CN104702199A - 一种跟踪太阳聚光发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种跟踪太阳聚光发电装置，旨在提供能综合增加太阳能电池利用率，造价低的太阳能发电装置，包括旋转抛物面反射器、主太阳能电池板和次太阳能电池板、阳光角度变化触发开关器、光控电机换向延时电路、高度角及方位角驱动装置、循环散热及辅助装置，其触发开关器通过光控电机换向延时电路控制驱动装置，带动反射器对准太阳，将阳光汇聚在太阳能电池板上，保持吸收阳光面积不变，以循环散热系统降低太阳能电池板的温度，通过特殊的太阳能电池板形状和在反射器上合理位置安排，来减少太阳能电池板表面反射的光能损失，从而提高太阳能电池板性价比，本发明装置适合家庭应用及制造太阳能电站。
Description
本发明涉及一种太阳能发电装置，更具体地说，它涉及一种能跟踪太阳汇聚太阳光来发电的装置。
背景技术
当今能源需求日益扩大，人们不断消耗矿物质能源石油、煤炭等，使空气污染加重，且这些矿物质能源终究会耗尽，太阳能是取之不尽的清洁能源，但太阳能分布地球表面的密度很低，太阳能电池板价格较贵，太阳相对我们是不断运动的，角度的改变会使固定式的太阳能电池板接收的太阳能面积改变。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足，提供一种能综合提高太阳能电池板利用率，且降低造价，跟踪太阳来发电的装置。
本发明的一种跟踪太阳聚光发电装置包括旋转抛物面反射器、主太阳能电池板和次太阳能电池板、阳光角度变化触发开关器、光控电机换向延时电路、高度角及方位角驱动装置、循环散热及辅助装置。
所述的旋转抛物面反射器，为二次方程X2＝4fZ这条抛物线以中心轴旋转制成的抛物面，抛物面凹面内表面覆以反光材料，如镀铝薄膜或各种镜面；所述的主太阳能电池板，一种为二次方程X2＝4fZ这条抛物线以中心轴旋转成的抛物面形状，应用它时安装在旋转抛物面反射器同一主轴线上，焦点一致处；另一种为圆形平板式，应用它时将其圆心置于旋转抛物面反射器同一主轴线上，其平面垂直旋转抛物面反射器主轴线，置于反射器焦点前后处；主太阳能电池板接收面均面向旋转抛物面反射器反射面；所述的次太阳能电池板，是圆形平板式，安装在主太阳能电池板的背侧，其接收面背向旋转抛物面反射器反射面并与反射器主轴线垂直；所述的阳光角度变化触发开关器，是一顶端中心有玻璃密封入光孔的暗箱，内设三层光敏层，每层设8个光敏晶体管，底层光敏层中央设有圆形遮光板，开关器内表面黑色，外表面覆盖反光材料，安装在次太阳能电池板中心或旋转抛面反射器边缘处，其中心轴与旋转抛物面反射器中心轴一致或平行；所述的循环散热装置，是由内装散热液的密闭管件及循环电泵组成，其吸热器置于主太阳能电池板和次太阳能电池板之间，散热管置于旋转抛物面反射器背侧，循环电泵安装在吸热器与散热管之间；所述的光控电机换向延时电路，是由阳光角度变化触发开关器内的光敏晶体管、驱动装置内的直流电机、各种电子器件、电源组成的；所述的高度角及方位角驱动装置，是直流电机带动的蜗杆蜗轮齿轮减速器，安装在承载转盘上，拉键式离合器安装在减速器末级齿轮轴内，用回转副连接通过离合线与手闸连接；所述的辅助装置包括基座、承载转盘、支撑固定臂、支持轴承、齿圈、手闸等组成；所述的支持轴承中心轴一致，此中心轴是本装置整个可径向运动部分的重心轴线；所述的承载转盘，两支撑固定臂安装在其中心两侧对称部位，并合理安排驱动装置，使承载转盘上的重力承载均衡对称；所述的次太阳能电池板产生的电能用来驱动循环散热装置的电泵；所述的主太阳能电池板产生的电能用来储存应用或储存后带动驱动装置或输入电网；其工作模式为触发开关器通过光控电机换向延时电路控制驱动装置，带动反射器对准太阳，将阳光汇聚在太阳能电池板上，保持吸收阳光面积基本不变化，以循环散热系统降低太阳能电池板的温度，通过特殊的太阳能电池板形状和在反射器上合理位置安排，来减少太阳能电池板表面反射的光能损失。
