專利名稱：準(zhǔn)二維跟蹤聚光光伏發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種光伏發(fā)電裝置，特別是一種聚光光伏發(fā)電裝置準(zhǔn)二維跟蹤太陽機構(gòu)，屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽能光伏發(fā)電技術(shù)將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能，因而是最有應(yīng)用前景的太陽能利用方式之一，將成為未來基礎(chǔ)能源的重要組成部分。
近年來，光伏產(chǎn)業(yè)是世界上增長最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，但我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)目前存在的主要問題是生產(chǎn)太陽能電池所需的半導(dǎo)體材料短缺，基本上依賴于進口；產(chǎn)品主要出口國外，即原料和市場兩頭在外；過高的發(fā)電成本也使很多人不得不望而卻步。
為了進一步提高光伏發(fā)電裝置的性能價格比，人們開始研究聚光和跟蹤技術(shù)，嘗試通過跟蹤聚光的方法，增加太陽能電池所接受的太陽光照射強度，使得同樣數(shù)量的半導(dǎo)體材料產(chǎn)生更多的電能，而增加的跟蹤聚光部件的價格遠低于所節(jié)約的半導(dǎo)體材料價格，從而大幅度降低光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本，有利于光伏發(fā)電系統(tǒng)在我國的推廣應(yīng)用。從類型上分，跟蹤聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)中的自動跟蹤太陽機構(gòu)分為只有一根轉(zhuǎn)軸的一維和具有兩相交轉(zhuǎn)軸的二維。前者只需要一套受控于控制電路的跟蹤驅(qū)動裝置，成本相對低廉，但是只能在一維方向上正對太陽，無法保證太陽能電池一年四季都以最佳位置對準(zhǔn)太陽，總會損失一部分太陽照射的能量；后者需要兩套跟蹤驅(qū)動裝置，太陽能電池可以始終正對太陽，但是造價較高，推廣受限。
以V形槽式反射聚光光伏發(fā)電裝置為例，為了節(jié)約成本，基本上采用一維跟蹤太陽。在溫度一定的情況下，太陽能電池的發(fā)電量隨接受的太陽光照強度增加而增加。由于存在不能充分利用太陽光的不足之處，因而不能使太陽能電池的發(fā)電能力發(fā)揮到較高的水平。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于通過對跟蹤太陽機構(gòu)的改進，提供一種可以通過簡單操作保證太陽能電池基本正對太陽的準(zhǔn)二維跟蹤聚光光伏發(fā)電裝置，其成本經(jīng)濟，實用性強。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是一種準(zhǔn)二維跟蹤聚光光伏發(fā)電裝置，包括安裝在一維自動跟蹤太陽機構(gòu)上的聚光太陽能電池組件陣列部件，所述一維自動跟蹤太陽機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸兩端分別通過軸承座支撐在高、低端支架上，至少所述高、低端支架之一設(shè)有高度調(diào)節(jié)機構(gòu)。
這樣，當(dāng)太陽能電池因太陽赤緯角發(fā)生變化(通常冬至和夏至的赤緯角之差約為46°)而偏離正對太陽進行跟蹤的位置時，可以借助人工調(diào)節(jié)支架高度，調(diào)整太陽能電池傾斜角，使其在一維跟蹤機構(gòu)的作用下，始終以較為理想的方位正對太陽，從而充分發(fā)揮太陽能電池的作用。由此可見，本實用新型以簡單的高度調(diào)整機構(gòu)巧妙實現(xiàn)了基本接近二維跟蹤太陽系統(tǒng)同樣的作用效果，而成本比二維跟蹤系統(tǒng)大大降低，因此易于推廣應(yīng)用。通常高、低端支架與對應(yīng)的軸承座鉸支連接，鉸支軸與轉(zhuǎn)軸基本垂直。
值得一提的是本實用新型的聚光器制造簡單，價格低廉，聚光均勻，性能較好。反射鏡陣列中的反射鏡安裝在聚光太陽能電池組件陣列部件兩側(cè)，與聚光太陽能電池組件陣列部件形成V形槽結(jié)構(gòu)，聚光太陽能電池組件位于V形槽的底部。
