CN105843258B - 一种相变自冷自驱型太阳能跟踪系统 - Google Patents

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Abstract

一种相变自冷自驱型太阳能跟踪系统，它涉及太阳能光伏技术领域，具体涉及一种相变自冷自驱型太阳能跟踪系统，以解决现有太阳能光伏技术存在光电转换效低，跟踪器采用电机并走单独设置电路驱动，电能消耗量大，光热的利用率较低的问题，它包括增压缸、气动活塞驱动机构、相变气体管道、气体蓄积管道、第一回流管道、第二回流管道、流体蓄积管道、支架、背板架和多根微热管；多根微热管铺设在倾斜布置的光伏电池片的背部，多根微热管的上端连接有与每根微热管贯通的气体蓄积管道，多根微热管的下端连接有与每根微热管贯通的流体蓄积管道；多根微热管固装在背板架上。本发明用于太阳能发电。

Description

一种相变自冷自驱型太阳能跟踪系统
技术领域
本发明涉及太阳能光伏技术领域，具体涉及一种相变自冷自驱型太阳能跟踪系统。
背景技术
太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，其中太阳能光发电技术是通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用，也称为太阳能光伏技术。传统的光伏发电装置，太阳光照射到电池板上的很大一部分都转换为热能而未能进行光电转换，使得电池板温度上升，导致光电转化效率下降。铜管水冷式的控温系统，虽能够有效降低电池板的温度，但多余的热量也是直接散失且对光电转换效率没有提高。
太阳能跟踪系统也因其能提高光能利用率，降低发电成本，而被较多地应用在太阳能转换技术中。常用的跟踪器采用的是电机驱动，需要消耗电能，在大面积并网发电时，跟踪系统要走单独设置的电路，且存在安全隐患。因此若能回收利用冷却部分的能量，为跟踪系统提供动力，将会最大程度利用太阳能。
发明内容
本发明为解决现有太阳能光伏技术存在光电转换效低，跟踪器采用电机并走单独设置电路驱动，电能消耗量大，光热的利用率较低的问题，进而提供一种相变自冷自驱型太阳能跟踪系统。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：
本发明的一种相变自冷自驱型太阳能跟踪系统包括增压缸、气动活塞驱动机构、相变气体管道、气体蓄积管道、第一回流管道、第二回流管道、流体蓄积管道、支架12、背板架和多根微热管；
多根微热管铺设在倾斜布置的光伏电池片的背部，多根微热管的上端连接有与每根微热管贯通的气体蓄积管道，多根微热管的下端连接有与每根微热管贯通的流体蓄积管道，多根微热管内均填充有相变工质；相变气体管道为三通式管道，多根微热管固装在背板架上；
增压缸为阶梯式增压缸，增压缸和气动活塞驱动机构安装在支架上，相变气体管道的第一端口与气体蓄积管道连通，相变气体管道的第二端口与增压缸的小端连通，相变气体管道的第三端口与增压缸的大端连通，增压缸的小端与气动活塞驱动机构的缸筒的进口连通，增压缸的大端通过第一回流管道与流体蓄积管道连通，气动活塞驱动机构的缸筒的出口通过第二回流管道与流体蓄积管道连通，气动活塞驱动机构的输出端与背板架连接并能驱动背板架转动。
本发明的有益效果：本发明可以利用相变工质冷却光伏电池片，提高光电转化效率，同时工质储存、传递能量驱动背板架及光伏电池片，提高了光热的利用效率。本发明应用平板结构的微热管可以具有更大的接触面积，优异的冷却性能，同时微热管中填充的相变工质具有较大的潜热，更加提升了冷却性能。本发明利用工质的相变来回收利用本应耗散的冷却热，使光热的利用率较大的提升。本发明创造了新型的跟踪系统，实现了无源自驱，使背板架及光伏电池片成为一整体的系统，同时节约了电能，提高了跟踪效能与太阳能利用率。
附图说明
图1为整体结构示意图，图2为光伏电池片和微热管连接结构的局部剖面示意图，图3为增压缸结构示意图，图4为气动活塞驱动机构的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图4说明，本实施方式的一种相变自冷自驱型太阳能跟踪系统，它包括增压缸3、气动活塞驱动机构4、相变气体管道7、气体蓄积管道6、第一回流管道8、第二回流管道9、流体蓄积管道11、支架12、背板架13和多根微热管5；
多根微热管5铺设在倾斜布置的光伏电池片1的背部，多根微热管5的上端连接有与每根微热管5贯通的气体蓄积管道6，多根微热管5的下端连接有与每根微热管5贯通的流体蓄积管道11，多根微热管5内均填充有相变工质；相变气体管道7为三通式管道，多根微热管5固装在背板架13上；
增压缸3为阶梯式增压缸，增压缸3和气动活塞驱动机构4安装在支架12上，相变气体管道7的第一端口与气体蓄积管道6连通，相变气体管道7的第二端口与增压缸3的小端连通，相变气体管道7的第三端口与增压缸3的大端连通，增压缸3的小端与气动活塞驱动机构4的缸筒的进口连通，增压缸3的大端通过第一回流管道8与流体蓄积管道11连通，气动活塞驱动机构4的缸筒的出口通过第二回流管道9与流体蓄积管道11连通，气动活塞驱动机构4的输出端与背板架13连接并能驱动背板架13转动。
