專利名稱：降低太陽能光電池每瓦成本的太陽光伏裝置和系統(tǒng)的制作方法
降低太陽能光電池每瓦成本的太陽光伏裝置和系統(tǒng)
技術領域：
本發(fā)明是關于一種混合太陽光伏(photovoltaic，PV)及太陽聚光伏系統(tǒng) (concentrated photovoltaic, CPV)的方法及其裝置，用以降低太陽光伏系統(tǒng)的生產成 本。特別是所揭露的方法提出一種簡化近拋物線低聚光的太陽光伏系統(tǒng)(quasi-parabolic trough PV，QPTPV)，具有較大的追蹤器指向誤差容忍度。近拋物槽(quasi-parabolic trough, QPT)反射鏡是以離焦來覆蓋在整個線性太陽能板陣列上，線性太陽能板是從一個 大長方形太陽能電池面板減縮而成。總地來說，近拋物線太陽光伏系統(tǒng)是由低成本的近拋 物線反射板、一組較密集而低成本的線型太陽能光電池陣列以及一寬松要求的單軸式或雙 軸式太陽追蹤器所組成，這些較低成本的技術結合可以讓太陽能光電系統(tǒng)每千瓦小時的生 產成本降到最低。
背景技術：
太陽光伏面板通常由一個二維陣列的太陽能電池所建構，封裝在長方形的太陽能 面板上，用以積累太陽能，但并無聚光而轉化成實用的電力。此外，如果太陽能板安裝在雙 軸式太陽追蹤器上，使得所述太陽能光電池面板在任何時候都能面向太陽，相對于固定式 模塊可以收集多約40%至50%的太陽能。由于住宅屋頂安裝上的限制，常見在住宅屋頂上 的太陽能光電池面板通常是固定式的硅電池面板。硅電池面板較其他種類的高效率太陽能 電池(例如多接面鎵電池)便宜得多。在當今市場最好的硅電池效率已超過20%，而太陽 能電池效率在實驗室甚至可達到25%。然而，硅電池面板若沒有太陽的聚光，需要大量的硅 電池以覆蓋整個太陽能電池面板。由于制造的困難，較高效率的硅電池(超過20%)需較 高的成本。因此，屋頂太陽能板主要是低效率(15%-17%)的硅電池。在2010年，硅電池 面板的零售價格大約每瓦2美元，屋頂安裝費用約為每瓦5至6美元。對現(xiàn)今業(yè)界而言，提 出以一個簡化的程序將利用帶有雙軸式太陽追蹤器的QPTPV系統(tǒng)來將太陽光伏生產成本 降至約1美元，是不可想象的。然而，本發(fā)明正是提出了一種系統(tǒng)性的方法和裝置，可以實 現(xiàn)這個最低成本的目標。對于太陽能聚光電池系統(tǒng)來說，由于原料稀少和復雜的處理步驟及低產出，使得 多接面太陽能電池昂貴得多。當今三接面太陽能電池的效率可以達到兩倍于單結硅電池， 約為40%左右或更高。但這種電池的價格超高于硅電池；因此要將數(shù)百到數(shù)千倍的高度聚 光，以節(jié)省太陽能電池的成本，也同時達到高效率。因此，目前三接面太陽能電池切割成非 常小的單元尺寸，約1平方厘米或更少，以節(jié)省電池成本。此外還需依靠精密的聚光裝置， 才能達到高能量轉換效率。太陽能聚光電池系統(tǒng)所要求的是以太陽能板用追蹤器直接面對 陽光照射，以精密的光學太陽能追蹤器收集太陽光束。太陽能聚光電池系統(tǒng)的主要成本費 用為傳統(tǒng)式高精度雙軸式太陽能追蹤器、兩階段聚光學系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)和超高價位的聚光 電池。目前太陽能聚光電池每瓦的安裝成本遠高于太陽能光電池面板。在太陽能光電池系統(tǒng)使用的追蹤器成本必須低于太陽能板總成本的40%，因為使 用雙軸式太陽追蹤器改善太陽能光電池的發(fā)電量大約是40%至50%不等而取決于當?shù)鼐暥群兔姘宓墓潭ò惭b方向。目前的雙軸式太陽追蹤器在市場上的價格很少低于太陽能板的 40%成本。因此，除非有大型太陽能電站指定使用，否則雙軸式太陽追蹤器很少用于太陽能 光電池。由于目前雙軸式太陽追蹤器成本高，有較多的固定式面板或單軸式太陽追蹤器應 用在大型發(fā)電站。因為一般太陽能聚光電池很微小，大約1平方厘米，所以太陽能聚光電池系統(tǒng)的 追蹤器需要高精密度。指向誤差可以很容易導致太陽光聚焦在電池板區(qū)域外。即使使用一 些輔助的光學或鏡面漏斗收集器(mirror funnel collector)減輕指向誤差的影響，太陽 能追蹤器仍然需要高指向精密度，典型的指向精密度控制在0. 25度以下。相反地，太陽能 追蹤器用于太陽光伏面板則不需要高指向精密度。太陽能光電板即使傾斜也能收集太陽 能，例如用在屋頂上。其效率是和太陽射線與法線(垂直線)夾角的余弦值(cos)成正比。 舉例來說，如果太陽射線與法線的夾角是5度，其效率仍然是垂直太陽射線的99. 6% (即 COS 5° )?？偟貋碚f，可以得出下列結論雙軸式太陽追蹤器的指向要求是可以放寬的用在 太陽光伏系統(tǒng)。例如，太陽光伏的追蹤控制器可以使用一個開路系統(tǒng)，只記憶太陽軌道上的 位置(太陽歷)無須太陽傳感器。在則，本發(fā)明提出可以使用一個輸出功率回授指向算法 來實現(xiàn)最大輸出功率。只要光電池產生出最大的輸出功率指向分辨率可以放寬。這些放寬 指向器的要求可以降低追蹤器的成本。申請人在另提出一項發(fā)明申請，提出了若干裝置和 系統(tǒng)，可以大幅降低太陽能追蹤器的成本。

發(fā)明內容本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種有別于現(xiàn)有太陽光伏系統(tǒng)或太陽聚光伏 系統(tǒng)的光電系統(tǒng)及裝置，讓成本可以低于目前任何一種太陽聚光伏系統(tǒng)及太陽光伏系統(tǒng)。本發(fā)明所揭露的QPTPV系統(tǒng)是采用價格相當?shù)土慕鼟佄锞€反射槽板(QPT)。而 本發(fā)明還揭露一種制作近拋物線反射槽板的技術。近拋物線反射槽板不像真正的拋物線槽 或拋物線反射碟一樣具備高聚光率，但卻可以很容易地用一塊自然彎曲且正面覆蓋一鏡片 的金屬或塑料反射板制成。在此覆蓋鏡片的表面，可以覆上一層因應天氣變化的保護膜，并 可再彈性覆上一納米材質膜，兼具防水及防止灰塵堆積的功能。這種低價的玻璃鏡片在一 般鏡片零售市場上常見的五金店里都買得到。彎曲的近拋物線槽反射板也使用類似的低價 鏡膜，背面為金屬或復合材質，正面則覆上一層介電質保護膜，以提升陽光反射效果。另一方面，一般大型太陽光伏板(或模塊)是由太陽能電池排成6x12的陣列所組 成。