一种太阳能吸收装置和方法.pdf

本发明公开了一种太阳能吸收装置和方法，属于太阳能利用领域。该装置包括：太阳能电池板、支撑体、转动支架以及反射板；支撑体包括立柱以及支撑板，支撑板与立柱顶部连接，太阳能电池板设置于支撑板上；转动支架的一端与立柱相连接，另一端连接反射板；转动支架绕立柱发生转动。本发明还提供了一种方法，该方法包括：获取时角；获取太阳赤纬角；根据获取的时角、太阳赤纬角以及地理纬度对太阳高度角进行计算，反射板根据计算得出的太阳高度角调整俯仰角度；根据获取的时角以及太阳高度角计算阴影转动角，以此调整转动支架的角度。本发明根据太阳光照射方向利用反射板反射太阳光至太阳能电池板，提高太阳能电池板吸收太阳能的效率。

权利要求书1.  一种太阳能吸收装置，其特征在于，该装置包括：太阳能电池板、支撑体、至少一个转动支架以及至少一个反射板；所述支撑体包括立柱以及支撑板，所述支撑板与所述立柱的顶部相连接；所述太阳能电池板设置于所述支撑板上；所述转动支架的一端与所述立柱相连接，另一端连接所述反射板；所述转动支架绕所述立柱转动。2.  根据权利要求1所述的太阳能吸收装置，其特征在于，所述支撑体还包括：固定设置在所述立柱上的传动组件；所述传动组件能够带动所述转动支架相对所述立柱进行转动。3.  根据权利要求2所述的太阳能吸收装置，其特征在于，所述转动支架包括：联动组件、支杆、角度调节组件以及固定架；所述联动组件套接于所述立柱上；所述支杆的一端与所述联动组件连接，所述支杆另一端与所述角度调节组件连接；所述固定架与角度调节组件固定连接，所述反射板设置于所述固定架上；所述联动组件与所述传动组件接触，所述传动组件通过带动所述联动组件使所述转动支架发生转动。4.  根据权利要求3所述的太阳能吸收装置，其特征在于，所述角度调节组件包括：第一基座、第一电机、第一蜗杆、第一蜗轮以及第一蜗轮架；所述第一基座的一端连接所述支杆，在相对于连接所述支杆的另一端设置有所述第一蜗轮架；所述第一电机安装于所述第一基座上，并与所述第一蜗杆相连接；所述第一蜗轮设置在所述第一蜗轮架上，所述第一蜗轮与所述第一蜗杆相啮合；所述固定架与所述第一蜗轮固定连接，所述固定架与所述第一蜗轮架铰接；所述第一蜗杆在所述第一电机的驱动下，使得所述第一蜗轮发生转动，以完成对设置于所述固定架上的反射板的角度调节。5.  根据权利要求3任一项所述的太阳能吸收装置，其特征在于，所述传动组件包括：第二基座、第二电机以及第二蜗杆；所述第二基座设置于所述立柱上，所述第二电机固定设置于所述第二基座上，所述第二蜗杆连接所述第二电机，所述第二电机驱动所述第二蜗杆转动。6.  根据权利要求3所述的太阳能吸收装置，其特征在于，所述传动组件上还设有限位块；所述限位块用以限定所述联动组件与所述传动组件的连接位置。7.  根据权利要求3所述的太阳能吸收装置，其特征在于，所述支杆与所述角度调节组件连接的一端相对于与所述联动组件连接的一端呈现向上弯折的状态。8.  根据权利要求5所述的太阳能吸收装置，其特征在于，所述第二基座设置有蜗轮容纳区；所述联动组件包括：第二蜗轮以及套筒；所述套筒与所述立柱套接，所述套筒底部与所述第二蜗轮固定连 接；所述第二蜗轮套接所述立柱且设置于所述第二基座的蜗轮容纳区，所述第二蜗轮与所述第二蜗杆啮合；所述第二蜗杆在所述第二电机的驱动下，使得所述第二蜗轮发生转动，以完成对所述转动支架的角度调节。9.  根据权利要求1至8任一项所述的太阳能吸收装置，其特征在于，所述支撑体还包括用于进行固定的底座，所述底座与所述立柱的底部相连接，所述底座上设置有至少一个固定孔。10.  一种应用于权利要求1至9任一项所述的太阳能吸收装置的方法，其特征在于，所述方法包括：获取装置地点的时角参数值；获取太阳赤纬角参数值；根据获取的所述时角参数值、所述太阳赤纬角以及装配地点地理纬度计算太阳高度角，所述反射板根据计算得出的所述太阳高度角调整俯仰角度；根据获取的所述时角参数值以及所述太阳高度角计算阴影转动角，所述转动支架根据计算得出的所述阴影转动角调整绕转角度。

