CN201515325U - 真太阳时钟控跟踪聚光输出光伏装置 - Google Patents

真太阳时钟控跟踪聚光输出光伏装置 Download PDF

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Abstract

一种真太阳时钟控跟踪聚光输出光伏装置，由凹半球采光器，聚光透镜，聚光菱镜，光导管或光纤，太阳赤纬升降杆，太阳赤纬固定杆，太阳时钟地名转盘，24小时太阳时钟度盘，太阳能电池板集箱包，蓄电池组、控制器、逆变器配电箱等组成，以天文计算真太阳时运行轨道，并通过修正经纬度和太阳时角度作为控制数据写入控制器中，控制器的输出端同时接往太阳赤纬升降杆和真太阳时钟的驱动电机。采用了本实用新型所说结构的真太阳时钟控跟踪聚光输出光伏装置，由于减少太阳能电池的面积和缩减土地资源占用，同时通过天文计算真太阳时运行轨道，修正聚光菱镜的经纬度和太阳时角度，实现真太阳时与地球标准时的同步运行，以获取最大能量和光照度。

Description

真太阳时钟控跟踪聚光输出光伏装置
技术领域
一种真太阳时钟控跟踪聚光输出光伏装置，涉及利用大力矩时钟控制太阳能聚光装置获取最大光能量装置的改进。
背景技术
节能减排是我国“基本国策”，如何最大限度提高太阳能的利用率，要解决两个问题：(1)能量转换率的问题；(2)能源接收率的问题。目前使用固定平板的太阳能电池阵列接收太阳辐射较普遍，由于太阳时刻照射角度不同、强弱不同，只能吸收16％-30％，国外先进国家的平顶屋大面积光伏工程，也只有33％的光伏最大接收率。大部分光源浪费了，且太阳能电池阵列设备占地面积相当庞大。如何解决在获得大量光照的同时产生光伏，而且减少太阳电池面积增大接收率，一直是目前的研究重点。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种真太阳时钟控跟踪聚光输出光伏装置，减少太阳能电池面积和缩减土地资源占用，采用24小时大力矩时钟控制技术与采光器、聚光器、凹半球太阳能电池铺设组合，通过以天文计算真太阳时运行轨道，并通过修正经纬度和太阳时角度作为控制数据，实现确保凹半球采光器与真太阳时和地球标准时的同步运行，从而使得凹半球采光器与阳光保证直射状态获取最大能量和光照度，从而提高采光率和转换率，大量缩少空间占地面积，太阳能采光利用率可提高到现行产品的2-4倍。
本实用新型所说的这种真太阳时钟控跟踪聚光输出光伏装置，由凹半球采光器1，聚光透镜2，聚光菱镜3，光导管或光纤4，太阳赤纬升降杆5，太阳赤纬固定杆10，太阳时钟地名转盘6，24小时太阳时钟度盘7，太阳能电池板集箱包8，蓄电池组、控制器、逆变器配电箱9等组成，在凹半球采光器1的内凹壁上平放贴置一层以上的太阳能电池模板11，在凹半球采光器1的内凹上方中心安装聚光菱镜3，在聚光菱镜3的上方安装有一块聚光透镜2，在聚光菱镜3的聚光中心接有一根由支柱安置的光导管或光纤4用于传导光线和光伏，太阳赤纬升降杆5和太阳赤纬固定杆10安装在凹半球采光器1的两侧，在太阳能电池板集箱包8和蓄电池组、控制器、逆变器配电箱9的上方安装一个由太阳时钟地名转盘6和24小时太阳时钟度盘7组成的真太阳时钟，以天文计算真太阳时运行轨道，并通过修正经纬度和太阳时角度作为控制数据写入蓄电池组、控制器、逆变器配电箱9的控制器中，控制器的输出端同时接往太阳赤纬升降杆5和真太阳时钟的驱动电机。
采用了本实用新型所说结构的真太阳时钟控跟踪聚光输出光伏装置，由于减少太阳能电池的面积和缩减土地资源占用，同时通过天文计算真太阳时运行轨道，修正聚光菱镜③的经纬度和太阳时角度，实现真太阳时与地球标准时的同步运行，从而使得本实用新型所说结构的真太阳时钟控跟踪聚光输出光伏装置保证太阳光直射在聚光菱镜③，其夹角保持在90°，以获取最大能量和光照度。本实用新型所说装置的经济优势是大部分太阳光无需转换就能直接长期免费使用，用光照量多少与耗能无关，而只与太阳电池模板和光导材料用量一次性投入有关，从而大大降低成本，经济上合算，可实现节能减排。
附图说明
图1是本实用新型所说的真太阳时钟控跟踪聚光输出光伏装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本实用新型所说真太阳时钟控跟踪聚光输出光伏装置的结构。