當(dāng)太陽能電池受到聚光照射時，溫度會有所升高，會直接降低太陽能電池的發(fā)電量。本實用新型采用的聚光太陽能電池組件的底板不是常規(guī)的TPT或PVF，而是散熱金屬板或者散熱翅片。
本實用新型根據(jù)太陽能電池在一定條件下的最佳輸出功率與接受的光照強度成比例增加而又不會影響壽命的特性，采用易于制造、成本低廉的聚光器跟蹤太陽，增加了太陽能電池所接受的太陽光照射強度，在獲得同樣電能的情況下，太陽能電池的用量僅為固定式光伏發(fā)電系統(tǒng)的1/2到1/5，而增加的跟蹤聚光機構(gòu)的成本遠低于所節(jié)約的太陽能電池的成本，相當(dāng)于用普通的金屬玻璃等材料代替昂貴的半導(dǎo)體材料，性價比有望提高30％以上，有利于光伏發(fā)電系統(tǒng)在我國的推廣應(yīng)用。
以下結(jié)合附圖和典型實施例對本實用新型做進一步說明。


圖1為實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為實施例一的聚光太陽能電池組件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為實施例一可拆卸連接單元分體示意圖。
圖4為實施例一可拆卸連接單元立體結(jié)構(gòu)圖。
圖5為實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為實施例四的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為實施例五的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
實施例一如圖1所示，一種準(zhǔn)二維跟蹤聚光光伏發(fā)電裝置，包括安裝在一維自動跟蹤太陽機構(gòu)上的聚光太陽能電池組件陣列部件1，該一維自動跟蹤太陽機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸2兩端分別通過軸承3、14支撐在高端支架4、低端支架5上。高、低端支架至少一個設(shè)有高度調(diào)節(jié)機構(gòu)。本實施例中具有高度調(diào)整機構(gòu)的高端支架4包括至少兩節(jié)可拆卸式連接單元6，高端支架4垂直于水平面安裝。一維自動跟蹤太陽機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸2指向正南方，聚光太陽能電池組件陣列部件1以一定的傾斜角度安裝在高、低端支架上。聚光太陽能電池組件陣列部件1的轉(zhuǎn)軸2的低端通過下軸承14(可采用圓錐滾子軸承等)鉸支于下軸承座上，下軸承座鉸支在低端支架5上，轉(zhuǎn)軸2的高端通過滑動軸承3鉸支于上軸承座上，上軸承座鉸支于高端支架4上。連接單元6可以是金屬框架，也可以是金屬管等，低端支架5也可以采用金屬框架結(jié)構(gòu)或者金屬管結(jié)構(gòu)等，這些均可以根據(jù)設(shè)計需要進行選擇，在以下實施例中不再贅述。
如圖2所示，本實施例的聚光太陽能電池組件陣列部件還包括反射鏡陣列7，該反射鏡陣列7中的反射鏡安裝在聚光太陽能電池組件8兩側(cè)，與聚光太陽能電池組件8形成V形槽結(jié)構(gòu)。聚光太陽能電池組件8位于V形槽的底部。
聚光太陽能電池組件陣列部件1通過轉(zhuǎn)動軸2安裝在高、低端支架上，轉(zhuǎn)軸2位于聚光太陽能電池組件陣列部件1機架的重心附近，其低端與安裝在低端支架上的驅(qū)動機構(gòu)銜接。聚光太陽能電池組件陣列部件還包太陽能電池組件8，太陽能電池組件8的底板是散熱金屬板或者散熱翅片。
一維自動跟蹤太陽機構(gòu)還包括驅(qū)動機構(gòu)，該驅(qū)動機構(gòu)由電機、與電機出軸連接的蝸輪蝸桿減速器、與蝸輪蝸桿減速器出軸相連的齒輪減速器組成，該齒輪減速器可帶動轉(zhuǎn)動軸至少旋轉(zhuǎn)150°，一般設(shè)計成可旋轉(zhuǎn)360°，以避免風(fēng)、雨、冰雹、灰塵等影響。一維自動跟蹤太陽機構(gòu)中含有探測太陽光位置的太陽光傳感器9。