说明书一种太阳能吸收装置和方法
技术领域
本发明涉及太阳能利用领域，尤其涉及一种太阳能吸收装置和方法。
背景技术
随着环境污染以及能源紧缺越来越明显，利用太阳能越来越受到重视。太阳能电池板是目前较常见的利用太阳能的装置，其原理是通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换太阳能。太阳能电池板一般是安装在刚性支架上或建筑物楼顶上。由于地球自转以及公转，太阳每天东升西落、春夏秋冬的交替以及天气的原因，太阳能接收到的太阳光照强度是不断变化的，远没有达到太阳能电池板的饱和值，从而影响太阳能电池板吸收太阳能的效率。目前也有加装反光镜的太阳能电池板，例如申请号为201320408636.0实用新型专利，该专利的授权公告号为CN 203398144 U，并且在我国的授权公告日为2014年1月15日。上述实用新型专利公布的了一种太阳能电池，其结构包括电池板、分别位于电池板两侧的反光镜，该实用新型通过两侧的反光镜反射部分太阳光于电池板，提高太阳能电池的效率。但是上述太阳能电池中的反光镜并不能根据太阳光照方向调整反射角度，甚至在太阳方向变化时，该反光镜在某些角度反而会遮挡太阳光照。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种太阳能吸收装置和方法，针对以往的太阳能转化装置接收太阳光照有限，远达不到太 阳能电池板的饱和值，致使太阳能电池板吸收太阳能的效率低下的技术问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
根据本发明的第一个方面，提供的一种太阳能吸收装置包括：太阳能电池板、支撑体、至少一个转动支架以及至少一个反射板；支撑体包括立柱以及支撑板，支撑板与立柱的顶部相连接；太阳能电池板设置于支撑板上；转动支架的一端与立柱相连接，另一端连接反射板；转动支架绕立柱发生转动。
优选地，支撑体进一步包括：固定设置在立柱上的传动组件；传动组件能够带动转动支架相对于立柱进行转动。
进一步的，传动组件包括：第二基座、第二电机以及第二蜗杆；第二基座设置于立柱上，第二电机固定设置于第二基座上，第二蜗杆连接第二电机，第二电机驱动第二蜗杆转动。
优选地，转动支架机构进一步包括：联动组件、支杆、角度调节组件以及固定架；联动组件套接于立柱上；支杆的一端与联动组件连接，支杆另一端与角度调节组件连接；固定架一面与角度调节组件固定连接，固定架的另一面设置反射板。
进一步的，第二基座设置有蜗轮容纳区，联动组件包括第二蜗轮以及套筒；套筒与立柱套接，套筒底部与第二蜗轮固定连接；第二蜗轮套接立柱且设置于第二基座的蜗轮容纳区，第二蜗轮与第二蜗杆啮合；第二蜗杆在第二电机的驱动下，使得第二蜗轮发生转动，以完成对转动支架的角度调节；联动组件与传动组件接触，传动组件通过带动联动组件使转动支架发生转动。
具体的，支杆的两端中，与角度调节组件连接的一端相对于与联动组件连接的一端呈现向上弯折的状态。
进一步的，角度调节组件包括：第一基座、第一电机、第一蜗杆、第一蜗轮以及第一蜗轮架；第一基座的一端连接支杆，在相对于连接支杆的另一端设置第一蜗轮架；第一电机安装于第一基座上，并与第一蜗杆相连接；第一蜗轮设置在第一蜗轮架上，第一蜗轮与第一蜗杆相啮合；上述固定架与第一蜗轮固定连接，固定架与第一蜗轮架铰接；第一蜗杆在第一电机的驱动下，使得第一蜗轮发生转动，以完成对设置于固定架上的反射板的角度调节。
进一步的，传动组件上还设有限位块，连接套筒的顶端且使套筒、第二蜗轮以及第二基座紧密相接；限位块用以限定联动组件与传动组件的连接位置。
优选地，支撑体进一步包括用来进行固定的底座，底座与立柱底部相连接且底座上设置有至少一个固定孔。
