CN101378237A - 一种太阳能光伏发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种“太阳能光伏发电装置”。这是一种光叠加法，我们用了三组反射镜(普通的平板玻璃镜)在不同的层面上让阳光充分的叠加在硅晶片上，配合全天候电脑自动对日跟踪，即经度跟踪、纬度跟踪和地球公转角度跟踪获得了将普通太阳能晶片的发电能力提高6.6倍以上的效果。按目前所知的硅片的发电效率16％，而本发明已达到105.6％以上。本发明利用平衡原理，使着力点是在克服支架的阻尼而不在支架自身的重量，因此齿轮不易损伤且节省电耗。经实验反复测试，本跟踪装置所需的电耗仅为自身发电的3％－5％(该电耗已包括芯片散热时消耗的电能)。
Description
技术领域
本发明主要涉及一种太阳能发电装置，尤其涉及大型光伏发电装置。
背景技术
目前，光伏发电行业中，太阳能晶片的利用率一般只有16％—18％；同时大型的太阳光跟踪机构存在下述世界性的技术难题：齿轮箱经常损坏，维护费用高，无法正常发电。原因是其间歇跟踪技术有缺陷。启动、特别是停止时角加速度过大，使齿轮箱在短时间内被破坏，最终导致失败。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效发电、对日跟踪时齿轮无损伤、节省电耗、可依照本装置所在不同位置和四季变化的规律，自动跟踪太阳光照的太阳能发电装置。
为实现上述目的，本发明技术方案为：
一种太阳能光伏发电装置，主要包括一组以上的光叠加反射器；所述的光叠加反射器主要包括太阳能晶片、光叠加反射装置，所述的太阳能晶片悬空倒置，其被照面朝向光叠加反射装置。
所述的光叠加反射装置由一组或一组以上的反射镜单元连接或叠加组成，太阳光经任一反射镜单元的反射线均位于太阳能晶片被照面上。
所述的光叠加反射装置是一椭圆抛物面或一锥体构成的反射镜；所述的太阳能晶片设置于反射镜的焦点处。
所述的光叠加反射装置由一层以上的光叠加反射镜同轴叠置而成；所述的光叠加反射镜由N个反射镜单元连续固接而成，N大于1。
所述的光叠加反射镜是三层梯形平面光叠加反射镜；所述的梯形平面光叠加反射镜是由八个反射镜单元连续固接而成。
所述的光叠加反射镜依从下到上的叠放顺序，反射镜单元与光叠加反射镜中心线的夹角β逐渐增大。
所述反射镜单元为一斜线绕环状光叠加反射镜的中心轴水平旋转α角的斜平面，且满足α角大于0小于等于360/N度。
所述的太阳能晶片直接固接一散热防护装置，所述的散热防护装置主要包括：一台以上的小风扇和散热片组；所述的散热片由导热良好的材料制成。
所述的散热防护装置还包括一隔热洋伞，并按隔热洋伞、小风扇组、散热片组从上到下的安装顺序排置，相邻组件间用定位架保留一定间隙隔开。
它还包括一太阳光跟踪装置，所述的太阳光跟踪装置主要由平衡锤和摆动装置组成的；所述摆动装置与光叠加反射器可传动连接，并通过摆动装置控制光叠加反射器绕点A或直线D朝东西或南北方向摆动；所述的平衡锤与光叠加反射器分设于点A或直线D的两侧而形成一杠杆系统，即平衡锤与太阳光接收装置组成的结构可以点A为支点或以直线D为转轴作摆动。
所述的光叠加反射器设有一二级摆动装置，并通过二级摆动装置控制光叠加反射器绕点B或直线L朝南北或东西方向摆动；
它还包括以直线D或直线L为中心线对称设置的，倒置悬挂于光叠加反射器上的，一对以上的平衡锤。
所述的太阳光跟踪装置还包括一地球公转跟踪装置；所述的地球公转跟踪装置主要由一级以上的变速锅轮组组成，变速锅轮组的输出轴固定连接接收光叠加反射器。
所述的摆动装置主要由一个以上的变速锅轮箱组成，各变速锅轮箱间形成逐级传动，且满足第一级的锅轮轴是在二级锅杆轴内、第二级的锅轮轴是在三级锅杆轴内…以上类推，形成一紧凑逐级传动变速传动装置。