本实施方式的跟踪系统的结构尺寸中L＝N×T×(1+0.01-0.03)，其中L为单根平板微热管纵向长度，T为每块光伏电池片的纵向长度，N为微热管纵向布置数目。微热管5安置在光伏电池片1背板处，与地面成一定角度，气体蓄积管道6侧段与多根微热管5均连通，缝隙采用玻璃胶密封，并通过管嘴6-1连接相变气体管道7。所述增压缸3采用的为小型差级阶梯式增压缸，气体的通入与放出受阀控制，在需要增压时，相变气体管道7的第三端口与增压缸3的大端连通管道上的阀门3-1打开，通入来自管道7的相变气体，相变气体管道7的第二端口与增压缸3的小端连通连通管道上阀门3-2打开通入来自管道7的气体进行压缩，由P1A1＝P2A2知，其中P1是指增压缸大端容腔截面承受的压强，A1是指增压缸大端容腔截面积，P2是指增压缸小端容腔截面承受的压强，A2是指增压缸小端容腔截面积；增压缸内两容腔气体压强得到A1/A2倍的提升，本实施方式中增压缸大端和小端容腔截面为圆形或矩形，气体接触面积之比为A1/A2＝2.5-4。高压气体经增压缸3上的喷口喷射气动活塞驱动机构4，上述过程均可受信号控制，具体信号可来源于跟踪系统的光传感器或PLC预置程序。第二回流管道9连接气动活塞驱动机构4的缸筒的喷射做功后的出口，第一回流管道8直接连接增压缸3的气体蓄积通道出口3-3，也可增设总回流管道10，总回流管道10由第一回流管道8和第二回流管道9汇合。气体蓄积管道6为外加保温层的PVC管道。铺设的多根微热管5构成平板状结构。
本实施方式通过微热管5内的相变工质内能转化，收集了本应耗散的冷却热能。并采用差级活塞阶梯式增压缸3提升压强，利用了收集的能量来驱动光伏电池片1转动，减少了能量的散失，提升了对光和热的利用率，降低了发电成本。本实施方式的气动活塞驱动机构4的输出端与背板架13连接并能驱动背板架13转动，是指背板架13在光伏电池片倾斜方向上绕周向旋转。
具体实施方式二：结合图1和图4说明，本实施方式的气动活塞驱动机构4包括活塞缸4-1、飞轮4-2、齿轮4-3和连杆4-4；飞轮4-2和齿轮4-3转动安装在支架12上，活塞缸4-1安装在支架12上，活塞缸4-1的活塞与连杆4-4铰接，连杆4-4与飞轮4-2转轴上的曲轴铰接，飞轮4-2的外缘轮齿与齿轮4-3啮合，齿轮4-3的转轴与背板架13固接。
采用活塞带动连杆和飞轮，飞轮外缘有齿轮，可以与光伏背板支架上的齿轮啮合，提供合适的转速与扭矩，供光伏电池片整体转动。背板架13及光伏电池片1能绕齿轮4-3或飞轮4-2的周向旋转。
具体实施方式三：本实施方式的多根微热管5内的相变工质为丙酮。如此设置，满足实际冷却的需要，提高了光转换效率的需要。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1说明，本实施方式的第一回流管道8和第二回流管道9均为翘片管。如此设置，换热效率高，提高光伏能量利用率，满足实际需要。其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1说明，本实施方式的第一回流管道8和第二回流管道9为铝管。如此设置，质轻廉价易得，便于加工使用，满足实际需要。其它与具体实施方式一、二或四相同。
具体实施方式六：结合图1说明，本实施方式的增压缸3的小端设置有喷口3-4，该喷口3-4为由内向外减缩的喷口。增压缸3的小端喷口3-4处还可以设置喷管，该喷管为减缩结构。如此设置，可以增大喷射流速，进而增大喷射动量提供较大的驱动力。喷管的收敛半角取7°-35°较适宜。
具体实施方式七：结合图1说明，本实施方式的气体蓄积管道6为外加保温层的PVC管道，流体蓄积管道11为PVC管道。如此设置，PVC取材易得，方便加工使用，气体蓄积管道保温性能好。其它与具体实施方式一、二、四或六相同。
具体实施方式八：本实施方式的光伏电池片1的背部与铺设的多根微热管5之间紧密贴合有导热硅胶片，该硅胶片厚度为3mm-4mm。如此设置，光伏电池片的背板的工作温度可保持在30℃-60℃以内。本实施方式可以使光伏电池片1背面的热量更高效、更均匀地传导给呈板状式铺设的多个微热管5，进而传递给相变工质如丙酮。减少了热量散失，使导热过程更加均匀。其它与具体实施方式八相同。
工作原理：平板状铺设的多根微热管5安置在光伏电池片1背板处，共同与地面成一定倾角，其内部填充丙酮工质，气体蓄积管道6与微热管5均连通，增压缸3入口通过相变气体管道7连接气体蓄积管道6的出流管嘴6-1，差级活塞阶梯式增压缸分为大小两端。所述气动活塞驱动机构4推动力来源于间歇喷射的增压缸3的增压气体，第二回流管道9连接气动活塞驱动机构4的缸筒喷射做功后的出口，第一回流管道8直接连接增压缸3的气体蓄积通道出口，总回流管道10由第一回流管道8和第二回流管道9汇合，重力作用回流，最后经回流管嘴11-1流入流体蓄积通道11，流体蓄积通道11与微热管5连通。

