專利名稱：一種積木球殼火炬太陽能發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種積木球殼火炬式太陽能發(fā)電裝置。所述積木球殼是指由2個(gè)以上球面模塊積木式組合而成的球殼；所述火炬式太陽能發(fā)電裝置是指其造型像火炬。
背景技術(shù)：
近年來，由于化石燃料的大量使用導(dǎo)致的全球變暖以及環(huán)境污染等問題日益嚴(yán)重，加強(qiáng)了人們對(duì)清潔型能源的關(guān)注。光伏發(fā)電就是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，在發(fā)電過程中不會(huì)產(chǎn)生任何污染或者廢棄物。光伏發(fā)電是最清潔、最理想的能量來源。目前，常見的太陽能發(fā)電裝置是固定式平板太陽能發(fā)電裝置，該裝置發(fā)電效率低、 占地面積大且不具美觀性。阻礙太陽能發(fā)電普及的最主要因素是高昂的費(fèi)用。降低費(fèi)用的關(guān)鍵在于提高太陽能發(fā)電裝置的發(fā)電效率，以及降低生產(chǎn)、組裝和運(yùn)輸、維修等綜合成本。提高太陽能發(fā)電效率的方法主要有兩種一是添加自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，二是提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)通過增長太陽光直射時(shí)間提高發(fā)電效率，但是自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)存在精度差、靈活性小、非全天候跟蹤、高成本維護(hù)等缺點(diǎn)，因而未能得到廣泛普及。實(shí)用新型專利CN201654564. U公開了一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便且可提高太陽能電池轉(zhuǎn)化效率的太陽光自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，包括底座、支柱、定位軸輪、太陽能電池板、電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、太陽光檢測(cè)器件、控制模塊及儲(chǔ)能裝置，所述支柱固設(shè)于上述底座上，該支柱頂部設(shè)有定位軸輪；發(fā)動(dòng)機(jī)亦設(shè)置于上述底座上，并通過驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，該轉(zhuǎn)動(dòng)軸與上述太陽能電池板相連接。發(fā)明專利CN1751397A公開了制造球形太陽能電池陣列的方法。該專利制造出了一種光電太陽能電池，該電池使用了多個(gè)通常呈球型的半導(dǎo)體元件，每個(gè)半導(dǎo)體元件具有核心和在摻雜娃層之下形成p-n結(jié)的摻雜娃層的外表面。在每個(gè)半導(dǎo)體兀件的外表面上沉淀反射涂層并且將半導(dǎo)體元件結(jié)合進(jìn)穿孔鋁箔陣列，從而提供與P_n結(jié)的第一側(cè)面的歐姆接觸。然后從陣列中的每個(gè)半導(dǎo)體元件的一部分去除抗發(fā)射涂層并且暴露核心，從而允許制造與P_n結(jié)的第二側(cè)面的歐姆接觸。但是，該球型太陽能陣列存在的缺點(diǎn)有球型半導(dǎo)體元件難加工；同時(shí)，光學(xué)集中器的蜂巢結(jié)構(gòu)復(fù)雜且精度低，雖然反射鋁箔可以增大半導(dǎo)體元件的受光面積，但是每個(gè)球形發(fā)電元件之間大量的間隙使得該太陽能電池陣列的有效受光面積降低。實(shí)用新型專利CN97222476. 9公開了浮式循環(huán)及取水式熱氣球形太陽能熱水器。 該雙效壁掛式真空球形太陽能集熱器，在箱體外部設(shè)有凹形球面反光板，凹形球面反光板上設(shè)有球形集熱元件。該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是小型的球形集熱元件安裝在反光鏡上，不能保證足夠的強(qiáng)度，也浪費(fèi)了該球型集熱元件的受光面積；同時(shí)，該太陽能熱水器采用多個(gè)凹形球面反光鏡平鋪的方式，使得球形集熱元件間存在大量間隙，使得有效面積大大降低。實(shí)用新型專利CN99232247. 2公開了層流高效球形太陽能熱水箱。該層流高效球形太陽能熱水箱由帶保溫材料夾層的球形容器的內(nèi)殼體和外殼體各由上下兩個(gè)半球形的殼體密閉緊固連接而成。