一種綠色太陽能采儲(chǔ)光遮陽系統(tǒng)

張書霖

摘 要：研究設(shè)計(jì)了一種綠色太陽能采儲(chǔ)光遮陽系統(tǒng)。該系統(tǒng)由條狀軟質(zhì)太陽能板、滑槽連桿、連接扣、采光器、硅能電池組成。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，打開尋光器開關(guān)，自動(dòng)捕捉太陽位置，使軟質(zhì)太陽能板與太陽成角適當(dāng)，最大面積、最久時(shí)長(zhǎng)采光。利用硅能電池提高儲(chǔ)電效率，解決了以往太陽光板只能固定角度、單一角度采光和電池儲(chǔ)電效率低、使用壽命短等缺陷。當(dāng)關(guān)閉尋光器開關(guān)時(shí)，用戶可手動(dòng)調(diào)節(jié)葉片角度，起到百葉窗的作用，滿足用戶對(duì)于室內(nèi)光照的需求。有效提高太陽能板的產(chǎn)電效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)家庭用戶以及各類酒店、辦公寫字樓的各窗戶產(chǎn)電、利用清潔太陽能能源的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：軟質(zhì)太陽能板；硅能電池；自動(dòng)捕捉；百葉窗

根據(jù)國(guó)家《能源發(fā)展十三五》規(guī)劃中明確提出“清潔低碳，綠色發(fā)展”的能源發(fā)展要求，我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生調(diào)整。清潔能源的使用將成為二十一世紀(jì)國(guó)家發(fā)展的重中之重，高效利用綠色環(huán)保的清潔能源正在被各個(gè)行業(yè)所重視。太陽能資源作為綠色清潔能源的關(guān)鍵組成部分，儲(chǔ)量巨大，且目前仍有較大的研究和設(shè)計(jì)價(jià)值。通過對(duì)太陽能相關(guān)技術(shù)的合理利用和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，可以為人類帶來更多的環(huán)境效益，經(jīng)濟(jì)效益，加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)。

一、太陽能光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀簡(jiǎn)述

太陽能光伏發(fā)電技術(shù)作為一個(gè)成熟的技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)廣泛使用。光伏電站、光伏設(shè)備、光伏產(chǎn)品逐漸進(jìn)入了人們的生活。2017年國(guó)內(nèi)太陽能電池行業(yè)需求量21.66GW，銷售市場(chǎng)規(guī)模約324.9億元，同比2016年的245.4億元增長(zhǎng)了32.4%。把可持續(xù)發(fā)展作為建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的重要著力點(diǎn)，加強(qiáng)節(jié)能環(huán)保技術(shù)、工藝、裝備推廣應(yīng)用，全面推行清潔能源發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，提高資源回收利用效率，是構(gòu)建綠色制造體系，走生態(tài)文明的正確發(fā)展道路。[1]

現(xiàn)目前普遍太陽光板只能固定角度、單一角度采光，電池儲(chǔ)電效率低、使用壽命短。在維修、清洗和保養(yǎng)方面操作不便，采集的電量數(shù)據(jù)不能及時(shí)反饋。這些問題都成為了限制太陽能普及和與互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代接軌的關(guān)鍵因素，解決這些問題太陽能必將造福更多民眾。

二、基于現(xiàn)狀研發(fā)的一種綠色太陽能采儲(chǔ)光遮陽系統(tǒng)

為了充分利用太陽能，達(dá)到“低碳環(huán)保，綠色發(fā)展”的能源發(fā)展目標(biāo)，研究設(shè)計(jì)了一種綠色太陽能采儲(chǔ)光遮陽系統(tǒng)。該系統(tǒng)由條狀軟質(zhì)太陽能板、滑槽連桿、連接扣、采光器、硅能電池組成。[2]系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，打開尋光器開關(guān)，自動(dòng)捕捉太陽位置，使軟質(zhì)太陽能板與太陽成角適當(dāng)，最大面積、最久時(shí)長(zhǎng)采光。

（一）整體安裝與設(shè)備特色

將PVC訂制外框安裝在裝戶外（轉(zhuǎn)動(dòng)軸與軟質(zhì)太陽能葉片相連，每一個(gè)軟質(zhì)太陽能板由連接扣和滑槽連桿相連，形成整體聯(lián)動(dòng)）。根據(jù)用戶位置安裝尋光器，尋光器自動(dòng)捕捉太陽位置，確定位置后，通過控制滑槽連桿中的齒輪進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)軟質(zhì)太陽能板角度控制。此時(shí)，軟質(zhì)太陽能板相對(duì)于太陽正對(duì)面積最大，吸收的太陽的最多，產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)到硅能電池中，供人們使用。當(dāng)人在室內(nèi)時(shí)，可關(guān)閉尋光器的開關(guān)，手動(dòng)控制滑槽連桿，實(shí)現(xiàn)百葉窗簾的作用，調(diào)節(jié)室內(nèi)光線。對(duì)于大型寫字樓、酒店等集體安裝，可對(duì)整單元電量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)檢測(cè)，方便實(shí)際運(yùn)行過程中的細(xì)微調(diào)整、電量使用規(guī)劃和報(bào)錯(cuò)維修。實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用簡(jiǎn)單，易于生產(chǎn)和推廣。[2][3]