地理學(xué)中將日地中心的連線與赤道面間的夾角稱為太陽赤緯角。太陽赤緯角每天都在發(fā)生變化，它在春分和秋分時刻等于零，而在夏至和冬至?xí)r刻有極值，分別為正負(fù)23.442°，相差46°之多。在溫度相同的情況下，太陽能電池的發(fā)電功率隨太陽光垂直入射強度的增加而增加，從上述太陽赤緯角變化的規(guī)律來看，如果太陽能電池固定安裝，則有明顯的余弦效應(yīng)。最理想的當(dāng)然是采用兩軸同時跟蹤太陽，這樣太陽能電池可以始終正對太陽。但這類跟蹤系統(tǒng)需要兩套跟蹤驅(qū)動裝置，造價較高，推廣受限。一維跟蹤只需要一套受控于控制電路的跟蹤驅(qū)動裝置，成本相對低廉，但是只能在一維方向上正對太陽，無法保證太陽能電池一年四季都以最佳位置對準(zhǔn)太陽，總會損失一部分太陽照射的能量。本事實例采用在一維跟蹤太陽機構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加一套簡易的高度調(diào)整機構(gòu)，可以達到二維跟蹤同樣的效果，但成本卻大為降低。
工作時，本實施例的一維跟蹤太陽機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸指向正南方，聚光太陽能電池組件陣列部件以一定的傾斜角度安裝在高低端支架上。當(dāng)太陽的赤緯角變化較大時，可采用千斤頂?shù)裙ぞ撸鹑セ蛘甙惭b可拆卸連接單元。
如圖3、圖4所示，可拆卸式連接框架設(shè)計成可放置千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)，框架的上板和下板都開有U型槽，當(dāng)需要增加高度時，先將頂蓋20插入上下框架之間的U型槽中，旋開框架下板的連接螺栓，用千斤頂L頂住頂蓋，并將框架上板沿著導(dǎo)向柱向上推，直到可以增加一個可拆卸連接單元為止，放進該可拆卸連接單元后，千斤頂L降低，最后通過螺栓進行固定。降低高度與此大致相同，當(dāng)然也可以采用其它的機構(gòu)幫助增加或者降低高度。
聚光太陽能電池組件陣列部件繞低端支架上的鉸支軸13(該鉸支軸13的軸線垂直于聚光太陽能電池組件陣列部件的轉(zhuǎn)軸2)轉(zhuǎn)動，高端支架上的軸承3沿轉(zhuǎn)軸2滑動或者低端支架沿轉(zhuǎn)軸方向運動，很容易地實現(xiàn)了聚光太陽能電池組件陣列部件1角度的調(diào)整，使其可以正對太陽。太陽的赤緯角每年變化46°，因此可以根據(jù)季節(jié)定期(如每個季度、每月或者每周)進行調(diào)整。
本實施例的太陽能電池采用易于制造、成本低廉的聚光器跟蹤太陽，增加了太陽能電池所接受的太陽光照射強度，在獲得同樣電能的情況下，太陽能電池的用量僅為固定式光伏發(fā)電系統(tǒng)的1/2-1/3。而增加的跟蹤聚光機構(gòu)的成本遠低于所節(jié)約的太陽能電池的成本，相當(dāng)于用普通的金屬玻璃等材料代替昂貴的半導(dǎo)體材料，性價比有望提高30％以上。
本專利申請人在專利號為200620070287.6、名稱為“蝶形反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)”的專利中公開了一種聚光比更高的聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)，聚光比可以達到4倍、5倍甚至更高(該專利中舉例5.7倍)，如果將其相互結(jié)合，可以取得更好的經(jīng)濟效益。
實施例二如圖5所示，本實施例與實施例一的區(qū)別在于高度調(diào)整機構(gòu)的高端支架4包括至少兩節(jié)可拆卸式連接單元6，高度調(diào)整機構(gòu)的高端支架不是垂直于水平面的，而是每兩節(jié)可拆卸式連接單元6的連接處均在以下軸承座鉸支點13為圓心的聚光太陽能電池組件陣列1部件轉(zhuǎn)動的圓弧(弦)上，一維自動跟蹤太陽機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸指向正南方，聚光太陽能電池組件陣列部件1以一定的傾斜角度安裝在高低端支架上，聚光太陽能電池組件陣列部件轉(zhuǎn)軸的低端通過下軸承14鉸支在下軸承座上，下軸承座鉸支在低端支架上，低端支架固連在安裝基礎(chǔ)上，聚光太陽能電池組件陣列部件轉(zhuǎn)軸的高端鉸支在上軸承座上，上軸承座固連于高端支架上。高端支架上的軸承3不需要再沿轉(zhuǎn)軸2滑動，而是固定在高端支架4上。
本實施例中的可拆卸式連接單元可以不用金屬框架，而采用金屬管。