Claims (5)

1.一种相变自冷自驱型太阳能跟踪系统，其特征在于：它包括增压缸(3)、气动活塞驱动机构(4)、相变气体管道(7)、气体蓄积管道(6)、第一回流管道(8)、第二回流管道(9)、流体蓄积管道(11)、支架(12)、背板架(13)和多根微热管(5)；多根微热管(5)铺设在倾斜布置的光伏电池片(1)的背部，多根微热管(5)的上端连接有与每根微热管(5)贯通的气体蓄积管道(6)，多根微热管(5)的下端连接有与每根微热管(5)贯通的流体蓄积管道(11)，多根微热管(5)内均填充有相变工质；相变气体管道(7)为三通式管道，多根微热管(5)固装在背板架(13)上；
增压缸(3)为阶梯式增压缸，增压缸(3)和气动活塞驱动机构(4)安装在支架(12)上，相变气体管道(7)的第一端口与气体蓄积管道(6)连通，相变气体管道(7)的第二端口与增压缸(3)的小端连通，相变气体管道(7)的第三端口与增压缸(3)的大端连通，增压缸(3)的小端与气动活塞驱动机构(4)的缸筒的进口连通，增压缸(3)的大端通过第一回流管道(8)与流体蓄积管道(11)连通，气动活塞驱动机构(4)的缸筒的出口通过第二回流管道(9)与流体蓄积管道(11)连通，气动活塞驱动机构(4)的输出端与背板架(13)连接并能驱动背板架(13)转动；
气动活塞驱动机构(4)包括活塞缸(4-1)、飞轮(4-2)、齿轮(4-3和连杆(4-4)；飞轮(4-2)和齿轮(4-3)转动安装在支架(12)上，活塞缸(4-1)安装在支架(12)上，活塞缸(4-1)的活塞与连杆(4-4)铰接，连杆(4-4)与飞轮(4-2)转轴上的曲轴铰接，飞轮(4-2)的外缘轮齿与齿轮(4-3)啮合，齿轮(4-3)的转轴与背板架(13)固接；
增压缸(3)的小端设置有喷口(3-4)，该喷口(3-4)为由内向外减缩的喷口；
光伏电池片(1)的背部与铺设的多根微热管(5)之间紧密贴合有导热硅胶片，该硅胶片厚度为3mm-4mm。
2.根据权利要求1所述的一种相变自冷自驱型太阳能跟踪系统，其特征在于：多根微热管(5)内的相变工质为丙酮。
3.根据权利要求2所述的一种相变自冷自驱型太阳能跟踪系统，其特征在于：第一回流管道(8)和第二回流管道(9)均为翘片管。
4.根据权利要求3所述的一种相变自冷自驱型太阳能跟踪系统，其特征在于：气体蓄积管道(6)为外加保温层的PVC管道，流体蓄积管道(11)为PVC管道。
5.根据权利要求4所述的一种相变自冷自驱型太阳能跟踪系统，其特征在于：第一回流管道(8)和第二回流管道(9)为铝管。
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