CN212538330U - 一种追日型的太阳能房光电和光热一体化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及新能源领域，具体为一种追日型的太阳能房光电和光热一体化装置。目前市场上太阳能房采用的都是固定支架技术的光伏发电，感应式追踪技术由于其成本高、结构复杂很难适应于太阳能房的需求，市场上更是没有光电和光热装置一体化的技术，所以在光电转化率短期内难于有效提高的当下，让太阳能房的光电和光热装置不仅能够追日而且又要具有实用性，就成为光电和光热行业所遇到的一个亟待解决的技术难题。本实用新型提供了一种分别采用不同的支柱、电机和机械传动机构、固定或活动的支架的不同组合体，构建成一个1维度或2维度追踪的光电和光热装置，很好地解决了上述的技术难题，本实用新型的发电及集热效率平均多增加了60%左右。

Description

一种追日型的太阳能房光电和光热一体化装置

技术领域

本实用新型涉及新能源领域，具体为一种追日型的太阳能房光电和光热一体化装置。

背景技术

太阳能房是利用太阳辐射能量来代替部分常规能源，使室内达到一定环境温度或者是给室内的用电器设备供电的一种装置。目前市场上已经在运用的光伏发电技术就只有两个，一个是固定支架技术、一个是感应追踪技术，这是两个走向极端的技术，一个是走低成本的技术路线，另一个是走追踪精度高的技术路线。固定支架技术：技术简单、成本低廉、但发电量低；感应追踪技术：技术繁杂、成本高昂、追踪精度高，但自损耗电量也大，所以这两种技术的性价比都很低，在太阳能发电市场上，为了尽快回收投资成本，宁可牺牲了追踪精度，也要采用低成本的固定支架技术，这就是目前全世界太阳能发电产品当中，几乎都是采用固定支架技术的最主要原因，光热发电也存在集热效率低、成本高昂的缺陷，目前的光电和光热技术都很难适应于太阳能房的的需求，而市场上更是缺少光电和光热装置能够同时使用的技术，要提高光电发电和光热集热的效率有两种方式，一是大幅度提高光电和光热的转换率，但以目前的技术短期内还很能实现，二是改变光伏板或集热装置的角度，包括方位角和倾角，所以在光电和光热转换率难以大幅度提高的当下，提供一种不仅能够实现追日目的而且又具有实用价值，能够广泛推广应用的太阳能发电和集热技术，就是当下太阳能房领域内所遇到的亟待解决的技术难题。