實施例三本實施例如圖6所示，高度調(diào)整機構(gòu)的高端支架包括至少兩節(jié)可拆卸式連接單元，聚光太陽能電池組件陣列部件轉(zhuǎn)軸的低端通過下軸承鉸支在下軸承座上，下軸承座固定在低端支架上，低端支架支撐在安裝基礎(chǔ)上，聚光太陽能電池組件陣列部件轉(zhuǎn)軸的高端鉸支在上軸承座上，上軸承座固連于高端支架上。其中聚光太陽能電池組件陣列部件1的高端通過轉(zhuǎn)軸2鉸支在高端支架4上，低端固連在低端支架5上，低端支架5支撐在安裝基礎(chǔ)上。該實施例與上述實施例的主要區(qū)別在于聚光太陽能電池組件陣列部件的轉(zhuǎn)軸的低端通過下軸承鉸支在下軸承座上，下軸承座固定在低端支架上，低端支架可沿支撐點轉(zhuǎn)軸方向運動。低端支架支撐在安裝基礎(chǔ)上的方式有很多種，如圖7所示，低端支架可以鉸支在安裝基礎(chǔ)上，當(dāng)然也可以通過球形端頭等結(jié)構(gòu)形式支撐在安裝基礎(chǔ)上。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是制造成本更低，安裝方便。其調(diào)整高度的方法是借助千斤頂?shù)裙ぞ?，使已有可拆卸連接單元上升或者下降，然后增加或減少拆卸連接單元。
實施例四本實施例如圖7所示，高度調(diào)整機構(gòu)鉸支在高低端支架上，其中高端支架包括至少兩節(jié)可拆卸式連接單元，該高度調(diào)整機構(gòu)還包括滑軌及其鎖緊裝置，可使高端支架的底部沿滑軌滑動。低端通過下軸承鉸支在下軸承座上，下軸承座鉸支在低端支架上，支架固連在安裝基礎(chǔ)上，高度調(diào)整機構(gòu)包括3根支撐管(A、B、C)，還包括3條對應(yīng)的滑軌，三根支撐管的底部均可以在滑軌上滑動，另外還有銷等類似的鎖緊裝置，以便到位后鎖緊。調(diào)整高度是這樣實現(xiàn)的以上升為例，首先拆掉支撐管A、C的連接螺栓，將支撐管B借助千斤頂?shù)裙ぞ呦蚯巴?，此時支撐管A、C懸空，便可以增加可拆卸連接單元，下降時同理操作。當(dāng)然也可以通過同時推動支撐管A、C使支撐管B懸空，增加或者減少支撐管B上的可拆卸連接單元。
實施例五本實施例如圖8所示，高度調(diào)整機構(gòu)由定滑輪15、支撐定滑輪15的定滑輪支架16、連接高端支架4底部的鋼絲繩17、帶動鋼絲繩17伸縮的搖輪18、可使高端支架底部滑動的滑軌19組成，可拆卸式連接單元有類似于關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)，多余的可拆卸式連接單元放置于滑軌上。當(dāng)需要升高高端支架的高度時，轉(zhuǎn)動搖輪，通過鋼絲繩17拉動可拆卸式連接單元6，使其沿滑軌19滑動，使放置于滑軌19上的可拆卸式連接單元上升，然后通過銷結(jié)構(gòu)固定可拆卸式連接單元即可。下降時同理操作。
上述實施例中僅提到調(diào)整高端支架的高度，事實上也可以調(diào)整低端支架的高度達到同樣的目的。另外上述實施例僅提到一套驅(qū)動機構(gòu)僅帶動一套聚光太陽能電池組件陣列部件，實際上一套跟蹤控制電路和一套驅(qū)動機構(gòu)就可以帶動眾多的聚光太陽能電池組件陣列部件，從而有利于進一步降低整體制造成本(具體情況可以參閱申請人此前申請的專利申請?zhí)枮?00520076826.2、名稱為“槽式反射聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)”)。
權(quán)利要求1.一種準(zhǔn)二維跟蹤聚光光伏發(fā)電裝置，包括安裝在一維自動跟蹤太陽機構(gòu)上的聚光太陽能電池組件陣列部件，其特征在于所述一維自動跟蹤太陽機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸兩端分別通過軸承支撐在高、低端支架上，所述高、低端支架中至少一個設(shè)有高度調(diào)節(jié)機構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)二維跟蹤聚光光伏發(fā)電裝置，其特征在于所述高度調(diào)整機構(gòu)的高端支架包括至少兩節(jié)可拆卸式連接單元，所述高端支架垂直于水平面安裝，所述一維自動跟蹤太陽機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸指向正南方，聚光太陽能電池組件陣列部件以預(yù)定的傾斜角度安裝在高低端支架上，所述聚光太陽能電池組件陣列部件轉(zhuǎn)軸的低端通過下軸承鉸支于下軸承座上，下軸承座鉸支在低端支架上，轉(zhuǎn)軸的