[发明专利]用于光伏一体化建筑房顶的聚光式光伏设备

说明书

本发明涉及光伏建筑设备技术领域，特别涉及一种用于光伏一体化建筑房顶的聚光式光伏设备；包括聚光装置、光伏装置、散热装置和辅助装置，聚光装置铺设在房顶表面，由镜面阵列组成，镜面阵列中的镜面顺次规律偏转，形成反射式菲涅尔透镜，光伏装置安装在聚光装置背阳侧，散热装置位于光伏板上方；本发明通过反射式菲涅尔透镜聚光至光伏板的方案，大幅降低了同功率下光伏板的铺设面积，从而降低了设备成本，同时将应用烟囱效应的散热装置与辅助发电装置结合，可以灵活提供更高的散热效率或增加发电效率，在不同的应用环境下具有较高的适应性。

技术领域：

本发明涉及光伏建筑设备技术领域，特别涉及一种用于光伏一体化建筑房顶的聚光式光伏设备。

背景技术：

光伏一体化建筑是新能源推广的重要组成部分，目前常用的相关应用是在建筑屋顶或外墙大面积设置光伏板，并尝试将光伏板与建筑材料固连形成有光伏功能的预制建材以降低相关成本。

在现有应用方案中，光伏板的成本虽然通过扩大生产、改进技术等方式得到大幅降低，但其工作寿命依然有限，导致将其与建筑材料固连的方案在经济性上存在缺陷，主要体现在光伏板的使用寿命严重低于建筑材料本身的使用寿命，导致建筑的相关光伏功能无法在建筑的全寿命内保持有效，而将光伏板可拆卸的外挂在建筑外墙、房顶上亦需要根据光伏板寿命周期性大面积更换光伏板，在成本方面严重限制了相关推广，在早期推广试点案例中，甚至出现了部分经济负收益案例。

同时，大面积安装光伏板的发电效率受天气影响非常严重，在云雨、尘雾等光照不充分的情况下其发电功率远低于设计功率，造成设备冗余浪费。

发明内容：

鉴于此，有必要设计一种用于光伏一体化建筑房顶的聚光式光伏设备，改变目前直接铺设大面积光伏板的应用现状，在发电功率不显著降低的情况下减少光伏板铺设面积，降低相关光伏设备的全寿命成本。

用于光伏一体化建筑房顶的聚光式光伏设备，包括聚光装置、光伏装置、散热装置和辅助装置。

其中，聚光装置铺设在房顶表面，由镜面阵列组成，镜面阵列中的镜面顺次规律偏转，形成反射式菲涅尔透镜。

光伏装置安装在聚光装置背阳侧，包括光伏基座、墙架、光伏板和导热背板，其中，光伏基座设置在房顶表面，墙架设置在光伏基座上并向上延伸，墙架朝向聚光装置一侧表面安装导热背板，并在导热背板上安装光伏板。

散热装置安装在墙架上部，位于光伏板上方，包括风筒、换热器和导热管，其中风筒为上下两端开口的管状结构，固定安装在墙架上部侧面，换热器设置在风筒内，导热管有多个，为重力回流热管，连接在换热器与导热背板之间。

辅助装置由发电电动机、气动装置和传动件组成，气动装置安装在风筒顶部，发电电动机安装在墙架顶部，气动装置与发电电动机通过传动件传动连接。

上述结构中，按照北回归线以北的纬度环境描述，光伏装置东西向安装在建筑屋顶上使光伏板面南，聚光装置设置在光伏装置南侧，聚光装置中的单个镜片通过南北向倾斜适配该镜片与光伏装置的距离参数，通过东西向倾斜适配该镜片与光伏装置中心南北轴线的角度参数，使镜片阵列整体聚焦至光伏板上形成反射式菲涅尔透镜，实现聚光功能。在安装聚光装置时，应当以春分、秋分日正午时的太阳角聚光至光伏板中央垂线上部三分之一处的方式设计镜面安装角度，在优化聚光效果的同时，防止夏季光照过强损坏光伏板。

光伏板在聚光装置的聚光下实现高效的光伏发电，期间由于聚光升温，需要对光伏板进行散热设计，本设计中通过导热背板、导热管、散热器的方式对光伏板进行导热散热，散热器设置在风筒内可以通过烟囱效应增加散热器的通风量，提高其散热效率；同时，辅助装置中的发电电动机可以在高温环境需要继续增加散热效率时以电动机模式带动气动装置动作，进一步增加风筒内的通风量，也可以在不需要过高散热效率时以发电机模式由散热器、风筒内烟囱效应提供的气流带动气动装置动作实现发电，提高设备整体的发电效率。