如图1所示，本实用新型所说的这种真太阳时钟控跟踪聚光输出光伏装置，由凹半球采光器1，聚光透镜2，聚光菱镜3，光导管或光纤4，太阳赤纬升降杆5，太阳赤纬固定杆10，太阳时钟地名转盘6，24小时太阳时钟度盘7，太阳能电池板集箱包8，蓄电池组、控制器、逆变器配电箱9等组成，在凹半球采光器1的内凹壁上平放贴置一层以上的太阳能电池模板11，在凹半球采光器1的内凹上方中心安装聚光菱镜3，在聚光菱镜3的上方安装有一块聚光透镜2，在聚光菱镜3的聚光中心接有一根由支柱安置的光导管或光纤4用于传导光线和光伏，太阳赤纬升降杆5和太阳赤纬固定杆10安装在凹半球采光器1的两侧，在太阳能电池板集箱包8和蓄电池组、控制器、逆变器配电箱9的上方安装一个由太阳时钟地名转盘6和24小时太阳时钟度盘7组成的真太阳时钟，以天文计算真太阳时运行轨道，并通过修正经纬度和太阳时角度作为控制数据写入蓄电池组、控制器、逆变器配电箱9的控制器中，控制器的输出端同时接往太阳赤纬升降杆5和真太阳时钟的驱动电机。
本实用新型所说的这种真太阳时钟控跟踪聚光输出光伏装置，利用24小时大力矩时钟(如世界钟)，与采光器聚光器(例如菲涅尔透镜，半凹球面或抛物面反射镜)，铺设太阳能电池(单晶、多晶及薄膜硅片)阵列组合，通过以天文计算太阳运行轨道的数据，用大力矩时钟推动跟踪太阳实时镜像(因太阳时与地球标准时都是24小时周期，及时修正经纬度和太阳时角，实现采光器聚光器与太阳同步运行)，这样便时刻将太阳光通过反射镜(或自制反光镜或二氧化碳激光器)射至终端用户窗口，再用软塑光导管或光纤(例如Ps聚苯乙烯或石英光纤)分送至室内各处照明。
在实际使用时，为了增加太阳光的收集，我们还增加一个太阳能电池模板集箱包，所说的太阳能电池板集箱包8呈立体箱，箱内等距离排列安置太阳能电池模板或薄膜电池片，电池模板或薄膜电池片间的距离大于10厘米，在电池模板或薄膜电池片的间距中，放置有从聚光菱镜3的聚光中心引出的光导管或光纤4。由于将太阳能电池板分层间隔排列，光导管或光纤4分布在其间隙内形成近零距离辐射，从而扩大产电效率和面积，放置在室内生产光伏，安全可靠、耐用，可形成为单独产品，应用在农村、边远无电区，也可用在汽车纯电动能源动力系统。光伏可以用蓄电池储存随时使用或併入电网。
它的追踪功能原理是：通过大力矩24小时时钟周日连续转动，在太阳时钟地名转盘6上按地球经度标出当地位置，可显示真太阳时时角，再通过太阳赤纬升降杆5的驱动电机，根据天文参数编制软件的控制器按照年月日时的太阳变化情况进行升降调节采光器聚光器3与太阳的角度，可显示真太阳的赤纬，也就是凹球体的倾角变化。安装时需确定南北定向，由此实现跟踪太阳聚光产电。蓄电池要选择体积小功率大，寿命长的产品，例如镍氢或锂蓄电池。
在同等光伏的指标条件下，采用太阳时钟跟踪聚光比平面固定太阳能电池列阵生产光伏优越，可解决由于太阳走动，照射平面不均匀，故转换率和吸光率低(原只有16-33％，有60％以上光能浪费了)，因而造成功率低，成本高的瓶颈问题。具体归纳如下：
①按球面公式4∏R2与展开面积∏R2比较，两者相差4倍，故可节省材料减轻成本。
②太阳时钟半凹球体聚光与平面非聚光相比，其光照强度增大，照射面均匀。球体同步追踪太阳，使太阳电池充分吸光，据测算，光电转换率可提高3倍以上。
③本系统直接利用自然阳光引入室内对于白天规模化用电的公共建筑、写字楼、商场的用电照明，一次性投入，可长期免费使用。享用自然阳光，对改善环境，坛进健康大有好处。
④其装置立体化，多型化(例如可设计成半球型，半椭球型，半圆柱型、立体箱等)，可缩少空间。
本实用新型主要应用在需白天规模化照明的写字楼，商场，公共建筑及住宅建筑等场所，有利于推广实行光伏建筑一体化，光伏离网(或併网)发电站。适合广大农村，边远地区，无电海岛等推广应用，从而解决能源紧缺的问题。
采用了本实用新型所说结构的真太阳时钟控跟踪聚光输出光伏装置，主导思想是以解决光照为主，同时产生光伏，室内储备光伏。由于减少太阳能电池的面积和缩减土地资源占用，同时通过天文计算真太阳时运行轨道，通过修正聚光菱镜③的经纬度和太阳时角，实现真太阳时与地球标准时的同步运行，从而使得本实用新型所说结构的真太阳时钟控跟踪聚光输出光伏装置保证太阳光直射在聚光菱镜③，其夹角保持在90°，以获取最大能量和光照度。其经济优势是大部分太阳光无需转换就能直接长期免费使用，并且室内也能产生光伏。用光照量多少与耗能无关，而只与太阳电池模板和光导材料用量一次性投入有关，从而大大降低成本，经济上合算，可实现节能减排。

