CN204271986U - 一种太阳能跟踪发电装置 - Google Patents

一种太阳能跟踪发电装置 Download PDF

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Abstract

一种太阳能跟踪发电装置,包括太阳能发电系统的升降调节装置,其中:所述的升降调节装置由支撑架、滑块、丝杆和电机二,所述的支撑架为三角形支撑架,其中底边通过两滑轮放置在底盘上,所述的滑块安装于底边上,通过丝杆与电机二连接,所述的三角形支撑架与太阳能电池板相接的一边上设有在太阳能电池板滑动的滚轮。本实用新型全天候追踪太阳光线直射,且使太阳能电池板保持以接近峰值的功率输出,大幅度提高发电量。

Description

一种太阳能跟踪发电装置
技术领域
本发明涉及太阳能设备,特别是一种太阳能跟踪发电装置。
背景技术
太阳能是一种永不耗尽且无污染的能源,在解决目前石化能源所面临的污染与短缺的问题时,一直是最受瞩目的焦点。由于太阳能面板具有光伏电池,使得太阳能面板能直接将光能转换成电能。然而,如何充分地利用太阳光使其具有较佳的光电转换效率则为目前相当重要的研究课题。
现有太阳能跟踪系统支架多采用立柱形式,一般业内双轴跟踪系统能提升30%左右的发电量,但是缺点是抗风能力有限,造价昂贵,且容易出现支架变形,转动不灵等故障。如果采用固定支架,则抗风能力没有太大问题,但是阳光资源浪费严重,因此相当多的光伏电站都宁可采用固定支架。目前常见的太阳能电池板多以钢化玻璃做面板,都具备一定的抗冰雹能力,但是和抗风能力一样,能抵抗的次数有限,碰上特大冰雹不能承受。
传统的聚光系统多以凸透镜(菲涅尔透镜)实现,聚光能力强大。缺点是在聚光的同时,也聚集了热,只能使用昂贵的专用的聚光太阳能电池,因为目前常用的多/单晶硅在高温下发电能力会大幅下降(一般不宜超过45℃),同时还伴随着面积增加(透镜),透镜磨损,风阻增大,支架成本上升等问题。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点,本发明的目的是提供成本低且增加发电量,使发电量可以达到太阳能电池板的饱和转换率的,抗风能力强的一种太阳能跟踪聚光发电系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种太阳能跟踪聚光发电系统,包括太阳能发电组件、跟踪组件和聚光组件,所述的太阳能发电组件中设有太阳能电池板及安装太阳能电池板的底盘,所述的底盘下设有至少两个万向轮,且通过跟踪组件装设于地面,其中:所述的聚光组件中设有镜面板,所述的镜面板的一端通过蜗轮及蜗杆安装于太阳能电池板的一端,且构成夹角α,所述的夹角α由连接蜗轮及蜗杆的电机一控制调节,所述的聚光组件中还设有升降调节装置,所述的升降调节装置置于太阳能电池板及底盘的之间。
所述的夹角α与太阳的照射角度决定经过由镜面板反射到太阳能电池板的阳光入射角度,所述的阳光入射角度越大,太阳能电池板的功率增强越多,反之则越少。在太阳能电池板所承受的太阳能峰值允许的情况下,相比没有镜面板反射的太阳能系统的发电量达到三倍甚至更多。
在阳光直射光线保持与太阳能电池板垂直、镜面板和太阳能电池板的面积比为1:1的情况下,控制夹角α越大,阳光入射角度越小。实测情况如下:使阳光垂直照射太阳能电池板,当电池板与镜面板夹角α为120度时,折射后的阳光以30度照射电池板,原太阳能发电系统的发电功率提升达33%;调整电池板与镜面板的角度α,使折射的阳光以45度照射电池板时,原太阳能发电系统的发电功率提升达45%。
实测1m X 1m的太阳能电池板,如果需要折射后的阳光入射角度以30度角照射太阳能电池板,则需要将镜面板与太阳能电池板的夹角α成120度,镜面板的尺寸为1m X 1m,可提升30%的实时功率。如果要折射后的阳光入射角以45度角照射太阳能电池板,夹角α为112.5度,镜面尺寸为1m X 1.85m。夹角α越小,功率增强越多,镜面板的面积越大,反言之,夹角α越大,功率增强越少,镜面板的面积越小。在夏天高温的时候,可将镜面板与太阳能电池板的夹角α从日出逐渐增大,以免过度聚光使太阳能电池板温度过高,从而导致发电量下降,而过了中午阳光直射后至日落,夹角α逐渐变小来增强功率。