該太陽能熱水箱的缺點(diǎn)是它只單純的運(yùn)用到了球體在全天范圍內(nèi)都能接受到太陽光但是忽略了太陽光的入射方向與能量大小也有關(guān)系，由于太陽光每次照射到球體上時(shí)除一點(diǎn)外都不能按直射方向照射到球體上，因而集熱效率提高不大。另外， 該球形水箱采用了上下半球形的結(jié)構(gòu)，而不是在底部安裝反射射鏡從而降低了該球形熱水箱的集熱效率實(shí)用新型專利CN2760389Y公開了懸掛式球形太陽能燈。該懸掛式球形太陽能燈包括透明的上半球和下半球，上半球內(nèi)設(shè)置有透明的電子元件盒、電子元件盒上表面放有太陽能板，太陽能板下面放有印刷板并與電子元件盒固定，印刷板的印刷面銅片上安裝有電子組件，蓄電池安裝于電子元件盒內(nèi)連接在開關(guān)與電子組件之間，而上半球和下半球利用彈性扣的方式對(duì)合連接。該技術(shù)的缺點(diǎn)是雖然采用了球形的外觀結(jié)構(gòu)，但是太陽能電池只是平鋪在上半球中的透明電子元件盒上，并沒有增大太陽能電池的發(fā)電效率。實(shí)用新型專利CN2819041Y公開了一種球形太陽能燈。該球形太陽能燈同上述懸掛式球形太陽能燈相似，都包括透明的上半球和下半球，該球形太陽能燈的下半球內(nèi)設(shè)置有太陽能板，太陽能板上面裝有太陽能電池和發(fā)光二極管，太陽能板的背面裝有電子線路板，下半球底部有電池盒，電池盒內(nèi)裝有蓄電池。該裝置的缺點(diǎn)是該實(shí)用新型專利雖然采用了球形的外觀結(jié)構(gòu)，但是太陽能電池只是平鋪在下半球中的透明電子元件盒上，并沒有增大太陽能電池的發(fā)電效率實(shí)用新型專利CN202018141U公開了球形太陽能熱水器。該球形太陽能熱水器的內(nèi)外殼均為球殼或橢球殼狀，內(nèi)殼用透光材料或?qū)岵牧现谱?，夕卜殼由透光材料制作在外殼的背陽一?cè)設(shè)置反光板。該球形太陽能熱水器的缺點(diǎn)是沒有考慮到太陽光照射到外殼上時(shí)會(huì)有很大部分的反射損失從而降低集熱效率，并且外殼的背陽板設(shè)置也不合理，另外， 該球殼由于忽略了太陽光的入射角問題從而降低了球殼表面設(shè)計(jì)對(duì)提高集熱效率的貢獻(xiàn)。實(shí)用新型專利CN201443894U公開了一種高效真空球形太陽能集熱供暖器。該裝置在箱體上排布了真空球，其內(nèi)部涂有吸熱涂層，每個(gè)真空球下均設(shè)有凹形球面六角反光板。每個(gè)凹形面反光板的球面上均吸附一球托，每個(gè)球托的上部吸附于真空球的真空吸口上。該高效真空球形太陽能集熱器存在的缺點(diǎn)是真空球工藝復(fù)雜成本昂貴并且易碎，同時(shí)反光板通過球托吸附來固定真空球和反光板的位置穩(wěn)定性不夠。同時(shí)，該裝置通過固定有真空球反光板平鋪而成，增大了真空球的間隙，減小了總的集熱面積導(dǎo)致集熱效率提高不大。上述公開文獻(xiàn)只單純運(yùn)用到了球形外殼的宏觀結(jié)構(gòu)，并沒有進(jìn)行球殼結(jié)構(gòu)的微觀設(shè)計(jì)和模塊拼接角度提出高效、低成本的發(fā)電措施。本發(fā)明所述一種積木球殼火炬式太陽能發(fā)電裝置中的球殼由發(fā)電模塊按電極位置積木拼接固定在金屬或纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料球面支架表面，便于加工、運(yùn)輸、安裝和維護(hù)，同時(shí)也增大了穩(wěn)定性；發(fā)電模塊受光面采用納米石墨烯、碳納米管、納米炭黑、鎘化合物、鉛(Pb)、鋁(Al)等金屬納米粒子中的一種或以上納米粒子定位組裝分散的有機(jī)或無機(jī)材料復(fù)合薄膜制備。本發(fā)明所述一種積木球殼火炬式太陽能發(fā)電裝置由積木結(jié)構(gòu)的發(fā)電球殼、反射聚光鏡、控制器、逆變器和蓄電池組成。積木球殼的外形設(shè)計(jì)使該發(fā)電裝置在不同時(shí)段內(nèi)均能接受太陽光；設(shè)計(jì)并采用反射聚光鏡使照射到聚光鏡表面的太陽光照總能反射到太陽能發(fā)電球殼表面，增大了發(fā)電球殼的受光面積，提高發(fā)電效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是克服上述問題，通過創(chuàng)新太陽能發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提供一種新型實(shí)用的積木球殼火炬式太陽能發(fā)電裝置，并配有反射聚光鏡，提高太陽能發(fā)電裝置的效率，并引入火炬式設(shè)計(jì)使造型美觀。