Claims (3)

1.一种真太阳时钟控跟踪聚光输出光伏装置，由凹半球采光器(1)，聚光透镜(2)，聚光菱镜(3)，光导管及光纤(4)，太阳赤纬升降杆(5)，太阳赤纬固定杆(10)、太阳时钟地名转盘(6)，24小时太阳时钟度盘(7)，太阳能电池板集箱包(8)，蓄电池组、控制器、逆变器配电箱(9)组成，其特征在于在所说的凹半球采光器(1)的内凹壁上平放贴置一层以上的太阳能电池模板(11)，在凹半球采光器(1)的内凹上方中心安装聚光菱镜(3)，在聚光菱镜(3)的上方连接安装有一块聚光透镜(2)，在聚光菱镜(3)的聚光中心接有一根由支柱安置的光导管或光纤(4)接往太阳能电池板集箱包(8)，太阳赤纬升降杆(5)和太阳赤纬固定杆(10)安装在凹半球采光器(1)的两侧，太阳能电池模板(11)的输出引线通过太阳赤纬固定杆(10)的内孔传导光线给室内采光，同时连接到蓄电池组、控制器、逆变器配电箱(9)内，由太阳时钟地名转盘(6)和24小时太阳时钟度盘(7)组成的真太阳时钟安装在太阳能电池板集箱包(8)和蓄电池组、控制器、逆变器配电箱(9)的上方，以天文计算真太阳时运行轨道、并通过修正经纬度和太阳时角度作为控制数据写入蓄电池组、控制器、逆变器配电箱9的控制器中，控制器的输出端同时接往太阳赤纬升降杆5和真太阳时钟的驱动电机。
2.根据权利要求1所说的真太阳时钟控跟踪聚光输出光伏装置，其特征在于所说的太阳赤纬升降杆(5)用步进电机或液压电机作为升降动力。
3.根据权利要求1所说的真太阳时钟控跟踪聚光输出光伏装置，其特征在于所说的太阳能电池板集箱包(8)呈立体箱，箱内等距离排列安置太阳能电池模板或薄膜电池片，电池模板或薄膜电池片间的距离大于10厘米，在电池模板或薄膜电池片的间距中，放置有从聚光菱镜(3)的聚光中心引出的光导管或光纤(4)。
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