所述的太阳光跟踪装置还包括一捕光系统，所述的捕光系统主要由一对以上的光感应器、线路板和控制器组成，所述的光感应器固设于光叠加反射器上，当太阳光投射在光感应器并形成光强差时，控制器输出指令，光叠加反射器向高光强的方向摆动一个角度直到消除光强差；所述控制器型号为698。
所述的太阳光跟踪装置它还包括一经度小马达和一时间控制器，所述时间控制器的型号为699，小马达的输出轴是控制太阳光接收装置朝东西方向摆转的摆动装置的动力输入轴，时间控制器控制小马达每天只在t1时间段内正转、在t2逆转，并可控制小马达的旋转速度，t1、t2的时长和具体时间段可调，继而可根据不同地区控制太阳光接收装置在白天沿东西方向每隔一段时间摆动一定角度或者以一定速度连续摆转，并在夜晚复位，周而复始。
所述的太阳光跟踪装置还包括一纬度小马达和一时间控制器，所述时间控制器的型号为699，小马达的输出轴是控制光叠加反射器朝南北方向摆转的摆动装置的动力输入轴，时间控制器控制小马达的旋转速度，继而控制光叠加反射器沿南北方向每隔一段时间摆动一定角度或者以一定速度连续摆转。
所述的平衡锤设有一调控装置，可控制平衡锤靠近或远离光叠加反射器，即改变平衡锤到支点或轴的力臂大小，通过手动实现杠杆平衡。
所述的反射镜单元由塑料电镀材料、不锈钢板或反光镜面等反光材料制成。
所述的太阳光跟踪装置通过时钟装置控制东西摆动，通过捕光系统控制南北摆动及地球公转。
上述技术方案的有益之处在于：
●通过光叠加反射装置对太阳光进行反射、叠加，使太阳能晶片接收数倍太阳光能。结合配备的太阳光跟踪装置进行全天候的自动跟踪，可延长太阳光照时间，与现有技术相比，既充分提高太阳能硅晶片的利用率，又节省了造价昂贵的电池板；
●反射镜单元的材料可采用廉价的塑料电镀材料、不锈钢板、镜面材料等，使其制造成本大幅降低，有利于市场的推广；
●太阳能晶片被照射面朝下且设有散热防护罩装置，可实现及时散热，还可以避免雨水侵蚀及灰尘、鸟粪等各种污物在被照射面上堆积；中空的反射镜，能减小风阻和有利于排水，使得装置更为紧凑轻巧。
●由于本实用新型引入平衡锤，平衡锤与太阳光接收装置分设绕点两侧而形成一类似天平结构的系统，对太阳光接收装置施一较小的力就可以实现其绕支点或轴摆动，从而消除了太阳光接收装置多次启动与刹车时的巨大扭力，即摆动机构的各传动齿轮无须承担的太阳光接收装置的负荷，只需克服这一天平系统与转轴间的阻尼，确保齿轮不易损坏(假设阻尼为一公斤的力量，瞬间的启动和刹车所需要的力量为它的100倍，那么我们的传动机构所需要的力量仅为101Kg。驱动它轻而易举。因此，不但齿轮不易损伤且节省电耗)。
●由于本发明采用多级锅轮变速提升力矩，因此可以采用小功率的马达即可实现对上述大型太阳光接装置跟踪太阳光时所需要的摆动。生产成本、维修成本低。
●本发明利用锅轮带动太阳光跟踪装置旋转，由于锅轮变速箱中锅轮不可反向带动锅杆转动，因此当太阳光跟踪装置遇到台风时可形成自锁。
●由本发明的光叠加反射器可东西、南北转动，即可以从经度、纬度进行太阳光跟踪，且有地球公转跟踪系统，因此可依照本装置所在不同位置和四季变化的规律，自动跟踪太阳光照。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为实施例一立体图；
图2为实施例一的光叠加反射装置立体图；
图3为实施例一中梯形平面光叠加反射镜主视图；
图4为AA剖面图；
图5为实施例二的光叠加反射装置立体图；
图6为单层梯形平面光叠加反射镜光反射原理图；
图7为多层梯形平面光叠加反射镜光反射原理图。
图8为多层梯形平面光叠加反射镜立体图
图9为太阳光跟踪装置两级摆动装置立体图
图10为太阳光跟踪装置摆动装置带平衡锤立体图
图11为散热装置立体图
具体实施方式