在相同范圍的情況下，如果近拋物線反射槽將太陽光集中在1x12的線性太陽能電池陣 列上，那么只需使用六分之一的太陽能電池即可。同理，如果太陽照射的面積是太陽光電板 全幅的兩倍大，而且太陽照射的范圍集中在相同的1x12線性太陽能電池陣列上，那么只需 使用十二分之一的太陽能電池即可。另外一方面，6到12次集中太陽光伏的低聚光率為可達成的拋物線槽聚光率的低 標。若采用輸出功率測量值作為回授的指向演算，可讓太陽追蹤器的指向精準度變得較寬 松。如此一來，雖降低了雙軸式太陽追蹤器成本，但仍然可以產出最大量的能源。具體來說， 太陽聚光伏系統(tǒng)所要求的指向精準度一般是在0. 25度以下。而近拋物線太陽聚光伏系統(tǒng) 所要求的指向精準度較寬松到1度左右，所以將低價的單軸式或雙軸式太陽追蹤器應用在近拋物線光電系統(tǒng)上是十分理想的。該較寬松的太陽追蹤器使用一混合式太陽歷追蹤器， 搭配輸出功率測量值進行回授，以控制太陽追蹤器指向精準度。再者，使用近拋物線太陽聚光伏系統(tǒng)的另一選擇，可附帶用在熱水器。一般來說， 為了將聚光太陽光伏系統(tǒng)中的太陽能電池控制在使用溫度范圍內，因此必須對太陽能電 池進行冷卻，以確保運作功能。裝設冷卻裝置對任何一種太陽聚光伏系統(tǒng)都是一項負擔。 然而，本發(fā)明長條型太陽能板卻可以善用其線性結構的優(yōu)勢，使主動冷卻系統(tǒng)轉變成一線 性水管加熱系統(tǒng)。通過主動冷卻的方式，可以進一步吸收逸散的太陽能，而將其中60%到 70%左右的散熱能源轉換成熱水能源。根據(jù)最佳商業(yè)化的水加熱系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示，結合電、 熱而吸收到的總太陽能可達照射太陽能的75%。在太陽聚熱發(fā)電系統(tǒng)(CSD)的應用上，使用長型串接的拋物線反射槽來集中太陽 熱能。而太陽熱能會集中在隔熱管上將水蒸氣加熱以驅動渦輪發(fā)電機?，F(xiàn)今所用的拋物線 槽為一大型結構，包含成形玻璃反射鏡或復合材質反射板。近拋物線反射槽的反射板可以 應用于像這樣使用兩個近拋物線反射槽的大型拋物線槽。如果將使用近拋物線反射槽的反 射板的太陽聚熱發(fā)電系統(tǒng)應用在進行簡易旋轉的單軸式太陽追蹤器上，既可以減輕重量， 也可以降低成本?？偟貋碚f，降低近拋物線太陽光伏系統(tǒng)每瓦成本的關鍵在于(1)使用簡單的近 拋物線反射槽板，降低拋物線反射板的成本；(2)減少線性陣列上太陽能電池的數(shù)量，減少 到相當面積太陽光電板之太陽能電池數(shù)量的六分之一或到十二分之一；(3)使用以輸出功 率測量值作為回授的指向算法寬松指向精密度，以降低雙軸式或單軸式太陽追蹤器的成 本。本發(fā)明所使用的低價拋物線反射板，可以完成6到12次聚光的任務。此低價拋物線反 射板由表面覆蓋鏡片的彎曲反射板制成。線性陣列所減少的太陽能電池數(shù)量可以有更多的 經費空間使用效能比太陽能電池超出20%的硅電池。若將本發(fā)明連同申請人已申請的低價 雙軸式太陽追蹤器(參見美國專利申請?zhí)?2/852,454) —起使用，對于想要達成目前太陽 光電發(fā)電每瓦只需美金一元的目標指日可待。

附圖1所示是本發(fā)明的近拋物線反射槽。附圖2所示是QPT反射槽的側視圖。附圖3A 3C所示是QPTPV系統(tǒng)安裝于雙軸式太陽追蹤器的實施例。附圖4A 4C所示是QPTPV系統(tǒng)安裝于雙軸式太陽追蹤器的另一實施例。附圖5A 5D所示是QPTPV系統(tǒng)安裝于單軸式太陽追蹤器的另一實施例。附圖6所示是本發(fā)明結合低成本的PV和CPV的特性以獲得更低成本的QPTPV系統(tǒng)。
具體實施方式接下來結合附圖詳細介紹本發(fā)明所述的降低太陽能光電池每瓦成本的光電系統(tǒng) 和裝置的具體實施方式
。以下各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發(fā)明可用以實施的特定實施 例。本發(fā)明所提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“頂”、“底”、“水平”、“垂直”等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發(fā)明，而 非用以限制本發(fā)明。近拋物線反射槽的定義與聚光比率請參見附圖1，附圖1所示為本發(fā)明的近拋物線(quasi-parabolic trough, QPT) 反射槽。QPT反射槽包含一彎曲反射板52。在較佳實施例中，反射板52采用防銹金屬板材， 反射板呈自然彎曲的形狀。反射板52兩側的彎曲力會使得反射板52的彎曲曲線呈現(xiàn)近拋 物線性。反射板52也可以使用玻璃纖維、塑料、亞克力、鋁或鋁合金、不銹鋼板等材料制作， 并在所述使用材料的前表面披覆鏡面和因應天氣變化的保護膜。另一方面，將彎曲的剛性 玻璃或亞克力放置于加熱艙內也可達成類似的彎曲效果，只需要在清晰的剛性玻璃或亞克 力的前表面或后表面放置鏡面即可。使用真正的拋物線反射槽板對太陽能電池而言并非最好的選擇，因為拋物線反 射槽板會將太陽光聚焦于一直線上，可能導致強烈的太陽光燒壞或傷害電池。理想上， 聚集的太陽光線必須均勻地分散在太陽能電池表面。這個技術通常應用在非成像光學 (non-imaging optics)產業(yè)中。本發(fā)明揭露在特定的條件下將平面板兩邊施力彎曲以制成 近拋物線反射槽。當垂直面向太陽，QPT反射槽不會將太陽光聚光為一條線，而是聚光在線 性太陽能電池陣列12的一狹長條。這是類似于一個圓筒反射器(cylindrical reflector) 不會將所有平行光聚光在一直線上。線性太陽能板11包括一個線性太陽能電池陣列12和 散熱器(radiator)陣列14。如果聚光線條不足以涵蓋太陽能電池陣列12，可以移動線性 太陽能板11使其接近(或遠離)反射板52而散焦(defocus)太陽光線以填滿線性太陽能 電池陣列12的線性面積。本發(fā)明的真諦是以達到低聚光且比傳統(tǒng)的拋物線反射槽有更低 的成本。散熱器陣列14可直接接觸線性太陽能電池陣列12用來逸散因太陽能聚光而累積 熱量。垂直支撐臂18用來固定線性太陽能板11，而且可調節(jié)距離反射板52中心線的高度。 