根据本发明的第二个方面，提供的一种应用于上述太阳能吸收装置的方法包括：根据正午时刻与实际时刻计算获取装置地点的时角参数值；根据太阳赤纬角的周期性变化计算太阳赤纬角参数值；根据获取的时角参数值、太阳赤纬角以及装配地点地理纬度对太阳高度角进行计算，反射板根据计算得出的太阳高度角调整俯仰角度；根据获取的时角参数值以及太阳高度角计算阴影转动角，转动支架根据计算得出的阴影转动角调整转动角度。
本发明的有益效果为：本发明实施例的太阳能吸收装置和方法，通过在太阳能吸收装置上设置转动支架以及反射板，根据太阳高度角以及阴影转动角的变化控制转动支架以及反射板的转动角度、转动速 度以及转动方向，从而依据太阳光照方向而调整反射板的反射角度使太阳能电池板始终接收到太阳光以及反射板反射光的照射。增加太阳能吸收装置接收太阳光照的利用率，使得太阳能电池板接收太阳光照量接近饱和值，提高太阳能电池板吸收太阳能的效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的太阳能吸收装置结构示意图；
图2为本发明实施例提供的太阳能吸收装置支撑体以及转动支架结构示意图；
图3为本发明实施例提供的太阳能吸收装置支撑体结构剖视图；
图4为本发明实施例提供的太阳能吸收装置转动支架结构剖视图；
图5为本发明实施例提供的图2中A处的局部放大图；
图6为本发明实施例提供的图2中B处的局部放大图；
图7为本发明实施例提供的应用于上述太阳能吸收装置的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了方便对本实施例提供的太阳能吸收装置和方法的理解，下面结合附图对其工作原理进行详细说明。
本发明实施例提供的一种太阳能吸收装置，如图1所示，图1为本发明实施例提供的太阳能吸收装置结构示意图，所示该太阳能吸收装置包括：太阳能电池板1、支撑体2、至少一个转动支架3以及至少一个反射板4。太阳能电池板1设置于支撑体2顶端，用于吸收太阳照射的光线以及反射板4所反射的太阳光线。一并参考图2，图2 为本发明实施例提供的太阳能吸收装置支撑体以及转动支架结构示意图，支撑体2包括立柱21以及支撑板22，支撑板22与立柱21的顶部相连接，太阳能电池板1设置于支撑板22上。转动支架3的一端与立柱21相连接，另一端连接反射板4，转动支架3能够绕立柱21发生转动。反射板4用于反射太阳直射的光线于太阳能电池板1上。
具体的，为了进一步加强光照效果，可利用至少两个转动支架3设置于支撑体2上、至少两个反射板4设置于转动支架3远离支撑体2的一端。
具体的，上述反射板4所用材料可以为平面镜反射材料，也可以使用聚光反射板等具有光反射效果的材料。针对各个与转动支架3连接的反射板4所处位置设定初始反射角度，再通过应用于该太阳能吸收装置的方法，实现多角度反射太阳光照于太阳能电池板1上。
本发明还提供一种优选的实施例，参阅图2，该太阳能吸收装置的支撑体2还包括传动组件23以及底座24。其中，该传动组件23固定设置于立柱21上，用于带动转动支架3相对于立柱22进行转动。底座24与立柱21底部相连接，用于对整个装置进行固定。底座24上设置有至少一个固定孔241，可以通过螺栓等固定元件通过固定孔241铆接固定该太阳能吸收装置。
作为一种优选的实施例，该太阳能吸收装置的转动支架3包括联动组件31、支杆32、角度调节组件33以及固定架34。其中，联动组件31套接于立柱21上，一并参考图6，图6为本发明实施例提供的图2中B处的局部放大图，联动组件31与传动组件23相组合实现转动支架3相对立柱21转动。支杆32的一端与联动组件31连接，支杆32另一端与角度调节组件33连接。固定架34的一面与角度调节组件33固定连接，固定架34的另一面设置反射板4。具体的，上述支杆32的两端中，与角度调节组件33连接的一端相对于与联动组件31连接的一端呈现向上弯折的状态。
