CN208572005U - 一种增强组件光强的单轴跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种增强组件光强的单轴跟踪系统，包括：单轴跟踪支架，用于设置和支撑太阳能收集装置、太阳光转移装置，通过传动执行机构驱动一旋转轴实时实现支架角度的调整；太阳能收集装置，设置于单轴跟踪支架上，以跟随单轴跟踪支架的运动始终以设定角度接收太阳光；太阳能转移装置，高于太阳能收集装置且与太阳能收集装置交错设置于单轴跟踪支架上，以将接收到的太阳光折射到太阳能收集装置上，本实用新型不仅可使太阳光的光线保持较佳角度照射太阳能收集装置，同时还通过太阳光转移装置将太阳光导入到光伏组件表面，实现太阳能收集装置表面光强增强。

Description

一种增强组件光强的单轴跟踪系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能技术领域，特别是涉及一种增强组件光强的单轴跟踪系统。

背景技术

目前，能源是现代社会存在和发展的基石。而太阳能作为可再生能源的重要组成部分，它的应用技术已经成为衡量一个国家整体实力的标志。我国资源储藏量大，但人均拥有量却一直低于全球人均量，外加我国是能耗大国，这些客观条件都要求我们要采用其它可利用能源来缓解我国即将面临的能源危机。正因为太阳能具有利用的普遍性、丰富性、清洁性、长久性，所以，在化石能源供应日趋紧张的背景下，太阳能的大规模开发利用是面向未来，实现可持续发展的必然选择。

太阳能的利用有光热和光伏两种主要形式，其中光伏的研究和利用发展最快。太阳能光伏发电是以太阳电池作为光电转换器件，将太阳能转换为电能。目前，固定平板光伏发电是太阳能光伏发电的主要形式，固定平板光伏发电是将平板太阳电池组件固定于承载架上，面向太阳的方向，接收日升至日落期间的日照，并转换为电能。

但这种主流的光伏发电方式有着明显的缺陷：1)光利用率低，太阳电池的发电量跟有效辐射面积成正比，有效辐射面积即被接收的太阳光在太阳光垂直面上的投影面积。而由于地球自转，每天太阳东升西落，一天之中固定平板光伏发电的太阳电池只有很短的时间是正对太阳的，当太阳电池斜对太阳时，其有效辐射面积正比于太阳电池与太阳光垂直面之间夹角的余弦，此时太阳电池并没有充分利用太阳光，这样，会浪费大量的太阳辐照能，因而固定平板光伏发电的光利用率较低。

2)太阳电池用量大，太阳光辐照功率很低，每平米仅1kw左右，因此要达到一定的发电功率，需要大量使用太阳电池，而太阳电池的制造工艺复杂、耗能高，导致光伏发电成本过高，缺乏市场竞争力

因此，实有必要提出一种技术手段，以解决上述问题。

实用新型内容

为克服上述现有技术存在的不足，本实用新型之目的在于提供一种增强组件光强的单轴跟踪系统，不仅可以保持太阳能收集装置正对太阳，使太阳光的光线在东西方向上保持较佳角度照射太阳能收集装置，增加太阳能收集装置的发电量，同时还通过太阳光转移装置将太阳光导入到光伏组件表面，实现太阳能收集装置表面光强增强，提高发电效率。