透過調整太陽能板11的高度，可以產生不同大小的模糊圖像(blurred image)區(qū)域，直到 平均分布在線性太陽能電池陣列12表面上。實用上最佳的調整高度是對應到太陽能電池 陣列12產出最大輸出功率。如附圖1所示，近拋物線反射板52拋物線的橫跨直線距離(linear span)26，線性 太陽能電池陣列11的寬度16。本系統(tǒng)的太陽聚光度則是反射板52的直線距離26減去太 陽能電池陣列12的寬度16，再除以太陽能電池陣列12的寬度16。因為線性太陽能電池陣 列12會在近拋物線反射板52產生陰影而減少反射板52上的反射面接，因此在計算時需要 減去太陽能電池陣列的寬度16。制造QPT反射槽的方法與多個實施例請參見附圖2，附圖2所示為QPT反射槽的側視圖。QPT反射槽的概念應用了拋物 線方程式Y = X2/2，其中X表示拋物線直線距離的一半，Y表示拋物線彎曲深度。附圖2所 示為拋物線的焦點是在距離拋物線0. 5米的中心上。如果拋物線直線距離(2X)為1. 28米， 則拋物線的彎曲深度為0. 2048米。當反射板52是一個完美的拋物線時，太陽光將被聚焦 在距離反射板52約0. 5米的直線上。利用金屬板或玻璃片制作一個真正完美的拋物線槽并不容易。不僅成型和壓制的 過程必須精準地遵循拋物線的條件，使彎曲的金屬片或平板玻璃(flat glass)鑄模為拋物 線型，而且拋物線表面還必須完全地平坦，無質地上的瑕疵。然而，本發(fā)明揭露了一種接近拋物線狀的反射槽，不僅簡化制造過程也可降低成本。由于材料和工藝的限制，QPT反射槽 的形狀可能不完全符合拋物線，但相當接近真實的拋物線。然而，對于低聚光太陽能光電池 而言已是足夠。在附圖2中，反射板52是自然地彎曲，兩邊由螺栓13固定在三角形支撐梁 15上。支撐梁15的較佳實施例是由細長金屬條彎曲成等腰三角形。呈等腰三角形的支撐 梁15的等腰角度應符合支撐點上的拋物線斜率并在頂角開縫。在頂角開縫的目的是讓三 角形支撐梁15利用枕型軸鉗(pillow clamp)和螺栓(bolt)固定于太陽追蹤器的主支架 上。本發(fā)明制造QPT反射槽的技術應當密切遵循以下三個規(guī)則1)所需反射板52的橫跨直線距離26應是大致等于兩個支撐梁15之間的距離。 該橫跨直線距離26大致符合一個真正的拋物線的橫跨直線距離。2)QPT反射板52彎曲前的寬度應符合橫跨直線距離26間真正拋物線的弧線長。3)三角形支撐梁15的兩個與反射板52接觸的斜邊邊梁應符合真正拋物線接觸點 的斜率。所述接觸點是用螺栓13固定。依據(jù)這三個大致符合的參數(shù)直線距離26、反射板52的寬度和支撐梁15兩斜邊 位于接觸點的斜率，就可以產生近拋物線反射板52。使用“大致”這個的詞匯，表示容許機 械加工的誤差。此反射板52定義為QPT非常近似真正的拋物線，但是明顯可見在QPT支撐 點附近呈線性，該反射板52并非呈現(xiàn)完美的拋物線。在這三個步驟之外，QPT反射板還可以使用兩個對稱的半拋物線制作，即橫跨直線 距離26和反射板52的寬度將是上述實施例的一半。兩半對稱的QPT反射板的底部會利用 一固定梁(例如倒立的T型梁)連接。支撐梁15的斜邊大致符合兩QPT反射板的拋物線 斜率，但兩個QPT反射板的底部連結處呈水平角(斜率為0度)。替代的QPT技術可用于大 型的QPT結構，或當平板反射板不夠大到可以做成一塊QPT。大型的QPT結構適用于太陽聚 熱發(fā)電系統(tǒng)(concentrated solar power, CSP)的太陽能熱集中器。本實施例的近拋物線 成型技術應用于目前的CSP產業(yè)可實現(xiàn)比使用傳統(tǒng)拋物線反射器更低的成本。由于QPT反射板52并非呈完美的拋物線，所以QPT反射板52會將太陽光聚焦在 一個狹窄長條，而不是一線狀。透過散焦可以擴大聚焦線條的寬度以填滿線性太陽能電池 陣列面積。較佳實施例是調整垂直支撐臂18的高度使得長條狀太陽能板11與反射板52 的距離接近而散焦。參見附圖2的數(shù)值范例，當反射板52的橫跨直線距離26為128厘米， 太陽能板11的寬度16為12. 8厘米，將太陽能板11陰影的部分扣除后，QPTPV太陽能聚亮 度只有9倍。這是在拋物線反射槽可實現(xiàn)的聚亮度中較低的范圍。然而，在這樣低的聚光 比率，只需要11%的面積太陽能光電池面板之電池。這是也是降低QPTPV系統(tǒng)每瓦成本的 其中一個重要關鍵。對于熟悉此項技藝者來說，QPT反射槽可依據(jù)前述三個相同規(guī)則將板材彎曲其他 近似的幾何曲線。例如，形成一圓筒狀反射槽(cylindrical trough)，所述圓筒狀反射槽可 以近似成一圓弧曲線(circular arc curve)，具有等效的直線距離、曲線長度和支撐點上 的斜率。圓筒反射槽所具有的功能類似于一個近拋物線反射槽，但仍不比近拋物線反射槽 理想，因為平行光線自圓筒反射槽反射后不會聚焦在一條中心在線。然而，圓筒槽較拋物線 槽容易成形。其他曲線的反射槽也是可以接受的，但效果不如近拋物線反射槽或圓筒反射 槽?？偟貋碚f，用形成近拋物線反射槽的三個規(guī)則來形成其它曲線槽定義為弧線槽(Curved trough PV，CTPV)模擬其他真實幾何曲線。即使近拋物線反射槽是最適合用在集中反射的聚焦面積，但當線性太陽能電池板列相對較寬時，圓筒反射槽可能在低聚光應用上容易應用。近拋物線光電系統(tǒng)在雙軸式太陽追蹤器的實施例附圖3A所示是本發(fā)明QPTPV系統(tǒng)的最佳實施例。多個近QPT反射槽安裝在一個 低成本的雙軸式太陽追蹤器10。雙軸式太陽追蹤器10請參閱本發(fā)明的申請人已申請的美 國專利(美國專利申請?zhí)?2/852，454)。雙軸式太陽追蹤器10安裝在地面上，以地柱20固 定在基座40上。在地柱20頂部是一個旋轉頭30。水平梁50固定在旋轉頭30頂部。一個 雙邊的矩形追蹤器支架51附著在水平梁50上并保持平衡。等腰三角形支撐梁15平行排 列并垂直安裝在水平梁50上。雙軸式太陽追蹤器10在本實施例使用驅動步進馬達43和 電磁旋轉頭42作為控制方位旋轉。一個附有驅動桿57 (jack head)的線性驅動器用于控 制仰角旋轉(elevation rotation)。驅動桿57是樞接于樞紐54上的。雙軸式太陽追蹤器 10每邊有6個近拋物線反射板52。如附圖3C所示。