[发明专利]双面太阳能电池跟踪支架的面板结构设计方法

摘要

本发明公开了一种应用在跟踪支架的加入反射器结构的双面太阳能电池支架面板的设计方法，本发明基于双面电池正反两面都可发电的性能，以及光学原理，提供了一种双面太阳能电池跟踪支架的面板结构设计方法。包括：（1）分析所设计支架面板大体结构以及当地经纬度、日照和气候情况；（2）确定双面电池尺寸数据，以及与支架面板框架之间的距离，设计双面电池左右两旁两个反射器的初始尺寸和倾斜角度；（3）考虑到太阳直射光线与双面电池的夹角变化，为两个反射器设计一定的尺寸裕度，最后确定整个支架面板的尺寸数据。电池接收的辐射量。本发明可以灵活地根据当地环境、双面电池的尺寸等设计出支架面板整体结构，能显著提高双面电池接收的辐射量。

主权项

1.一种双面太阳能电池跟踪支架的面板结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定支架面板的结构，解释各部分主要作用，以及应用到的原理知识；步骤2，分析支架面板应用地区的经纬度、日照和气候情况，确定支架面板是否适合当地环境情况；步骤3，确定双面电池与支架面板之间的距离，根据光学原理，分析和设计双面电池左右两侧两个反射器的初始尺寸和倾斜角度；步骤4，分析双面电池应用在跟踪支架上时，太阳直射光线与双面电池所在平面的夹角变化范围；并根据此，为两个反射器设计一定的尺寸裕度，以提高双面电池反面接收的辐射量；步骤5，最后确定整个支架面板的尺寸数据；所述步骤1包括以下内容：在支架面板框架上，将双面电池抬高高度h，用4根支撑支柱固定，在其两边各安装一块有一定倾角的镜子作为反射器，倾角范围在0‑90°，左右反射器的作用就是将照射在其表面的直射光线通过反射作用，改变其传播方向，使之最终直接照射在双面电池的背面；双面电池抬高，既有利于空气流通，帮助电池组件散热，也有利于帮助电池背面更加容易接收周围环境的反射光和漫射光；所述步骤2包括以下过程：支架面板加入了带有倾斜角度的反射器结构，将会降低其抗风载能力，因此本设计在应用时需考虑当地气候情况；若应用在单轴跟踪支架上，发射器的倾斜角度根据当地纬度来确定，倾斜角度在当地纬度的±10°区间内；所述步骤3包括以下过程：理想状态下，光线垂直入射双面电池，此时左右两边反射器上光线传播情况对称，左右两边的入射光线经过反射作用均匀照射在双面电池反面；太阳光线垂直入射双面电池正面时，其在反射镜面上的入射角为Q，此时Q＝q；反射器初始长度即为K，双面电池的宽度为L₁，设反射器初始宽度为若已知h，根据公式(1)和(2),计算出反射器倾角q和初始宽度则：如此，可使照在反射镜面上的光线全部均匀的照射在电池板背面上；此时双面电池背面直射光照与正面直射光照强度的比值p为：其中，P₁为反射器表面的反射率；所述步骤4包括以下过程：将入射光线分解为在两个正交平面K₁、K₂上的投影，当入射光线发生偏移时，跟踪支架不能精准追踪，其分解在两个相交平面K₁、K₂上的投影也会有一定的偏移角度；设光线在K₁、K₂平面上投影与双面电池所在平面法向量的夹角分别为Δq1、Δq2，此时左右两边反射器上光线传播情况就不再对称；Δq1、Δq2大小与太阳位置和支架面板的位置有关，太阳位置和支架面板的位置分解为高度角和方位角；太阳的方位角和高度角可以由当地经纬度、日期和时间计算出来；在地平面坐标系中，再根据空间向量运算公式，计算出Δq1、Δq2的大小；若已知q、Δq1、L₁、h，由几何关系变换，可知左侧倾斜反射器上光线的入射角Q₁，以及左侧反射器上有效光照区域高度最高的边界H与反射器高度最低的宽J之间的距离为L_HJ为：Q₁＝q‑Δq1                     (4)由几何关系变换，可知右侧倾斜反射器上光线的入射角Q₂，以及右侧反射器上有效光照区域高度最高的边界E与反射器高度最低的宽A之间的距离为L_AE为：Q₂＝q+Δq1                 (6)取L_AE、L_HJ、中最长的值，即为包涵了裕量的反射器宽度；左、右反射器有一样裕量的宽度；已知Δq2，设直线L与支架面板所在平面的距离为h_x，由几何关系变换，可知左边反射器需增加的长度L_UN为：L_UN＝(h‑h_x)·tanΔq2             (8)考虑边界情况，令h_x依次取左侧反射器上有效光照区域的上下边界H、I以及右侧反射器上有效光照区域的上下边界D、E相对于支架面板框架所在平面的高度，并依次代入公式(8)，取其中最大的L_UN，作为反射器长度的裕量；左、右反射器都需增加长度L_UN。