如图1、2、3、4所示的一种太阳能光伏发电装置，主要包括光叠加反射器1、散热装置3、太阳光跟踪装置4、水泥座6和支撑架2；所述的光叠加反射器1主要由太阳能晶片11、光叠加反射装置12组成；所述的光叠加反射装置12为三层光叠加反射镜121同轴叠置而成；所述的光叠加反射镜121是由8个反射镜单元1211连续固接而成；所述的光叠加反射镜121依从下到上的叠放顺序，反射镜单元1211与光叠加反射镜中心线的夹角β遂渐增大，反射镜单元面积逐渐减小；所述反射镜单元为一斜线绕环状光叠加反射镜的中心轴水平旋转α角的斜平面，且满足α角大于0小于等于360/N度；所述的太阳能晶片11位于光叠加反射镜121上方且其被照面朝下设置，经过斜面上的太阳光反射线均位于太阳能晶片11被照面上。呈此中空的梯型的光叠加反射镜121，占用空间小。如此，根据各地不同的季节和经纬度及太阳光照强度不同，可增减光叠加反射镜的单元面积及a角度，以适应不同规模的各类型太阳能供电装置。
如图6、7、8所示，太阳光线81、82经光叠加反射镜12反射时可能会超出太阳能晶片而出现A空白，为充分利用太阳能源，可在原来基础上同轴叠置一β角渐大，宽度d渐小的光叠加反射镜组12’、12”…即β<β1<β2…，d>d1>d2…。
如图11所示，所述散热防护装置3直接固接于太阳能晶片工作背面，主要包括：4台小风扇31和散热片组32；本实施例中散热片由铝材制成。
所述的散热防护装置还包括一隔热洋伞33，并按隔热洋伞、小风扇组、散热片组从上到下的安装顺序排置，相邻组件间用定位架保留一定间隙隔开。
如图1、9、10所示，所述的太阳光跟踪装置4主要由平衡锤41和摆动装置42组成的；所述摆动装置42与光叠加反射器可传动联接，并通过摆动装置42控制光叠加反射器1绕直线D朝南北方向摆动；所述的平衡锤41固设于摆动装置42上并与光叠加反射器1分设于直线D的两侧。
所述的太阳光跟踪装置还包括在光叠加反射器1设置的二级摆动装置43，并通过二级摆动装置43控制光叠加反射器1绕直线L朝东西方向摆动；
它还包括以直线D或直线L为中心线对称设置的，倒置悬挂于光叠加反射器上的，一对以上的平衡锤44。
如图9、10所示，所述的太阳光跟踪装置1还包括一地球公转跟踪装置44；所述的地球公转跟踪装置44主要由三级的变速锅轮组组成，满足第一级小马达的锅轮轴是在二级锅杆轴内、第二级的锅轮轴是在三级锅杆轴内，变速锅轮组的输出轴固定连接光叠加反射器1。
摆动装置42一端固定连接平衡锤41，一端连接公转跟踪装置44，公转跟踪装置44的输出端固定连接二级摆动装置43，二级摆动装置43的输出轴固设于光叠加反射器1上。摆动装置42由三个变速锅轮箱组成，分别为：第一级小马达421、第二级小型锅轮422、第三级大型锅轮423组成；二级摆动装置43由三个变速锅轮箱组成，分别为：第一级小马达431、第二级小型锅轮432、第三级大型锅轮433组成；摆动装置42和二级摆动装置43均满足第一级的锅轮轴是在二级锅杆轴内、第二级的锅轮轴是在三级锅杆轴内。其中二级摆动装置43第三级大型锅轮433的锅轮轴即输出轴固设于光叠加反射器1上，当启动第一级小马达431时，便可控制光叠加反射器朝东西方向转动；摆动装置42第三级大型锅轮423的锅轮轴即输出轴固设于一端固置于水泥座6的支撑架2上，当启动第一级小马达421时，便可控制整个摆动装置42连带公转跟踪装置44、二级摆动装置43和光叠加反射器1朝南北方向转动。
如图6如示，所述的太阳光跟踪装置还包括一捕光系统45，所述的捕光系统45主要由一对以上的光感应器451、线路板和控制器组成，所述的光感应器451固设于光叠加反射器1上，当太阳光投射在光感应器451并形成光强差时，控制器输出指令，光叠加反射器1向高光强的方向摆动一个角度直到消除光强差；所述控制器型号为698。