每個近拋物線反射板52安裝在兩個 等腰三角形支撐梁15之間，將近拋物線反射板52推擠成近拋物線形，并用螺栓13固定兩 側。支撐梁15的兩端連接在旁邊的L型梁5，成為一個矩形追蹤器支撐臂51。長條狀太陽 能板11則固定在垂直支撐臂18上。兩個排成一線的長條狀太陽能板11在中間連結并以 托架17(bracket)固定，再以垂直支撐臂18在中間支撐。調整中間的垂直支撐臂18的高 度可能沒有必要，因為可以調整太陽能電池板兩端也就是位于邊緣的L型梁5的支撐臂高 度即可。此外中間的垂直支撐臂18可插入導管29 (guiding tube)再以托架17固定。導 管29是作為一個導引軌道。位于中間的垂直支撐臂18的底部系固定于追蹤器水平梁50。 調整兩端垂直支撐臂18的高度可以讓太陽能板11向上或向下移動。近拋物線光電系統(tǒng)(QPTPV)散焦是透過調整垂直支撐臂18的高度來達成。垂直 支撐臂18以螺帽(screw nuts) 19固著在邊緣的L型梁5。調節(jié)高度能夠散焦太陽光線，使 反射的太陽光能均勻照射在太陽能電池板列12上，以產生最大輸出功率。此外，散焦也可 以延長太陽能電池的壽命，使電池在強烈陽光照射下，電池中心不會有過熱的情況。垂直支 撐臂18和近拋物線反射板52兩者間的高度調整可在追蹤器安裝時完成，以產出最大輸出 功率。這種安裝方式和傳統(tǒng)的太陽能電池板及CPV模塊安裝上有固定工廠校正完全不同， 傳統(tǒng)安裝方式經過運輸和安裝后可能會有誤差。校正方法舉例來說，如果近拋物線反射板 52的直線長度為2米，拋物線直線距離1. 28米，在理想的陽光照耀下，能夠產生2560瓦的 太陽能。以20%效率太陽能電池板陣列12的效率來說，長條狀太陽能電池板11陰影損失 10 %和光學傳遞損失8 %，近拋物線光電系統(tǒng)每個面板可產生約424瓦電力。如果校正后產 生超過400瓦，則是相當不錯的結果。如附圖3A所示，QPTPV系統(tǒng)在本質上是一個低聚光的CPV系統(tǒng)。如附圖3B所示， 在太陽能板11背面的散熱器陣列14會需要逸散太陽能電池板陣列12所產生的熱量。太 陽風扇58 (solar fans)可以附加在散熱器陣列14背面以加快散熱。這些太陽風扇是低成 本的零件，可以在商用太陽風扇帽上看到。在太陽能板11背面利用空氣對流散熱下，太陽 能電池正常工作溫度為46°C。越低的溫度將獲得更好的效能，但大型的太陽能板11就很難 到達較低的工作溫度。線性太陽能聚光電池面板則必須用散熱器來散熱，以維持正常工作 溫度。散熱器陣列14類似于窗式空調機(window air conditioner)后面的散熱器。由于 世界上大部分的地方的環(huán)境溫度通常低于46°C，故散熱器陣列14能將多余的熱量輻射到空氣中。太陽風扇58可以加速散熱，使太陽能電池在工作在較低溫度下，這將使太陽能電 池板陣列12比普通太陽能電池板產生更高的輸出功率。此外，太陽能板11上面的太陽風 扇58位于太陽能板11的寬度范圍內，不會對近拋物線反射板52造成額外的陰影，并且利 用太陽能電池可供應自身所需電力。對于傳統(tǒng)6X 12太陽能光電池面板陣列來說，硅電池通常串聯(lián)變壓器(inverter) 以獲得更高的電壓輸出。以附圖3A為例，每邊設計有六個面板。如果電池陣列以串聯(lián)方式 排列，這樣的設計能產生大約9倍于傳統(tǒng)的太陽能電池板的輸出電流。該設計適用于為傳 統(tǒng)太陽能光電池板設計的商用變壓器的電壓。然而，并不是每一邊都必須要設置六個面板， 實際上可以依據(jù)太陽能發(fā)電站的每一個追蹤器產生最適當?shù)妮敵龉β蕘碚{整每邊設置的 面板個數(shù)。另一種提高輸出電壓的方法是使用部分的太陽能電池，如二分之一或四分之一 長度的太陽能電池。通過連接兩倍或四倍的二分之一或四分之一長度的太陽能電池，輸出 電壓就可以變成兩倍或四倍。因此，設計線性太陽能電池板陣列將更具有彈性，以取得任何 所需的直流電壓。請參見附圖3A，反射板52直線方向是在仰角旋轉(elevation rotating)方向， 而反射板52彎曲方向則是面對水平角旋轉(azimuth rotation)方向。如果朝拋物線彎 曲方向所導致的聚焦效果不佳，則輸出功率變化將會較為敏感。也就是說，輸出功率對水 平角旋轉方向的變化是較為敏感。舉例來說，白天12小時內水平角將旋轉180度，旋轉1 度需要4分鐘。以在2分鐘內旋轉半度的追蹤器為例，追蹤器的初始指向將根據(jù)每日每時 的太陽移動軌道(Sun orbit almanac)做調整。經初始指向設定后，步進馬達(stepping motor)43將逐步調整向后和向前的角度來測量輸出功率作為回授。如果輸出功率提高，步 進馬達43多前進一步，直到測量的功率減少，之后它會回來一步到最大輸出功率點的位置 并停留。接下來，仰角旋轉控制將如同水平角旋轉控制進行類似的程序，直至產生最大功率 為止。一般來說水平角旋轉和仰角旋轉會在充裕的2分鐘時間內陸續(xù)完成，這就是所謂的 “寬松指向算法”(relax pointing algorithm)，只要取得了最大功率，而不需要高指向精度 或在仰角或水平角方向具特定分辨率的步進馬達。在此將輸出功率測量回授指向算法稱為 “最大輸出功率指向算法”(maximum power pointing algorithm)。利用所述算法可以選擇 在市場上任何可靠的低成本驅動器。使用所述輸出功率測量回授指向算法，除非失去了指 向追蹤器，否則無須去驗證太陽歷上的太陽移動軌道變動。不過，太陽歷可以作為一個經常 性追蹤器指向驗證的方式，作為輔助性的預防檢查。最大輸出功率指向算法可以避免使用 昂貴的太陽傳感器(sun sensor)以及高精密驅動器。此外，輸出功率測量已經存在于凈電 表(net-metering)法或政府光伏電力收購制度(feed-in-tariff，F(xiàn)IT)之中，用于測量輸 入公用電網線路的輸出功率。不過根據(jù)最大輸出功率來調整指向還是優(yōu)于利用太陽傳感器 或太陽歷來調整指向方向，因為使用太陽傳感器及太陽歷指向都沒有連接到產出的輸出電 力。由于反射板及太陽能電板可能因惡劣的天氣條件下或是長期使用后，可能會導致太陽 傳感器或太陽歷指向發(fā)生失誤。所以最大功率指向算法確實是QPTPV系統(tǒng)的性能最好的衡 量方式，并能降低追蹤器的成本。