本发明还提供一种优选的实施例，如图3所示，图3为本发明实 施例提供的太阳能吸收装置支撑体结构剖视图，该太阳能吸收装置支撑体包括立柱21、支撑板22以及底座24。立柱21两端连接支撑板22与底座24，且支撑板22与立柱21连接可以为固定连接也可以为活动连接。立柱21上还设置有传动组件23中的第二基座231，以及设置于立柱上可拆卸的限位块234。底座24用于固定该太阳能吸收装置，底座24与立柱21底部相连接，且底座24上设置有至少一个固定孔241。
具体的，本发明实施例中可以通过螺栓等固定元件通过固定孔241铆接固定该太阳能吸收装置，在本发明的其他实施例中也可通过焊接、绑缚底座24等方式固定该太阳能吸收装置。
具体的，如图4所示，图4为本发明实施例提供的太阳能吸收装置转动支架结构剖视图，转动支架3进一步包括以下结构：支杆32两端连接联动组件31与角度调节机构33中的第一基座331，且支杆32与角度调节组件33中的第一基座331相连的一端相对于支杆32与联动组件31相连的一端向上弯折，一并参考图2，保证反射板4的反射面与太阳能电池板1相对。第一基座331的一端连接支杆32，在相对于连接支杆32的另一端设置第一蜗轮架335。
本发明还提供了一种优选的实施例，如图5所示，图5为本发明实施例提供的图2中A处的局部放大图，该太阳能吸收装置角度调节组件33连接支杆32与固定架34。角度调节组件33包括第一基座331、第一电机332、第一蜗杆333、第一蜗轮334以及第一蜗轮架335。第一基座331的一端连接支杆32，在相对于连接支杆32的另一端设置第一蜗轮架335。第一电机332安装于第一基座331上，并与第一蜗杆333相连接。第一蜗轮334设置在第一蜗轮架335上，第一蜗轮334与第一蜗轮架335同轴活动连接，并且第一蜗轮334可在第一蜗轮架335两臂之间旋转，第一蜗轮334与第一蜗杆333相啮合。固定架34与第一蜗轮334固定连接，固定架34与第一蜗轮架335铰接；第一蜗杆333在第一电机332的驱动下产生自转，由于第一蜗轮334与第一蜗杆333相啮合，第一蜗杆333自转使得第一蜗轮334转 动，从而带动与第一蜗轮334固定连接的固定架34的俯仰角度发生变化，以完成对设置于固定架34上的反射板4的角度调节。
本发明还提供了一种优选的实施例，如图6所示，图6为本发明实施例提供的图2中B处的局部放大图，即传动组件23与联动组件31在工作环境下相组合的状态。具体的，传动组件23包括以下结构：第二基座231、第二电机232以及第二蜗杆233。第二基座231设置于立柱21上，其设置方式可以为固定设置或者活动设置，且第二基座231可以在立柱21上任意位置设置，在运行过程中保证其能够实现相对角度反射太阳光线的目的。第二电机232固定设置于第二基座231上，第二蜗杆233连接第二电机232，第二电机232驱动第二蜗杆233转动。联动组件31包括第二蜗轮311以及套筒312，套筒312与立柱21套接，套筒32底部与第二蜗轮311固定连接。第二基座设置有蜗轮容纳区。第二蜗轮311套接立柱32且设置于第二基座231的蜗轮容纳区，第二蜗轮311与第二蜗杆233啮合。第二蜗杆233在第二电机232的驱动下产生自转，由于第二蜗轮311与第二蜗杆233相啮合，第二蜗杆233自转使得第二蜗轮311发生转动，以完成对转动支架3的角度调节。联动组件31与传动组件23相接触，传动组件23通过带动联动组件31使转动支架3发生转动。
进一步的，传动组件23设有限位块234，限位块234设置于立柱32上与联动组件31相接触且可拆卸。限位块234用以限定联动组件31与传动组件23的连接位置。限位块234连接套筒312的顶端且使套筒312、第二蜗轮311以及第二基座231紧密相接，对联动组件33的安装位置起到限定的作用，并且保证第二蜗杆311与第二蜗轮233的相对位置，能够使二者相啮合。
由于传动组件23与联动组件31控制转动支架3转动方向、转动速度以及转动角度，从而连动控制设置于固定架上的反射板在水平方向上反射太阳光于太阳能电池板的角度。
