[實用新型]一種能減少占地面積增加發電量的跟蹤式光伏發電裝置

有效

• 申請號: 201120155963.0
• 申請日: 2011-05-10
• 公開（公告）號: CN202034926U
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 林晨星;林文漢;盧育發;李倩
• 申請（專利權）人: 安徽天柱綠色能源科技有限公司
• 主分類號: H02N6/00
• 分類號: H02N6/00;G05D3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本實用新型涉及一種跟蹤式光伏發電裝置，特別是一種能減少占地面積增加發電量的跟蹤式光伏發電裝置。

背景技術：

光伏發電是目前全世界積極發展的一種可再生能源，它是人類未來能源的希望。由于光伏材料，特別是高純多晶硅的價格昂貴，目前光伏發電設備的投入成本依然高于化石能源，光伏發電的設備回收期較長。為了提高光伏發電技術的實用性和經濟性，科學家和工程師設法提高光伏發電裝置的發電效率、發電量、提高光伏發電設備的可靠性、減少占地面積和降低建設成本。為了提高平板光伏電池組件的發電量，人們發明了太陽跟蹤器，使光伏電池組件的受光面一直朝向太陽以減少余弦效應、增加發電量。理論計算顯示，雙軸跟蹤式的光伏發電裝置在北緯地區的年發電量最高，比水平方向固定的光伏發電裝置高出50％，比單軸跟蹤式的光伏發電裝置高15～20％。

然而，增加雙軸跟蹤功能是要付出代價的，其中的經濟技術問題包括：

1.雙軸跟蹤器增加了設備成本，一般為5～6元/Wp；

2.由于涉及兩個自由度的旋轉，而且兩個轉軸是互相垂直的，因此傳統的雙軸跟蹤器是在空中旋轉一個裝著光伏電池組件的大平面，在跟蹤的過程中，雙軸跟蹤光伏發電設備的影子是比較長、在地面投影的范圍比較寬，因此在安裝多臺雙軸跟蹤光伏發電設備時，相鄰的雙軸跟蹤光伏發電設備(前后左右，或者東西南北方向)必須保持一定的間距(緯度越高間距越大)，大幅度的增加了土地的使用面積。按傳統的雙軸跟蹤光伏發電站的土地使用率為50m²/Wp，相比固定平板光伏發電站的20m²/Wp，土地的成本增加了250％。另一方面，在空間有限的情況下，比如屋頂電站，傳統的雙軸跟蹤光伏發電設備也限制了光伏發電站的裝機容量。

3.如上所述，傳統的雙軸跟蹤光伏發電設備在空中旋轉大面積的平板，由于機械結構的原因，需要考慮采取更加堅固、能減少變形量的設計，這將導致基礎和結構成本增加。在我國，許多陽光資源很好的地方，往往其風資源也比較豐富(風大有利光伏發電，因為光伏電池板得到很好的散熱，光伏電池板的溫度越高發電效率越低)，比如內蒙古的草原，甘肅敦煌的荒漠，設備的抗風能力更加需要加強。

4.為了減少土地的占用面積，傳統的雙軸太陽跟蹤系統的布局以犧牲一些跟蹤時間(即早晨較早的時段和下午較晚的時段)，以縮小雙軸太陽跟蹤器之間的間距。在春、夏和秋天的時候，特別是在夏天，這個被犧牲的時段的潛在發電量其實還是相當可觀的，理論計算顯示這時段有5～10％的電量增益潛能。

5.在屋頂光伏發電的應用中，房頂的風壓比較大，光伏發電裝置的支撐架和基礎應當加強，然而房頂不適合安裝大型水泥基礎，因此不適合安裝結構高大的跟蹤式光伏發電裝置，傳統設計一般使用固定式、貼著屋頂安裝的光伏發電裝置。

以下對現有技術的幾種類型的跟蹤式光伏發電裝置作評論。

圖1給出類一型的雙軸跟蹤器的結構，這種結構也被稱為T型的雙軸跟蹤器，其主要部件包括一個光伏電池組件陣列1、一個方位角旋轉軸2、一個仰角旋轉軸3、和一個基礎10。方位角旋轉軸與天頂方向z軸9平行，旋轉軸3和地平線5平行，整體的結構如一個T字插在地面(N北，S南，E東，W西)4上。圖10給出太陽26相對于地面4的坐標，由太陽方位角As?27和太陽高低角αs?28來表述。在進行太陽跟蹤的時候，方位角旋轉軸(轉角為A_H)1轉到A_H等于太陽方位角A_s的位置，仰角旋轉軸(轉角為β_H)2轉到光伏電池組件陣列傾角β_H?6等于90°減去太陽高低角α_s的位置，β_H＝90°-α_s。美國專利申請公開號US2011/0041834A1給出了這類跟蹤器的典型例子。其缺點是：

1.其光伏電池組件陣列高度H?8太高，重心落在接近方位角旋轉軸頂部的位置，側風力對基礎形成的傾覆力矩大，要求基礎10做的大而堅固，基礎成本高，同時受側風影響時，結構的變形量較大，整體抗風能力較差；

2.其光伏電池組件陣列高度H?8太高，造成對周邊地面的投影范圍廣闊，在多臺跟蹤器的應用中，要求的占地面積大，造成土地成本高；

3.其光伏電池組件陣列高度H?8太高，安裝時需要用吊車，安裝成本高，清掃和維護成本也高。