任何熟習此技藝者也可以在許多方面依據(jù)不同需求調整QPTPV系統(tǒng)結構。舉例來 說，支撐梁不一定是等腰三角形，只要安裝區(qū)域的角度可以匹配在支撐點上的拋物線曲線 的斜率即可。此外，使用的太陽能電池不局限于硅電池或薄膜電池，其他高效率電池，如高效率雙接面或三接面電池也能夠有較高的聚光比例。如果已使用昂貴的高效率太陽能電 池，為增加聚光比率，可適當?shù)厥褂酶笮偷慕鼟佄锞€反射槽，并配合其它輔助光學裝置。 然而這樣的變化并沒有改變本發(fā)明所述近QPTPV系統(tǒng)的主要精神，故亦屬本發(fā)明的范疇。近拋物線光電系統(tǒng)與加熱的實施例請參見附圖4A，附圖4A所示為另一種采用主動液體冷卻系統(tǒng)來取代被動散熱器 的實施例。主動冷卻系統(tǒng)是一種液體(例如冷媒(coolant))循環(huán)系統(tǒng)，常用于汽車散熱器。 在附圖4A中，管道33系冷媒輸入管道，管道35則是吸熱后冷媒的輸出管道。由于冷卻系統(tǒng) 若不需工作在高壓或高溫環(huán)境下，管道33可使用目前產業(yè)常用的合成材料軟管(flexible piping)。對于雙軸式太陽追蹤器的水平角和仰角旋轉來說，使用軟管可以較為容易連接到 地面。平坦的金屬導熱管34由銅或鋁熱導體制成，集中散熱時需要緊密貼近線性太陽能電 池陣列12。冷媒經金屬導熱管34循環(huán)可降低線性太陽能電池陣列12的溫度至適當?shù)牟僮?溫度并將吸熱后的冷媒輸出。請參見附圖4B，支撐太陽能電池陣列12的垂直支撐臂18可兼用做液體導管。在 較佳實施例中，冷媒由輸入管18C流入，再由放置在中間的輸出管18H將吸熱的冷媒送出。 隨后經由輸出管18H和管道35流入水箱70作熱交換。硅電池的工作溫度處于46°C時，這 也是理想的家用熱水輸出溫度。吸熱冷媒的可以在水箱70進行熱交換，類似于現(xiàn)有的家用 太陽能熱水系統(tǒng)。如果在寒冷的天氣或夜間需要較高的溫度，可以進一步使用其他能源以 使溫度從46 °C提升?？赏高^控制冷媒的流速來控制太陽能電池陣列的工作溫度。在夏天需要比冬天高 的冷媒流速，而中午則比早晨和傍晚需要較高的冷媒流速。太陽能電池陣列在較低的工作 溫度下，能產生較高的電池效率及較高的輸出功率。太陽光電池和熱水相結合所產生的能 量必須平衡，并透過控制冷媒的流速來優(yōu)化循環(huán)系統(tǒng)。此外，冷媒可以使用在一個封閉的循 環(huán)冷卻系統(tǒng)并在水箱內作熱交換，也可在不會結冰的氣候直接使用水循環(huán)系統(tǒng)。而在會結 冰的氣候下，則需使用防凍冷媒。太陽可見光光譜中，波長較短的能量會被硅電池部分吸收并轉化為電能，波長較 長的近紅外光譜和從硅電池逃脫的光子轉變成了聚光熱。如附圖4A所示是太陽能聚光系 統(tǒng)是一種高熱傳導系統(tǒng)，在溫度適中的46°C的導熱效率在60%至70%之間。舉例來說，如 果20%的光子被太陽能電池陣列12吸收并轉化為電力，其余80%的光子會使金屬導熱管 34加熱。以保守60%導熱效率估計，太陽能光電系統(tǒng)和太陽能加熱系統(tǒng)合并可使用到68% 太陽能效率。在環(huán)境溫度與受熱區(qū)域有較佳的熱絕緣效果時，可達到更高的效率。附圖4C所示為QPT反射槽用在加熱系統(tǒng)的另一個應用。在其它商業(yè)太陽能熱水 裝置中，以加熱管32替換線性太陽能板固定在一個透明隔熱管36中。由于近拋物線反射 槽會將熱能集中于加熱管32，絕緣加熱裝置可以更有效。因為只需要較少的隔熱管36和加 熱管32，太陽能加熱裝置可比平面加熱管系統(tǒng)(populated tubing systems)更便宜。此 外，低成本的雙軸式太陽追蹤器從日出到日落比固定式太陽能熱水器產生更多的熱量。近 拋物線反射板的數(shù)量將取決于所需要的熱水。在一般情況下，家庭使用并不需要如附圖4A 所示的12個反射板。因此，有兩個或多個反射板的較小型雙軸式太陽追蹤器就足以供一般 家庭太陽能熱水裝置使用。除此之外，太陽追蹤器的指向算法用于熱水系統(tǒng)時，可以利用熱 水溫度輸出值來取代最大功率輸出值作為回授之用。
任何熟習此技藝者，可以依據(jù)需要改變QPTPV結構組合和加熱系統(tǒng)。例如，管道35 以及導熱管34可以使用最佳隔熱材質使得輸送至水箱70的過程中達到最低的散熱效果。 同時輸入和輸出管道配置在許多方面可以優(yōu)化或縮短，以防止熱量散失。這個改變和其他 的變化不偏離QPTPV系統(tǒng)的本質，可以在線性太陽能聚光電池陣列上產生高效率的冷凝換 熱。長拋物線反射槽在單軸式太陽追蹤器的實施例請參閱附圖5，附圖5所示是安裝在單軸式太陽追蹤器60上具有多個QPT反射 板的QPTPV系統(tǒng)。數(shù)個QPT反射板52個串聯(lián)成一個長反射槽，類似聚光式太陽熱能發(fā)電 (concentrated solar thermo power,CSP)拋物線反射槽系統(tǒng)。較佳實施例是由兩個對半 的QPT反射板52在底部由一 T形梁22連接。在連接多個QPT串聯(lián)的接縫可以使用背面固 定帶或膠帶(glue strips)黏合。單一 QPT反射板可設計用于較小的反射槽。串聯(lián)的反射 板52固定于安裝梁21。QPTPV在單軸式太陽追蹤器的一個重要特征為，串聯(lián)的QPT反射板 52之間應當沒有間距，除了線性太陽能板11遮蓋產生的陰影以外，反射板52表面應所述沒 有陰影。因此，追蹤器60和安裝支架27位在QPT反射板52下，只有兩個平行的安裝梁21 安裝在QPT反射板52兩側。彎曲的反射板52遵循先前所討論QPT形成的三個規(guī)則。安裝 支架27上的平行安裝梁21在用于固定的螺栓13之處的斜率系匹配于真正的拋物線斜率。 數(shù)個螺栓13是用來將彎曲的反射板52固定在安裝梁21上。位于單軸式太陽追蹤器60兩 端和中間的QPT反射板52的下方，有數(shù)個安裝支架27系位于反射板52的下方并在兩端連 接安裝梁21的兩端。一個細長的倒T形梁22附著在安裝支架27中央，支撐兩個半片QPT 反射板52。安裝支架27的較佳實施例是使用彎曲的L形梁做成一個反向梯形支架。L形 梁彎曲點可以切開部份并彎折焊接成剛性結構。強化細鋼絲28可用于系牢兩個平行的安 裝梁21以作為結構的支撐。由于細鋼絲28寬度極小于太陽照射角在反射板52的角度，所 以反射板52表面上的鋼絲28就不會形成陰影。