CN1180210C - 自动交互式太阳能产生系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种系统，其包括一固定在地面的基座，一可以沿着基座旋转的平行立面体，其具有一旋转安装的表面，该表面提供有用于获取太阳能的热板和/或混合光电板，该俘获板通过方位角/天顶角跟踪装置跟随太阳进行两个运动，第一运动是从日出到日落期间的0°到280°之间的方位角运动，第二运动是在太阳从水平面到最高点从90°到45°之间的天顶角运动，为了俘获最多的光子，所述的板与太阳垂直。一发电机位于主体和基座之间，所述发电机安装在中部，并与主体和基座独立。该系统包括组合的计算机装置，使得所有部件的操作可以自动和交互地进行。

Description

自动交互式太阳能系统

技术领域

本发明涉及一种用于利用太阳能的自立式(free-standing)交互式系统。

背景技术

到现在已经有各种用于利用太阳能的系统。它们包括一太阳电池板，该太阳电池板由光电的、热的或是混合的旋转板构成，旋转板最好向南放置，或者是在白天从太阳升起一直到太阳落下，在太阳的方位角和天顶角移动的过程中，使之旋转使得它与太阳的之间的位置关系可以收集到最大数量的太阳能。

现在已有一些用于利用太阳能的专利，如MCPHEE的CA2139251，北京市西城新开通用试验厂的CN 1049556，BAEHR的DE 4305312，EDLING等的US 5191875，ARUMO KK的JP10-205892和SEIFER的DE19536087，但是这些专利都有同样的不足。

这些已知的系统表现出了一些不足，如必须考虑包括光电的、热的或是混合的旋转板的对准，收集太阳能的光电的、热的或是混合的旋转板不能取得很好的能量平衡，因为为了跟随太阳，它们也消耗能量。这意味着跟踪运动不是必然对收集最大数量的太阳能是有用的，例如无论是在阴天、雨天还是恶劣的天气下，都对获得太阳射线不利。在这些情况下，跟踪的效率是小于0的，因为跟踪并不能增加效率，另一方面，在计算机跟踪太阳的轨道以及随后的机械跟踪过程中，它还要消耗能量。

另一不足是，为了要收集最大数量的太阳能，尽管光电板和/或热板从东向西跟随太阳的方位角和垂直天顶角，但是如果该能量没有立即被消耗，由于蓄电池组暂时的能力丧失，它可能不能被储存起来，这是因为切断自充电的负载的局限性。而且，这些系统在不好的气候条件下，不能维持或保证电量的供应，如在阴天，雨天等等，因此需要包含一个独立的发电机。

发明内容

本发明的用于利用太阳能的自立交互式系统克服了上面提到的所有不足，其特征是，一种用于利用太阳能的系统，包括：一能量吸收装置，其包括用于接收太阳能的硅电池板，该能量吸收装置构造和设置成这样，即，所述硅电池是倾斜的，从而使得所述电池能够总是布置成与太阳射线垂直；一蓄电池，用于储存通过所述能量吸收装置接收到的能量；一后备能量产生器，用于在不利气候条件下和在高峰使用期间产生能量，所述后备能量产生器也用作为安全系统；与公共电力供应网络的并联，用于从公共供给网络接收能量或向公共供给网络传送能量；信息处理系统，用于监视在安装有所述太阳能利用系统的环境中的多个能量消耗设备的能量使用，该信息处理系统构造成和设置成能自动地和交互地监视每个设备的能量使用，并决定应该向哪个设备供应能量；一固定基座；与所述固定基座连接的冕形齿轮；一棱柱，其与所述冕形齿轮连接，从而使得该棱柱沿着方位角从0°到280°从东到西旋转，这对应于太阳的轨迹，该棱柱包括一铰接面，该铰接面上安装有所述硅电池，在太阳沿着天顶运动时，该铰接面构造成和布置成这样：即，在45°到90°之间倾斜，从而将其对准垂直于太阳的射线；所述后备能量安装在底板上，并与所述基座和棱柱独立，从而防止从所述棱柱传送任何振动。

本发明包括一充电控制器，其控制从光电板、热板和/或硅电池的混合板得到的能量的储存，其可独立于储存装置接续和及时地工作；一整流充电器，其将直流电转换成交流电，并且/或者作为对蓄电池的充电器；以及剩余电流收集器，其分配能量产生器产生的能量。

