CN102254981A - 低倍聚光光热一体化单轴跟踪系统 - Google Patents

低倍聚光光热一体化单轴跟踪系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可控制方位角方向上自动跟踪太阳光线入射角度、并能以最大限度地高效吸收太阳能的机电一体化装置。低倍聚光光热一体化单轴跟踪系统采用水管对聚光的光伏组件进行冷却，冷却水在冷却管道中冷却预加热后送输入到位于光伏组件正面的分体式太阳能集热器，使其高效制热后传输至水箱。本发明的跟踪系统具有结构简单、机械强度好、运行可靠、安装方便、系统适用范围广、阳光辐射能利用效率高，是一个从跟踪系统到远程监控、从屋顶到地面的完整的新型机电系统，在整合解决太阳能集热器系统方面，具有很好的光伏产业应用前景和全领域的应用空间。

Description

低倍聚光光热一体化单轴跟踪系统
技术领域
本发明涉及一种既可作为太阳能集热器高效集热装置，又可同时实现在单轴自动跟踪太阳光线入射角度时最大限度地吸收低倍聚光太阳光照的机电一体化发电装置。
背景技术
随着社会经济的发展和生活水平的提高，人们在追求更加舒适的居住环境的同时，也在消耗着越来越多的能源。据报道，在发达国家，建筑能耗约占总能耗的40％，在我国，这一比例为25％左右，居各种能耗首位，其中50％以上消耗在冬季采暖和夏季制冷空调上。随着世界范围内能源供应紧张状况日益加剧，能源将成为制约各国经济的主要因素。为此，我国提出了社会经济和能源可持续发展的战略，建设节约型社会，在实现国民经济快速发展的同时努力降低单位GDP的能源消耗。而建筑行业作为耗能大户，节能潜力巨大，大力发展和推广外墙保温、太阳能光热和光电、地源热泵、热管和相变蓄热材料等新型建筑节能技术，在不断提高人们居住环境舒适度的同时，降低建筑耗能总量，有效缓解能源的供需矛盾，既具有实际经济意义，又具有重要的社会意义和环保价值。
光热一体式太阳能集热器，是将太阳能光伏发电与光热集于一体，在没有外来供电和光照强度较弱的情况下，同样能够进行使用。 
发明内容
本发明的目的是提供一种单轴跟踪系统，将低倍聚光光伏组件与太阳能集热器有效地集合为一体。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
低倍聚光光热一体化单轴跟踪系统, 包括支架系统、低倍聚光结构、集热系统和方位角调整装置，低倍聚光结构由反光平台和光伏组件组成，光伏组件位于反光平台的上方；集热系统包括冷却管道和太阳能集热管，冷却管道安装在光伏组件的背面，太阳能集热管安装在光伏组件的正面，所述冷却管道与所述太阳能集热管的进水口通过单向阀连接。
所述支架系统由前支撑架、后支撑架和圆管支撑架组成，其中，后支撑架高于前支撑架，圆管支撑架由支撑管和两个圆管组成，两个圆管位于支撑管的两端，圆管与前支撑架和后支撑架之间通过轴销连接。该支架机械结构简单、强度高，可确保整套系统长期地稳定运转。
本发明的系统通过特殊角度的反光镀膜玻璃，实现反射阳光达到低倍聚光的目的，更加有效地增加了光伏能量密度，减少了光伏组件的数量，同时极大的降低结构成本；光伏组件背面的管路设计，为低倍聚光的组件进行散热，同时可以起到为太阳能集热器加热前的预热作用；系统采用强制流动控制，并且使用单向阀控制，让散热管道始终处于相对低温状态，同时极大地增加了热转换效率；整个系统通过双向GSM短信方式或者以太网进行通信，不仅可远程监控其相关运行状态的数据，而且同时还可进行远程调整和控制其运行状态。
附图说明
图1是本发明单轴跟踪系统的结构示意图。
图2是本发明系统中方位角调整装置的结构示意图。
图3是本发明系统的工作原理示意图。
图4是本发明聚光光路示意图。
图5是图4为实现低倍聚光目的而采用的具体参数图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本实施例采用特殊角度的反光镀膜玻璃，使反射阳光达到低倍聚光，具体的角度和尺寸见图5所示。
如图1所示的低倍聚光光热一体化单轴跟踪系统，低倍聚光结构由反光平台2-1和光伏组件2-2组成；集热系统由冷却管道2-3和太阳能集热管2-4组成；冷却管道2-3设计在光伏组件2-2的背面，光伏组件2-2的正面上放置太阳能集热管2-4。冷却管道2-3首先对低倍聚光组件进行散热，同时对管道中的水进行预热，然后通过单向阀进入太阳能集热器，当达到预定温度后，导入到热水水箱中。系统采用强制流动控制，对太阳能集热管2-4的水温进行监测，达到预定温度后采用强制流动，同时太阳能集热器的进水口与冷却管道2-3之间使用单向阀控制，始终让散热管道处于相对低温状态，同时极大的增加了热转换效率。
在系统的支架结构中，整个支架系统由前支撑架1-1、后支撑架1-2与圆管支撑架1-3组成，前支撑架1-1由单根的支撑柱构成，后支撑架1-2由两根斜支撑柱和横梁组成，后支撑架高于前支撑架，使得整个支架系统前低后高。圆管支撑架1-3由支撑管和两个圆管组成，两个圆管用于限位，支撑管用于承载，两个圆管位于支撑管的两端，圆管与前支撑架和后支撑架之间通过轴销连接。反光平台2-1安装在支架系统上，光伏组件2-2设置于支架系统的高端部。
同时在支架系统上设置有旋转平台2，旋转平台2与圆管支撑架1-3的支撑管为一体。在旋转平台2高端部的末端处设置有驱动旋转平台2作左右偏转调节的方位角调整装置。
如图2所示，方位角调整装置由旋转平台2、后支撑架1-2和工业直线推杆3组成，工业直线推杆3的一端与旋转平台2的高端部末端连接，工业直线推杆3的另一端与后支撑架1-2的斜支撑柱连接。在方位角的跟踪方面，采用电机驱动工业直线推杆3线性运动，通过驱动工业直线推杆3展开和收缩带动旋转平台2翻转，以实现光伏组件安装平面在东西方向上的跟踪，其运动控制采用高精度的传感器和高精密反馈式工业推杆作为执行单元的反馈以控制其跟踪角度。工业推杆采用高精度线性电压输出，使执行单元实现了高精度的角度跟踪，可确保整套系统的稳定运转，从而使得整套系统长期运行的可靠性更高。
本发明系统的机械结构简单新颖、强度高，可承受很大的动载荷，可适应大部分屋顶的安装使用环境。其基本结构参数为：南北距离5.6m，东西距离4.2m，方位角跟踪角度范围为±60°，可承受最大风速为145km/h，单个最大功率为1.6kw；所采用的光伏组件安装平面可以安装目前光伏厂家生产的大多数组件，只需简单改造，其安装底座无需预置平台，可直接与房屋框架连接安装，制造装配容易、安装维修方便，组件灵活度大，整套系统的性价比更高；采用基于双向GSM短信的方式或者以太网实现监测，不仅具有广泛的适应性，可快速实现超远距离的监测功能，而且还实现了远程控制功能，可随时调整其运行状态。

