CN201414090Y

CN201414090Y - 一种光伏发电系统

Info

Publication number: CN201414090Y
Application number: CN2009201082639U
Authority: CN
Inventors: 王军
Original assignee: BEIJING TIME-VALIANT TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: BEIJING TIME-VALIANT TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2019-05-25

Abstract

本实用新型涉及一种光伏发电系统，该系统包括：固定于底座上的支架，连接支架与支架顶端安装架的机械传动机构，安装架底部的太阳能电池阵列，该系统还包括：跟踪控制电路，与机械传动结构相连；太阳光方位传感器，安装在安装架顶部，与跟踪控制电路相连；太阳光方位传感器包括壳体，与所述壳体固定相连的底座，还包括：聚光透镜，固定于壳体的顶端，其光轴Z与光信号接收器的中心轴线重合；光信号接收器，与跟踪控制电路相连，固定在壳体的周壁上，或底座上。本实用新型的光伏发电系统跟踪精度高、稳定性高、性价比较高、可自动跟踪太阳。

Description

一种光伏发电系统

技术领域

本实用新型涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种可自动跟踪太阳的光伏发电系统。

背景技术

太阳能光伏发电技术是直接将太阳能转化为电能的最方便的太阳能利用方式，具有安全可靠、无噪声、无污染、可就地利用等优点。

现有的光伏发电系统一般是将太阳能电池固定安装，因不能始终正对太阳，故未充分利用太阳能电池的发电能力，所以价格居高不下，难以迅速推广和普及。为了降低光伏发电系统的成本，世界各国纷纷投入巨资以提高太阳能电池的发电能力。主要有两种方法：一是提高太阳能电池的光电转换效率；二是通过自动跟踪技术使太阳能电池始终对准太阳。这两种方法均可以提高太阳能电池的发电能力。但是，无论太阳能电池自身的光电转换效率有多高，通过跟踪装置都可以使其发电能力在原有基础上再度提高，从而获得更多的电能。因此自动跟踪太阳的光伏发电系统的研究已成为太阳能利用技术的研究热点之一。在专利申请号为98244627.6，名为“太阳能通信电池方阵自动跟踪太阳光装置”的专利中，公开了一种采用电子定时控制步进电机驱动太阳能电池阵列跟踪太阳的方法；在专利申请号为99221010.0，名为“太阳能自动跟踪供电器”的专利中，公开了一种由太阳能电池板、感光电路、跟踪驱动电路、复位电路、逆变电路构成的发电系统。上述技术虽然均有一定的应用价值，但是还存在着跟踪精度地、故障率高、抗风能力差以及性价比不高等缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种跟踪精度高、稳定可高、性价比较高、可自动跟踪太阳的光伏发电系统，以克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种光伏发电系统，该系统包括：固定于底座上的支架，连接支架与支架顶端安装架的机械传动机构，所述安装架底部的太阳能电池阵列，该系统还包括：跟踪控制电路，与所述机械传动结构相连；太阳光方位传感器，安装在所述安装架顶部，与所述跟踪控制电路相连；所述太阳光方位传感器包括壳体，与所述壳体固定相连的底座，还包括：聚光透镜，固定于所述壳体的顶端，其光轴Z与光信号接收器的中心轴线重合；光信号接收器，与所述跟踪控制电路相连，固定在所述壳体的周壁上，或所述底座上。

其中，所述光信号接收器包括：粗调光信号接收器，与所述跟踪控制电路相连，固定在所述壳体的周壁上；细调光信号接收器，与所述跟踪控制电路相连，固定在所述底座上。

其中，所述机械传动机构由方位角驱动机构和叠加在其上的高度角驱动机构组成，此两驱动机构均与所述跟踪控制电路相连，所述高度角驱动机构通过轴承与安装架相连，通过绕过定滑轮卷绕于卷轮上的钢缆与所述安装架的一端相连。

其中，该系统还包括：防风复位控制装置，由风力传感器组成，所述风力传感器的信号输出端与所述跟踪控制电路连接，且固定安装于所述底座上，该防风复位控制装置进一步包括：框架，通过所述钢缆与所述卷轮相连；弹簧，一端固定在所述框架上，另一端通过滑杆与所述钢缆相连；微动开关，与所述跟踪控制电路相连；拨片，与所述弹簧相连；挡板，设置于所述滑杆的两端。