为达上述目的，本实用新型提出一种增强组件光强的单轴跟踪系统，包括：

单轴跟踪支架，用于设置和支撑太阳能收集装置、太阳光转移装置，通过传动执行机构驱动一旋转轴根据太阳运动角度实时实现支架角度的调整；

太阳能收集装置，设置于所述单轴跟踪支架上，以跟随所述单轴跟踪支架的运动始终以设定角度接收太阳光；

太阳能转移装置，高于所述太阳能收集装置且与所述太阳能收集装置交错设置于所述单轴跟踪支架上，以将接收到的太阳光折射到所述太阳能收集装置上。

优选地，所述太阳能转移装置设置于所述太阳能收集装置设置上方，且与所述太阳能收集装置之间的角度小于等于α，其中α取值为0到180度。

优选地，所述单轴跟踪支架的安装支架呈“凹”型，所述太阳能收集装置对称设置于所述安装支架“凹”型底部，所述太阳能转移装置设置于“凹”型安装支架高于“凹”型底部的两侧；或者所述单轴跟踪支架的安装支架呈“凸”型，两个太阳能收集装置分别设置于“凸”型安装支架的底部两侧，所述太阳能转移装置设置于“凸”型安装支架凸起的位置。

优选地，所述太阳能收集装置采用整体封装好的光伏组件，其结构为封装外层、内置光伏电池片。

优选地，所述单轴跟踪系统的旋转中心采取降质心结构，其旋转中心位于所述太阳能收集装置与太阳光转移装置之间。

优选地，所述太阳能转移装置采用菲涅尔透镜或铝箔或银镜，其采用平面或曲面形状，所述太阳能转移装置采用金属或玻璃或PMMA或高分子聚合物或其混合材料制成。

为达到上述目的，本实用新型还提供一种增强组件光强的单轴跟踪系统，包括：

单轴跟踪支架，用于设置和支撑太阳能收集装置、太阳光转移装置，通过传动执行机构驱动一旋转轴根据太阳运动角度实时实现支架角度的调整；

太阳能收集装置，设置于所述单轴跟踪支架上，以跟随所述单轴跟踪支架的运动始终以设定角度接收太阳光；

太阳能转移装置，与所述太阳能收集装置呈θ角度设置于所述单轴跟踪支架上，以将接收到的太阳光反射到太阳能收集装置，θ在90度到180度之间。

优选地，所述单轴跟踪支架的安装支架中间呈三角形的形状，所述太阳能收集装置设置于所述安装支架的两侧，所述太阳能转移装置则分别设置于所述安装支架中间三角形的两边。

优选地，所述太阳能收集装置采用整体封装好的光伏组件，其结构为封装外层、内置光伏电池片。

优选地，所述单轴跟踪系统的旋转中心采取降质心结构，其旋转中心位于所述太阳能收集装置与太阳光转移装置之间。

优选地，所述太阳能转移装置采用菲涅尔透镜或铝箔或银镜，其采用平面或曲面形状，所述太阳能转移装置采用金属或玻璃或PMMA或高分子聚合物或其混合材料制成。

与现有技术相比，本实用新型一种增强组件光强的单轴跟踪系统通过单轴跟踪支架跟踪太阳的运动实现支架角度调整，以保持单轴跟踪支架上的太阳能收集装置以较佳角度接收太阳光，增加太阳能收集装置的发电量，同时通过高于太阳能收集装置设置于单轴跟踪支架上的太阳光转移装置或与太阳能转移装置呈一定角度设置于单轴跟踪支架上的太阳光转移装置通过折射或反射将太阳光导入到太阳能收集装置表面，以实现太阳能收集装置表面光强增强，提高其发电效率。本实用新型仅采用单轴跟踪仅在东西方向上旋转以跟踪太阳运动方向，保证东西方向上的太阳光能以较佳角度到达太阳能收集装置，可使系统成本大为降低，且由于仅仅是单轴跟踪，可靠性也得以提高。

附图说明

图1为本实用新型一种增强组件光强的单轴跟踪系统之一实施例的俯视图；

图2为本实用新型一种增强组件光强的单轴跟踪系统的正视图；

图3为本实用新型一种增强组件光强的单轴跟踪系统的侧视图；

图4为本实用新型一种增强组件光强的单轴跟踪系统另一实施例的正视图；

图5为本实用新型一种单轴跟踪系统较佳实施例中旋转中心采取偏心结构的示意图；

图6A-图6C为本实用新型一实施例之增强组件光强的单轴跟踪系统的原理示意图；

图7A-图7C为本实用新型另一实施例之增强组件光强的单轴跟踪系统的原理示意图；

图8为本实用新型一种增强组件光强的单轴跟踪系统之另一实施例的正视图；

图9A-图9C为本实用新型一实施例之增强组件光强的单轴跟踪系统的原理示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本实用新型的精神下进行各种修饰与变更。