而且，本发明包括上述产生能量的系统实施，通过：一固定基座，和一在基座上旋转的棱柱，棱柱沿着方位角从0°到280°旋转，这对应于太阳的轨迹，棱柱还在底面提供一倾斜面，该倾斜面包括收集能量的光电板、热板和/或硅电池的混合板，在太阳沿着天顶运动时，该铰接面在45°到90°之间倾斜，从而将其在很小角度误差范围内垂直对准太阳的射线，在太阳从日出直到日落的运动过程中，通过沿着方位角和天顶角将光电板、热板和/或硅电池的混合板垂直对准太阳射线，从而取得能量产生的最大效率。

根据本发明，为了安全和支承，所述后备能量产生器安装在底板上，并与基座和棱柱独立，从而防止传送任何振动，该发电机位于基座中央，基座的侧部与所述的其他装置结合，该棱柱结合了被适当密封的信息处理系统和其他提到的元件。

根据本发明，光电板、热板和/或硅电池混合板以随机的方式独立和及时地工作，使得产生的能量在每个时刻可以适应于蓄电池的容量。

从以下的详细描述中，可以更好地理解本发明的这些和其它特征。该描述同时还带有两页表示本发明的特定实施例的附图，该特定实施例仅仅是作为举例，而不会以任何方式限制本发明的范围。

附图说明

图1是本发明目的系统透视图，其根据应用本发明的一种方式。

图2是在图1中示出的系统的示意平面图。

图3是本发明的系统另一透视图，其根据应用本发明的另一种方式。

图4是本发明的系统的正面图，其根据应用本发明的另一方向。

图5是本发明的示意图，示出了在本发明中的光子收集器的硅太阳电池板的方位角和天顶角运动。

具体实施方式

正如图中所示，本发明的用于利用太阳能的自立式交互系统包括一系列的以唯一方向安装的元件，用于从本发明的系统得到最大的效率。

根据优选的结构，如图1和2中示出的本发明的系统的标号为1，其包括一位于底面上的固定基座2，以及一个形状类似棱柱的元件3，其可在固定基座旋转。该棱柱由一主体、一固定后表面5和一下表面6构成，主体具有一倾斜的大的主表面4，下表面6可旋转并使得构成棱柱的主体可以在固定基座上转动。

由固定基座2、旋转棱柱3和倾斜的主表面的本发明的系统1容纳有不同的元件，这些元件以一种特别的方式结合或连接从而使得系统收集的太阳能能够得到最大程度的利用，尽管本系统的一些部件的安装的较佳的描述是在旋转棱柱中。

本发明的系统1包括作为元件的板CS，它可以是光电的、热的或是混合的，这可以根据需要来变化。该光电板或混合硅电池板CS安装在主壁4上，主壁4在45°到90°之间倾斜，从而跟随从日出到日落的天顶的整个弧度，还跟随对应于太阳从东方升起到西方落下的在0-280°之间的方位角，从而它可以在所有的时间都垂直对准太阳的射线。

简言之，本发明的系统使得具有光电电池或混合硅电池板CS可以尽可能与太阳射线垂直地跟随太阳的轨道，从而自对准，尽管会有小范围的误差，在大约0°到280°之间沿着方位角转动电池板，这对应于在太阳从东方升起到从西方落下之间的间距，并且在45°和90°之间沿着天顶角转动，这对应于太阳升起和落下时在水平面的位置和太阳在正午时所能到达的最高点时两者之间的间距。这表明，太阳的射线在所有的时间都尽可能垂直地落在硅电池板CS上，意味着在方位角(0-280°)上旋转以及沿着天顶角在90°(太阳位于水平，日出或日落时)和45°(在正午时，太阳位于最大的天顶角)之间倾斜，这些都考虑了年度里季节的变化以及本发明的系统被安装于哪个半球。

本系统的另一个对应于方位角SA和天顶角SZ的元件是跟踪装置，该装置使得在白天可以调节硅电池板CS朝向太阳射线，从而确保具有最大效率的角度，对应于太阳射线朝向主壁4以正确的角度落下，主壁支承所述光电板和热板CS进行所述的方位角(0-280°)和天顶角(45°-90°)运动。

