行，兩邊對齊，稱為左右側(cè)，另兩邊稱為前后側(cè)，上述透明蓋板在后側(cè)方向設(shè)有比上述平面底層和上述隔熱層更長的延伸部，在上述隔熱層下面與上述透明蓋板對齊的兩邊各有一條突起的斜坡面，斜坡面的高度與上述透明蓋板厚度相等，長度與上述隔熱層長度相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的板狀太陽能發(fā)電模塊，其特征在于上述條形光電池置于兩條上述雙面反光板之間，固定于至少兩條長金屬條上。條形光電池長度略小于上述雙面反光板的長度，其寬度為兩塊雙面反光板之間的距離的1/3到1/30。
專利摘要本實用新型公開了一種板狀太陽能發(fā)電模塊，為一種矩形層狀結(jié)構(gòu)，最下一層為隔熱層，隔熱層上緊貼的是平面底板，平面底板上架設(shè)有邊框，長金屬條活動穿過邊框與太陽能跟蹤機構(gòu)相連，條形光電池固設(shè)于長金屬條上，平面底板上間隔豎立有雙面反光板，每條光電池夾設(shè)于兩塊雙面反光板之間，雙面反光板上蓋設(shè)有作為菲涅爾透鏡的透明蓋板。由于光電池與透明蓋板的距離等于菲涅爾透鏡的焦距，太陽光經(jīng)過聚焦，可減少昂貴的光電池的面積，節(jié)省了發(fā)電成本。本實用新型從透明蓋板到隔熱層、以及邊框，整體結(jié)構(gòu)可以做得較薄，可以通過組合安裝形成對建筑物的遮蓋作用并且基本不影響建筑物外形。而且對太陽光的跟蹤為直線運動，簡單可靠。
文檔編號H02N6/00GK2758977SQ200420054970
公開日2006年2月15日 申請日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者陳亦可 申請人:華僑大學(xué)