CN2930087Y - 准二维跟踪聚光光伏发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种准二维跟踪聚光光伏发电装置，属于太阳能利用技术领域。该装置包括安装在一维自动跟踪太阳机构上的聚光太阳能电池组件阵列部件，所述一维自动跟踪太阳机构的转轴两端分别通过轴承支撑在高、低端支架上，所述高低支架至少一个设有高度调节机构。本实用新型在一维自动跟踪太阳机构的基础上以简单的高度调整机构实现了二维跟踪太阳系统的效果，有助于降低聚光光伏发电的成本。

Description

准二维跟踪聚光光伏发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种光伏发电装置，特别是一种聚光光伏发电装置准二维跟踪太阳机构，属于太阳能利用技术领域。

背景技术

太阳能光伏发电技术将太阳能直接转换为电能，因而是最有应用前景的太阳能利用方式之一，将成为未来基础能源的重要组成部分。

近年来，光伏产业是世界上增长最快的高新技术产业之一，但我国光伏发电产业目前存在的主要问题是：生产太阳能电池所需的半导体材料短缺，基本上依赖于进口；产品主要出口国外，即原料和市场两头在外；过高的发电成本也使很多人不得不望而却步。

为了进一步提高光伏发电装置的性能价格比，人们开始研究聚光和跟踪技术，尝试通过跟踪聚光的方法，增加太阳能电池所接受的太阳光照射强度，使得同样数量的半导体材料产生更多的电能，而增加的跟踪聚光部件的价格远低于所节约的半导体材料价格，从而大幅度降低光伏发电系统的成本，有利于光伏发电系统在我国的推广应用。从类型上分，跟踪聚光光伏发电系统中的自动跟踪太阳机构分为只有一根转轴的一维和具有两相交转轴的二维。前者只需要一套受控于控制电路的跟踪驱动装置，成本相对低廉，但是只能在一维方向上正对太阳，无法保证太阳能电池一年四季都以最佳位置对准太阳，总会损失一部分太阳照射的能量；后者需要两套跟踪驱动装置，太阳能电池可以始终正对太阳，但是造价较高，推广受限。

以V形槽式反射聚光光伏发电装置为例，为了节约成本，基本上采用一维跟踪太阳。在温度一定的情况下，太阳能电池的发电量随接受的太阳光照强度增加而增加。由于存在不能充分利用太阳光的不足之处，因而不能使太阳能电池的发电能力发挥到较高的水平。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：通过对跟踪太阳机构的改进，提供一种可以通过简单操作保证太阳能电池基本正对太阳的准二维跟踪聚光光伏发电装置，其成本经济，实用性强。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种准二维跟踪聚光光伏发电装置，包括安装在一维自动跟踪太阳机构上的聚光太阳能电池组件阵列部件，所述一维自动跟踪太阳机构的转轴两端分别通过轴承座支撑在高、低端支架上，至少所述高、低端支架之一设有高度调节机构。

这样，当太阳能电池因太阳赤纬角发生变化(通常冬至和夏至的赤纬角之差约为46°)而偏离正对太阳进行跟踪的位置时，可以借助人工调节支架高度，调整太阳能电池倾斜角，使其在一维跟踪机构的作用下，始终以较为理想的方位正对太阳，从而充分发挥太阳能电池的作用。由此可见，本实用新型以简单的高度调整机构巧妙实现了基本接近二维跟踪太阳系统同样的作用效果，而成本比二维跟踪系统大大降低，因此易于推广应用。通常高、低端支架与对应的轴承座铰支连接，铰支轴与转轴基本垂直。

值得一提的是：本实用新型的聚光器制造简单，价格低廉，聚光均匀，性能较好。反射镜阵列中的反射镜安装在聚光太阳能电池组件阵列部件两侧，与聚光太阳能电池组件阵列部件形成V形槽结构，聚光太阳能电池组件位于V形槽的底部。

当太阳能电池受到聚光照射时，温度会有所升高，会直接降低太阳能电池的发电量。本实用新型采用的聚光太阳能电池组件的底板不是常规的TPT或PVF，而是散热金属板或者散热翅片。

本实用新型根据太阳能电池在一定条件下的最佳输出功率与接受的光照强度成比例增加而又不会影响寿命的特性，采用易于制造、成本低廉的聚光器跟踪太阳，增加了太阳能电池所接受的太阳光照射强度，在获得同样电能的情况下，太阳能电池的用量仅为固定式光伏发电系统的1/2到1/5，而增加的跟踪聚光机构的成本远低于所节约的太阳能电池的成本，相当于用普通的金属玻璃等材料代替昂贵的半导体材料，性价比有望提高30％以上，有利于光伏发电系统在我国的推广应用。

