CN103457510A

CN103457510A - 一种太阳能聚光及跟踪装置

Info

Publication number: CN103457510A
Application number: CN2012101731289A
Authority: CN
Inventors: 赵汝益; 麦德平; 李琳琳
Original assignee: Jiangmen No1 High School
Current assignee: Jiangmen No1 High School
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2013-12-18

Abstract

本发明公开了一种太阳能聚光及跟踪装置，包括支架脚，支架脚上铰接有支架，所述的支架上铰接有跟踪支架座，该跟踪支架座上铰接有转动杆，转动杆上设有太阳能聚光装置；还包括有控制跟踪支架座转动的跟踪装置。本发明通过设计一种结构简单、高效的太阳能聚光装置及跟踪装置，在太阳能光伏系统中提高太阳能电池的光电转化率，以提高能源的利用率，实现节能减排。

Description

一种太阳能聚光及跟踪装置

技术领域

本发明涉及一种太阳能光伏领域，尤其涉及一种太阳能聚光及跟踪装置。

背景技术

当今社会的发展面临着能源短缺、环境污染日益严重等问题，世界各国都急需开发常规能源的替代品。太阳能作为一种巨大的、清洁的可再生能源,已经得到大力开发，且逐步将会在能源结构中占有相当的份额。

目前，太阳能光伏系统现已在家用、交通、通信、空间应用等诸多领域得到广泛的应用。该系统主要通过太阳能电池将太阳能转变为电能，并通过控制器的控制给蓄电池充电或者在满足负载需求的情况下直接给负载供电。而太阳能电池是太阳能光伏系统中实现光电转化的核心部件，它的光电转化率直接影响着光伏系统的性能。但目前的太阳能电池光电转化率较低，其中很大一部分原因是由于在使用过程中，太阳能电池所接收的光照强度不足。虽然，目前已有一种太阳能聚光及跟踪装置的设计，但其造价较高、结构复杂、维护工作量大、故障率高，并不利于推广应用。

发明内容

本发明是为了要克服现有技术的不足，利用跟踪设计和计算机语言控制单片机技术，设计出结构简单而高效的一种太阳能聚光及跟踪装置。目的在于提供一种结构简单、高效的太阳聚光及跟踪装置，在太阳能光伏系统中提高太阳能电池的光电转化率，以提高能源的利用率，实现节能减排。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种太阳能聚光及跟踪装置，包括支架脚，支架脚上铰接有支架，所述的支架上铰接有跟踪支架座，该跟踪支架座上铰接有转动杆，转动杆上设有太阳能聚光装置；还包括有控制跟踪支架座转动的跟踪装置。根据支架脚与支架，支架与跟踪支架座，跟踪支架座与转动杆，上述的三个层面的铰接，从而使太阳能聚光装置始终保持太阳光源最佳的收集效果，更有效追踪太阳直射点，接收到太阳光垂直射出的最有效太阳光源。并且，支架与跟踪支架座是由太阳能跟踪装设所设有的单片机与伺服电机所操控，在单片机导入C语言编程后，驱动伺服电机根据所输入的程序，实行对太阳能聚光装置跟踪太阳日照的转动功能，从而得到一个相对日照太阳光跟踪的灵活性，实现自动化的操作。

作为对前述技术方案的进一步设计：所述的太阳能聚光装置包括面向太阳并设有凹面镜、凹面镜的凹面镜组件与凹面镜对向设置的太阳能电池板，凹面镜的镜面与太阳能电池板的镜面对向设置。上述的凹面镜主要是起到聚光的作用，当太阳光线直接照射在凹面镜时，太阳光线首先会反射到凹面镜周围的其它位置，再经过凹面镜折射后太阳光线会反射集中在设有的太阳能电池板上，然而在太阳能电池板对向凹面镜表面上形成形成聚焦平面达到聚光效果，以提高太阳能电池板所接收的光照强度。在一定范围内，使用凹面镜聚光后，接收的太阳光源得到更有效的聚光倍数，聚光倍数比的提高，同样条件下，倍率越高，所需太阳能电池板面积越小而且功效越大。