图1、图2、图3分别为本实用新型一种增强组件光强的单轴跟踪系统之一实施例的俯视图、正视图及侧视图。如图1、图2及图3所示，本实用新型一种增强组件光强的单轴跟踪系统，包括：

单轴跟踪支架100，用于设置和支撑太阳能收集装置101、太阳光转移装置102，并通过传动执行机构控制一旋转轴根据太阳运动角度实时实现支架角度的调整，以使太阳光的光线在东西方向上保持较佳角度照射跟踪支架100上的太阳能收集装置101、太阳光转移装置102。

单轴跟踪支架100具体包括：用于设置和支撑太阳能收集装置101、太阳光转移装置102的跟踪支架本体1，所述跟踪支架本体1包括：支柱10，对应设置在支柱10上的旋转轴架11，连接在旋转轴架11上的旋转轴12，以及与旋转轴12固定连接的安装支架13，所述安装支架13上用于安装太阳能收集装置 101以及太阳光转移装置102。在本实用新型中，支柱10的个数不受限制，其可以包括一个或一个以上的支柱，如图1所示，所述跟踪支架本体1包括三个支柱10，通过三个支柱10可以同时支撑两个安装架13，当然，该跟踪支架本体1也可仅包括一个支柱10，对于支柱的个数本实用新型不以此为限。本实用新型采用单个旋转轴仅在东西方向上旋转以跟踪太阳运动方向，保证东西方向上太阳光能以较佳角度到达太阳能收集装置101，系统成本大为降低，且由于仅仅是单轴跟踪，可靠性也得以明显提高。

这里需说明的是，本实用新型的旋转轴12的南北方向可以是水平放置，也可以是倾斜放置，即两端存在一定高度差，也就是说，若存在多个支柱10，支柱10的高度可以相同，也可以不同，如图4所示支柱10之间存在高度差H。

用于驱动旋转轴12以实现跟踪支架角度调整的传动执行机构2，所述传动执行机构2设置于其中支柱10上并与旋转轴12相铰接，以在跟踪控制器4的控制下实现驱动旋转轴12转动以实现跟踪支架角度的调整。

在本实用新型具体实施例中，所述传动执行机构2采用线性直线推杆，如图1-图2所示，所述传动执行机构2包括：与跟踪支架本体1的太阳能收集装置旋转轴12固定连接的驱动杆201，与驱动杆201铰接配合的推杆202；用于驱动推杆202运动的驱动装置203(如电机)，驱动装置203根据跟踪控制器4 的控制信号驱动推杆202运动，由于推杆202与驱动杆201铰接配合，因此驱动杆201将伴随推杆202运动，而且驱动杆201又与旋转轴12固定连接，因此旋转轴12将伴随驱动杆201发生运动，从而实现跟踪支架本体的角度调整。当然，传动执行机构并不限于上述结构，本实用新型也可采用现有技术中的其他可实现跟踪支架角度调整的传动执行机构，本实用新型不以此为限。

位置角度检测单元3，用于获取跟踪支架本体1的位置角度相关信息，并将其传送至跟踪控制器4。在本实用新型具体实施例中，位置角度检测单元3可采用位置角度传感器，其可以设置于旋转轴12或传动执行机构2(例如传动执行机构2的推杆尾部或电机尾部)上，用于检测旋转轴12的位置角度相关信息，