本系统1包括一个位于棱柱3中的蓄电池AE，其在白天储存能量，在夜晚或者如雨天、雨天和暴风雨等不利气候条件下供应能量。

本发明的系统的另一个元件是后备能量产生器GS，其位于基座2的中部，并对应于在基座2上的棱柱3的旋转轴，后备能量产生器被锚定在顶板或地板上，并独立于基座2和棱柱3，从而不会传递给它们任何振动。所述后备能量产生器GS在用电需求高峰时工作产生能量，同时它还作为一个安全系统来保护蓄电池。

本系统1还与公共供电网络并联，该供电网络是常规的，因此没有示出，可以根据电力法规的规定，从网络接收能量或向网络传递能量。

最后，作为一个主要的元件或部件，本系统1还包括信息处理系统MY，其在所有的时间中提供各种信息，如各种装置的不同部件的、家庭和工作场所的能耗变化，以及本发明的系统的安装处的能耗变化。而且，所述信息处理系统还提供本系统所生产的能量的信息，并且可以自动地决定从哪里取得能量和应该向哪里供应能量。

根据本发明，本系统1还包括以充电控制器RC，其控制在系统中的能量储存，用于储存从光电板、热板或混合板中取得的能量，其以随机的方式随后和及时地作用。本系统包括一整流充电器CC，其将直流电转换成交流电，或者作为蓄电池AE的充电器。而且，本系统还包括一剩余电能收集器CE，其分配发电机GS(后备能量产生器)产生的电能。

如已经示出和描述的那样，固定基座2在一冕形齿轮7(crown wheel)上支承旋转棱柱3，该冕形齿轮使得棱柱可以转向基座。棱柱沿着从东到西从0到280°转动，对应于太阳的路径，如已说明的那样，并提供有一倾斜于轴8的主表面或主壁4，主表面或主壁4在两个极限位置之间移动，一个极限位置4a如图1中直线所示位于轻微倾斜位置，另一个极限位置4b如图1中虚线所示，位于与顶板或底板成90°的位置。主壁4的倾斜运动使得其可以在45°到90°之间沿着天顶角移动，并与太阳射线垂直自对准，上面已指出，在对准中会有一定的角度误差。构成和支撑光电板和热板、硅电池板的主壁4沿着方位角旋转，并在已描述的位置之间的天顶角倾斜，这使得在白天硅电池板CS和太阳的射线之间可实现理想地对准，由于射线垂直入射在壁4上，从而可以在收集能量得到最大的效率。

吸收能量的最大效率依靠于天气，例如在暴风雪、风天、雨天或两者都有的情况下，本发明的系统1结合了一安全系统，其自动地把包括光电板或热板和/或混合板CS的壁4倾斜到45°的位置，这对应于棱柱的关闭，在结合有安装装置的系统中，因为环境和/或气候条件的原因，一旦其不能收集能量，本发明的该系统会关闭棱柱，从而保证太阳电池板的完整。当气候条件适合时，本发明的该系统就准备开始硅电池板CS的方位角运动，该硅电池板CS安装在棱柱3的倾斜壁4上。

本发明的系统还结合有一后备能量产生器GS，其安装在顶板或底板上，并与基座2和棱柱3独立，这是为了避免把振动传递到基座上，这在上面已描述过。如图1和图2所示，该安全发电机GS安装在基座2的中部，基座的侧部结合了上面描述的其他元件，棱柱3的后壁5结合了信息处理元件MY以及其他被适当密封的元件，系统1被安装在室外，并暴露在恶劣的天气中。

在本发明的系统1中，硅电池板CS可包括部分光电板CSF和部分热板CST，其将以随机的方式独立和及时的工作，从而使得在每个给定的时间能量的生产可以适应蓄电池的容量。由光电板、热板或混合硅电池组成的壁4包含部分的光电板CSF，和例如中心部分对应着部分的热板CST。同样，通过使用者在倾斜壁4的整个表面上设置这样的部分，从而本发明的该系统可以根据需要来变化光电板或热板。进而，根据需要，本发明的该系统可使得硅电池板的部分CS不与光电板CSF部分或热板CST部分连接。