实用新型内容

针对上述缺陷，本实用新型通过提供一种追日型的太阳能房光电和光热一体化装置，使得上述的技术难题得到了解决。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种追日型的太阳能房光电和光热一体化装置，包含有太阳能角度控制器、支柱、光伏板、集热装置，追踪系统分为1维度或2维度追踪两种不同的类型，这两种类型当中又分为1+1和1+N两种不同的模式，1+1模式中有自转支柱和移动支柱或自转支柱和移动托架的两种不同组合体，所述1+1模式的自转支柱是一种智能电动柱，固定在地面，其柱体主要由轴、空心管所构成，空心管固定在轴上随轴一起旋转而不能上下移动，所述移动支柱由T型空心管、基座所构成，基座是一个多边形或圆形的柱体，其中心有个圆形的接口，四周安装有K个脚，每个脚都固定安装1个万向轮，T型空心管的顶端固定一根横梁，其下端插入基座的接口内固定在基座上，所述移动托架是由倒立的U框、梁、万向轮所构成，梁的底部固定安装X个滑轮或万向轮，梁的上部固定安装倒立的U框，倒立的U框的上部开有接口，所述1+N模式是指采用1台驱动电机和机械传动的组合体，驱动非自转支柱的不同组合体的转动，不同组合体第一种是N根的转动支柱和N根移动支柱，第二种是N根转动支柱和W组移动托架，转动支柱通过机座固定在地面上，其机座内除了没有安装电机和机械传动机构之外，其余的包括柱体都与1+1模式的智能电动柱的相同，但轴上多增加了一根两端都带有圆环的双环构件或一个齿轮，双环构件中的一端是固定安装在空心管之下并固定在轴上，另外一端是螺栓固定在东向或西向的一根梁上，杆上固定安装有N个双环构件，梁带有圆环的另一端固定在立轴上，立轴是机械传动机构中的轴，所述齿轮固定安装在转动支柱的空心管之下并固定在轴上，N个转动支柱的齿轮通过一根闭合的链条链接为一体，链条的一端与机械传动机构链接，驱动电机通过包含了双环构件或链条的机械传动机构共同驱动N个转动支柱同时转动，1+1模式的自转支柱或1+N模式的非自转支柱与移动支柱或托架之间是通过一个与地面倾斜的多边形框架连为一体，所述的多边形框架，其一端通过P个三角形的支架固定在智能电动柱或转动支柱的柱体上，另一端固定在移动支柱或移动托架上，所述三角形支架中最底端的是固定在移动支柱或移动托架上，其余的与框架固定，框架和移动支柱或移动托架通过三角形支架随同智能电动柱或转动支柱的转动而产生圆周运动，在1维度追踪系统当中，其没有驱动装置，只是调节方位角；在2维度追踪系统当中，有驱动装置，同时调节方位角和倾角；由此构建了一个1维度或2维度的追踪系统的1+1模式或1+N模式，系统上安装了光伏板则成为追日型的光伏发电系统，安装了光伏板和集热装置则成为光电和光热一体化追日系统，在这两种不同的系统当中，在智能电动支柱或转动支柱的顶端都单独安装光伏板，在1维度光电追踪系统当中，光伏板是固定安装在一个四方形框架内，安装在智能电动支柱或转动支柱顶端上的光伏板，其底部固定有Ⅱ型构件，一根弯曲的立柱固定在Ⅱ型构件上使得光伏板与地面倾斜，弯曲立柱底部固定安装在智能电动支柱或转动支柱的顶端；在2维度追踪系统当中，光伏板分别采用固定和铰接两种不同类型的连接，光伏板固定在四方形框架内的安装方式与上述的相同，单独安装在智能电动柱或转动支柱顶端的光伏板采用铰接连接，其底部固定有Ⅱ型构件，一根空心管固定在Ⅱ型构件上，两根T型空心管的顶端通过铰接装置的构件铰接连接形成一个铰接装置，其中一根T型空心管插入智能电动柱或转动支柱的顶端固定连接，另一根T型空心管插入或套在光伏板底部的空心管内螺栓固定连接，驱动装置的安装，在1+1模式或1+N模式的每根智能电动支柱或转动支柱上都固定安装一根，驱动装置的顶端与光伏板底部进行螺栓连接，另一端安装在智能电动柱或转动支柱上，其将随同智能电动柱或转动支柱一同转动，所述驱动装置是一种可升降的智能电动柱，其柱体主要由多边形或圆形的螺母、带有螺纹的轴、空心管所构成，空心管固定在螺母上形成一体，螺母沿着轴上下移动，所述集热装置分为分布式平板集热器或聚光集热器两种不同的类型，在所述光电和光热一体化追日系统当中，集热装置的安装方式与光伏板安装在四方形框架内的方式相同，上述所有的智能电动柱的柱体都是固定在机座上，其的驱动都是采用固定在机座内的电机和机械传动机构的组合体来进行，光电和光热的一体化追日系统角度的调节，是调节光伏板的角度，将由安装有嵌入式的角度传感器的太阳能角度控制器，来进行控制，所述太阳能角度控制器，是利用时间计时来控制光伏板的角度发生改变的一种智能控制装置，其主要有主芯片、角度传感器、GPS卫星定位或电子指南针、时钟芯片、蓝牙、电机驱动的模块，其特征在于：不需要光电传感装置，分别采用不同的支柱、电机和机械传动机构、固定或活动的支架的不同组合体，构建成一个1维度或2维度追踪的光电和光热的一体化追日系统，方位角和倾角的调节将采用时间计时，采用太阳能角度控制器来进行控制，所述聚光集热器主要由多边形聚光板、支架、真空集热管所构成，支架底板和聚光板都涂有反光材料，真空集热管架在支架底板的上方，其两端固定在支架上，多边形聚光板分为平面型或曲面型两种不同类型，其与支架有直接或间接连接两种不同方式，直接连接是多边形聚光板与支架倾斜固定连接为一体，间接连接是通过智能电动柱与支架连为一体，由智能电动柱来调节聚光板的张开与闭合，智能电动柱在支架四周各固定安装一根，多边形聚光板固定在空心管上，空心管固定在轴上随轴一起转动，所述铰接装置的构件是由1块底板和C块的多边形竖板所构成，竖板带有圆弧的一端带有孔洞，另外一端焊接固定在底板上，所述铰接装置的构件，C=2时候，是螺栓固定连接，当C＞2时候，是铰接连接形成一个铰接装置。