该太阳能吸收装置由于其结构设置，能够对应不同时刻、不同地理位置，除吸收太阳照射于太阳能电池板的太阳光线外，还能吸收反 射板对应太阳直射所反射于太阳能电池板上的太阳光线。该装置设计有转动支架绕转功能以及反射板角度调节功能，从而增加太阳能吸收装置接收太阳光照的利用率，使得太阳能电池板接收太阳光照量接近饱和值，提高太阳能电池板吸收太阳能的效率。
本发明实施例还提供了一种应用于上述太阳能吸收装置的方法，如图7所示，图7为本发明实施例提供的应用于上述太阳能吸收装置的方法流程图，该方法具体步骤包括：
根据正午时刻与实际时刻计算获取装置地点的时角参数值；
根据太阳赤纬角的周期性变化计算太阳赤纬角参数值；
根据获取的时角参数值、太阳赤纬角参数值以及装配地点地理纬度对太阳高度角进行计算，反射板根据计算得出的太阳高度角调整俯仰角度；
根据获取的时角参数值以及太阳高度角计算阴影转动角，转动支架根据计算得出的阴影转动角调整转动角度。
S100：获取装置地点的时角参数值。
时角为某时刻太阳在赤道平面上的投影与正午时刻太阳在赤道平面上的投影之间的夹角。根据设备装配所在地的正午时刻以及实际时刻计算时角。具体为：获取正午时刻与实际时刻的差值；根据该差值与地球自转角速度的乘积计算时角参数值。
S200：获取太阳赤纬角参数值。
太阳赤纬角为地球赤道平面与太阳和地球中心的连线之间的夹角，即太阳入射光与地球赤道之间的角度。由于地球自转轴与公转轴之间的角度基本不变，因此太阳赤纬角随季节不同呈周期性变化，在+23°45′与-23°45′的范围内移动。
计算太阳赤纬角+23°45′的正弦值：

计算太阳赤纬角-23°45′的余弦值：

依据太阳赤纬角+23°45′的正弦值与太阳赤纬角-23°45′的余弦值，太阳赤纬角按以下公式计算：

具体的，其中δ表示太阳赤纬角，N表示自1月1日起计数，该计算时间所属的天数。
S300：根据时角、太阳赤纬角以及装配地点地理纬度对太阳高度角进行计算。
太阳高度角是指某地太阳光线与通过该地与地心相连的地表切面的夹角。根据时角、太阳赤纬角以及装配地点地理纬度获取太阳高度角，反射板根据计算得出的太阳高度角调整俯仰角度。
具体的，计算太阳高度角按以下公式计算：

其中，h表示太阳高度角，α表示时角，δ表示太阳赤纬角，表示设备安装地点的地理纬度。
依据太阳高度角参数值控制反射板，反射板根据计算得出的太阳高度角调整俯仰角度。具体的，以太阳高度角参数值的二分之一设定第二装配支架以及反射板的转动速度，从而控制反射板的俯仰角度。
S400：根据时角和太阳高度角获取阴影转动角参数值。
阴影转动角为物体竖直垂直立于地面，太阳高度角变化引起物体阴影在地面上转动的角度，从而确定太阳光线角度变化的踪迹。
具体的，阴影转动角按以下公式计算：
β＝arccos(cosα/cos h)
其中，β表示阴影转动角，h表示太阳高度角，α表示时角。转动支架根据计算得出的阴影转动角调整转动角度。
该方法在前述太阳能吸收装置的基础上，根据太阳高度角以及阴影转动角的变化控制转动支架以及反射板的转动角度、转动速度以及转动方向，依据太阳光照方向而调整反射板的反射角度使太阳能电池板始终接收到太阳光以及反射板反射光的照射，实现该装置自动对应太阳方向及位置的变化反射太阳直射于反射板的光线至太阳能电池板。在提高太阳能电池板的吸收效率的基础上，免去人工调节操作，大大提高太阳能吸收装置自动化效率。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明意图也包含这些改动和变型在内。
以上参考附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围以及实质，可以有多种变型方案实现本发明，比如作为一个实施例的特征可用于另一实施例而得到又一实施例。凡在运用本发明的技术构思之内所作的任何修改、等同替换以及改进，均应在本发明的权利范围之内。