高端通過滑動軸承鉸支于上軸承座上，上軸承座鉸支于高端支架上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的準(zhǔn)二維跟蹤聚光光伏發(fā)電裝置，其特征在于所述聚光太陽能電池組件陣列部件還包括反射鏡陣列，所述反射鏡陣列中的反射鏡安裝在聚光太陽能電池組件兩側(cè)，與聚光太陽能電池組件形成V形槽結(jié)構(gòu)，所述聚光太陽能電池組件位于V形槽的底部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的準(zhǔn)二維跟蹤聚光光伏發(fā)電裝置，其特征在于所述聚光太陽能電池組件陣列部件通過轉(zhuǎn)動軸安裝在高、低端支架上，所述轉(zhuǎn)軸位于聚光太陽能電池組件陣列部件機架的重心附近，其低端與安裝在低端支架上的驅(qū)動機構(gòu)銜接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的準(zhǔn)二維跟蹤聚光光伏發(fā)電裝置，其特征在于所述聚光太陽能電池組件陣列部件包括太陽能電池組件，所述太陽能電池組件的底板是散熱金屬板或者散熱翅片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)二維跟蹤聚光光伏發(fā)電裝置，其特征在于所述一維自動跟蹤太陽機構(gòu)包括驅(qū)動機構(gòu)，所述驅(qū)動機構(gòu)由電機、與電機出軸連接的蝸輪蝸桿減速器、與蝸輪蝸桿減速器出軸相連的齒輪減速器組成，所述齒輪減速器可帶動轉(zhuǎn)動軸至少旋轉(zhuǎn)150°。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的準(zhǔn)二維跟蹤聚光光伏發(fā)電裝置，其特征在于所述一維自動跟蹤太陽機構(gòu)中含有探測太陽光位置的太陽光傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)二維跟蹤聚光光伏發(fā)電裝置，其特征在于所述高度調(diào)整機構(gòu)的高端支架包括至少兩節(jié)可拆卸式連接單元，所述聚光太陽能電池組件陣列部件轉(zhuǎn)軸的低端通過下軸承鉸支在下軸承座上，下軸承座固定在低端支架上，低端支架支撐在安裝基礎(chǔ)上，所述聚光太陽能電池組件陣列部件轉(zhuǎn)軸的高端鉸支在上軸承座上，上軸承座固連于高端支架上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)二維跟蹤聚光光伏發(fā)電裝置，其特征在于所述高度調(diào)整機構(gòu)鉸支在高低端支架上，其中高端支架包括至少兩節(jié)可拆卸式連接單元，低端通過下軸承鉸支在下軸承座上，下軸承座鉸支在低端支架上，支架固連在安裝基礎(chǔ)上，所述高度調(diào)整機構(gòu)包括滑軌及其鎖緊裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)二維跟蹤聚光光伏發(fā)電裝置，其特征在于所述高度調(diào)整機構(gòu)由定滑輪、支撐定滑輪的定滑輪支架、連接高端支架底部的鋼絲繩、帶動鋼絲繩伸縮的搖輪、可使高端支架底部滑動的滑軌組成。
專利摘要本實用新型涉及一種準(zhǔn)二維跟蹤聚光光伏發(fā)電裝置，屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括安裝在一維自動跟蹤太陽機構(gòu)上的聚光太陽能電池組件陣列部件，所述一維自動跟蹤太陽機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸兩端分別通過軸承支撐在高、低端支架上，所述高低支架至少一個設(shè)有高度調(diào)節(jié)機構(gòu)。本實用新型在一維自動跟蹤太陽機構(gòu)的基礎(chǔ)上以簡單的高度調(diào)整機構(gòu)實現(xiàn)了二維跟蹤太陽系統(tǒng)的效果，有助于降低聚光光伏發(fā)電的成本。
文檔編號H02J7/00GK2930087SQ20062007490
公開日2007年8月1日 申請日期2006年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月14日
發(fā)明者張耀明, 孫利國, 陳強, 張振遠, 劉曉暉, 張文進, 張華 申請人:張耀明, 張振遠, 孫利國