[发明专利]一种屋顶太阳能聚光发电系统

说明书

技术领域

本发明属于太阳能光伏发电技术领域，具体涉及到一种屋顶太阳能聚光发电系统。

背景技术

在人类面对能源危机时，利用太阳能无疑是一种最丰富和最可靠的方法。美国作为世界上最大的能源消费国，为了减少能耗和温室气体排放，调整能源结构，早在1997年就提出了“百万太阳能屋顶计划”，使得美国的太阳能应用技术得到了极大地发展。日本福岛核事故和随之而来的电网中断后，屋顶太阳能公寓则迅速发展成为新兴市场。而对中国来说，每年新增的建筑房顶面积即可提供光伏发电10GW，因而中国在新能源十二五规划中也明确提出“必须着力发展分布式太阳能”。

屋顶太阳能具有不占土地，传输损耗小，有利于降低峰电压力等优点，但是由于建筑屋顶面积空间相对有限，因此如何能在有限的面积内获取更多的电量输出是推动屋顶太阳能大规模应用的关键。

常规太阳能发电技术大部分采用固定晶硅电池板发电，其效率一般在15%左右，为了在有限面积内获得更多电量，采用效率可超过30%的聚光加多结太阳能技术是一种非常好的方式。但是在屋顶上直接采用这种聚光发电方式则会存在几个大的问题：

1）高转换效率的获取必须要在聚光条件下，因此相比较常规固定晶硅电池发电技术，聚光太阳能必须要同时采用高精度太阳跟踪技术来获得高稳定性的光斑。而一般太阳跟踪技术大部分采用地平坐标系双轴跟踪技术，即通过双轴支架调节来实现对太阳的高度和水平角的追踪。这种双轴支架大部分采用立式结构，整个重心集中承载在支撑立柱上，并且需要根据地面结构进行打桩固定安装。而在屋顶使用时，由于楼体结构和承重的限制，在有限面积内承载压力无法过大，因而这样的立式支架就不方便安装。

2）为了适合太阳高度角的全年变化范围，采用地平坐标系跟踪技术的立式支架，就需要一定高度的立柱来保证高度角的全范围追踪，这样抗风能力的设计无疑是最大的难题。并且城市里的住宅往往是高层建筑，其风速大大超过了地面风速，并且聚光太阳帆越大，双轴追踪支架的立柱就要求越高，则抗风性也要求越苛刻，更为麻烦的是由于双轴支架采用结构较为复杂的仰俯追踪结构和控制算法，一旦在高层建筑上这样的双轴聚光太阳能系统出现故障异常，则调试和维护工作都很难正常开展。

因而，为了在有限面积的屋顶上安全有效的使用太阳能发电，一方面我们希望使用一种在单位面积上发电效率高的技术，另外一方面我们还需要这种技术能够尽量满足屋顶结构，结构简单并且能够有效承受恶劣环境的太阳能发电技术。

发明内容

针对常规屋顶太阳能和聚光太阳能各自的不足，本发明的目的在于提供一种可以在屋顶使用的太阳能聚光发电系统，该系统能够将屋顶和聚光太阳能技术相结合，从而能够更好的满足实际需求。

本发明可以通过如下技术方案来实现：一种屋顶太阳能聚光发电系统，其不同之处在于：该系统包括支架，该支架包括支撑架、用于安装聚光发电模块的倾斜状中心撑杆，所述支架上具有用于朝向南北的倾斜支架中心轴线和用于朝向东西的聚光单元中心轴线两个旋转中心线，倾斜支架中心轴线和聚光单元中心轴线构成时角坐标系，该时角坐标系以地心为原点，所述倾斜支架中心轴线为极轴线，所述聚光单元中心轴线为赤纬轴线；所述支架通过围绕极轴线旋转用于追踪太阳东西方向的时角变化，通过围绕赤纬轴线旋转用于改变光线的入射角度。

按以上方案，所述中心撑杆、支撑架和屋顶天台水平面构成一直角三角形，中心撑杆和屋顶天台水平面所形成的夹角为当地纬度角θ，聚光发电模块与极轴成赤纬夹角纬度角θ和赤纬夹角均可以通过机械方式进行联动调节。

按以上方案,所述支撑架安装在屋顶主梁上从而能够承受比较大的压力。

按以上方案,所述倾斜状中心撑杆上安装有用于驱动多个聚光发电模块同时南北翻转从而改变赤纬夹角的赤纬联动杆。

按以上方案,还包括时角联动杆，所述倾斜状中心撑杆的数量为至少2根，倾斜状中心撑杆之间互相平行，时角联动杆则带动多根倾斜状中心撑杆上的聚光发电模块同时东西转动，形成时角联动追踪，赤纬联动杆和时角联动杆为联动机构。

按以上方案,所述赤纬联动杆和时角联动杆之间由步进电机带动减速机构与涡轮蜗杆进行联动。本发明引入这样的设计可以在降低系统高度的同时，减少驱动电机，从而简化系统和降低成本。

按以上方案,所述倾斜状中心撑杆的数量为至少2根，倾斜状中心撑杆之间互相平行，倾斜状中心撑杆之间的间距L符合以下公式：