本实用新型的一种追日型的太阳能房光电和光热一体化装置，提供的1纬度或2纬度无需光电传感器的追踪技术，是有别于公知的固定支架技术和感应式追踪技术的一种新型非感应式追踪技术，其技术简单、成本低、自损电量小，在光电和光热的转换率难以大幅度提高的当下，提高了发电和集热的效率，采用光电和光热一体化的追踪技术，提高了太阳能房的制冷制热的效率，解决了太阳能房行业内所亟待解决的技术难题，本实用新型光电的发电效率和光热的集热效率比目前固定安装模式的平均多增加60%左右，具有很好的经济效益和生态效益。

附图说明

图1为1+1模式的2维度追踪的光电或光电和光热一体化装置的正视图：符号1为光伏板，符号2为光伏板底部的空心管，符号3为两根T型空心管形成的铰接装置，符号4为驱动装置，符号5为框架/光伏板或平板集热器或聚光集热器，符号6为铰接装置的两根T型空心管，符号7为智能电动柱，符号8为智能电动柱的基座，符号9为移动支柱顶端的梁，符号10为移动支柱的空心管，符号11为空心管的基座，符号12为移动支柱的脚，符号13为万向轮，符号14为三角形支架；图2为1+1模式的1维度追踪的光电或光电和光热一体化装置的正视图：符号15为弯曲立柱；图3为1+N模式的2维度或1纬度追踪的光电或光电和光热一体化装置的平面俯视图：符号16为驱动电机轴上的齿轮，符号17为转动支柱轴上的齿轮，符号18为闭合链条，符号19为转动支柱，图4为1+N模式的2维度追踪的光电或光电和光热一体化装置的正视图：符号20为移动支柱的轴；图5为1+N模式的1维度追踪的光电或光电和光热一体化装置的正视图。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面将结合附图对本实用新型做进一步描述，该实施例仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型保护范围的限定。

角度的调节是一日之内调节三次或多次，2维度追踪的调节的时间段分为上午、正午、下午三个时段，一日之内的三次调节，光伏板,在上午时段是面朝东面，倾角最大，正午时段，是水平状；下午时段，是面朝西面，倾角最大，所述的多次调节，是指在上午或下午两个时段内，每间隔E分钟进行一次方位角的调节，在E分钟内倾角调节F次，所述输入法当中的光伏板的最大倾角ψ的角度值按算术平均分成F次，每次调节的角度值为ψ/F，三个时间段内光伏板的朝向与1日之内三次调节的相同，在上午时段，每次新调节的角度值为ψ-J*ψ/F，J是整数的数字系列值，最小值为1，最大值为F；在下午时段，每次新调节的角度值为γ+ψ/F，γ是调节前一时刻的角度值，每次方位角进行调节时，倾角都已经归位到初始的位置，无驱动装置的1维度追踪的太阳能角度控制器水平安装，方位角调节的次数，是一日之内所有调节时间的总和，按每间隔D分钟计算所得。

参阅图1是1+1模式的2维度追踪装置的正视图，光伏方正1在2纬度追踪当中是铰接安装，在1纬度追踪当中是固定安装，两根T型空心管6铰接形成一个铰接装置3，T型空心管6一根与光伏板1的空心管2固定连接，另一根插入智能电动柱7中固定连接，驱动装置4一端与光伏板1底部连接，另一端固定在智能电动柱7上随着其一起转动，一个框架5底端固定在移动支柱顶端的梁9上，其余的边框通过三角形支架14固定在智能电动柱7上，三角形支架14的底端与移动支柱顶端的梁9固定连接，移动支柱的T型空心管10顶端固定梁9，下端插入基座11内固定，基座11有多根脚12，每个脚都安装有万向轮13，由此形成一个2纬度追踪装置，在框架5内固定安装了光伏板就成为光伏发电装置，固定安装了平板集热器或聚光集热器就成为光电和光热一体化装置。安装完成后，光伏板1及框架5归位面朝东面或西面，在预定时刻，首先调节光伏板1的方位角，方位角采用电子指南针模块来确定方位角，太阳能角度控制器将根据电子指南针模块输出的信号得出太阳朝东或西的方位角，通过角度传感器由控制器控制智能电动柱7的电机转动，通过传动机构带动轴转动，轴转动的同时又带动空心管以及三角形支架14同向转动，则光伏板1及框架5随同智能电动柱7转动到位，光伏板1倾角的调节是采用最大倾角算术平均法,具体调节方式参照0008段。