跟踪控制器4，用于根据天文算法实时计算太阳运动角度，将位置检测单元3获得的位置角度相关信息转换为跟踪支架角度信息，并根据太阳运动角度及跟踪支架角度信息进行逻辑处理，控制传动执行机构2实现支架角度的调整。具体地，跟踪控制器4可通过获取当地的经纬度信息以及当天的日期、实时时钟，通过天文算法计算出太阳理论高度角β，同时将位置检测单元3检测的位置信息转换成支架角度信息α，根据太阳理论高度角β与支架角度信息α的差值做出决策，驱动传动执行结构2的电机转动，实现跟踪支架角度的调整，最终实现跟踪支架实时跟踪太阳。在本实用新型具体实施例中，跟踪控制器4为一控制柜，其可设置支柱10上，当然其可以采用其他形式，例如与传动执行机构或位置角度检测单元进行集成一体化设计，本实用新型不以此为限。这里需说明的是，本实用新型中跟踪控制器4所涉及的太阳运动角度计算及跟踪支架角度的计算等涉及方法的部分采用的均为现有技术，不属于本实用新型保护的范围。

太阳能收集装置101，设置于单轴跟踪支架100上，以跟随单轴跟踪支架 100的运动始终以设定角度(一般为最佳角度，例如正对)接收太阳光。一般地，所述太阳能收集装置可实现太阳能光、热、电等形式的利用，在本实用新型具体实施例中，其可为光伏组件，但本实用新型不以此为限，光伏组件本身采取整体封装结构，即封装外层内置光伏电池片，其可将其表面太阳光转化成电，光伏组件可以为可单面发电光伏组件，也可以是正反两面发电的双面光伏组件，在此不予赘述。

太阳能转移装置102，高于该太阳能收集装置101且与该太阳能收集装置 101交错设置于单轴跟踪支架100上，以将接收到的太阳光折射到太阳能收集装置11上，这样垂直太阳能收集装置101(以光伏组件为例)照射的太阳光和太阳光转移装置102折射导入的太阳光一起叠加到光伏组件表面，可实现组件表面光强的增强。较佳地，太阳能转移装置102与太阳能收集装置101之间的角度应不大于α，其中，α取值0到180度，当α取0度或180度时最佳，即太阳能转移装置102与太阳能收集装置101之间平行。

在本实用新型具体实施例中，太阳能转移装置102可采用菲涅尔透镜、铝箔、银镜等，太阳能转移装置102的材料可以采用金属、玻璃、PMMA、高分子聚合物及其混合材料，太阳光转移装置102的形状可以采用平面、曲面等形状，本实用新型不以此为限。

较佳地，如图5所示，本实用新型之单轴跟踪系统的旋转中心采取偏心的结构，即旋转中心位于太阳能收集装置101(光伏组件)和太阳光转移装置102 (例如菲涅尔透镜)之间。

图6A-图6C为本实用新型一实施例之增强组件光强的单轴跟踪系统的原理示意图。在该实施例中，所述跟踪支架的安装支架13呈“凹”型，太阳能收集装置101为长或正方形的光伏组件，其对称设置于跟踪支架1的安装支架13的“凹”型底部的中心位置，太阳能转移装置102则平行设置于“凹”型安装支架13 高于“凹”型底部的两侧。这样，跟踪支架100可根据太阳位置角度实时跟踪太阳光，保持太阳光在东西方向上垂直入射光伏组件，同时太阳光到达太阳光转移装置102(例如菲涅尔透镜)上方，由于菲涅尔透镜对太阳有折射现象，所以可将透镜上方的太阳光折射到光伏组件上方，此时光伏组件表面的太阳光来源于组件上方和透镜上方，因而实现了光伏组件表面光强的增强。

图7A-图7C为本实用新型另一实施例之增强组件光强的单轴跟踪系统的原理示意图。在该实施例中，所述跟踪支架的安装支架13呈“凸”型，两个光伏组件分别设置于“凸”型安装支架13的底部两侧，太阳能转移装置102，例如菲涅尔透镜则设置于“凸”型安装支架13凸起的中间位置，同样，由于菲涅尔透镜对太阳有折射现象，所以可将透镜上方的太阳光折射到光伏组件上方，此时光伏组件表面的太阳光来源于组件上方和透镜上方，因而实现了光伏组件表面光强的增强。

