CN103562548A - 太阳能发电机单元 - Google Patents

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Abstract

一种用于转换太阳光的太阳能发电机单元具有：构造用于汇聚所接收的太阳光的反射镜装置，和光转换器，和构造用于保持所述反射镜装置的承载装置，和构造用于使反射镜装置追踪白天的太阳位置的追踪单元，其中，所述光转换器在入射的太阳光的方向上设置在所述反射镜装置上方并且所汇聚的光落到所述光转换器的接收面上并且所述光转换器与所述反射镜装置刚性地耦合，从而在所述反射镜装置追踪时所述光转换器被携动，其中，所述承载装置具有基本上水平设置的第一轴并且所述第一轴具有设置在所述反射镜装置的相对置的侧上的第一径向支承点和第二径向支承点并且所述第一支承点和所述第二支承点与所述第一轴的中轴线对齐，并且在所述第一支承点和所述第二支承点之间法兰连接有第三径向支承点用于接收与所述第一轴基本上垂直地构造的第二轴，从而所述第二轴的旋转轴线在所述第一轴旋转时一起摆动，并且所述反射镜装置与所述第二轴力锁合地连接，并且所述反射镜装置具有多个区段并且在这些区段的一部分之间构造有间隙并且所述间隙具有至少为所述第一轴和/或所述第二轴直径的净宽并且所述第一轴接收所述第二轴的和所述反射镜装置的重力，并且所述追踪单元构造用于将所述反射镜装置借助所述第一轴的和所述第二轴的旋转对准太阳位置。

Description

太阳能发电机单元
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的太阳能发电机单元。
现有技术
由http://www.solarsystems.com.au下的产品目录公知具有双轴追踪的太阳能发电机单元。在此，反射镜装置设置在桅杆上。由EP2 180 524A2公知一种另外的由平板模块组成的太阳能电池装置。单独的模块具有多个单独的太阳能电池，其中，借助成像镜组使光汇聚到设置在所述镜组下方的太阳能电池上。
此外，由US4548 195公知一种另外的太阳能发电机单元。在此，光转换器借助保持装置与基座刚性连接。借助可旋转的反射镜区段将太阳光引导到光转换器上。
发明内容
在此背景下，本发明的任务在于，说明一种改进现有技术的装置。
所述任务通过具有权利要求1所述的特征的太阳能发电机单元来解决。本发明的有利的构型是从属权利要求的主题。
根据本发明的主题，用于转换太阳光的太阳能发电机单元具有构造用于汇聚所接收的太阳光的反射镜装置，和光转换器，和构造用于保持反射镜装置的承载装置，和构造用于使反射镜装置追踪白天的太阳位置的追踪单元，其中，光转换器在入射的太阳光的方向上设置在反射镜装置上方，并且所汇聚的光落到光转换器的接收面上，并且光转换器与反射镜装置刚性地耦合，从而在反射镜装置追踪时光转换器被携动，其中，承载装置具有基本上水平设置的第一轴，并且第一轴具有设置在反射镜装置的相对置的侧的第一径向支承点和第二径向支承点，并且第一支承点和第二支承点与第一轴的中轴线对齐，并且在第一支承点和第二支承点之间法兰连接第三径向支承点用于接收与第一轴基本上垂直地构造的第二轴，从而第二轴的旋转轴线在第一轴旋转时一起摆动，并且反射镜装置与第二轴力锁合地连接，并且反射镜装置具有多个区段，并且在这些区段的一部分之间构造有第一间隙，并且第一间隙具有至少为第一轴和/或第二轴的直径的净宽，并且第一轴接收第二轴的和反射镜装置的重力，并且追踪单元构造用于将反射镜装置借助第一轴和第二轴的旋转对准太阳位置。应该指出，通过光转换器与反射镜装置刚性地耦合的方式，在反射镜装置追踪时光转换器必然总是被携动。尤其是，借助追踪单元，借助两个轴的旋转来实施单元反射镜装置的追踪，并且由此反射镜装置在白天期间总是对准太阳的方向。此外应注意，通过光转换器与第二轴力锁合地连接的方式，第一轴接收第二轴的和反射镜装置的和光转换器的总的重力。