它还包括一时间控制器，所述时间控制器的型号为699，时间控制器同时控制二级摆动装置43的一级小马达431、摆动装置42的一级小马达421和公转跟踪装置44一级小马达的旋转速度，其中二级摆动装置43的一级小马达431每天只在t1时间段内正转、在t2逆转，t1、t2的时长和具体时间段可调，继而可根据不同地区控制太阳光接收装置在白天沿东西方向每隔一段时间摆动一定角度或者以一定速度连续摆转，并在夜晚复位，周而复始，同时沿南北方向每隔一段时间摆动一定角度或者以一定速度连续摆转，并每隔一段时间自转一定角度或者以一定速度连续自转。
所述的平衡锤41设有一调控装置411，可控制平衡锤41靠近或远离光叠加反射器1，即改变平衡锤41到支点或轴的力臂大小，通过手动实现杠杆平衡。
捕光系统45主要控制光叠加反射器南北方向摆动及地球公转
本实施例中梯形平面光叠加反射镜也可采用2层、4层或4层以上；所述的梯形平面光叠加反射镜121可也由多个反射镜单元1211连续固接而成；如图5所示的本发明的光叠加反射装置还可以采用椭圆抛物面或一锥体构成的反射镜；光叠加反射器可以设计成绕点摆动；摆动装置输出轴可设计成沿东西方向摆转，同时二级摆动装置输出轴沿南北方向摆转；各摆动装置及公转跟踪装置也可以机械手段驱动如：发条。
本发明的重点就在于：
太阳能发电装置：太阳能电池板悬空倒挂，下置一层以上并同轴叠放的梯形平面光叠加反射镜组，。每层反射镜由八个反射镜单元连续固接而成，同时满足太阳光经每个反射镜单元的反射线均位于太阳能晶片被照面上，以增加太阳能电池所接受的太阳光照射强度，提高了太阳能电池的利用率。
太阳光跟踪装置：引入平衡锤、多级锅轮变速箱，利用平衡原理，在着力点上获取整体的力平衡，本发明的着力点是在克服支架的阻尼而不在支架自身的重量。假设阻尼为一公斤的力量，瞬间的启动和刹车所需要的力量为它的100倍，那么我们的传动机构所需要的力量仅为101Kg。驱动它轻而易举。因此，可以获得以柔性之力进行支架的跟踪齿轮的运作，不但齿轮无损伤且节省电耗。
本发明为太阳能光伏电站而设计的。设计方向是独立单机、快速安装、群机齐装、逆变并网。可拆散装箱，方便远距离运输和安装。
单机可适用于大、中、小型光伏发电站、大楼屋顶、小区庭园、道路、桥梁、车站、码头、公园景区、军队哨所、蒙古包等。
Claims (20)
1、一种太阳能光伏发电装置，其特征在于：主要包括一组以上的光叠加反射器；所述的光叠加反射器主要包括太阳能晶片、光叠加反射装置，所述的太阳能晶片悬空倒置，其被照面朝向光叠加反射装置。
2、如权利要求1所述的一种太阳能光伏发电装置，其特征在于：所述的光叠加反射装置由一组或一组以上的反射镜单元连接或叠加组成，太阳光经任一反射镜单元的反射线均位于太阳能晶片被照面上。
3、如权利要求1所述的一种太阳能光伏发电装置，其特征在于：所述的光叠加反射装置是一椭圆抛物面或一锥体构成的反射镜；所述的太阳能晶片设置于反射镜的焦点处。
4、如权利要求2所述的一种太阳能光伏发电装置，其特征在于：所述的光叠加反射装置由一层以上的光叠加反射镜同轴叠置而成；所述的光叠加反射镜由N个反射镜单元连续固接而成，N大于1。
5、如权利要求4所述的一种太阳能光伏发电装置，其特征在于：所述的光叠加反射镜是三层梯形平面光叠加反射镜同轴叠置而成；所述的梯形平面光叠加反射镜是由八个反射镜单元连续固接而成。
6、如权利要求4所述的一种太阳能光伏发电装置，其特征在于：所述的光叠加反射镜依从下到上的叠放顺序，反射镜单元与光叠加反射镜中心线的夹角β逐渐增大。
7、如权利要求4所述的一种太阳能光伏发电装置，其特征在于：所述反射镜单元为一弧线绕环状光叠加反射镜的中心轴水平旋转α角的斜弧面，且满足α角大于0小于等于360/N度。