这里需说明的是，本实用新型具体实施例仅以实例的方式说明了本实用新型之增强组件光强的单轴跟踪系统的具体结构，事实上，只要太阳能转移装置与太阳能收集装置交错设置且设置于太阳能收集装置上方，则即可实现本实用新型的目的，本实用新型不以此为限。

图8为本实用新型一种增强组件光强的单轴跟踪系统之另一实施例的主视图。如图8所示，本实用新型一种增强组件光强的单轴跟踪系统，包括：

单轴跟踪支架800，用于设置和支撑太阳能收集装置801、太阳光转移装置102，并通过传动执行机构根据太阳运动角度实时实现支架角度的调整，以使太阳光的光线在东西方向上保持较佳角度照射跟踪支架100上的太阳能收集装置101、太阳光转移装置102。

太阳能收集装置101，设置于单轴跟踪支架100上，以跟随单轴跟踪支架 100的运动始终以最佳角度接收太阳光。一般地，所述太阳能收集装置可实现太阳能光、热、电等形式的利用，在本实用新型具体实施例中，其可为光伏组件，但本实用新型不以此为限，光伏组件本身采取整体封装结构，即封装外层内置光伏电池片，其可将其表面太阳光转化成电，光伏组件可以为可单面发电光伏组件，也可以是正反两面发电的双面光伏组件，在此不予赘述。

太阳能转移装置102，与所述太阳能收集装置101呈θ角度设置于单轴跟踪支架100上，以将接收到的太阳光反射到太阳能收集装置11上，这样垂直太阳能收集装置101(以光伏组件为例)照射的太阳光和太阳光转移装置102反射导入的太阳光一起叠加到光伏组件表面，可实现组件表面光强的增强。在本实用新型具体实施例中，θ一般在90度到180度之间。在本实用新型具体实施例中，太阳能转移装置102可为反光镜。

图9A-图9C为本实用新型一实施例之增强组件光强的单轴跟踪系统的原理示意图。在该实施例中，单轴跟踪支架800的安装支架13的中间呈三角形的形状(以等腰三角形为佳)，这样太阳能收集装置101(例如光伏组件)可对称设置(不限于对称)于跟踪支架1的安装支架13的两侧，太阳能转移装置102 (例如反光镜)则分别设置于跟踪支架1的安装支架13中间三角形的两边(例如等腰的腰部，图示以外侧为例，但不以此为限)，这样，当跟踪支架100根据太阳位置角度实时跟踪太阳光，保持太阳光在东西方向上垂直入射光伏组件时，此时太阳光同时到达太阳光转移装置102(例如反光镜)上方，此时反光镜对太阳有反射现象，由于其与光伏组件呈一定角度，所以可将反光镜上方的太阳光通过镜面反射到光伏组件上方，此时光伏组件表面的太阳光来源于组件上方和反光镜的反射光，因而实现了光伏组件表面光强的增强。

综上所述，本实用新型一种增强组件光强的单轴跟踪系统通过单轴跟踪支架跟踪太阳的运动实现支架角度调整，以保持单轴跟踪支架上的太阳能收集装置以较佳角度接收太阳光，增加太阳能收集装置的发电量，同时通过高于太阳能收集装置设置于单轴跟踪支架上的太阳光转移装置或与太阳能转移装置呈一定角度设置于单轴跟踪支架上的太阳光转移装置通过折射或反射将太阳光导入到太阳能收集装置表面，以实现太阳能收集装置表面光强增强，提高其发电效率。本实用新型仅采用单轴跟踪仅在东西方向上旋转以跟踪太阳运动方向，保证东西方向上的太阳光能以较佳角度到达太阳能收集装置，可使系统成本大为降低，且由于仅仅是单轴跟踪，可靠性也得以提高。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何本领域技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本实用新型的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种增强组件光强的单轴跟踪系统，其特征在于，所述系统包括：