参阅图2是1+1模式的1维度追踪装置的正视图，1纬度追踪无驱动装置角度只是调节方位角，光伏方正1通过立柱15固定安装在智能电动柱7的顶端，框架5以及框架内的光伏板或平板集热器或聚光集热器都是固定安装在框架内，框架与智能电动柱7和移动支柱的安装方式以及方位角的调节方式参照0008~0009段2纬度追踪的相同，由此光伏板1及框架5由上午的东面转动到下午的西面，调节结束后，装置又自动归位到原有的状态。

参阅图3~5是1+N模式中采用齿轮联动的1纬度或2维度追踪装置，驱动电机的齿轮16固定在驱动电机的轴上，通过闭合链条18把N个转动支柱19轴20上的齿轮17连为一体，随着驱动电机轴上的齿轮16一起转动，转动支柱19上安装的驱动装置4以及框架5和移动支柱也将随着一起转动，由此形成了一个由一台驱动电机带动N组的N组光电装置或N组光电和光热一体化装置一同转动的装置，方位角和倾角的调节方式分别与1+1模式中1纬度或2纬度追踪的相一致,调节方式具体为，在预定的时间，太阳能角度控制器依据角度传感器得出的信号，控制驱动电机启动带动齿轮16转动，通过机械传动机构带动链条18发生转动，由此带动了N根转动支柱19上的齿轮1及轴20发生转动，固定在轴20上的空心管及其顶端的光伏板1也将随着轴20发生转动，由此光伏板1或框架5内的光伏板或平板集热器或聚光集热器的方位角调节到位。之后，在2纬度追踪当中，控制器将启动驱动装置4上的电机对光伏板1倾角进行调节，调节方式参照0008~0010段的相同。

Claims (3)

