一种绿色太阳能采储光遮阳系统

张书霖

摘 要：研究设计了一种绿色太阳能采储光遮阳系统。该系统由条状软质太阳能板、滑槽连杆、连接扣、采光器、硅能电池组成。系统运行时，打开寻光器开关，自动捕捉太阳位置，使软质太阳能板与太阳成角适当，最大面积、最久时长采光。利用硅能电池提高储电效率，解决了以往太阳光板只能固定角度、单一角度采光和电池储电效率低、使用寿命短等缺陷。当关闭寻光器开关时，用户可手动调节叶片角度，起到百叶窗的作用，满足用户对于室内光照的需求。有效提高太阳能板的产电效率，进而实现家庭用户以及各类酒店、办公写字楼的各窗户产电、利用清洁太阳能能源的设计目标。

关键词：软质太阳能板；硅能电池；自动捕捉；百叶窗

根据国家《能源发展十三五》规划中明确提出“清洁低碳，绿色发展”的能源发展要求，我国能源消费结构发生调整。清洁能源的使用将成为二十一世纪国家发展的重中之重，高效利用绿色环保的清洁能源正在被各个行业所重视。太阳能资源作为绿色清洁能源的关键组成部分，储量巨大，且目前仍有较大的研究和设计价值。通过对太阳能相关技术的合理利用和结构创新，可以为人类带来更多的环境效益，经济效益，加强生态文明建设。

一、太阳能光伏产业现状简述

太阳能光伏发电技术作为一个成熟的技术，在国内外已经广泛使用。光伏电站、光伏设备、光伏产品逐渐进入了人们的生活。2017年国内太阳能电池行业需求量21.66GW，销售市场规模约324.9億元，同比2016年的245.4亿元增长了32.4%。把可持续发展作为建设制造强国的重要着力点，加强节能环保技术、工艺、装备推广应用，全面推行清洁能源发展循环经济，提高资源回收利用效率，是构建绿色制造体系，走生态文明的正确发展道路。[1]

现目前普遍太阳光板只能固定角度、单一角度采光，电池储电效率低、使用寿命短。在维修、清洗和保养方面操作不便，采集的电量数据不能及时反馈。这些问题都成为了限制太阳能普及和与互联网时代接轨的关键因素，解决这些问题太阳能必将造福更多民众。

二、基于现状研发的一种绿色太阳能采储光遮阳系统

为了充分利用太阳能，达到“低碳环保，绿色发展”的能源发展目标，研究设计了一种绿色太阳能采储光遮阳系统。该系统由条状软质太阳能板、滑槽连杆、连接扣、采光器、硅能电池组成。[2]系统运行时，打开寻光器开关，自动捕捉太阳位置，使软质太阳能板与太阳成角适当，最大面积、最久时长采光。

（一）整体安装与设备特色

将PVC订制外框安装在装户外（转动轴与软质太阳能叶片相连，每一个软质太阳能板由连接扣和滑槽连杆相连，形成整体联动）。根据用户位置安装寻光器，寻光器自动捕捉太阳位置，确定位置后，通过控制滑槽连杆中的齿轮进而实现对软质太阳能板角度控制。此时，软质太阳能板相对于太阳正对面积最大，吸收的太阳的最多，产生的电能存储到硅能电池中，供人们使用。当人在室内时，可关闭寻光器的开关，手动控制滑槽连杆，实现百叶窗帘的作用，调节室内光线。对于大型写字楼、酒店等集体安装，可对整单元电量存储数据联网检测，方便实际运行过程中的细微调整、电量使用规划和报错维修。实用性强，应用简单，易于生产和推广。[2][3]

（二）软质太阳能板部分

软质太阳能板是世界太阳能产业的新兴技术产品，它是由树脂包封的无定形硅作为主要光电元件层，平铺在柔性材料制成的底板上制成的太阳能板。主要特点如下。（1）相同遮蔽面积下功率损失较小（弱光情况下的发电性佳）。（2）照度相同下损失的功率较晶圆太阳能电池少。（3）有较佳的功率温度系数。（4）较佳的光传输。（5）较高的累积发电量。（6）只需少量的硅原料。（7）没有内部电路短路问题（联机已经在串联电池制造时内建）。（8）厚度较晶圆太阳能电池薄。（9）材料供应无虑。

（三）硅能电池部分

硅能蓄电池是一种新型环保蓄电池，采用全新机理的复合硅盐做电解质，克服了目前国内外仍占统治地位的铅酸蓄电池的主要缺点，其比能量特性、大电流放电特性、低温特性、使用寿命、环保性能等均优于目前国内外普遍使用的各种铅酸蓄电池，综合性价比也优于国内外同级产品，是传统铅酸电池的换代产品。[3]

（四）寻光器部分

基于单片机和光敏元件自主开发寻光器，设置开关，打开开关后可自动捕捉角度，通过控制齿条，调节滑槽连杆，进而转动软质太阳能板，此时软质太阳能板与太阳正对面积最大，吸收效率最高，随着一天时间的推移，软质太阳能板角度不断跟踪太阳，延长吸收太阳光的时长。[4]

三、产品相关测试数据

以安装1200mm*1000mm的窗户为例：

安装材料：滑动支架、1200mm*150mm50w软质太阳能板、自动寻光系统、硅能电池、金属件及相关导线

安装细节：地点为绵阳市，取调查数据，太阳能年辐射量4200MJ/m2*年，1170kwh/m2*年，每日的平均光照时长为10.7h，取4小时传统太阳能板有效时长和4小时的低强度辐射的时长，一面窗户安装6片构成一组，日产电量可达到1.5瓦，根据房型，取5面向阳的窗户。一天产电量除去不可避免消耗，可达7.5瓦，完全能够满足小家庭的80%的用电需求，单月节约资金约为120元，此系统可避免燃烧7*380g=2660g标准煤。

四、结语

能源是人类社会生存发展的重要物质基础，是国民经济的战略性资源和基础产业，是驱动生产力发展和文明进步的动力源泉。根据《能源发展“十三五”规划》，到 2020 年底，我国太阳能发电装机将要达到110GW 以上，其中分布式光伏占 60GW。只有真正把握住太阳能这个“绿色金子”，才能更友好、更环保的发展经济。

参考文献：

[1]胡云岩，张瑞英，王军.中国太阳能光伏发电的发展现状及前景[J].河北科技大学学报，2014.35（1）：69-72.

[2]赵娟妮，皇甫国.基于太阳能光伏发电技术的便携式系统研究[J].科技视界，2013（7）：145-146.

[3]魏博，罗智文，马小晶.太阳能吸收装置超调跟踪系统效能分析[J].河北科技大学学报，2013，34（4）：377-379.

[4]叶宝安，乔国栋，周书民，汪志成.太阳能板最佳安装角度测量系统设计与实现[J].电子测量技术，2014.37（6）：127-130.