根据本发明的装置的优点是，太阳能发电机单元构造模块化的布置，并且模块化的布置能够简单并成本有利地制造和架设。通过新型的特别扁平的构造，尤其由于水平构造的第一轴，在基座上小的高度对于反射镜装置已经足够。在此，第一轴在两端处，优选在相应的支承点下方借助棒状的固定与基座力锁合地连接。此外，各个部件具有小的自身重量，从而与桅杆状的布置相比，能够在无特殊的起重装置、例如起重机的情况下当场架设太阳能发电机单元。尤其通过反射镜装置划分为各个区段和根据一种优选的实施方式区段两侧接近地面围绕第二轴地设置的方式，在根据本发明的布置的情况下整个布置的风载荷相比单个桅杆状的布置显著降低。此外，能够如此实现各个区段，使得结构上的完整性或由于自身重量的弯曲小于大反射镜面在自身重量下的弯曲，从而根据反射镜装置的对准优选不再精确地对准反射镜面的外部件。
申请人的研究表明，通过两个旋转轴的特别的布置——其中，在第一轴旋转并且第二轴的因此关联的摆动的情况下，已经能够借助在两个轴中小的旋转运动实现反射镜装置追踪白天的太阳位置。尤其，所述布置优选适合于具有小于40°的纬度的地区。为此，第一轴优选设置在南北方向上。在白天期间借助第一促动器实施追踪，以便跟踪在通过天顶（Zenit）上方的太阳路径中的太阳。在第二轴处的第二促动器同时不时地实施与第一促动器的运动相比仅仅小的修正。
在一个替代的实施方式中，第一轴从南北方向向外旋转一定的角度。偏差能够容易地借助第二轴的旋转来平衡。由此，太阳能发电机单元也能够设置在基座上，例如设置在房顶面上，所述基座不具有精确的南北方向。
反射镜装置的分区段的另一个优点是，能够在反射镜装置的各个区段之间构造间隙，从而在太阳能发电机围绕第二轴的轴线转动时排除反射镜装置的各个区段与第一轴的碰撞。
分区段布置的另一个优点是，光转换器和光转换器的保持装置能够如此定位在反射镜装置上，使得两个部件的阴影落入区段之间的间隙中。由此，能够提高布置的效率并且同时节省昂贵的反射镜面。
在一个扩展方案中，轴构造为扭管。替代地，也能够使用棍棒或多棱棒。此外优选的是，反射镜装置的所有区段设置在第二轴处或者与第二轴力锁合地设置。
在一种实施方式中优选的是，反射镜装置的与第二轴连接的区段的一部分构造第二间隙，并且所述间隙具有至少为第二轴直径的净宽。为此，反射镜装置的各两个区段设置在第二轴的两侧。参照第一轴，同样所述反射镜中的各两个设置在第一轴的两侧。然而，所有区段仅仅与第二轴力锁合地并且刚性地连接。参照第二轴，第一轴将第二轴分为优选相同长度的两半，从而反射镜装置的两个区段与第二轴的每一半刚性连接。申请人的研究表明，优选的是，正好使用相同大小的四个区段，其中，所述区段构造为抛物面反射镜装置的一部分，所述四个区段将光汇聚到光转换器的接收面上。此外，优选的是，每两个区段构造一间隙，或者用于第一轴接收第一间隙或者用于第二轴接收第二间隙。在此，四个反射镜区段中的每一个可能或者由不间断的反射镜面组成或者由多个子区段组合。
根据另一个扩展方案，参照第二轴的纵向延伸，第三轴基本上在中心法兰连接。承载装置优选构造用于将与第二轴连接的区段的重力仅仅转移到第一轴上。此外，优选的是，将反射镜装置的重心基本上置于第一轴的和/或第二轴的旋转轴线上。由此，实现整个太阳能发电机单元的小的风载荷和高的机械负荷能力。
在一个扩展方案中，第一轴为了旋转具有第一促动器。此外，第二轴为了旋转同样具有第二促动器。两个促动器与追踪单元连接并且由所述追踪单元如此控制，使得具有光转换器的反射镜装置总是与太阳精确地对准。优选地，分别针对各轴提供仅仅一个唯一的促动器。
在另一种实施方式中，多个太阳能发电机单元共同设置在第一轴上，从而一个单个的第一促动器足够用于多个第二轴的摆动。此外，优选的是，多个第二轴如此彼此耦合，使得在第二轴旋转时其他的耦合的第二轴一起旋转。优选地，根据平行四边形机构（Parallelogrammführung）的原理实现耦合。为此优选地，光转换器与推杆力锁合地如此连接，使得其间距在第二轴旋转时保持恒定。换言之，多个第二轴如此彼此耦合，使得在多个第二轴之一围绕轴的轴线旋转时耦合的第二轴一起旋转。
根据一种优选的实施方式，光转换器包括太阳能电池、尤其是三结太阳能电池或蒸汽发生器。
附图说明
下面参考附图进一步解释本发明。在此，同样的部件标有相同的标记。所示的实施方式是强示意性的，也就是说，间距和横向延伸与垂直延伸是不成比例的并且除非另有说明，也不具有可推导的彼此间的几何关系。其中，示出：
图1：太阳能发电机单元的根据本发明的第一实施方式的示意图，
图2：太阳能发电机单元的根据本发明的第二实施方式的示意图。
具体实施方式