其中，所述安装架顶端、所述太阳能电池阵列的上方设置有聚光透镜阵列。

其中，所述所述太阳能电池阵列的每一块太阳能电池都固定连接于散热器上。

其中，所述太阳能电池的上方安装有红外吸热玻璃或反热玻璃或钢化防护玻璃。

其中，所述安装架外设置有防尘罩。

其中，所述光信号接收器可以由光纤或光敏元件组成。

有益效果：

1、通过设计巧妙的光信号接收器，实现对太阳光的无盲区、高精度探测；

2、在太阳光方位传感器中采用透镜聚焦，加大了对太阳光的接收角度和强度，提高了对太阳光方位的分辨能力；

3、采用可靠的防风复位控制装置，充分发挥了跟踪控制电路和控制能力，增强了系统的抗风能力，保证了系统的工作安全；

4、由于实现了可靠的高精度跟踪，使得太阳能电池始终对准太阳，提高了太阳能电池的发电能力，因此能够有效地提高光伏发电系统的性价比。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图；

图2为实施例1的太阳光方位传感器结构示意图，图中图2(b)、图2(c)分别是图2(a)的B-B和A-A截面图；

图3为实施例1的细调光信号接收器部分结构示意图；

图4为实施例1的太阳光方位传感器的光信号接收器上的像斑位置示意图；

图5为实施例1的跟踪控制电路原理图；

图6为实施例1中太阳能电池阵列的局部结构放大图；

图7为本实用新型的系统结构示意图；

图8为防风复位控制装置的放大结构示意图；

图9为实施例2的系统结构示意图；

图10为实施例2的太阳光方位传感器结构示意图。

图中：100、透镜阵列；101、太阳能电池阵列；102、蓄电池；103、充放电控制器；104、支架；105、逆变器；106、机械传动机构；107、跟踪控制电路；109、散热器；110、防风复位控制装置；111、风力传感器；112、红外吸热玻璃；113、反热玻璃；114、钢化防护玻璃；115、用电器；116、防尘罩；117、安装架；005、壳体；006、透镜；008、底座；009、太阳光方位传感器；020、框架；021、弹簧；023、微动开关；024、拨片；025、微动开关；026、滑杆；027、挡板；028、拨片；031、方位角驱动机构；032、高度角驱动机构；035、轴承；036、出轴；037、卷轮；038、钢缆；039、定滑轮。

具体实施方式

本实用新型提出的光伏发电系统，结合附图和实施例说明如下。

实施例1

本实施例的光伏发电系统结构如图1所示，该光伏发电系统由聚光透镜阵列100，太阳能电池阵列101及其安装支架107，蓄电池102，充放电控制器103，用电器115，固定于底座上的支架104，逆变器105，驱动太阳能电池阵列101跟踪对准太阳、连接支架104与安装架117的机械传动机构106，控制机械传动机构106的跟踪控制电路107，向跟踪控制电路107传送信号、安装在安装架117顶部的太阳光方位传感器009，太阳能电池下的散热器109(如图6所示)，机架117外部的防尘罩116，以及防风复位控制装置110组成。太阳能电池阵列101和聚光透镜阵列100均固定于安装架117上；机械传动机构106由方位角(东西方向)驱动机构031和叠加在其上的高度角(南北方向)驱动机构032组成，此两驱动机构分别由受控于跟踪控制电路107的电机驱动。

太阳光方位传感器009由底座008与壳体005固定相连，聚光透镜006相对固定于壳体005顶端，其光轴Z与光信号接收器的中心轴线重合。如图2所示，光信号接收器由粗调光信号接收器和细调光信号接收器组成，在立体空间按四个方位布置。粗调光信号接收器的受光端面由感光面001’-004’组成，布置于壳体005的周壁上；细调光信号接收器的受光端面由感光面001-004组成，分布于太阳光方位传感器009的底座008上。

光信号接收器可以由光纤(石英光纤、玻璃光纤、聚合物光纤等)或光敏元件(光伏电池、光敏二极管、光敏三极管)组成。本实施例选用光纤来制作太阳光方位传感器009，光纤的一端分别固定在感光面001-004、001’-004’上，另一端分别与跟踪控制电路107中的对应光敏元件耦合。

细调光信号接收器部分的具体结构及作用原理如图3-4所示，感光面001-004分布在底座端面XOY面内的四方位，聚光透镜006光轴Z与细调光信号接收器的中心轴线重合，聚光透镜006对太阳光的收集作用加大了对太阳光的接收范围和强度，提高了太阳光的分辨率。