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，上述問題通過種積木球殼火炬式太陽能發(fā)電裝置就能解決，所述積木球殼是指由2個(gè)以上球面模塊積木式組合而成的球殼，所述火炬式太陽能發(fā)電裝置是指其造型像火炬。本發(fā)明所述一種積木球殼火炬式太陽能發(fā)電裝置由太陽能發(fā)電球殼(10)、反射聚光鏡(11)、逆變器(12)、蓄電池(13)和控制器(14)構(gòu)成，太陽能發(fā)電球殼(10)由三角形球面發(fā)電模塊(21、31、31、41、51、52、61)、正方形球面發(fā)電模塊(71)、五邊形球面發(fā)電模塊 (81)、正五邊形球面發(fā)電模塊(91)與正六邊形球面發(fā)電模塊(92)組合中的一種,發(fā)電模塊積木拼接固定在金屬或纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料球面支架表面。所述太陽能發(fā)電球殼(10)的外直徑為IOOmm 1000000mm，所述發(fā)電模塊尺寸可根據(jù)太陽能發(fā)電球殼(10)的外直徑和模塊幾何形狀及和個(gè)數(shù)計(jì)算得到。所述發(fā)電模塊受光面采用納米石墨烯、碳納米管、納米炭黑、鎘化合物、鉛(Pb)、鋁 (Al)等金屬納米粒子中的一種或以上納米粒子定位組裝分散的有機(jī)或無機(jī)材料復(fù)合薄膜制備。所述反射聚光鏡(11)采取凹形球面結(jié)構(gòu)，其鏡面內(nèi)表面選用拋光的碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料、鍍層或涂層的玻璃、涂層的聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯、表面處理的鋁箔等材料；反射聚光鏡球殼內(nèi)直徑是I 2. 31倍于發(fā)電球殼外徑；太陽能發(fā)電球殼(20)位于反射聚光鏡(11)凹形球面的豎直半徑的中點(diǎn)，太陽能發(fā)電球殼(10)任意表面總處于反射聚光鏡(11)內(nèi)表面反射光線焦點(diǎn)位置，使照射到聚光鏡表面的太陽光照都能反射到太陽能發(fā)電球殼表面上。


圖I表示一種積木球殼火炬式太陽能發(fā)電裝置示意2表示由三角形球面發(fā)電模塊21積木拼接的發(fā)電球殼示意3表示由三角形球面發(fā)電模塊31積木拼接的發(fā)電球殼示意4表示由三角形球面發(fā)電模塊41積木拼接的發(fā)電球殼示意5表不由三角形球面發(fā)電模塊51、52積木拼接的發(fā)電球殼不意6表由三角形球面發(fā)電模塊61積木拼接的發(fā)電球殼意7表由正方形球面發(fā)電模塊71積木拼接的發(fā)電球殼意8表不由正五邊方形球面發(fā)電模塊81積木拼接的發(fā)電球殼不意9表不由正五邊形發(fā)電模塊91和正六邊形發(fā)電模塊92積木拼接成的發(fā)電球殼示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于下述實(shí)施方案，凡是依據(jù)本發(fā)明作出的等效變化或修改，均應(yīng)認(rèn)為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施方式I :一種積木球殼火炬式太陽能發(fā)電裝置如圖I所示，由太陽能發(fā)電球殼(20)、反射聚光鏡(11)、逆變器(12)、蓄電池(13)和控制器(14)構(gòu)成；太陽能發(fā)電球殼(20)如圖2所示所示，太陽能發(fā)電球殼(20)由20個(gè)全等三角形球面發(fā)電模塊(21)積木拼接構(gòu)成，該三角形的弧長為5535. Omm,發(fā)電球殼的外直徑為10000mm,三角形球面發(fā)電模塊(21)按電極位置拼接、固定在球形金屬或纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料球形支架表面；三角形球面發(fā)電模塊