作为对前述技术方案的进一步设计：所述的跟踪装置包括单片机、由单片机控制驱动的伺服电机、伺服电机上设有的主动齿轮、连接于跟踪支架座并与主动齿轮啮合的从动齿轮。所述的单片机为程序控制器。该从动齿轮套于第二转轴上。单片机、伺服电机和齿轮之间的关系：在于驱动第二转轴运动，根据周日视太阳运动从东向西的特点，得出某地区某一时期太阳的运行轨迹，设定第二转轴的转动轨迹为每天转动150度、每20分钟转5度。利用C语言编程控制单片机，驱动伺服电机和齿轮按照需求转动，以实现太阳能聚光装置跟踪太阳转动的功能。上述的单片机能操控伺服电机使伺服电机按单片机所编入的程序进行有规律的运转，从而使带动主动齿轮和从动齿轮转动更加有规律地控制相应的部件运动。

作为对前述技术方案的进一步设计：所述的跟踪支架座与转动杆通过第一转轴连接，支架与跟踪支架座通过第二转轴连接，支架脚与支架通过第三转轴连接。该第一转轴与第三转轴均为横向设置，第二转轴为纵向设置；或者第一转轴与第三转轴均为纵向设置，第二转轴为横向设置。其中，跟踪支架座与转动杆通过第一转轴连接，用于根据某一地区太阳周年赤纬（即太阳直射地理纬度）变化进行调整，每月调整1—2次，为人手调控；支架脚与支架通过第三转轴连接，用于根据使用地区的纬度调整跟踪轨迹，作一次性调整，为人手调控；支架与跟踪支架座通过第二转轴连接，该转动轴的转动由计算机语言、单片机、伺服电机控制，用于跟踪太阳每天从东向西的自转运动轨迹进行自动调控。

作为对前述技术方案的进一步设计：所述的跟踪支架座两侧分别设有两个调节转动杆角度的调节螺钉。上述两个调节螺钉于跟踪支架座的两侧，而且可以根据太阳能聚光装置所收集太阳光源最佳的位置作相应调节，从而对调节螺钉进行调控固定，该调节螺钉具有调节转动杆所设有的太阳能聚光装置的一个调整收集太阳光源所指定最佳位置的作用。

本发明针对目前太阳能电池光电转化率低的问题，根据太阳运动规律及太阳能电池板光电转化原理，采用三轴纵横跟踪设计，根据不同地区纬度、同一地区太阳赤纬变化、太阳每天运动轨迹变化进行精确跟踪。三轴纵横跟踪装置由太阳赤纬轴、周日转动轴、地区纬度轴组成。其中，第一转轴为太阳赤纬轴，用于根据某一地区太阳周年赤纬（即太阳直射地理纬度）变化进行调整，每月调整1—2次；第二转轴为周日转动轴用于跟踪太阳每天从东向西的运动轨迹，该转轴的转动由计算机语言、单片机、伺服电机控制；第三转轴为地区纬度轴用于根据使用地区的纬度调整跟踪轨迹，作一次性调整。

本发明设计一种结构简单、高效的太阳能聚光装置及跟踪装置，在太阳能光伏系统中提高太阳能电池的光电转化率，以提高能源的利用率，实现节能减排。随着聚光比的提高，聚光光伏系统所接收的光线的角度范围就会减少，为了更充分的利用太阳光，使太阳光总是能够精确地垂直入射再聚光在太阳能电池板上，必须配备跟踪装置。根据太阳周年视运动及周日视运动的特点，利用计算机语言控制单片机技术，驱动伺服电机追踪太阳直射点，并采取周日定时跟踪以及对周年视察的修正，使太阳能电池始终工作在最大功率点。