如图4所示，当透镜006的像斑位于细调光信号接收器中心位置时，如图4(b)所示，表明太阳光方位传感器009和太阳能电池阵列101已经正对太阳；当像斑偏离中心位置时，如图4(a)、图4(c)所示，两个对应方向的感光面会产生不同的信号，跟踪控制电路107将信号比较、放大、处理后，控制机械传动机构106向相应方向运转，直至像斑位置居中。

上述采用光纤制作的太阳光方位传感器009，可以通过粗调、细调光信号接收器相结合的方式实现精确跟踪太阳。一种方法是将接收同一方向太阳光的感光面的信号耦合到一个输出端(如感光面001与001’可耦合到一个输出端)，成为一个输出信号，经光敏元件转换成电信号后，传送到跟踪控制电路107，控制机械传动机构106向相应方向运转，跟踪并对准太阳。另一种方法是通过跟踪控制电路107进行处理，当细调光信号接收器接收到光信号时，粗调光信号接收器不起作用，只有在细调光信号接收器接收不到光信号时，粗调光信号接收器才起作用。如图5所示，该跟踪控制电路107由信号接收转换电路、放大处理电路、逻辑控制电路和电机控制电路组成。粗调光信号接收器的感光面001’-004’和细调光信号接收器的管光面001-004分别耦合到一个对应的输出端，经信号接收转换电路、放大处理电路后成为数字信号S001’-S004’和S001-S004。其中S001-S002在控制流程中优先于S001’-S002’，S003-S004在控制流程中优先于S003’-S004’。例如，细调光信号接收器的感光面001和粗条信号接收器的管光面001’均接收来自同一方向的光信号(将方向设为东)，002和002’均接受来自对应方向的光信号(对应方向为西)，当001和002中任意一个管光面对应的数字信号S001、S002为高电平时，或非门IC5均输出低电平，这样S001’就被与门IC6屏蔽，只有信号S001起作用；当001、002均为低电平时，或非门IC5输出高电平，S001’经与门IC6和或门IC8后形成一个输出信号，通过电机控制电路107使机械传动机构106向相应方向运转，跟踪并对准太阳。由于有了粗调光信号接收器，因此扩大了太阳光方位传感器009探测范围。

本实施例还包括由风力传感器111组成的防风复位控制装置110。风力传感器111安装在底座上，其信号输出端接跟踪控制电路107的信号输入端。当风力达到一定速度时，风力传感器111送出信号到跟踪控制电路107，系统停止跟踪，机械传动机构106驱动安装架117转到水平位置，此时聚光透镜阵列100和太阳能电池阵列101受风力影响最小，当风力减小到一定程度时，系统恢复正常跟踪。

聚光透镜阵列100固定安装在太阳能电池阵列101的上方，这样可以提高对太阳能电池的辐射强度，能够产生更多的电能(也可以直接用聚光太阳能电池模块取代)。但另一方面，太阳光会聚后会产生的热量会降低光电转换效率，甚至损坏太阳能电池，因此必须采取适当的散热措施。如图6所示，本实施例将太阳能电池固定连接于散热性能极佳的散热器109上。为了进一步降低太阳能电池的温度，还可以在太阳能电池的上方安装红外吸热玻璃112或反热玻璃113。防尘罩116的作用是阻挡灰尘等杂物，以免影响太阳能电池的发电能力。

机械传动机构106结构如图7所示，安装架117通过轴承035与高度角驱动机构032相连，轴承035将安装架117分为面积和重量不同的两个部分118和119，其中118的面积和重量大于119的面积和重量。高度角驱动机构032中包括出轴036、卷轮037、钢缆038和定滑轮039，卷轮037和出轴036固定相连，定滑轮039与高度角驱动机构032固定相连，钢缆038卷绕于卷轮037上，并通过防风复位控制装置110和定滑轮039与安装架117相连。