這種效果常見于陽光照射下只見電線桿而 不見電線的陰影。線性太陽能板11安裝在多個垂直支撐臂18上，線性太陽能電池陣列12面向反射 板52。垂直支撐臂18連接在T形梁22的中間具有可調節(jié)垂直高度機制。被動式散熱器陣 列14位在太陽能電池陣列12的背面，面對太陽的方向并直接貼緊于太陽能電池陣列12。 太陽風扇連接在太陽能板11的背面，可用散熱器冷卻。使用主動式液體或水冷卻作為替代 散熱的方式也是可行的。主動式冷卻系統(tǒng)需要一個貯存熱水的水箱。整個追蹤器支架固定和平衡在單軸式太陽追蹤器的一個細長圓筒型梁25上。單 軸式太陽追蹤器的旋轉機制請參閱本發(fā)明之申請人已申請的美國專利(美國專利申請?zhí)?12/816，195)。在附圖5B所示是單軸式太陽追蹤器60上的安裝支架27安裝在圓筒型梁25， 中間有旋轉墊圈24 (rotating bushing)，并以一個枕型軸鉗39固定。旋轉墊圈24環(huán)繞在 圓筒型梁25上用以促進單軸式太陽追蹤器支架51旋轉。附圖5C所示是圓筒型梁25支撐 并固定在數(shù)個地柱20上。附圖5D所示是兩個半片反射板52固定在倒T型梁22的底部。 T型梁22的最佳實施例為采用細長金屬條彎曲成T形梁。QPT反射板52連結在倒T形梁 22的中心并以螺絲固定。然后倒T形梁22附著在安裝支架27之間并固定于安裝架27上 的L形梁之上。倒T形梁22在水平圓筒型梁25上排為一列，位于單軸式太陽追蹤器60重 心的中心線上。
單軸式太陽追蹤器旋轉只需要注意每天追蹤太陽日出到日落的時間。太陽軌道從 夏天到冬天都有不同的季節(jié)性變化，這影響了 QPT反射器聚焦效果。每天0. 26度的軌道變 化是非常緩慢。為了注意這個太陽軌道的微小變化，需要每天調整線性太陽能板11的聚焦 平面(focal plane)高度。線性驅動器38位在單軸式太陽追蹤器中心附近，設計用來調整 移動線性太陽能板11的垂直位置。在CSP的應用時，因為QPT反射板有很長的長度，所以 就得要在兩端設置更多驅動器。此外，較長的QPTPV系統(tǒng)也應當在追蹤器的兩端設置兩個 驅動器。驅動器38上面的驅動桿(jack head) 37連接中間的垂直支撐臂18，以便將線性太 陽能板11向上或向下移動。其余的垂直支撐臂18需要隨著導軌使太陽能板11能垂直移 動。一個緊貼的導管29 (guiding tube)附著在太陽能電池陣列12的空隙且環(huán)繞在垂直支 撐臂18，可以作為導軌。同時，緊貼的導管29可以確保線性太陽能板沒有橫向位移。圓筒 形導管29的較佳實施例為內層被覆套管材料并以固體潤滑劑潤滑。線性驅動器38可每日 數(shù)次啟動來調整每天0. 26度的太陽軌道變化。線性驅動器38啟動周期遠大于單軸式太陽 追蹤器60的啟動周期；然而，也必須遵循最大功率指向算法。此外，為進一步確保垂直支撐 臂18固定太陽能板11，可以安裝電磁鎖定線圈(electromagnetic locking coil)環(huán)繞于 導管29。當線性驅動器38閑置時，在導管29上的電磁鎖將被啟動鎖定垂直支撐臂18。單軸式線性QPTPV系統(tǒng)的概念可用于在CSP產業(yè)的線性拋物反射槽。雖然CSP 系統(tǒng)所需要QPT反射表面更大，但可容許反射板間隔和結構的陰影存在。這個特性將允許 支撐支架結構的QPT反射板的間隔存在，以用來支撐熱水蒸汽的CSP渦輪發(fā)電機(turbine generator)的長條蒸汽管結構。任何熟習此技藝者可以視需要調整QPT反射器的配置以安裝在不同類型的單軸 式太陽追蹤器或結構上。例如，簡化的QPT反射板可以安裝在傳統(tǒng)的CSP架構上。另外，由 于重量輕的QPT反射板安裝在簡化的追蹤器支架上，位于中間的加熱管可以安裝在獨立架 構，由位于兩端及中間的QPT反射板接合處支撐。垂直支撐臂18連接到所述中間的加熱管 將是唯一的連接。垂直支撐臂18作為圓筒型梁25的旋轉半徑。這將成為一個有較輕的反 射板旋轉機制的簡化反射器結構。此外，由于較重的中央蒸汽管從日出到日落隨著旋轉驅 動器擺動，重量較輕的追蹤器支架可被同一驅動器帶動而繞著圓筒型梁25以垂直支撐臂 18為旋轉半徑進行旋轉。這些簡化QPT反射器的變化并沒有改變本發(fā)明的本質。達到每瓦最低成本的系統(tǒng)性步驟本發(fā)明的目的是建立一個系統(tǒng)方法以使用較低的整體組合成本達到每瓦最低成 本的目標。所述系統(tǒng)方法繪制為流程圖如附圖6所示。所述方法利用PV和CPV系統(tǒng)的優(yōu)點 并排除其缺點。本發(fā)明提出一種新的系統(tǒng)架構來降低太陽能光電池整體組合的生產成本。 現(xiàn)在的太陽能光電池制造商并不考慮所述系統(tǒng)性做法。相反地，每個太陽能電池制造商都 各自追求提高太陽能光電池的效率和降低成本，卻不曾考慮系統(tǒng)組合的電力生產成本。一 般來說，太陽能光電系統(tǒng)的優(yōu)點是相對較低成本的硅電池成本及在雙軸式追蹤器上寬松的 指向需求。此外，現(xiàn)今低成本的硅電池能在低聚光下不會喪失效率，反而在較低的工作溫度 下會增進其效率。太陽光伏系統(tǒng)缺點是必須放置大量光電池在太陽能板上，這構成了大部 分的太陽光伏模塊成本。另一方面，CPV系統(tǒng)優(yōu)點是高聚光下需要較少的太陽能電池。但 是太陽能電池成本非常高，此外聚光裝置的高精密度的太陽追蹤器和高冷卻需求也是可觀 的成本。這些是CPV太陽能系統(tǒng)較PV面板系統(tǒng)不具有競爭力的主要原因。