(21)受光面采用納米石墨烯和納米鋁(Al)粒子協(xié)同定位組裝分散的有機(jī)或無機(jī)材料復(fù)合薄膜制備；反射聚光鏡11米取球殼結(jié)構(gòu)，其鏡面內(nèi)表面選用拋光的碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料、鍍層或涂層的玻璃、涂層的聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯、表面處理的鋁箔中一種；反射聚光鏡球殼內(nèi)外直徑2倍于發(fā)電球殼外徑；太陽能發(fā)電球殼(20)位于反射聚光鏡(11) 凹形球面的豎直半徑的中點(diǎn)，太陽能發(fā)電球殼(10)任意表面總處于反射聚光鏡(11)內(nèi)表面反射光線焦點(diǎn)位置，使照射到反射聚光鏡表面的光都能反射到太陽能發(fā)電球殼表面上。實(shí)施方式2 一種積木球殼火炬式太陽能發(fā)電裝置如圖I所示，由太陽能發(fā)電球殼(30)、反射聚光鏡(11)、逆變器(12)、蓄電池(13)和控制器(14)構(gòu)成；太陽能發(fā)電球殼(30)如圖3 所示所示，太陽能發(fā)電球殼(30)由4個(gè)全等三角形球面發(fā)電模塊(31)積木拼接構(gòu)成，該三角形的弧長為9549. 3mm,發(fā)電球殼的外直徑為IOOOOmm ;三角形球面發(fā)電模塊(31)受光面采用碳納米管和鉛(Pb)納米粒子協(xié)同定位組裝分散的有機(jī)或無機(jī)材料復(fù)合薄膜制備，其他同實(shí)施方案I。實(shí)施方式3 一種積木球殼火炬式太陽能發(fā)電裝置如圖I所示，由太陽能發(fā)電球殼(40)、反射聚光鏡(11)、逆變器(12)、蓄電池(13)和控制器(14)構(gòu)成；太陽能發(fā)電球殼(40)如圖4 所示所示，太陽能發(fā)電球殼(40)由8個(gè)全等三角形球面發(fā)電模塊(41)積木拼接構(gòu)成，該三角形的弧長為7855. 5mm，發(fā)電球殼的外直徑為10000mm，其他同實(shí)施方案I。實(shí)施方式4 一種積木球殼火炬式太陽能發(fā)電裝置如圖I所示，由太陽能發(fā)電球殼(50)、反射聚光鏡(11)、逆變器(12)、蓄電池(13)和控制器(14)構(gòu)成；太陽能發(fā)電球殼(50)如圖5 所示所示，太陽能發(fā)電球殼(50)由兩種三角形球面發(fā)電模塊(51、52)共180個(gè)積木拼接構(gòu)成，其中，一種是60個(gè)弧長比為0.868 0.868 I. 007的球面等腰三角形51，另一種是120個(gè)弧長比為1.029 1.029 1.007的球面等腰三角形52 ;且當(dāng)弧面三角形51的三邊弧長分別為1750mm、1750mm、2030mm，以及弧面三角形52的三邊弧長分別為2070mm、 2070mm、2030mm時(shí)，發(fā)電球殼外直徑為10000mm，其他同實(shí)施方案I。實(shí)施方式5:一種積木球殼火炬式太陽能發(fā)電裝置如圖I所示，由太陽能發(fā)電球殼(60)、反射聚光鏡(11)、逆變器(12)、蓄電池(13)和控制器(14)構(gòu)成；太陽能發(fā)電球殼(60)如圖6 所示所示，太陽能發(fā)電球殼出0)由60個(gè)全等三角形球面發(fā)電模塊￠1)積木拼接構(gòu)成，當(dāng)
6該三角形的三邊弧長均為3250mm時(shí)，發(fā)電球殼外直徑為10000mm，其他同實(shí)施方案2。實(shí)施方式6 一種積木球殼火炬式太陽能發(fā)電裝置如圖I所示，由太陽能發(fā)電球殼(70)、反射聚光鏡(11)、逆變器(12)、蓄電池(13)和控制器(14)構(gòu)成；太陽能發(fā)電球殼(70)如圖7 所示，太陽能發(fā)電球殼(70)由6個(gè)全等正方形球面發(fā)電模塊(71)積木拼接構(gòu)成；當(dāng)該正方形的弧長為6150. Imm時(shí)，發(fā)電球殼的外直徑為10000mm，其他同實(shí)施方案2。實(shí)施方式7 —種積木球殼火炬式太陽能發(fā)電裝置如圖I所示，由太陽能發(fā)電球殼(80)、反射聚光鏡(11)、逆變器(12)、蓄電池(13)和控制器(14)構(gòu)成；太陽能發(fā)電球殼(80)如圖8 所示，太陽能發(fā)電球殼(80)由20個(gè)全等正五邊形球面發(fā)電模塊￠1)積木拼接構(gòu)成，當(dāng)該正五邊的弧長為3644. 3mm時(shí)，發(fā)電球殼的外直徑為IOOOOmm ;其他同實(shí)施方案2。實(shí)施方式8 一種積木球殼火炬式太陽能發(fā)電裝置如圖I所示，由太陽能發(fā)電球殼(90)、反射聚光鏡(11)、逆變器(12)、蓄電池(13)和控制器(14)構(gòu)成；太陽能發(fā)電球殼(90)如圖9 所示，太陽能發(fā)電球殼(90)由16個(gè)全等正五邊形球面發(fā)電模塊(91)與16個(gè)全等正六邊形球面發(fā)電模塊(92)相互積木拼接構(gòu)成，當(dāng)該正五邊形的弧長為2030. Omm,以及該正六邊形的弧長為2030. Omm時(shí)，發(fā)電球殼的外直徑為10000mm，其他同實(shí)施方案2。