防风复位控制装置110的具体结构如图8所示，由框架020、弹簧021、微动开关023和025、拨片024和028、滑杆026、挡板027组成。框架020通过钢缆028与卷轮037相连；弹簧021的一端固定在框架020上，另一端通过滑杆026与绕过定滑轮039的钢缆038相连；拨片024和028与弹簧021固连。当风力小于一定速度时，防伪复位控制装置110中弹簧021伸缩变形范围不大，只起传递动力的作用，即将卷轮036上的动力传递到安装架117上，带动太阳能电池阵列101在高度角方向跟踪太阳。由于安装架117的重心与轴承035的中心不重合，这样就使得安装架117始终有一个偏转的趋势，并通过钢缆038对弹簧021产生一定的拉力，此时两个微动开关处于常开状态。当风力大于一定速度的时候，若风力由A向吹动安装架117逆时针旋转，弹簧所受拉力变大，产生拉伸，带动拨片024压住微动开关023，微动开关023通过电缆将信号传送到跟踪控制电路107，由机械传动机构106将安装架117转到水平位置并停止跟踪10分钟，以保护太阳能电池阵列101和机械传动机构106不会在风力的影响下坏掉；同理，若风力由B向吹动安装架117顺时针旋转，则弹簧021所受拉力变小，产生收缩，拨片028压住微动开关025，跟踪控制电路107接收到微动开关025送来的信号后，控制机械传动机构106将支架117转到水平位置并停止跟踪10分钟，以保护有关部件不会在风力的影响下坏掉。再过10分钟后再检测风力是否已经小于一定速度，若小于则恢复到正常跟踪状态，否则仍然保持在水平位置。在滑杆026的两端各有一片挡板027，使弹簧021只能在两块挡板027限定的行程范围内运动，以防止弹簧021突然收缩产生的回弹力或过度拉伸对限位开关023、025造成损坏。

实施例2

本实施例的系统结构与实施例1基本相同，不同点在于，如图9所示，由普通太阳能电池阵列取代太阳能电池阵列101与聚光透镜阵列100组合的方式，此时，可在太阳能电池阵列101的表面覆盖了一层钢化防护玻璃114。

太阳光方位传感器106的光信号接收器采用光敏元件，而不是光纤，如图10所示。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1、一种光伏发电系统，该系统包括：固定于底座上的支架(104)，连接支架(104)与支架(104)顶端安装架(117)的机械传动机构(106)，所述安装架(117)底部的太阳能电池阵列(101)，其特征在于，该系统还包括：

跟踪控制电路(107)，与所述机械传动结构相连；

太阳光方位传感器(009)，安装在所述安装架(117)顶部，与所述跟踪控制电路(107)相连；

所述太阳光方位传感器(009)包括壳体(005)，与所述壳体(005)固定相连的底座(008)，还包括：

聚光透镜(006)，固定于所述壳体(005)的顶端，其光轴Z与光信号接收器的中心轴线重合；

光信号接收器，与所述跟踪控制电路(107)相连，固定在所述壳体(005)的周壁上，或所述底座(008)上。

2、如权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述光信号接收器包括：

粗调光信号接收器，与所述跟踪控制电路(107)相连，固定在所述壳体(005)的周壁上；

细调光信号接收器，与所述跟踪控制电路(107)相连，固定在所述底座(008)上。

3、如权利要求1或2所述的光伏发电系统，其特征在于，所述机械传动机构(106)由方位角驱动机构(031)和叠加在其上的高度角驱动机构(032)组成，此两驱动机构均与所述跟踪控制电路(107)相连，所述高度角驱动机构(032)通过轴承(035)与安装架(117)相连，通过绕过定滑轮(039)卷绕于卷轮(037)上的钢缆(038)与所述安装架(117)的一端相连。

4、如权利要求3所述的光伏发电系统，其特征在于，该系统还包括：防风复位控制装置(110)，由风力传感器(111)组成，所述风力传感器(111)的信号输出端与所述跟踪控制电路(107)连接，且固定安装于所述底座上，该防风复位控制装置(110)进一步包括：

框架(020)，通过所述钢缆(038)与所述卷轮(037)相连；

弹簧(021)，一端固定在所述框架(020)上，另一端通过滑杆(026)与所述钢缆(038)相连；

微动开关(023、025)，与所述跟踪控制电路(107)相连；

拨片(024、028)，与所述弹簧(021)相连；

挡板(027)，设置于所述滑杆(026)的两端。

5、如权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述安装架(117)顶端、所述太阳能电池阵列(101)的上方设置有聚光透镜阵列(100)。

6、如权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述太阳能电池阵列(101)的每一块太阳能电池都固定连接于散热器(109)上。

7、如权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述太阳能电池的上方安装有红外吸热玻璃(112)或反热玻璃(113)或钢化防护玻璃(114)。

8、如权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述安装架(117)外设置有防尘罩(116)。

9、如权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述光信号接收器可以由光纤或光敏元件组成。