本發(fā)明揭露的系統(tǒng)性方法如附圖6所示，利用了 PV和CPV系統(tǒng)所有的優(yōu)點，避免 不良的缺點，然后創(chuàng)建一個新的系統(tǒng)方法，以創(chuàng)建一個有非常低成本的QPTPV系統(tǒng)或CTPV 系統(tǒng)?？傊衣兜腝PTPV或CTPV系統(tǒng)方法僅使用一小部分太陽能板及太陽能光電池， 并利用寬松的追蹤指向需求降低雙軸式太陽追蹤器成本。此外，在由平板彎曲形成的QPT 或CT反射板的表面披覆鏡面，被認為是目前最低成本的聚光法。此外，還將散熱器所傳導 出的熱能用于熱水系統(tǒng)，可實現(xiàn)高達70 %的太陽能利用率。因此，本發(fā)明提出的系統(tǒng)方法是 一種結合多種低成本QPT或CT鏡面反射器，安裝在一個低成本的雙軸式太陽追蹤器與縮小 的太陽光伏直線光電池陣列。這種組合系統(tǒng)是降低PV能源生產成本至目標每瓦1美元的 關鍵。本發(fā)明揭露其他優(yōu)點包括簡化的散焦技術代替復雜非成像光學，均勻擴散太陽光線 至線性太陽能電池。且使用最大功率指向算法的太陽追蹤器可以降低成本，并優(yōu)化同一時 間的輸出能源總量。在熱水系統(tǒng)的實施例或CSP系統(tǒng)，輸出功率可以被替換為數(shù)字式自動 調溫器(thermostat)來測量液體輸出的溫度，作為追蹤器指向的回授。雖然本發(fā)明已用較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習此技 藝者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內，當可作各種之更動與修改，因此本發(fā)明之保護范圍 當視后附之申請專利范圍所界定者為準。
權利要求
一種太陽光伏裝置，其特征在于，包括多個近拋物線反射槽板，以同一方向安裝在一雙軸式太陽追蹤器支架上；多個線性太陽光電池陣列，包含串聯(lián)的太陽能電池；其中每一所述線性太陽光電池陣列裝在一長條型太陽能板中；其中所述長條型太陽能板的兩端用兩根可調高度式支撐臂的兩端固定在所述雙軸式太陽追蹤器的支架上，且所述兩個可調高度式支撐臂與所述長條型太陽能板及所述太陽追蹤器的支架垂直；其中每一線性太陽光電池陣列面對著所述反射槽板，且兩者的距離為反射槽板焦距；其中一被動散熱器或是一主動冷卻管，固定在每一所述線性太陽光電池陣列的背面及所述長條型太陽能板的里面，用以散熱；其中所述多個近拋物線反射槽板將太陽光集中在所述多個線性太陽光電池陣列上，用以產生太陽電能或兼用于太陽能熱水器。
2.根據(jù)權利要求1所述的太陽光伏裝置，其特征在于，所述近拋物線反射槽板由一平 薄的反射板制成；所述反射板通過近拋物線反射槽成型技術彎曲成拋物線；其中所述近拋 物線反射槽成型技術包含如下三種(1)使所述彎曲反射板的橫跨直線距離等于所述拋物 線的橫跨直線距離；(2)使所述橫跨直線距離之間的反射板的原始的寬度等于所述拋物線 的弧線長；(3)使所述彎曲反射板固定在支撐梁的角度等于所述支撐點的所述拋物線的斜 率；再者，其中所述近拋物線反射槽板可由兩片對稱的近拋物線反射槽板組成，且所述兩片 對稱的近拋物線反射槽板接合處的接合角度是水平角。
3.根據(jù)權利要求2所述的太陽光伏裝置，其特征在于，所述近拋物線反射槽的反射板 是一圓筒反射槽；其中所述圓筒反射槽以所述近拋物線反射槽成型技術所包含的三種技術 制成，符合圓弧參數(shù)。
4.根據(jù)權利要求2所述的太陽光伏裝置，其特征在于，所述兩個近拋物線反射槽反射 板由可彎式防銹金屬板、不銹鋼金屬板、塑料板、亞克力板、玻璃纖維板、鋁合成或鋁復合板 制成；其中所述兩個近拋物線反射槽反射板的表面覆蓋一薄膜鏡片；再者，其中所述近拋 物線反射槽板由剛性玻璃或亞克力板制成，而剛性玻璃或亞克力板連同前表面或后表面的 鏡子皆以熱彎成型技術制成。
5.根據(jù)權利要求1所述的太陽光伏裝置，其特征在于，所述多個長條型太陽能板的所 述多個支撐臂的高度可做調整，便能將太陽光平均分散在所述線性太陽光電池陣列上，以 獲得最大功率輸出。
6.根據(jù)權利要求1所述的太陽光伏裝置，其特征在于，所述雙軸式太陽追蹤器進行周 期性的水平角或仰角旋轉；其中一指向算法在每一次水平角或仰角啟動旋轉期間時，會將 輸出功率測量值作為回授；其中進行水平角或仰角旋轉的步進馬達，在分別的啟動期間往 前及往后移動時會輸出最大功率；其中所述步進馬達在啟動期間以外，是處于閑置狀態(tài)。
7.根據(jù)權利要求2所述的太陽光伏裝置，其特征在于，所述雙軸式太陽追蹤器上的所 述兩個近拋物線反射槽板的支撐梁，其剖面為等腰三角形，且所述等支撐梁的底角與支撐 點的所述拋物線的斜率相合。
8.根據(jù)權利要求7所述的太陽光伏裝置，其特征在于，所述多個支撐梁由彎曲成等腰 三角形的細長金屬條制成，所述等腰三角形的頂角有一開縫；其中所述等支撐梁的底部固 定在所述雙軸式太陽追蹤器的圓筒狀水平梁的上方，且所述雙軸式太陽追蹤器以所述圓筒狀水平梁為軸心作仰角旋轉。
9.根據(jù)權利要求1所述的太陽光伏裝置，其特征在于，所述長條型太陽能板的背面安 裝多個太陽風扇，用來冷卻所述多個被動散熱器及所述多個太陽光電池；其中所述多個太 陽風扇則限制于所述長條型太陽能板的寬度內。
10.根據(jù)權利要求1所述的太陽光伏裝置，其特征在于，所述多個主動冷卻管將冷媒循 環(huán)到一水箱，以在所述水箱內進行熱交換；其中控制所述冷媒的流速以得到理想的太陽光 能發(fā)電及熱能的組合；其中所述冷媒為直接循環(huán)所述水箱的水。
11.根據(jù)權利要求10所述的太陽光伏裝置，其特征在于，將所述長條型太陽能板替換 成一加熱管，用在熱水系統(tǒng)加熱。
12.—種太陽光伏裝置，其包含一加長型近拋物線反射槽，包含多個安裝在單軸式太 陽追蹤器支架上的串接的近拋物線反射板；多個線性太陽光電池陣列，包含串聯(lián)的太陽光電池；其中每一所述線性太陽光電池陣 列裝在一長條型太陽能板中；其中所述多個長條型太陽能板固定在可調高度式支撐臂上， 且所述多個可調高度式支撐臂與所述多個長條型太陽能板及所述太陽追蹤器之支架相互 垂直；其中所述多個長條型太陽能板連接到一加長型長條型太陽能板；其中所述多個線性 太陽光電池陣列面對著所述加長型反射槽板，兩者的距離為反射槽板焦距；其中一或多根所述加長型長條型太陽能板的所述多個支撐臂，連接到一或多個線性驅 動器；其中所述多個線性驅動器垂直固定在所述太陽追蹤器的支架上；其中所述多個線性 驅動器可做伸縮，以便能調整所述加長型長條型太陽能板的高度；其中其余所述多個支撐臂吻合地插入固定在所述多個長條型太陽能板側面及空隙的 導管內；其中所述加長型長條型太陽能板會隨著所述多個線性驅動器的啟動而沿著所述多 個導管上下移動；其中一被動散熱器陣列，或是一液體循環(huán)冷卻管，固定在每一所述線性太陽能電池陣 列的背面及在所述長條型太陽能板箱子的里面，用以散熱；其中所述加長型近拋物線反射槽的反射板將太陽光集中在所述多個線性太陽能電池 陣列上，用以產生太陽電能或兼用于太陽能熱水器。
