[發明專利]用于光伏一體化建筑房頂的聚光式光伏設備

在審

• 申請號: 202211319139.3
• 申請日: 2022-10-26
• 公開（公告）號: CN115589206A
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 張東生;楊秋寧;江再正
• 申請（專利權）人: 寧夏啟辰智能低碳科技有限公司
• 主分類號: H02S40/22
• 分類號: H02S40/22;H02S40/42;H02S10/10;H02K7/18
• 代理公司: 北京棘龍知識產權代理有限公司 11740
• 代理人: 楊培芳

本發明涉及光伏建筑設備技術領域，特別涉及一種用于光伏一體化建筑房頂的聚光式光伏設備；包括聚光裝置、光伏裝置、散熱裝置和輔助裝置，聚光裝置鋪設在房頂表面，由鏡面陣列組成，鏡面陣列中的鏡面順次規律偏轉，形成反射式菲涅爾透鏡，光伏裝置安裝在聚光裝置背陽側，散熱裝置位于光伏板上方；本發明通過反射式菲涅爾透鏡聚光至光伏板的方案，大幅降低了同功率下光伏板的鋪設面積，從而降低了設備成本，同時將應用煙囪效應的散熱裝置與輔助發電裝置結合，可以靈活提供更高的散熱效率或增加發電效率，在不同的應用環境下具有較高的適應性。

技術領域：

本發明涉及光伏建筑設備技術領域，特別涉及一種用于光伏一體化建筑房頂的聚光式光伏設備。

背景技術：

光伏一體化建筑是新能源推廣的重要組成部分，目前常用的相關應用是在建筑屋頂或外墻大面積設置光伏板，并嘗試將光伏板與建筑材料固連形成有光伏功能的預制建材以降低相關成本。

在現有應用方案中，光伏板的成本雖然通過擴大生產、改進技術等方式得到大幅降低，但其工作壽命依然有限，導致將其與建筑材料固連的方案在經濟性上存在缺陷，主要體現在光伏板的使用壽命嚴重低于建筑材料本身的使用壽命，導致建筑的相關光伏功能無法在建筑的全壽命內保持有效，而將光伏板可拆卸的外掛在建筑外墻、房頂上亦需要根據光伏板壽命周期性大面積更換光伏板，在成本方面嚴重限制了相關推廣，在早期推廣試點案例中，甚至出現了部分經濟負收益案例。

同時，大面積安裝光伏板的發電效率受天氣影響非常嚴重，在云雨、塵霧等光照不充分的情況下其發電功率遠低于設計功率，造成設備冗余浪費。

發明內容：

鑒于此，有必要設計一種用于光伏一體化建筑房頂的聚光式光伏設備，改變目前直接鋪設大面積光伏板的應用現狀，在發電功率不顯著降低的情況下減少光伏板鋪設面積，降低相關光伏設備的全壽命成本。

用于光伏一體化建筑房頂的聚光式光伏設備，包括聚光裝置、光伏裝置、散熱裝置和輔助裝置。

其中，聚光裝置鋪設在房頂表面，由鏡面陣列組成，鏡面陣列中的鏡面順次規律偏轉，形成反射式菲涅爾透鏡。

光伏裝置安裝在聚光裝置背陽側，包括光伏基座、墻架、光伏板和導熱背板，其中，光伏基座設置在房頂表面，墻架設置在光伏基座上并向上延伸，墻架朝向聚光裝置一側表面安裝導熱背板，并在導熱背板上安裝光伏板。

散熱裝置安裝在墻架上部，位于光伏板上方，包括風筒、換熱器和導熱管，其中風筒為上下兩端開口的管狀結構，固定安裝在墻架上部側面，換熱器設置在風筒內，導熱管有多個，為重力回流熱管，連接在換熱器與導熱背板之間。

輔助裝置由發電電動機、氣動裝置和傳動件組成，氣動裝置安裝在風筒頂部，發電電動機安裝在墻架頂部，氣動裝置與發電電動機通過傳動件傳動連接。

上述結構中，按照北回歸線以北的緯度環境描述，光伏裝置東西向安裝在建筑屋頂上使光伏板面南，聚光裝置設置在光伏裝置南側，聚光裝置中的單個鏡片通過南北向傾斜適配該鏡片與光伏裝置的距離參數，通過東西向傾斜適配該鏡片與光伏裝置中心南北軸線的角度參數，使鏡片陣列整體聚焦至光伏板上形成反射式菲涅爾透鏡，實現聚光功能。在安裝聚光裝置時，應當以春分、秋分日正午時的太陽角聚光至光伏板中央垂線上部三分之一處的方式設計鏡面安裝角度，在優化聚光效果的同時，防止夏季光照過強損壞光伏板。

光伏板在聚光裝置的聚光下實現高效的光伏發電，期間由于聚光升溫，需要對光伏板進行散熱設計，本設計中通過導熱背板、導熱管、散熱器的方式對光伏板進行導熱散熱，散熱器設置在風筒內可以通過煙囪效應增加散熱器的通風量，提高其散熱效率；同時，輔助裝置中的發電電動機可以在高溫環境需要繼續增加散熱效率時以電動機模式帶動氣動裝置動作，進一步增加風筒內的通風量，也可以在不需要過高散熱效率時以發電機模式由散熱器、風筒內煙囪效應提供的氣流帶動氣動裝置動作實現發電，提高設備整體的發電效率。