附图说明

图1是本发明实施例1一种太阳能聚光及跟踪装置的示意图；

图2是本发明实施例1一种太阳能聚光及跟踪装置的原理图。

具体实施方式

实施例1

本发明实施例1所描述的一种太阳能聚光及跟踪装置，如图1及图2所示，包括支架脚1，支架脚上铰接有支架2，所述的支架上铰接有跟踪支架座3，该跟踪支架座上铰接有转动杆4，转动杆上设有太阳能聚光装置；还包括有控制跟踪支架座转动的跟踪装置。所述的太阳能聚光装置包括面向太阳并设有凹面镜6、凹面镜的凹面镜组件与凹面镜对向设置的太阳能电池板7，凹面镜的镜面与太阳能电池板的镜面对向设置。所述的跟踪装置包括单片机8、由单片机控制驱动的伺服电机9、伺服电机上设有的主动齿轮5、连接于跟踪支架座并与主动齿轮啮合的从动齿轮11。所述的单片机为程序控制器。所述的跟踪支架座与转动杆通过第一转轴连接12，支架与跟踪支架座通过第二转轴13连接，支架脚与支架通过第三转轴14连接。所述的第一转轴与第三转轴均为横向设置，第二转轴为纵向设置；或者第一转轴与第三转轴均为纵向设置，第二转轴为横向设置。所述的跟踪支架座两侧分别设有两个调节转动杆角度的调节螺钉。

该一种太阳能聚光及跟踪装置采用三轴纵横跟踪设计，根据不同地区纬度、同一地区太阳赤纬变化、太阳每天运动轨迹变化进行精确跟踪。三轴纵横跟踪装置由太阳赤纬轴、周日转动轴、地区纬度轴组成。其中，太阳赤纬轴用于根据某一地区太阳周年赤纬（即太阳直射地理纬度）变化进行调整，每月调整1—2次；地区纬度轴用于根据使用地区的纬度调整跟踪轨迹，作一次性调整；周日转动轴用于跟踪太阳每天从东向西的运动轨迹，该转轴的转动由计算机语言、单片机、伺服电机控制；单片机、伺服电机和齿轮：用于驱动周日转动轴运动。根据周日视运动的特点，得出某地区某一时期太阳的运行轨迹，再根据当地纬度以及太阳周年视运动所造成的黄纬差异加以修正。由于地平线以上15度的地晖影响，设定周日转动轴装置的转动轨迹为每天转动150度、每20分钟转5度。利用C语言编程控制单片机，驱动伺服电机和齿轮按照需求转动，以实现太阳能聚光装置跟踪太阳转动的功能。

该太阳能聚光装置主要由凹面镜和太阳能电池板组成。当太阳照射到凹面镜表面时，凹面镜将光线反射出去，在某一位置上形成焦平面，将太阳能电池板反向安放在焦平面位置，以接收高强度的太阳光，提高光电转化率。太阳能电池板经过反射聚光后，输出电功率有明显的提高，即提高了电池的光电转化率。采用三轴纵横跟踪设计，并利用计算机编程语言控制单片机技术，能使装置较为准确地实现太阳跟踪，增强太阳能电池的光照强度，以进一步提高电池的光电转化率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术内容作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims

1.一种太阳能聚光及跟踪装置，其特征在于：包括支架脚（1），支架脚上铰接有支架（2），所述的支架上铰接有跟踪支架座（3），该跟踪支架座上铰接有转动杆（4），转动杆上设有太阳能聚光装置；还包括有控制跟踪支架座转动的跟踪装置。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能聚光及跟踪装置，其特征在于：所述的太阳能聚光装置包括有面向太阳并设有凹面镜（6）、凹面镜的凹面镜组件与及凹面镜对向设置的太阳能电池板（7），凹面镜的镜面与太阳能电池板的镜面对向设置。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能聚光及跟踪装置，其特征在于：所述的跟踪装置包括有单片机（8）、由单片机控制驱动的伺服电机（9）、伺服电机上设有的主动齿轮（5）、连接于跟踪支架座并与主动齿轮啮合的从动齿轮（11）。

4.根据权利要求3所述的一种太阳能聚光及跟踪装置，其特征在于：所述的单片机为程序控制器。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种太阳能聚光及跟踪装置，其特征在于：所述的跟踪支架座与转动杆通过第一转轴连接（12），支架与跟踪支架座通过第二转轴（13）连接，支架脚与支架通过第三转轴（14）连接；所述的从动齿轮套于第二转轴上。

6.根据权利要求5所述的一种太阳能聚光及跟踪装置，其特征在于：所述的第一转轴与第三转轴均为横向设置，第二转轴为纵向设置；或者第一转轴与第三转轴均为纵向设置，第二转轴为横向设置。

7.根据权利要求6所述的一种太阳能聚光及跟踪装置，其特征在于：所述的跟踪支架座两侧分别设有两个调节转动杆角度的调节螺钉。