本发明的有益效果为：1.用旋转抛物面反射器汇聚太阳光节约了太阳能电池板面积，降低了造价，且在较强的光强下，可增加太阳能电池板的输出功率；2.通过跟踪装置使旋转抛物面反射器的中心轴一直对着太阳，使本装置保持吸收阳光面积不变；3.当主太阳能电池板为旋转抛物面形状，反射器的中心轴正对着太阳时，太阳光由反射器面反射至主太阳能电池板，没被吸收的光线会反射回反射器反射面，而后再反射至主太阳能电池板，反复反射直至消失，增加了利用率；4.主太阳能电池板势必会遮住一部分射向反射器的阳光，在主太阳 能电池板的背侧安装次太阳能电池板，充分利用了空间资源，又以其产生的电能驱动循环散热装置的电泵，同时也实现了对电泵工作的时间控制；5.应用循环散热装置能降低太阳能电池板的温度，增加光电转换率；6.两支撑固定臂安装在承载转盘中心两侧对称部位，并合理安排驱动装置，使承载转盘上的重力承载均衡对称，两支持轴承中心轴是本装置整个可径向运动部分的重心轴线，基座上和反射器上直径较大的齿圈配合直流电机带动的蜗杆蜗轮齿轮减速器，可使跟踪运动平稳、省力节电，并可随时自锁，抵抗诸如风等外力；7.本发明可适合家庭应用，也可建造太阳能电站。
附图说明
图1.本发明光学原理图；
图2.主太阳能电池板为旋转抛物面形状的本发明的示意图；
图3.主太阳能电池板为平板式、开关器置于反射器边缘处的本发明的模式图；
图4.本发明的循环散热装置示意图；
图5.本发明俯视图；
图6.本发明侧视图；
图7.本发明正视图；
图8.本发明后视图；
图9.阳光角度变化触发开关器纵向剖视图；
图10.开关器上层光敏层G-G剖视图；
图11.开关器中层光敏层H-H剖视图；
图12.开关器底层光敏层I-I剖视图；D／5∶1为底层光敏层中心件5倍放大图，其中单点圆范围为遮光板；
图13.光控电机换向延时电路图；
图14.直流电机带动的蜗杆蜗轮齿轮减速器图；
图15.图14J-J剖视图；
图中：X2＝4fZ旋转抛物线 A 与A同焦点X2＝4fZ旋转抛物线 B 焦点对侧X2＝4fZ旋转抛物线 C 焦点 F 原点 O 焦距 f 底层光敏层中心件D 坐标系垂直轴Z 坐标系水平轴 X 旋转抛物面反射器 1 凸面旋转抛物面主太阳能电池板 2次太阳能电池板 3 阳光角度变化触发开关器 4 垂直半齿圈 5 水平齿圈 6 手闸 7 高度角驱动装置 8 方位角驱动装置 9 承载转盘 10 基座 11 支撑固定臂 12 水平承重轴承 13 径向支持轴承 14 平板式主太阳能电池板 15 吸热器 16 循环电泵 17 散热管 18 离合线 19 密封玻璃 20 遮光板 21 拉键式离合器 22
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步描述。
在图1中，本发明光学原理图中，因为X2＝4fZ旋转抛物线特殊的曲线性质有下述效果：当一束平行反射器中心轴线的光线射在反射器反射面A上时，光线反射至与反射器同中心轴Z同焦点F的主太阳能电池板B，没被吸收的光线会反射回反射器反射面A，而后再反射至主太阳能电池板B，没被吸收的光线再反射回反射器反射面A，如此反复进行，直至消失，如果去掉B，应用C则有相同效果。
在图2.5.6.7.8中，旋转抛物面反射器1背面处安装有两处支持轴承14和一个垂直半齿圈5，两处支持轴承14与承载转盘10上的两支撑固定臂12相连接，两支持轴承中心轴是本装置整个可径向运动部分的重心轴线，承载转盘10中心设有径向轴承和水平承重轴承13，承 载转盘10通过轴承固定在基座11中心上，两支撑固定臂12安装在承载转盘10中心两侧对称部位，在承载转盘10边缘外设有水平齿圈6，水平齿圈6固定在基座11上，高度角驱动装置8和方位角驱动装置9安装在承载转盘10上，高度角驱动装置8的减速器齿轮与垂直半齿圈5啮合，而方位角驱动装置9的减速器齿轮与水平齿圈6啮合，凸面旋转抛物面主太阳能电池板2与反射器1在旋转主轴和焦点一致的位置上以支架固定，次太阳能电池板3安装在主太阳能电池板2的背面，次太阳能电池板3为圆形，阳光角度变化触发开关器4安装在次太阳能电池板3中心处，开关器4和次太阳能电池板3和主太阳能电池板2和反射器1的中心轴，为同一中心轴位置。
图3中，作为补充方案，主太阳能电池板也可以是平板式太阳能电池板，如太阳能电池板15，而阳光角度变化触发开关器4也可以安装在反射器1边缘处，其中心轴与旋转抛物面反射器中心轴平行。
图4中，循环散热装置，是由内装散热液的密闭管件及循环电泵组成，其吸热器16置于主太阳能电池板2和次太阳能电池板3之间，散热管18置于旋转抛物面反射器背侧，循环电泵17安装在吸热器与散热管之间，工作时，电泵17将吸热器16内变热的散热液向上循环至散热管18中，散热液向下循环并冷却，再循环至反射器1前面，向上循环回吸热器16，这种循环与热胀冷缩产生的自然循环方向一致，可减少循环电泵17循环阻力。