图1的图示出第一实施方式的示意性视图，其具有一具有光转换器20的太阳能发电机单元10并且具有承载装置30，所述承载装置具有第一水平轴34和与第一轴34法兰连接的第二轴36和具有四个区段42、44、46与48的反射镜装置和未示出的追踪单元。所述四个区段42、44、46和48优选构造抛物面反射镜的一部分。第一轴34具有一具有第一促动器54的第一支承点50和一第二支承点56。第一支承点50和第二支承点56构造为径向轴承并且优选分别包括滚动轴承并且与第一轴的中轴线对齐。在第一支承点50与第二支承点56之间构造反射镜装置的四个区段42、44、46和48，其中，区段42、44、46和48仅仅与第二轴36力锁合地并且优选刚性地连接。第二轴36在与第一轴34的法兰连接点处具有一具有第二促动器60的第三支承点并且关于纵向延伸在中心与第一轴34连接。优选地，第三支承点包括径向轴承。在区段42、44、46和48上方在反射镜装置的聚焦面中设置光转换器20的接收面。光转换器20借助棒状的保持装置64力锁合地并且刚性地与第二轴36连接。在各个区段之间分别构造用于接收第一轴34的第一间隙或用于接收第二轴36的第二间隙。通过或者在反射镜装置的第一轴34的一侧或者在反射镜装置的第二轴36的一侧构造四个区段42、44、46和48中的每两个区段，反射镜装置的重心基本上构造在第一轴34附近或在第一轴34的轴线上。
通过光转换器与第二轴36刚性耦合的方式，在反射镜装置追踪时借助第一轴34和/或第二轴36的旋转，光转换器20一起运动。由此保证，光转换器20的接收面总是定位在反射镜装置的聚焦面中。轴34、36的旋转借助第一促动器54的控制并且借助第二促动器60的控制通过与促动器电连接的追踪单元实现。
由于区段42、44、46和48作为一十字的四象限的特别的布置，能够排除反射面与两个轴34、36中任何一个的碰撞。此外，在相应的设计中，在对准太阳时所述轴的阴影位置总是落在两个区段之间的间隙中。通过这种方式避免对区段的遮暗。尤其在赤道附近的具有纬度小于40°优选小于30°的地理区域中——在所述区域中太阳横穿天顶，根据本发明的布置具有特别的优点。为此，第一轴34优选基本上设置在南北方向上。
有利的是，多个太阳能发电机单元10设置在第一轴10上，如图1中以两太阳能发电机单元10为例所示的那样。在第一轴34上的追踪优选借助第一促动器54实现，而另外的太阳能发电机单元10的第二轴36具有分离的促动器61。据此，借助仅三个促动器替代四个促动器来实施两个太阳能发电机单元10的双轴的太阳追踪并且由此可以节省显著的成本。
在图2的示图中示出两个太阳能发电机单元10的有利的彼此连接的另一种实施方式。下面仅仅解释与图1的示图的区别。各个太阳能发电机单元的光转换器20上借助机械保持装置100，根据平行四边形机构的方式力锁合地耦合，所述机械保持装置优选包括推杆。此外，第二轴36处的两个促动器60、61是多余的，也就是说第二轴分别是仅仅径向支承的。太阳能发电机单元10的两个第二轴36借助机械保持装置100除耦合以外借助第一轴34附加耦合。借助在长度方面可通过旋转改变的杆110，机械保持装置100与促动器120耦合。通过促动器120围绕杆110的纵向轴线旋转杆110的方式，第二轴借助推杆100的水平位置改变来围绕所述第二轴的旋转轴线旋转。总共需要仅仅两个促动器，用于两个太阳能发电机单元10的追踪。
应注意，也可以添加多于两个的太阳能发电机单元并且例如根据图2的示图的实施方式，全部的反射镜装置借助仅仅两个促动器单元可追踪太阳位置。

Claims (15)

1.一种太阳能发电机单元（10），所述太阳能发电机单元用于转换太阳光，所述太阳能发电机单元具有
-构造用于汇聚所接收的太阳光的反射镜装置，
-光转换器（20），
-构造用于保持所述反射镜装置的承载装置（30），
-构造用于使所述反射镜装置追踪白天的太阳位置的追踪单元，其中，
所述光转换器（20）在入射的太阳光的方向上设置在所述反射镜装置上方，并且所汇聚的光落到所述光转换器（20）的接收面上并且所述光转换器（20）与所述反射镜装置刚性地耦合，从而在所述反射镜装置追踪时所述光转换器（20）被携动，
所述承载装置具有基本上水平设置的第一轴（34），并且所述第一轴（34）具有设置在所述反射镜装置的相对置的侧上的第一径向支承点（50）和第二径向支承点（56），并且所述反射镜装置与第二轴（36）力锁合地连接，并且
所述反射镜装置具有多个区段（42，44，46，48），并且在这些区段（42，44，46，48）的一部分之间构造有第一间隙，并且