1.一种追日型的太阳能房光电和光热一体化装置，包含有太阳能角度控制器、支柱、光伏板、集热装置，追踪系统分为1维度或2维度追踪两种不同的类型，这两种类型当中又分为1+1和1+N两种不同的模式，1+1模式中有自转支柱和移动支柱或自转支柱和移动托架的两种不同组合体，所述1+1模式的自转支柱是一种智能电动柱，固定在地面，其柱体主要由轴、空心管所构成，空心管固定在轴上随轴一起旋转而不能上下移动，所述移动支柱由T型空心管、基座所构成，基座是一个多边形或圆形的柱体，其中心有个圆形的接口，四周安装有K个脚，每个脚都固定安装1个万向轮，T型空心管的顶端固定一根横梁，其下端插入基座的接口内固定在基座上，所述移动托架是由倒立的U框、梁、万向轮所构成，梁的底部固定安装X个滑轮或万向轮，梁的上部固定安装倒立的U框，倒立的U框的上部开有接口，所述1+N模式是指采用1台驱动电机和机械传动的组合体，驱动非自转支柱的不同组合体的转动，不同组合体第一种是N根的转动支柱和N根移动支柱，第二种是N根转动支柱和W组移动托架，转动支柱通过机座固定在地面上，其机座内除了没有安装电机和机械传动机构之外，其余的包括柱体都与1+1模式的智能电动柱的相同，但轴上多增加了一根两端都带有圆环的双环构件或一个齿轮，双环构件中的一端是固定安装在空心管之下并固定在轴上，另外一端是螺栓固定在东向或西向的一根梁上，杆上固定安装有N个双环构件，梁带有圆环的另一端固定在立轴上，立轴是机械传动机构中的轴，所述齿轮固定安装在转动支柱的空心管之下并固定在轴上，N个转动支柱的齿轮通过一根闭合的链条链接为一体，链条的一端与机械传动机构链接，驱动电机通过包含了双环构件或链条的机械传动机构共同驱动N个转动支柱同时转动，1+1模式的自转支柱或1+N模式的非自转支柱与移动支柱或托架之间是通过一个与地面倾斜的多边形框架连为一体，所述的多边形框架，其一端通过P个三角形的支架固定在智能电动柱或转动支柱的柱体上，另一端固定在移动支柱或移动托架上，所述三角形支架中最底端的是固定在移动支柱或移动托架上，其余的与框架固定，框架和移动支柱或移动托架通过三角形支架随同智能电动柱或转动支柱的转动而产生圆周运动，在1维度追踪系统当中，其没有驱动装置，只是调节方位角；在2维度追踪系统当中，有驱动装置，同时调节方位角和倾角；由此构建了一个1维度或2维度的追踪系统的1+1模式或1+N模式，系统上安装了光伏板则成为追日型的光伏发电系统，安装了光伏板和集热装置则成为光电和光热一体化追日系统，在这两种不同的系统当中，在智能电动支柱或转动支柱的顶端都单独安装光伏板，在1维度光电追踪系统当中，光伏板是固定安装在一个四方形框架内，安装在智能电动支柱或转动支柱顶端上的光伏板，其底部固定有Ⅱ型构件，一根弯曲的立柱固定在Ⅱ型构件上使得光伏板与地面倾斜，弯曲立柱底部固定安装在智能电动支柱或转动支柱的顶端；在2维度追踪系统当中，光伏板分别采用固定和铰接两种不同类型的连接，光伏板固定在四方形框架内的安装方式与上述的相同，单独安装在智能电动柱或转动支柱顶端的光伏板采用铰接连接，其底部固定有Ⅱ型构件，一根空心管固定在Ⅱ型构件上，两根T型空心管的顶端通过铰接装置的构件铰接连接形成一个铰接装置，其中一根T型空心管插入智能电动柱或转动支柱的顶端固定连接，另一根T型空心管插入或套在光伏板底部的空心管内螺栓固定连接，驱动装置的安装，在1+1模式或1+N模式的每根智能电动支柱或转动支柱上都固定安装一根，驱动装置的顶端与光伏板底部进行螺栓连接，另一端安装在智能电动柱或转动支柱上，其将随同智能电动柱或转动支柱一同转动，所述驱动装置是一种可升降的智能电动柱，其柱体主要由多边形或圆形的螺母、带有螺纹的轴、空心管所构成，空心管固定在螺母上形成一体，螺母沿着轴上下移动，所述集热装置分为分布式平板集热器或聚光集热器两种不同的类型，在所述光电和光热一体化追日系统当中，集热装置的安装方式与光伏板安装在四方形框架内的方式相同，上述所有的智能电动柱的柱体都是固定在机座上，其的驱动都是采用固定在机座内的电机和机械传动机构的组合体来进行，光电和光热的一体化追日系统角度的调节，是调节光伏板的角度，将由安装有嵌入式的角度传感器的太阳能角度控制器，来进行控制，所述太阳能角度控制器，是利用时间计时来控制光伏板的角度发生改变的一种智能控制装置，其主要有主芯片、角度传感器、GPS卫星定位或电子指南针、时钟芯片、蓝牙、电机驱动的模块，其特征在于：不需要光电传感装置，分别采用不同的支柱、电机和机械传动机构、固定或活动的支架的不同组合体，构建成一个1维度或2维度追踪的光电和光热的一体化追日系统，方位角和倾角的调节将采用时间计时，采用太阳能角度控制器来进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种追日型的太阳能房光电和光热一体化装置，其特征在于：所述聚光集热器主要由多边形聚光板、支架、真空集热管所构成，支架底板和聚光板都涂有反光材料，真空集热管架在支架底板的上方，其两端固定在支架上，多边形聚光板分为平面型或曲面型两种不同类型，其与支架有直接或间接连接两种不同方式，直接连接是多边形聚光板与支架倾斜固定连接为一体，间接连接是通过智能电动柱与支架连为一体，由智能电动柱来调节聚光板的张开与闭合，智能电动柱在支架四周各固定安装一根，多边形聚光板固定在空心管上，空心管固定在轴上随轴一起转动。

3.根据权利要求2所述的一种追日型的太阳能房光电和光热一体化装置，其特征在于：所述铰接装置的构件是由1块底板和C块的多边形竖板所构成，竖板带有圆弧的一端带有孔洞，另外一端焊接固定在底板上，所述铰接装置的构件，C=2时候，是螺栓固定连接，当C＞2时候，是铰接连接形成一个铰接装置。

Images