进一步而言,所述的镜面板采用市面上的反光板,甚至采用廉价的板材加一层反光膜,通过上述方案安装于原太阳能发电系统,所达到的功率提升远远超出所投资的成本价值。换言之,在相同的环境下布置太阳能发电系统,本发明在提供相同的发电量情况下,所投资的场地面积要略大于传统的太阳能发电系统,但所投资太阳能发电设备数量及成本大大降低。
如上所述,聚光组件的造价可以做到极低,对于整个太阳能发电系统的造价增加极少,而其所能增强的功率可最大化的接近原有设备的峰值。无论在夏天还是冬天,所述的太阳能电池板在日出和日落所接收的太阳能要少于中午时刻,其所接收的太阳能构成一条陡峭的波峰线。聚光组件可以增加日出和日落的阳光照射量,使陡峭的波峰线平缓,使太阳能电池板保持以接近峰值的功率输出。
作为本发明的进一步改进:所述的升降调节装置由支撑杆、滑块、丝杆及电机二组成,所述的支撑杆一端固定在太阳能电池板下的一支撑点并可绕支撑点转动,另一端与滑块连接,所述的滑块安装于丝杆上,所述的丝杆固定在底盘上,一端设有电机二,所述的太阳能电池板与底盘的一端连接构成夹角β,所述的夹角β由电机二控制调节。
所述的电机二控制丝杆使滑块在丝杆移动,从而带动太阳能电池绕一端旋转,保持与阳光直射光线与太阳能电池板垂直,可达到最大化的工作效率。
此外,在如上述的改进点中的另一种实施体现:所述的升降调节装置由支撑架、滑块、丝杆和电机二,所述的支撑架为三角形支撑架,其中底边通过两滑轮放置在底盘上,所述的滑块安装于底边上,通过丝杆与电机二连接,所述的三角形支撑架与太阳能电池板相接的一边上设有在太阳能电池板滑动的滚轮,通过电机二控制支撑架移动,从而带动太阳能电池板绕一端旋转。
所述的升降调节装置又一种实施体现:所述的升降调节装置由支撑架、滑块、伸缩杆和电机二,所述的支撑架为圆形支撑架,底部放置在底盘上,所述的滑块安装于底部上并置于圆形支撑架内,通过伸缩杆与电机二连接,所述的圆形支撑架与太阳能电池板相切的一点上设有滑动的滚轮,所述滑动的滚轮在太阳能电池板上滑动,所述的圆形支撑架通过电机二控制伸缩杆伸缩,从而使滑块在底盘上移动,带动圆形支撑架移动,所述的圆形支撑架的移动通过滚轮使太阳能电池板绕一端旋转。
作为本发明的进一步改进:所述的跟踪组件包括有转动轴、轴承、齿轮、涡杆和电机三,所述的转动轴一端通过轴承固定在地面,另一端与底盘连接,所述的齿轮套于转动轴上并与蜗杆相接,所述的蜗杆由电机三控制。所述的电机三提供动力,由蜗杆传动至齿轮,从而带动轴旋转,底盘下方通过万向轮放置在地面上,底盘的转动带动太阳能电池板转动,保持与太阳升降的对接。
此外,本发明具有较强的抗风能力,在大风的环境下应用如下:通过升降调节装置中的电机二控制调节太阳能电池板,降低太阳能电池板,使之紧贴地面,能最大限度地降低太阳能电池板所受的风力,减少风力对支架产生的力矩,以提高太阳能发电系统的抗风能力。在遇到冰雹天气的情况下,可将镜面板向太阳能电池板盖上,以保护电池板。同时再遇到比较严重而不能抗拒的大冰雹天气,正如上述的镜面板为市面上廉价的塑料板,即使由于恶劣的天气而损坏,其所维修的成本也极其低下,相较于损坏太阳能电池板或者传统聚光系统的凸透镜,其维修成本少之又少。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明全天候追踪太阳光线直射,且使太阳能电池板保持以接近峰值的功率输出,大幅度提高发电量,保证一定发电量的同时相比于传统的太阳能发电系统所投资的成本少,占地面积少,更灵活使用。能最大限度地降低太阳能电池板所受的风力,提高抗风能力,且具备较强的抗冰雹能力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的阳光照射示意图。
图3为本发明的实施案例结构示意图。
图4为本发明的实施案例结构示意图。
具体实施方式
现结合附图说明与实施例对本发明进一步说明:
参考图1,一种太阳能跟踪聚光发电系统,包括太阳能发电组件、跟踪组件和聚光组件,所述的太阳能发电组件中设有太阳能电池板1及安装太阳能电池板1的底盘2,所述的底盘2下设有至少两个万向轮3,且通过跟踪组件装设于地面,其中:所述的聚光组件中设有镜面板4,所述的镜面板4的一端通过蜗轮及蜗杆安装于太阳能电池板1的一端,且构成夹角α,所述的夹角α由连接蜗轮及蜗杆的电机一5控制调节,所述的聚光组件中还设有升降调节装置,所述的升降调节装置置于太阳能电池板1及底盘2的之间。
所述的升降调节装置由支撑杆6、滑块7、丝杆8及电机二9组成,所述的支撑杆6一端固定在太阳能电池板1下的一支撑点并可绕支撑点转动,另一端与滑块7连接,所述的滑块7安装于丝杆8上,所述的丝杆8固定在底盘2上,一端设有电机二9,所述的太阳能电池板1与底盘2的一端连接构成夹角β,所述的夹角β由电机二9控制调节。
所述的跟踪组件包括有转动轴10、轴承、齿轮11、涡杆12和电机三13,所述的转动轴10一端通过轴承固定在地面,另一端与底盘2连接,所述的齿轮11套于转动轴10上并与蜗杆12相接,所述的蜗杆12由电机三13控制。
参考图2,阳光m以α=30°照射AB段,以90°照射BC。由三角定理可知AB=2BC=2L,AB段上的光照密度为m/2L,BC段上的光照密度为m/L。由此可见,当阳光以30度角照射太阳能电池板时,功率应为90°的50%。但在实际使用中,阳光进出玻璃,在镜面上反射,都会有损失。以家用镜子为例,取玻璃透光率90%,镜面反射率90%,则经过镜子反射后,阳光功率应为0.9x0.9x0.9=0.729,再以30°照射太阳能电池板,能为太阳能电池板提供0.729/2=0.3645的额外光照强度。同理可推,阳光以45度角照射时,应能为电池板提供51.5%的额外光照强度。
参考表1:
上表的本发明、传统太阳能发电系统A和传统太阳能发电系统B均采用同一厂家出产的100W单晶太阳能电池板,尺寸为1.2mmX0.55m。三个太阳能发电系统均在冬季的广州进行实测,广州的纬度为23度,所述的太阳能电池板的最佳安装倾角为16度,30度倾角在冬季能更好地接收阳光照射,在夏季则会减少发电量。其中,所述的太阳能发电系统A没有装设本发明的镜面板;所述的太阳能发电系统B没有装设本发明的镜面板及跟踪组件,以固定向南形式安装;所述的本发明装设有跟踪组件追踪太阳及镜面板聚光,所述的镜面板与太阳能电池板之间夹角为120度。
表1中的三套太阳能发电系统的太阳能电池板分别经过各自的光伏控制器后接入各自的12V100AH的蓄电池,电度表连接在太阳能电池板与光伏控制器之间,以每天日落后,将蓄电池电量耗尽进行测试而得。
从表1中数据得出,传统太阳能发电系统A以追踪太阳进行发电,发电量比传统太阳能发电系统B的固定形式发电要增加30%,本发明以追踪太阳及镜面板聚光进行发电,发电量比传统太阳能发电系统B的固定形式发电增加68%。
参照上述设备参数对本发明的以每平方米的成本计算:
所述的太阳能电池板为单晶硅太阳能电池板,每平方米功率为140W,价格为5元/W,即700元/平方米。
所述的传统太阳能发电系统B采用固定形式的支架约0.7元/W,即98/平方米。本发明中跟踪组件用料约为传统太阳能发电系统B的固定支架的两倍,因抗风要求有所降低,成本亦相应下降,另外再加上传动结构及电机和控制芯片,整体造价取传统太阳能发电系统B的2.5倍,为245元/平方米。
本发明的太阳能电池板发电值不会超过太阳能电池板的峰值,所以逆变器等其他设备均与传统太阳能发电系统B的造价相同,取140元/平方米。
所述的传统太阳能发电系统B无镜面板成本,对于本发明来说,现有的太阳反光膜市价约为15元/平方米,若采用5cm厚的高密度泡沫板作为镜面板,约28元/平方米,加上加工费用等,取70元/平方米。
上述四项成本合计,传统太阳能发电系统B为700+98+140=938,本发明为700+245+140+70=1155,增加23.13%的造价,但是发电量却增加60%以上。另外,太阳能发电系统还有电缆,土地,管理人员,设计等费用,这些成本在两种系统中基本一致,因此实际增加的成本比例要低于23.13%,而发电量增幅不变,依然是60%以上。取传统太阳能发电系统B的发电量为a度,成本为b元,发电成本为b/a元/度,本发明则为1.23b/1.6a=0.7688 b/a元/度。可见本发明具有极其优秀的性价比,同时随着发电系统的规模而增大,性价比越高。
