CN203423651U - 一种带有热致伸缩太阳能跟踪器的太阳能电池 - Google Patents

Abstract

一种带有热致伸缩太阳能跟踪器的太阳能电池，涉及太阳能跟踪装置，本实用新型为了解决现有跟踪系统当缺少电能，跟踪系统将无法实现跟踪任务的问题，本实用新型包括太阳能电池板和支架,太阳能电池板的背面的重心处通过旋转轴与支架连接，它还包括弹簧、气缸、氨水罐和气缸支架，气缸支架与支架成直角设置，气缸支架的一端固接在支架上，气缸的底端固接在气缸支架的另一端，弹簧环套在气缸的活塞推杆上，弹簧的一端与气缸的缸体固接，弹簧的另一端固接在气缸的活塞推杆的外端部，气缸的活塞推杆的外端部与太阳能电池板的背板固接，氨水罐通过导管与气缸的内腔体连通，氨水罐固定在支架上。本实用新型适用于太阳能自动跟踪装置。

Description

一种带有热致伸缩太阳能跟踪器的太阳能电池

技术领域

本实用新型涉及太阳能跟踪装置。

背景技术

随着社会生产的日益发展，人类对电的需求每年以很大幅度增加，进而对能源的需求也迅速增长。全世界对能源的消耗在1970年约为83亿吨标准煤，而在1995年，这种消耗达到了140亿吨标准煤，即25年间增长了69.7%，并预计，到2020年全世界对能源的消耗会达到195亿吨标准煤。根据公认的估算，如果人类对能源的需求以目前的速度增长，全世界的石油将在今后40年间被耗尽，而天然气和煤也最多分别能维持60年和200年左右。可见，矿物燃料并不是取之不尽的。不仅如此，大量使用化石能源已经开始造成全球变暖，燃煤会通过煤渣和烟尘放出大量有化学毒性的重金属和放射性物质，严重污染了人类的生存环境。

我国拥有居世界第一位的水能资源，居世界第二位的煤炭探明储量，居世界第11位的石油探明可采储量。但由于我国人口众多，人均能源资源严重不足，而我国现在所面临的却是能源需求量成倍增长的严重挑战。

因此，采用新能源和可再生能源以逐渐减少和替代化石能源的使用，是保护生态环境、走经济社会可持续发展之路的重大措施。这对于世界尤其是我国是十分迫切的。而太阳能资源丰富、分布广泛、可以再生、不污染环境，是国际社会公认的理想替代能源，所以开发利用太阳能受到越来越普遍的重视，成为目前各国都在研究的重大课题。

在太阳能跟踪系统中，系统的跟踪动力是系统的核心因素，如无动力装置那么系统将无法实现跟踪任务，更无法提高太阳能的转化效率。而目前跟踪系统的动力全部由电能提供，然后经过电动机或液压等转化方式转化为动力，再经过传动机构实现跟踪任务。所以在目前的跟踪系统中电能显得尤为重要。缺少电能,太阳能跟踪系统将无法实现跟踪任务，丧失系统的全部功能。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有跟踪系统当缺少电能，跟踪系统将无法实现跟踪任务的问题，提供一种带有热致伸缩太阳能跟踪器的太阳能电池。

一种带有热致伸缩太阳能跟踪器的太阳能电池，它包括太阳能电池板和支架,太阳能电池板的背面的重心处通过旋转轴与支架连接，它还包括弹簧、气缸、氨水罐和气缸支架，气缸支架与支架成直角设置，气缸支架的一端固接在支架上，气缸的底端固接在气缸支架的另一端，弹簧环套在气缸的活塞推杆上，弹簧的一端与气缸的缸体固接，弹簧的另一端固接在气缸的活塞推杆的外端部，气缸的活塞推杆的外端部与太阳能电池板的背板固接，氨水罐通过导管与气缸的内腔体连通，氨水罐固定在支架上。

本实用新型通过氨水的饱和蒸汽压与温度成线性正比关系，随着温度升高，与太阳能电池板背板固接的气缸活塞不断伸长，从而推动太阳能电池板偏转，达到太阳能电池板跟踪太阳移动的目的；设置在活塞推杆和缸体之间的弹簧，会随着气缸活塞不断伸长则弹簧也会随之不断伸长，从而伸长的弹簧会对气缸施加一个力；活塞推杆的推力与伸长的弹簧的拉力平衡，则使太阳能电池板固定在对应的位置。当太阳西下，温度降低，氨水的饱和蒸汽压下降，弹簧的拉力大于活塞推杆的推力，气缸活塞不断缩短，太阳能电池板则反向偏转，直到回到起始位置。实现了自动跟踪的目的。

本实用新型无需电能即可完成自动跟踪，特别适合荒无人烟的沙漠、山巅及海岛等极端自然条件的太阳能装置的应用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图，图2为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种带有热致伸缩太阳能跟踪器的太阳能电池，它包括太阳能电池板1和支架6,太阳能电池板1的背面的重心处通过旋转轴与支架6连接，它还包括弹簧2、气缸3、氨水罐5和气缸支架6-1，气缸支架6-1与支架6成直角设置，气缸支架6-1的一端固接在支架6上，气缸3的底端固接在气缸支架6-1的另一端，弹簧2环套在气缸3的活塞推杆上，弹簧2的一端与气缸3的缸体固接，弹簧2的另一端固接在气缸3的活塞推杆的外端部，气缸3的活塞推杆的外端部与太阳能电池板1的背板固接，氨水罐5通过导管与气缸3的内腔体连通，氨水罐5固定在支架6上。