Claims (4)

1.低倍聚光光热一体化单轴跟踪系统, 包括支架系统、低倍聚光结构、集热系统和方位角调整装置，低倍聚光结构由反光平台（2-1）和光伏组件（2-2）组成，光伏组件位于反光平台的上方；集热系统包括冷却管道（2-3）和太阳能集热管（2-4），其特征在于，冷却管道安装在光伏组件的背面，太阳能集热管安装在光伏组件的正面，所述冷却管道（2-3）与所述太阳能集热管（2-4）的进水口通过单向阀连接。
2.根据权利要求1所述的低倍聚光光热一体化单轴跟踪系统，所述支架系统由前支撑架（1-1）、后支撑架（1-2）和圆管支撑架（1-3）组成，其特征在于：所述后支撑架高于前支撑架，使得整个支架系统前低后高；所述圆管支撑架由支撑管和两个圆管组成，两个圆管位于支撑管的两端，圆管与前支撑架和后支撑架之间通过轴销连接。
3.根据权利要求2所述的低倍聚光光热一体化单轴跟踪系统，其特征在于：所述方位角调整装置由旋转平台（2）、后支撑架（1-2）和工业直线推杆（3）组成，旋转平台与所述圆管支撑架的支撑管为一体；所述工业直线推杆的一端与所述旋转平台高端部的末端连接，另一端与所述后支撑架连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的低倍聚光光热一体化单轴跟踪系统，其特征在于：所述跟踪系统采用基于双向GSM短信的方式或者以太网实现监测。
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