图3和图4示出了本发明的另一种结构，与图1和图2中所示的基本相同，但需要强调的是，基座2不是如图1和图2中所示的那样由平的平行立面体构成，而是由一金属框架构成(特别参见图3)，该金属框架包括一系列的金属梁或类似物焊接而成，或是等同的系统，以任何方便的方式将其安装在底板或地面上，例如在水泥地面上，最好是比周围地面适当高一些，从而可以保护其免受水灾或其他灾害。出于同样的原因，尽可能将棱柱3抬高或分离，该棱柱3包括本发明的系统元件。后备能量产生器GS(发电机)被直接安装在水泥地面上或者其他相应的支持物上，其位于中央，并与金属框架2和棱柱3独立。

进而，图5以示意的方式提供了本发明的系统作为参考，壁4包括光电板或热板或混合硅电池板CS，同样以示意的方式表示了本装置跟随太阳运动的方位角和天顶角的运动，以及在任何时候，本装置都以与向日葵相同的方式尽可能地垂直对准太阳。

本发明的系统以预定的间隔完成白天的非常缓慢的280°的转动，在夜晚完成一个相反的280°的运动，直到它再次到达0°的初始位置，以同样的方式，壁4的硅电池板CS完成天顶角的运动，其从90°的位置转到对应于棱柱的闭合的0°的位置(如果没有如已描述的那样因为雨天和/或风天已经关闭的话)，从而本发明的该系统关闭棱柱并绕着基座框架2旋转，准备第二天的能量收集的新的循环。

本发明的系统是一可自我管理和先进的系统，因此当本发明的系统安装有一块第一光电电池板时，例如1平方英尺，它就开始工作，因此使用者可以较慢地建构或组合其他的元件，从而完成整个的系统。

根据本发明的系统，后备能量产生器GS，主要由一个发动机构成，其由动力供给激活，最好包括一个常规的电池(14伏)，使得其可以供给家庭、公寓、设备、工厂或其他在用电高峰需求时的需要。但是，家庭、工厂等的日常能量(平均消耗)还是由蓄电池来供给。

而且，本发明的系统提供了在家庭、设备或其他的装置之间的相互联系，以及以简单的方式在构成本系统的各个不同元件之间的相互联系，例如控制光电板的方位角/天顶角的跟踪运动的元件，能量收集器、后备能量产生器GS(发电机)、计算机、传真机、电子装置、洗衣机、电视机、音响系统、报警器、简单的信息处理媒介等，所以在需要任何类型能量的情况下，该系统能响应于各个时间的需求以自我控制的方式工作，例如，要打开洗衣机或是其他的设备或元件，或是现在的系统使用者还不能表达出的。

Claims (4)

1、一种用于利用太阳能的系统，包括：

一能量吸收装置，其包括用于接收太阳能的硅电池板，该能量吸收装置构造和设置成这样，即，所述硅电池是倾斜的，从而使得所述电池能够总是布置成与太阳射线垂直；

一蓄电池，用于储存通过所述能量吸收装置接收到的能量；

一后备能量产生器，用于在不利气候条件下和在高峰使用期间产生能量，所述后备能量产生器也用作为安全系统；

与公共电力供应网络的并联，用于从该网络接收能量或向该网络传送能量；

信息处理系统，用于监视在安装有所述太阳能利用系统的环境中的多个能量消耗设备的能量使用，该信息处理系统构造成和设置成能自动地和交互地监视每个设备的能量使用，并决定应该向哪个设备供应能量；

一固定基座；

与所述固定基座连接的冕形齿轮；

一棱柱，其与所述冕形齿轮连接，从而使得该棱柱沿着方位角从0°到280°从东到西旋转，这对应于太阳的轨迹，该棱柱包括一铰接面，该铰接面上安装有所述硅电池，在太阳沿着天顶运动时，该铰接面构造成和布置成这样：即，在45°到90°之间倾斜，从而将其对准垂直于太阳的射线；

其特征在于，所述后备能量安装在底板上，并与所述基座和棱柱独立，从而防止从所述棱柱传送任何振动。

2、根据权利要求1所述的系统，其特征是，还包括：

一充电控制器，用于控制从硅电池板接收到的能量的储存；

一整流充电器，其将直流电转换成交流电；以及

剩余电流收集器，其分配能量产生器产生的能量。

3、根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述硅电池板包括光电池和热电池。

4、根据权利要求3所述的系统，其特征是，所述光电池、热电池以随机的方式独立和及时地工作，由此使得利用的能量在每个时刻可以适应于蓄电池的容量。

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