本实用新型完全避免了对电能的依赖，其动力全部由氨水的饱和蒸汽压所提供。

由于地球的自转和地球绕太阳的公转导致了太阳位置相对于地面静止物体的运动。这种变化是周期性的和可以预测的。地球极轴和黄道天球极轴存在一个27度的夹角，引起了太阳赤纬角在一年中的变化。冬至时这个角为23度27分，然后逐渐增大，到春分时变为0并继续增大，夏至时赤纬角最大为23度27分，并开始减小；到秋分时赤纬角又变为0，并继续减小，直到冬至，另一个变化周期开始。

太阳能跟踪装置就是使太阳能电池板的中轴与太阳光的轴线保持平行，以提高太阳能的转化效率。

不同温度下氨水的饱和蒸汽压对于本装置来说至关重要，由压强公式：P=F/S得知,压力F=P·S，其中：F为压力，P为压强，S为面积。当装置氨水的饱和蒸汽压P随温度变化时，压力F也随之变化，从而实现调整跟踪装置的角度变化，若要连续调整跟踪装置的角度变化还需要保证氨水的饱和蒸汽压也必须是随温度连续变化的。通过国家标准文件得到氨水的饱和蒸汽压随温度的变化曲线。氨水的饱和蒸汽压与温度的关系为线性关系，从而可以保证跟踪装置的角度连续变化。

当温度上升时氨水的饱和蒸汽压会逐渐加大，导致气缸的活塞会不断伸长，如果不施加外力加以控制，那么气缸会达到最大行程，失去了跟踪的性能。为解决这个问题，在装置上加一个弹簧，使其在活塞推杆和缸体之间连接，当气缸活塞不断伸长时弹簧也会随之不断伸长，从而弹簧会对气缸施加一个力；假设气缸内的压强为P、活塞的横截面积为S、活塞向外的作用力为F，因活塞推杆和弹簧相连接，所以活塞向外的推力等于弹簧的拉力。即弹簧的拉力也为F、弹簧的倔强系数为K、弹簧的伸长量为X。由压强公式P=F/S和胡可定律公式F=K·X。推出F=P·S=K·X,得出K=P·S/X；氨水的饱和蒸汽压为线性，由此得出弹簧的倔强系数K。

气缸作为装置的动力部件，而装置的动力来源为氨水的蒸汽压。以浓度为20%的氨水在50℃时的饱和蒸汽压为例，其蒸汽压为0.1MPa，有了这样的压力我们要选择一个适当的气缸与之相适应，经过计算选定气缸内径为32mm。具体计算过程如下：

F=P·S=100000Pa×16²·π·10^-6=80（牛）；

由此可以看出直径为32mm的气缸所产生的力足以推动太阳能电池板的偏转。

具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述一种带有热致伸缩太阳能跟踪器的太阳能电池的进一步限定，它还包括压力表4，压力表4置于氨水罐5的出口处。

具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述一种带有热致伸缩太阳能跟踪器的太阳能电池的进一步限定，气缸3采用不锈钢气缸。

由化学知识得知，氨水是一种PH值大于7呈碱性的溶液，所以在选择气缸零部件材质时候也是不容忽视的，氨水容易和铜离子和铝离子反应，随着氨水浓度的增加反应也变得更加剧烈。所以在气缸选型的时候应该避开这些易反应的金属。为了能实现最好的效果，避免因材质选择不当所带来的麻烦，选择不锈钢气缸，从而避开以上的不利因素。

为了实现设计成本的最小化和性价比的最大化，选择气缸的行程上本着最优原则，在实现功能的基础上尽量缩短气缸行程，最终设计气缸的最小行程为100mm，便可以实现改变太阳能电池板的最大角度为90度，实现了节约设计成本和提高装置性价比的目的。

在整体的机械结构设计中为了方便对太阳能电池板的控制，将太阳能电池板的旋转轴安装在他的重心位置，这样将减小装置中气缸的作用力。为了进一步减小气缸的作用力和气缸的行程，最后将气缸的作用位置安装在电池板的最大张角和最小张角的角平分线处。在实物设计中可以选择重量为2.3kg的太阳能电池板；浓度为20%的氨水在50℃时所施加在内径为32mm的不锈钢气缸的最大推力约为8kg，在温度和弹簧的共同作用下能实现太阳能电池板从最小角度为7度至最大角度100度间的线性变化。这样的角度变化完全可以满足装置的跟踪需要。满足大范围跟踪的需要。

Claims (3)

1.一种带有热致伸缩太阳能跟踪器的太阳能电池，它包括太阳能电池板(1)和支架(6),太阳能电池板(1)的背面的重心处通过旋转轴与支架(6)连接，其特征在于，它还包括弹簧(2)、气缸(3)、氨水罐(5)和气缸支架(6-1)，气缸支架(6-1)与支架(6)成直角设置，气缸支架(6-1)的一端固接在支架(6)上，气缸(3)的底端固接在气缸支架(6-1)的另一端，弹簧(2)环套在气缸(3)的活塞推杆上，弹簧(2)的一端与气缸(3)的缸体固接，弹簧(2)的另一端固接在气缸(3)的活塞推杆的外端部，气缸(3)的活塞推杆的外端部与太阳能电池板(1)的背板固接，氨水罐(5)通过导管与气缸(3)的内腔体连通，氨水罐(5)固定在支架(6)上。

2.根据权利要求1所述一种带有热致伸缩太阳能跟踪器的太阳能电池，其特征在于，它还包括压力表(4)，压力表(4)置于氨水罐(5)的出口处。

3.根据权利要求1所述一种带有热致伸缩太阳能跟踪器的太阳能电池，其特征在于，气缸(3)采用不锈钢气缸。

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