根据上述的实施案例,所述的镜面板可以设有若干块,使太阳能电池板所接收的太阳能最大化接近太阳能电池板的峰值,保持最佳的功率转换。
本发明在升降调节装置的另一实施案例:
参考图3,所述的升降调节装置由支撑架601、滑块701、丝杆801和电机二901,所述的支撑架601为三角形支撑架,其中底边通过两滑轮602放置在底盘201上,所述的滑块701安装于底边上,通过丝杆801与电机二901连接,所述的三角形支撑架601与太阳能电池板101相接的一边上设有在太阳能电池板101滑动的滚轮102,通过电机二901控制支撑架601移动,从而带动太阳能电池板101绕一端旋转,使阳光始终直射于太阳能电池板101。
本发明的又一实施案例:
参考图4,一种太阳能跟踪聚光发电系统,包括太阳能发电组件、跟踪组件和聚光组件,所述的太阳能发电组件中设有太阳能电池板103及安装太阳能电池板103的底盘203,所述的底盘203下设有至少两个万向轮303,且通过跟踪组件装设于地面,其中:所述的底盘203上设有一固定放置的蜗轮204,所述的聚光组件中设有镜面板403,所述的镜面板403的一端与蜗轮204连接,并水平放置于底盘203上。所述的太阳能电池板103倾斜放置,一端蜗轮204连接,另一端设有滚轮104,所述的镜面板403没有蜗轮的一端设有钢丝绳,所述的钢丝绳越过太阳能电池板103的滚轮与电机一501连接,所述的聚光组件中还设有升降调节装置,所述的升降调节装置设于置于太阳能电池板103背面的底盘203上。
所述的升降调节装置由支撑杆603、滑块703、丝杆803及电机二903组成,所述的支撑杆603一端固定在太阳能电池板103下的一支撑点并可绕支撑点转动,另一端与滑块703连接,所述的滑块703安装于丝杆803上,所述的丝杆803固定在底盘203上,一端设有电机二903。
上述的实施案例中,镜面板403水平放置于底盘203上,随着太阳的升高,太阳能电池板103逐渐放平,与镜面板403的夹角越来越大,得到的额外阳光也越来越少,当夹角超过135度以后,太阳能电池板103将得不到额外的阳光照射,但这时已经是中午时候,在夏天,太阳能电池板103的发电功率已经接近峰值,无需额外的阳光照射,而在冬天,阳光高度一般比较低,只需要将镜面板403通过电机一501拉扯钢丝绳稍微提升甚至不懂便可为太阳能电池板103提供额外的阳光,使太阳能电池板103保持以接近峰值的功率输出。本实施案例中由于是贴地平放,对抗风能力的要求降低,因此镜面板及相应组件的造价可以做到极低,整个发电系统的造价增加极少,比如镜面板选用塑料板甚至是泡沫板贴上反光膜即可。在晚上或遇冰雹天气时可利用钢丝绳拉起镜面板与太阳能电池板103盖合,然后放平太阳能电池板103,便可为太阳能电池板103提供额外的保护。
综上所述,本领域的普通技术人员阅读本发明文件后,根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出其他各种相应的变换方案,均属于本发明所保护的范围。

Claims (3)

1.一种太阳能跟踪发电装置,包括太阳能发电系统的升降调节装置,其特征是:所述的升降调节装置由支撑架、滑块、丝杆和电机二,所述的支撑架为三角形支撑架,其中底边通过两滑轮放置在底盘上,所述的滑块安装于底边上,通过丝杆与电机二连接,所述的三角形支撑架与太阳能电池板相接的一边上设有在太阳能电池板滑动的滚轮。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能跟踪发电装置,其特征是:所述的支撑架为圆形支撑架代替,所述的丝杆采用伸缩杆代替。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能跟踪发电装置,其特征是:所述的太阳能发电系统还包括跟踪组件,所述的跟踪组件包括有转动轴、轴承、齿轮、涡杆和电机三,所述的转动轴一端通过轴承固定在地面,另一端与底盘连接,所述的齿轮套于转动轴上并与蜗杆相接,所述的蜗杆由电机三控制。
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