图9.10.11.12中，阳光角度变化触发开关器，是一顶端中心有密封玻璃20入光孔的暗箱，内设三层光敏层，每层光敏层22.5°起八平分圆处设8个光敏晶体管，底层光敏层中央设有圆形遮光板21，开关器内表面黑色，外表面覆盖反光材料，安装在次太阳能电池板中心或旋转抛面反射器边缘处，其中心轴与旋转抛物面反射器中心轴一致或平行，由上层至底层光敏层引起光敏晶体管导通太阳偏斜角度为连续减小。
图13中，M1为高度角驱动装臂直流电机，M2为方位角驱动装置直流电机，当VTP7-12无光照，VTP1-6中有被光照导通，则VT1导通，C1很快充足电荷，VT2也导通，继电器K1吸合，常闭开关K1断开，常开开关K1闭合，电流通过常闭开关K2流过电机M1，再由闭合的常开开关K1处构成回路，电机M1转动，使高度角变小，当同理VTP1-6无光照，VTP7-12中有被光照导通，则继电器K2吸合，电流通过常闭开关K1流过电机M1，由闭合的常开开关K2处构成回路，电机M1相对前者反向转动，使高度角变大，当两组光敏晶体管在异常情况下均有光照导通时，继电器K1K2吸合，电机处于断路中无运动，电路中无短路不会损坏，电机M2工作情况同理；当继电器K1吸合时，电机M1带动反射器1使其逐渐对准太阳，当底层光敏层上的光斑进入遮光板21范围，则阳光不能照射VTP1-6光敏晶体管，相应光敏晶体管截止，则VT1随即截止，但C1所储存的电荷可通过R2向VT2发射结放电，仍维持VT2导通，C1所上所储存的电荷随放电时间的延长而减少，当不足以维持VT2导通时，继电器K1随即断开，电机M1因常开触点K1断开而失电，延迟时间可根据需要调节C1和R2阻容值得到，M2电机同理。
图14.15中，高度角驱动装置8和方位角驱动装置9均由直流电机带动的蜗杆蜗轮齿轮减速器组成，在减速器末级齿轮轴内安装有拉键式离合器22，用回转副连接通过离合线19与手闸7连接，通过力的传导，以手闸7离合驱动装置与齿圈的联动，以实现手动调整与太阳的角度，尤其早晨太阳初升时，实现快捷对正太阳发电。
次太阳能电池板产生的电能用来驱动循环散热装置的电泵，主太阳能电池板产生的电能用来为蓄电池或超级电容充电或进入电网；由蓄电池或超级电容或电网内的电能，来驱动高度角方位角驱动装置；齿圈和减速器末级齿轮外加用硬性密封齿圈罩或柔性可折叠式密封齿圈罩，以保护齿圈和齿轮；本发明外设防护罩，以便不工作时保护本装置。
Claims (7)
1.一种跟踪太阳聚光发电装置，包括旋转抛物面反射器、主太阳能电池板和次太阳能电池板、阳光角度变化触发开关器、光控电机换向延时电路、高度角及方位角驱动装置、循环散热及辅助装置。
2.根据权利要求1所述的旋转抛物面反射器其特征是，为二次方程X2＝4fZ这条抛物线以中心轴旋转制成的抛物面，抛物面凹面内表面覆以反光材料，如镀铝薄膜或各种镜面。
3.根据权利要求1所述的主太阳能电池板其特征是，一种为二次方程X2＝4fZ这条抛物线以中心轴旋转成的抛物面形状，应用它时安装在旋转抛物面反射器同一主轴线上，焦点一致处；另一种为圆形平板式，应用它时将其圆心置于旋转抛物面反射器同一主轴线上，其平面垂直旋转抛物面反射器主轴线，置于反射器焦点前后处；主太阳能电池板接收面均面向旋转抛物面反射器反射面。
4.根据权利要求1所述的次太阳能电池板其特征是，是平板式，安装在主太阳能电池板的背侧，其接收面背向旋转抛物面反射器反射面并与反射器主轴线垂直。
5.根据权利要求1所述的阳光角度变化触发开关器其特征是，是一顶端中心有玻璃密封入光孔的暗箱，内设三层光敏层，每层设8个光敏晶体管，底层光敏层中央设有圆形遮光板，开关器内表面黑色，外表面覆盖反光材料，安装在次太阳能电池板中心或旋转抛物面反射器边缘处，其中心轴与旋转抛物面反射器中心轴一致或平行。
6.根据权利要求1所述的高度角及方位角驱动装置其特征是，是直流电机带动的蜗杆蜗轮齿轮减速器，拉键式离合器安装在减速器末级齿轮轴内。
7.根据权利要求1所述的循环散热装置其特征是，是由内装散热液的密闭管件及循环电泵组成，其吸热器置于主太阳能电池板和次太阳能电池板之间，散热管置于旋转抛物面反射器背侧，循环电泵安装在吸热器与散热管之间。
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