所述第一间隙具有至少为所述第一轴（34）直径的净宽，
在所述第一支承点（50）与所述第二支承点（56）之间法兰连接第三径向支承点，所述第三径向支承点用于接收与所述第一轴（34）基本上垂直地构造的第二轴（36），从而所述第二轴（36）的旋转轴线在所述第一轴（34）旋转时一起摆动，
其特征在于，
所述光转换器（20）与所述反射镜装置刚性地耦合，从而在所述反射镜装置追踪时所述光转换器（20）被携动，并且
所述光转换器（20）与所述第二轴（36）力锁合地连接，并且
所述第一轴（34）接收所述第二轴（36）的和所述反射镜装置的和所述光转换器（20）的重力，并且所述追踪单元构造用于借助所述第一轴（34）的和所述第二轴（36）的旋转来实施所述反射镜装置的追踪。
2.根据权利要求1所述的太阳能发电机单元，其特征在于，所述轴（34，36）构造为扭管。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能发电机单元，其特征在于，所述反射镜装置的所有区段力锁合地设置在所述第二轴（36）上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能发电机单元，其特征在于，所述反射镜装置的与所述第二轴（36）连接的区段的一部分构造第二间隙，并且所述间隙具有至少为所述第二轴（36）直径的净宽。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的太阳能发电机单元，其特征在于，参考所述第二轴（36）的纵向延伸，基本上在所述第二轴（36）的中心法兰连接第三支承点中的第三轴承。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的太阳能发电机单元，其特征在于，所述承载装置构造用于将与所述第二轴（36）连接的区段的重力仅仅转移到所述第一轴（34）上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的太阳能发电机单元，其特征在于，所述反射镜装置的重心基本上位于所述第一轴（34）的轴线上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的太阳能发电机单元，其特征在于，所述反射镜装置具有四个区段，所述四个区段将光汇聚到所述光转换器（20）的接收面上，并且每两个区段构造用于接收所述轴（34，36）之一的间隙。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的太阳能发电机单元，其特征在于，所述反射镜装置正好具有四个区段，并且两个区段与所述第二轴（36）中的每一半刚性地连接。
10.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能发电机单元，其特征在于，所述第一轴（34）为了旋转具有唯一的促动器（54）。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的太阳能发电机单元，其特征在于，所述第二轴（36）为了旋转具有唯一的促动器（60，61）。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的太阳能发电机单元，其特征在于，多个太阳能发电机单元（10）设置在一个共同的第一轴（34）上。
13.根据权利要求2至12中任一项所述的太阳能发电机单元，其特征在于，设置多个第二轴（36），并且所述多个第二轴（36）彼此耦合，从而在所述多个第二轴（36）之一围绕所述旋转轴线旋转时所耦合的第二轴（36）一起旋转。
14.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能发电机单元，其特征在于，所述第一支承点（50）和所述第二支承点（56）与所述第一轴（34）的中轴线对齐。
15.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能发电机单元，其特征在于，所述光转换器（20）包括太阳能电池或蒸汽发生器。
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