13.根據(jù)權利要求12所述的太陽光伏裝置，其特征在于，所述近拋物線反射槽的反射 板由一平薄的反射板制成。所述反射板通過一近拋物線反射槽成型技術彎曲成拋物線； 其中所述近拋物線反射槽成型技術包含如下三種(1)使所述彎曲反射板的橫跨直線距離 等于所述拋物線的橫跨直線距離；(2)使所述反射板的原始的寬度等于所述拋物線的弧線 長；(3)使所述彎曲反射板固定在所述多個支撐梁的角度等于所述支撐點的所述拋物線的 斜率；其中所述近拋物線反射槽板是可由兩片對稱的近拋物線反射槽板組成，且所述兩片 對稱的近拋物線反射槽板接合處的接合角度是水平角。
14.根據(jù)權利要求13所述的太陽光伏裝置，其特征在于，所述兩個近拋物線反射槽反 射板由可彎式防銹金屬板、不銹鋼金屬板、塑料板、亞克力板、玻璃纖維板、合成或鋁復合板 制成；其中所述多個近拋物線反射槽板的表面用薄膜鏡子覆蓋；或其中所述近拋物線反射 槽板由剛性玻璃或亞克力板制成，且剛性玻璃或亞克力板連同前表面或后表面的鏡子皆以 熱彎成型技術制成。
15.根據(jù)權利要求12所述的太陽光伏裝置，其特征在于，太陽追蹤器的指向算法將輸出功率測量值回授到單軸式太陽追蹤器，以獲得最大輸出功率；其中所述多個長條型太陽 能板的架設高度每天隨著太陽移動軌道的變化進行調整，利用所述輸出功率測量值作回授 以獲得最大功率輸出。
16.根據(jù)權利要求12所述的太陽光伏裝置，其特征在于，其中選擇性裝設的電磁鎖安 裝在所述多個導管上，以在所述線性驅動器啟動期間鎖住所述多個支撐臂及所述多個長條 型太陽能板。
17.根據(jù)權利要求12所述的太陽光伏裝置，其特征在于，所述長條型太陽能板的背面 安裝多個太陽風扇，用來冷卻所述多個被動散熱器及所述多個太陽能電池；其中所述多個 太陽風扇大小限制在所述長條型太陽能板的寬度內。
18.根據(jù)權利要求12所述的太陽光伏裝置，其特征在于，所述液體循環(huán)冷卻管連接到 一水箱，以在所述水箱內進行熱交換；其中控制冷媒的流速以得到理想的太陽光能發(fā)電及 熱能的組合；其中所述冷媒為直接循環(huán)所述水箱的水。
19.根據(jù)權利要求18所述的太陽光伏裝置，其特征在于，將所述多個長條型太陽能板 替換成加熱管，用在熱水系統(tǒng)加熱。
20.根據(jù)權利要求12所述的太陽光伏裝置，其特征在于，所述多個線性串接的近拋物 線反射槽板作為太陽聚熱發(fā)電系統(tǒng)的反射板；其中將所述加長型長條型太陽能板替換成一 輸送蒸氣的加熱管用以發(fā)電。
21.一種太陽光伏系統(tǒng)，其特征在于，包括一或多個弧線型反射槽，用同一方向安裝在雙軸式或單軸式太陽追蹤器支架的同一方 向上；其中所述一或多個弧線型反射槽為一近拋物線反射槽的反射板、一圓筒反射槽板，或 是一彎曲成接近于幾何曲線的弧線型反射槽板；一或多個線性太陽光電池陣列，包含串聯(lián)的太陽光電池，而所述一或多個太陽光電池 連同被動散熱裝置或主動散熱裝置裝在一長條型太陽能板中；其中所述一或多個長條型太 陽光電池板安裝在所述雙軸式或單軸式太陽追蹤器的支架上，且手動或自動調整垂直于支 撐臂的所述一或多個長條型太陽能板的高度；其中所述多個弧線型反射槽板將太陽光集中在所述多個線性太陽光電池陣列上，用以 產生太陽電能或兼用于太陽能熱水器。
22.根據(jù)權利要求21所述的太陽光伏系統(tǒng)，其特征在于，所述近拋物線反射槽由一平 薄的反射板制成；所述反射板通過近拋物線反射槽成型技術彎曲成拋物線；其中所述近拋 物線反射槽成型技術包含如下三種(1)使所述彎曲反射板的橫跨直線距離等于所述幾何 曲線橫跨直線距離；(2)使所述橫跨直線距離之間的所述反射板的原始寬度等于所述幾何 曲線的弧線長；(3)使所述彎曲反射板固定于所述多個支撐梁的角度等于所述支撐點的所 述幾何曲線的斜率；其中所述弧線型反射槽板是由兩片對稱的弧線型反射槽板組成，且所 述兩對稱的所述弧線型反射槽板接合處的接合角度是水平角。
23.根據(jù)權利要求21所述的太陽光伏系統(tǒng)，其特征在于，組合技術采用(1)所述多個 弧線型反射槽安裝在雙軸式或單軸式太陽追蹤器上；(2)所述多個弧線型反射槽將太陽光 集中到所述線性太陽光電池陣列或一加熱管之上；(3)輸出功率測量值或熱水溫度輸出值 回授到太陽追蹤器輸出一最大功率的指向算法；其中所述組合技術或部分所述組合技術用 來節(jié)省太陽能發(fā)電的成本。
24.根據(jù)權利要求21所述的太陽光伏系統(tǒng)，其特征在于，所述多個長條型太陽能板的 高度能夠調整，便能將太陽光平均分散在所述線性太陽光電池陣列上，以獲得最大功率輸出。
25.根據(jù)權利要求21所述的太陽光伏系統(tǒng)，其特征在于，所述長條型太陽能板的背面 安裝多個太陽風扇以加快散熱；其中所述多個太陽風扇大小限制于所述長條型太陽能板的 寬度內。
26.根據(jù)權利要求21所述的太陽光伏系統(tǒng)，其特征在于，所述主動散熱可兼用于太陽 能熱水器。
27.根據(jù)權利要求21所述的太陽光伏系統(tǒng)，其特征在于，將所述長條型太陽能板取代 為隔熱太陽能加熱管，用在熱水系統(tǒng)加熱。
28.根據(jù)權利要求21所述的太陽光伏系統(tǒng)，其特征在于，安裝在所述單軸式太陽追蹤 器上的所述多個弧線型反射槽用于集光型太陽能發(fā)電系統(tǒng)上；所述集光型太陽能發(fā)電系統(tǒng) 以一隔熱線性太陽能加熱管取代加長型長條型太陽能板；所述隔熱線性太陽能加熱管產生 蒸汽以推動渦輪發(fā)電。
全文摘要
一種使用混合太陽光伏和聚光伏的系統(tǒng)，用以降低太陽光伏系統(tǒng)的生產成本。特別是提出一種簡化近拋物線太陽能低聚光光伏系統(tǒng)，具有較大的追蹤器指向誤差容忍度。近拋物線反射槽是以離焦來覆蓋在整個線性太陽能板陣列上，線性太陽能板是從一個大長方形太陽光伏面板縮減而成?？偨Y來說，近拋物線太陽光伏系統(tǒng)是由低成本的近拋物線反射板、一組較密集而低成本的線型太陽光電池陣列以及一寬松要求的單軸式或雙軸式太陽追蹤器所組成，這些較低成本的技術結合可以讓太陽光伏系統(tǒng)每千瓦小時的生產成本降到最低。
文檔編號G05F1/67GK101997454SQ201010268159
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月24日 優(yōu)先權日2009年8月24日
發(fā)明者廖恒俊 申請人:廖恒俊