（二）軟質(zhì)太陽能板部分

軟質(zhì)太陽能板是世界太陽能產(chǎn)業(yè)的新興技術(shù)產(chǎn)品，它是由樹脂包封的無定形硅作為主要光電元件層，平鋪在柔性材料制成的底板上制成的太陽能板。主要特點(diǎn)如下。（1）相同遮蔽面積下功率損失較?。ㄈ豕馇闆r下的發(fā)電性佳）。（2）照度相同下?lián)p失的功率較晶圓太陽能電池少。（3）有較佳的功率溫度系數(shù)。（4）較佳的光傳輸。（5）較高的累積發(fā)電量。（6）只需少量的硅原料。（7）沒有內(nèi)部電路短路問題（聯(lián)機(jī)已經(jīng)在串聯(lián)電池制造時(shí)內(nèi)建）。（8）厚度較晶圓太陽能電池薄。（9）材料供應(yīng)無慮。

（三）硅能電池部分

硅能蓄電池是一種新型環(huán)保蓄電池，采用全新機(jī)理的復(fù)合硅鹽做電解質(zhì)，克服了目前國(guó)內(nèi)外仍占統(tǒng)治地位的鉛酸蓄電池的主要缺點(diǎn)，其比能量特性、大電流放電特性、低溫特性、使用壽命、環(huán)保性能等均優(yōu)于目前國(guó)內(nèi)外普遍使用的各種鉛酸蓄電池，綜合性價(jià)比也優(yōu)于國(guó)內(nèi)外同級(jí)產(chǎn)品，是傳統(tǒng)鉛酸電池的換代產(chǎn)品。[3]

（四）尋光器部分

基于單片機(jī)和光敏元件自主開發(fā)尋光器，設(shè)置開關(guān)，打開開關(guān)后可自動(dòng)捕捉角度，通過控制齒條，調(diào)節(jié)滑槽連桿，進(jìn)而轉(zhuǎn)動(dòng)軟質(zhì)太陽能板，此時(shí)軟質(zhì)太陽能板與太陽正對(duì)面積最大，吸收效率最高，隨著一天時(shí)間的推移，軟質(zhì)太陽能板角度不斷跟蹤太陽，延長(zhǎng)吸收太陽光的時(shí)長(zhǎng)。[4]

三、產(chǎn)品相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)

以安裝1200mm*1000mm的窗戶為例：

安裝材料：滑動(dòng)支架、1200mm*150mm50w軟質(zhì)太陽能板、自動(dòng)尋光系統(tǒng)、硅能電池、金屬件及相關(guān)導(dǎo)線

安裝細(xì)節(jié)：地點(diǎn)為綿陽市，取調(diào)查數(shù)據(jù)，太陽能年輻射量4200MJ/m2*年，1170kwh/m2*年，每日的平均光照時(shí)長(zhǎng)為10.7h，取4小時(shí)傳統(tǒng)太陽能板有效時(shí)長(zhǎng)和4小時(shí)的低強(qiáng)度輻射的時(shí)長(zhǎng)，一面窗戶安裝6片構(gòu)成一組，日產(chǎn)電量可達(dá)到1.5瓦，根據(jù)房型，取5面向陽的窗戶。一天產(chǎn)電量除去不可避免消耗，可達(dá)7.5瓦，完全能夠滿足小家庭的80%的用電需求，單月節(jié)約資金約為120元，此系統(tǒng)可避免燃燒7*380g=2660g標(biāo)準(zhǔn)煤。

四、結(jié)語

能源是人類社會(huì)生存發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略性資源和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)力發(fā)展和文明進(jìn)步的動(dòng)力源泉。根據(jù)《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，到 2020 年底，我國(guó)太陽能發(fā)電裝機(jī)將要達(dá)到110GW 以上，其中分布式光伏占 60GW。只有真正把握住太陽能這個(gè)“綠色金子”，才能更友好、更環(huán)保的發(fā)展經(jīng)濟(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡云巖，張瑞英，王軍.中國(guó)太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2014.35（1）：69-72.

[2]趙娟妮，皇甫國(guó).基于太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的便攜式系統(tǒng)研究[J].科技視界，2013（7）：145-146.

[3]魏博，羅智文，馬小晶.太陽能吸收裝置超調(diào)跟蹤系統(tǒng)效能分析[J].河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，34（4）：377-379.

[4]葉寶安，喬國(guó)棟，周書民，汪志成.太陽能板最佳安裝角度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2014.37（6）：127-130.