8、如权利要求1所述的一种太阳能光伏发电装置，其特征在于：所述的太阳能晶片直接固接一散热防护装置，所述的散热防护装置主要包括：一台以上的小风扇和散热片组；所述的散热片由导热良好的材料制成。
9、如权利要求8所述的一种太阳能光伏发电装置，其特征在于：所述的散热防护装置还包括一隔热洋伞，并按隔热洋伞、小风扇组、散热片组从上到下的安装顺序排置，相邻组件间用定位架保留一定间隙隔开。
10、如权利要求1所述的一种太阳能光伏发电装置，其特征在于：它还包括一太阳光跟踪装置，所述的太阳光跟踪装置主要由平衡锤和摆动装置组成的；所述摆动装置与光叠加反射器可传动连接，并通过摆动装置控制光叠加反射器绕点A或直线D朝东西或南北方向摆动；所述的平衡锤与光叠加反射器分设于点A或直线D的两侧而形成一杠杆系统，即平衡锤与光叠加反射器组成的结构可以点A为支点或以直线D为转轴摆动。
11、如权利要求10所述的一种太阳能光伏发电装置，其特征在于：所述的光叠加反射器设有一二级摆动装置，并通过二级摆动装置控制光叠加反射器绕点B或直线L朝南北或东西方向摆动；
12、如权利要求11所述的一种太阳能光伏发电装置，其特征在于：它还包括以直线D或直线L为中心线对称设置的，倒置悬挂于光叠加反射器上的，一对以上的平衡锤。
13、如权利要求10所述的一种太阳能光伏发电装置，其特征在于：所述的太阳光跟踪装置还包括一地球公转跟踪装置；所述的地球公转跟踪装置主要由一级以上的变速锅轮组组成，变速锅轮组的输出轴可传动连接接收光叠加反射器。
14、如权利要求10、11所述的一种太阳能光伏发电装置，其特征在于：所述的摆动装置主要由一个以上的变速锅轮箱组成，各变速锅轮箱间形成逐级传动，且满足第一级的锅轮轴是在二级锅杆轴内、第二级的锅轮轴是在三级锅杆轴内…以上类推，形成一紧凑逐级传动变速传动装置。
15、如权利要求10所述的一种太阳能光伏发电装置，其特征在于：所述的太阳光跟踪装置还包括一捕光系统，所述的捕光系统主要由一对以上的光感应器、线路板和控制器组成，所述的光感应器固设于光叠加反射器上，当太阳光投射在光感应器并形成光强差时，控制器输出指令，光叠加反射器向高光强的方向摆动一个角度直到消除光强差；所述控制器型号为698。
16、如权利要求10所述的一种太阳能光伏发电装置，其特征在于：所述的太阳光跟踪装置还包括一经度小马达和一时间控制器，所述时间控制器的型号为699，小马达的输出轴是控制太阳光接收装置朝东西方向摆转的摆动装置的动力输入轴，时间控制器控制小马达每天只在t1时间段内正转、在t2逆转，并可控制小马达的旋转速度，t1、t2的时长和具体时间段可调，继而可根据不同地区控制太阳光接收装置在白天沿东西方向每隔一段时间摆动一定角度或者以一定速度连续摆转，并在夜晚复位，周而复始。
17、如权利要求10所述的一种太阳能光伏发电装置，其特征在于：所述的太阳光跟踪装置还包括一纬度小马达和一时间控制器，所述时间控制器的型号为699，小马达的输出轴是控制光叠加反射器朝南北方向摆转的摆动装置的动力输入轴，时间控制器控制小马达的旋转速度，继而控制光叠加反射器沿南北方向每隔一段时间摆动一定角度或者以一定速度连续摆转。
18、如权利要求10所述的一种太阳光跟踪装置，其特征在于：所述的平衡锤设有一调控装置，可控制平衡锤靠近或远离光叠加反射器，即改变平衡锤到支点或轴的力臂大小，通过手动实现杠杆平衡。
19、如权利要求1所述的一种太阳能光伏发电装置，其特征在于：所述的反射镜单元由塑料电镀材料、不锈钢板或反光镜面等反光材料制成。
20、如权利要求15所述的一种太阳能光伏发电装置，其特征在于：所述的捕光系统主要控制或纠正光叠加反射器南北方向摆动及地球公转跟踪情况。
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