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明所述一種積木球殼火炬式太陽能發(fā)電裝置中的太陽能發(fā)電球殼采用了多種幾何造型發(fā)電模塊及其積木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，球面發(fā)電模塊受光面采用納米石墨烯、碳納米管、 納米炭黑、鎘化合物、鉛(Pb)、鋁(Al)等金屬納米粒子中的一種或以上納米粒子定位組裝分散的有機(jī)或無機(jī)材料復(fù)合薄膜制備，由這種薄膜制備的發(fā)電模塊能最大程度地吸收太陽光和光散射，降低光反射率，可提高太陽能發(fā)電效率，發(fā)電模塊符合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，具有生產(chǎn)成本低、占地面積小、美觀實(shí)用等特征，積木組合方便，運(yùn)輸成本低。
權(quán)利要求
1.一種積木球殼火炬式太陽能發(fā)電裝置，其特征在于，所述積木球殼火炬式太陽能發(fā)電裝置由太陽能發(fā)電球殼(10)、反射聚光鏡(11)、逆變器(12)、蓄電池(13)和控制器(14) 構(gòu)成，太陽能發(fā)電球殼(10)是三角形球面發(fā)電模塊(21、31、31、41、51、52、61)、正方形球面發(fā)電模塊(71)、正五邊形球面發(fā)電模塊(81)、正五邊形球面發(fā)電模塊(91)與正六邊形球面發(fā)電模塊(92)組合中的一種，發(fā)電模塊積木拼接固定在金屬或纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料球面支架表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1，其特征在于，所述太陽能發(fā)電球殼(10)的外直徑為IOOmm 1000000mm，所述發(fā)電模塊尺寸可根據(jù)太陽能發(fā)電球殼(10)的外直徑和模塊幾何形狀及和個(gè)數(shù)計(jì)算得到。
3.所述發(fā)電模塊受光面采用納米石墨烯、碳納米管、納米炭黑、鎘化合物、鉛(Pb)、鋁 (Al)等金屬納米粒子中的一種或以上納米粒子定位組裝分散的有機(jī)或無機(jī)材料復(fù)合薄膜制備。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，其特征在于，所述反射聚光鏡(11)采取凹形球面結(jié)構(gòu)，其鏡面內(nèi)表面選用拋光的碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料、鍍層或涂層的玻璃、涂層的聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯、表面處理的鋁箔等材料；反射聚光鏡球殼內(nèi)直徑是I 2. 31倍于發(fā)電球殼外徑；太陽能發(fā)電球殼(20)位于反射聚光鏡(11)凹形球面豎直半徑的中點(diǎn)，太陽能發(fā)電球殼(10)任意表面總處于反射聚光鏡(11)內(nèi)表面反射光線焦點(diǎn)位置，使照射到聚光鏡表面的太陽光照都能反射到太陽能發(fā)電球殼表面上。
全文摘要
本項(xiàng)目發(fā)明涉及一種新型的太陽能發(fā)電裝置，該裝置由太陽能發(fā)電球殼、反射聚光鏡、逆變器、蓄電池和控制器構(gòu)成，太陽能發(fā)電球殼由發(fā)電模塊積木拼接固定在金屬或纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料球面支架表面，太陽能發(fā)電球殼的外直徑為100mm～1000000mm，發(fā)電模塊受光面采用納米石墨烯、碳納米管、納米炭黑、鎘化合物、鉛(Pb)、鋁(Al)等金屬納米粒子中的一種或以上納米粒子定位組裝分散的有機(jī)或無機(jī)材料復(fù)合薄膜制備，太陽能發(fā)電球殼任意表面總處于反射聚光鏡內(nèi)表面反射光線焦點(diǎn)位置，使照射到聚光鏡表面的光都能反射到太陽能發(fā)電球殼表面上。
文檔編號(hào)H02N6/00GK102594212SQ20121004002
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者劉綺云, 李鑫, 王帆, 王琨, 詹茂盛 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)