单轴跟踪支架，用于设置和支撑太阳能收集装置、太阳光转移装置，通过传动执行机构驱动一旋转轴根据太阳运动角度实时实现支架角度的调整；

太阳能收集装置，设置于所述单轴跟踪支架上，以跟随所述单轴跟踪支架的运动始终以设定角度接收太阳光；

太阳能转移装置，高于所述太阳能收集装置且与所述太阳能收集装置交错设置于所述单轴跟踪支架上，以将接收到的太阳光折射到所述太阳能收集装置上。

2.如权利要求1所述的一种增强组件光强的单轴跟踪系统，其特征在于：所述太阳能转移装置设置于所述太阳能收集装置设置上方，且与所述太阳能收集装置之间的角度小于等于α，其中α取值为0到180度。

3.如权利要求1所述的一种增强组件光强的单轴跟踪系统，其特征在于：所述单轴跟踪支架的安装支架呈“凹”型，所述太阳能收集装置对称设置于所述安装支架“凹”型底部，所述太阳能转移装置设置于“凹”型安装支架高于“凹”型底部的两侧；或者所述单轴跟踪支架的安装支架呈“凸”型，两个太阳能收集装置分别设置于“凸”型安装支架的底部两侧，所述太阳能转移装置设置于“凸”型安装支架凸起的位置。

4.如权利要求1所述的一种增强组件光强的单轴跟踪系统，其特征在于：所述太阳能收集装置采用整体封装好的光伏组件，其结构为封装外层、内置光伏电池片。

5.如权利要求1所述的一种增强组件光强的单轴跟踪系统，其特征在于：所述单轴跟踪系统的旋转中心采取降质心结构，其旋转中心位于所述太阳能收集装置与太阳光转移装置之间。

6.如权利要求1所述的一种增强组件光强的单轴跟踪系统，其特征在于：所述太阳能转移装置采用透镜或菲涅尔透镜或铝箔或银镜；所述太阳能转移装置采用平面或曲面形状；所述太阳能转移装置采用金属或玻璃或PMMA或高分子聚合物或其混合材料制成。

7.一种增强组件光强的单轴跟踪系统，其特征在于，所述系统包括：

单轴跟踪支架，用于设置和支撑太阳能收集装置、太阳光转移装置，通过传动执行机构驱动一旋转轴根据太阳运动角度实时实现支架角度的调整；

太阳能收集装置，设置于所述单轴跟踪支架上，以跟随所述单轴跟踪支架的运动始终以设定角度接收太阳光；

太阳能转移装置，与所述太阳能收集装置呈θ角度设置于所述单轴跟踪支架上，以将接收到的太阳光反射到太阳能收集装置，θ在90度到180度之间。

8.如权利要求7所述的一种增强组件光强的单轴跟踪系统，其特征在于：所述单轴跟踪支架的安装支架中间呈三角形的形状，所述太阳能收集装置设置于所述安装支架的两侧，所述太阳能转移装置则分别设置于所述安装支架中间三角形的两边。

9.如权利要求7所述的一种增强组件光强的单轴跟踪系统，其特征在于：所述太阳能收集装置采用整体封装好的光伏组件，其结构为封装外层、内置光伏电池片。

10.如权利要求7所述的一种增强组件光强的单轴跟踪系统，其特征在于：所述单轴跟踪系统的旋转中心采取降质心结构，其旋转中心位于所述太阳能收集装置与太阳光转移装置之间；

所述太阳能转移装置采用反光材料或反光镜或铝箔或银镜，所述太阳能转移装置其采用平面或曲面形状，所述太阳能转移装置采用金属或玻璃或PMMA或高分子聚合物或其混合材料制成。