附图说明

下面结合附图和典型实施例对本实用新型做进一步说明。

图1为实施例一的结构示意图。

图2为实施例一的聚光太阳能电池组件结构示意图。

图3为实施例一可拆卸连接单元分体示意图。

图4为实施例一可拆卸连接单元立体结构图。

图5为实施例二的结构示意图。

图6为实施例三的结构示意图。

图7为实施例四的结构示意图。

图8为实施例五的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，一种准二维跟踪聚光光伏发电装置，包括安装在一维自动跟踪太阳机构上的聚光太阳能电池组件阵列部件1，该一维自动跟踪太阳机构的转轴2两端分别通过轴承3、14支撑在高端支架4、低端支架5上。高、低端支架至少一个设有高度调节机构。本实施例中具有高度调整机构的高端支架4包括至少两节可拆卸式连接单元6，高端支架4垂直于水平面安装。一维自动跟踪太阳机构的转轴2指向正南方，聚光太阳能电池组件阵列部件1以一定的倾斜角度安装在高、低端支架上。聚光太阳能电池组件阵列部件1的转轴2的低端通过下轴承14(可采用圆锥滚子轴承等)铰支于下轴承座上，下轴承座铰支在低端支架5上，转轴2的高端通过滑动轴承3铰支于上轴承座上，上轴承座铰支于高端支架4上。连接单元6可以是金属框架，也可以是金属管等，低端支架5也可以采用金属框架结构或者金属管结构等，这些均可以根据设计需要进行选择，在以下实施例中不再赘述。

如图2所示，本实施例的聚光太阳能电池组件阵列部件还包括反射镜阵列7，该反射镜阵列7中的反射镜安装在聚光太阳能电池组件8两侧，与聚光太阳能电池组件8形成V形槽结构。聚光太阳能电池组件8位于V形槽的底部。

聚光太阳能电池组件阵列部件1通过转动轴2安装在高、低端支架上，转轴2位于聚光太阳能电池组件阵列部件1机架的重心附近，其低端与安装在低端支架上的驱动机构衔接。聚光太阳能电池组件阵列部件还包太阳能电池组件8，太阳能电池组件8的底板是散热金属板或者散热翅片。

一维自动跟踪太阳机构还包括驱动机构，该驱动机构由电机、与电机出轴连接的蜗轮蜗杆减速器、与蜗轮蜗杆减速器出轴相连的齿轮减速器组成，该齿轮减速器可带动转动轴至少旋转150°，一般设计成可旋转360°，以避免风、雨、冰雹、灰尘等影响。一维自动跟踪太阳机构中含有探测太阳光位置的太阳光传感器9。

地理学中将日地中心的连线与赤道面间的夹角称为太阳赤纬角。太阳赤纬角每天都在发生变化，它在春分和秋分时刻等于零，而在夏至和冬至时刻有极值，分别为正负23.442°，相差46°之多。在温度相同的情况下，太阳能电池的发电功率随太阳光垂直入射强度的增加而增加，从上述太阳赤纬角变化的规律来看，如果太阳能电池固定安装，则有明显的余弦效应。最理想的当然是采用两轴同时跟踪太阳，这样太阳能电池可以始终正对太阳。但这类跟踪系统需要两套跟踪驱动装置，造价较高，推广受限。一维跟踪只需要一套受控于控制电路的跟踪驱动装置，成本相对低廉，但是只能在一维方向上正对太阳，无法保证太阳能电池一年四季都以最佳位置对准太阳，总会损失一部分太阳照射的能量。本事实例采用在一维跟踪太阳机构的基础上，增加一套简易的高度调整机构，可以达到二维跟踪同样的效果，但成本却大为降低。

工作时，本实施例的一维跟踪太阳机构的转轴指向正南方，聚光太阳能电池组件阵列部件以一定的倾斜角度安装在高低端支架上。当太阳的赤纬角变化较大时，可采用千斤顶等工具，拆去或者安装可拆卸连接单元。

如图3、图4所示，可拆卸式连接框架设计成可放置千斤顶的结构，框架的上板和下板都开有U型槽，当需要增加高度时，先将顶盖20插入上下框架之间的U型槽中，旋开框架下板的连接螺栓，用千斤顶L顶住顶盖，并将框架上板沿着导向柱向上推，直到可以增加一个可拆卸连接单元为止，放进该可拆卸连接单元后，千斤顶L降低，最后通过螺栓进行固定。降低高度与此大致相同，当然也可以采用其它的机构帮助增加或者降低高度。

聚光太阳能电池组件阵列部件绕低端支架上的铰支轴13(该铰支轴13的轴线垂直于聚光太阳能电池组件阵列部件的转轴2)转动，高端支架上的轴承3沿转轴2滑动或者低端支架沿转轴方向运动，很容易地实现了聚光太阳能电池组件阵列部件1角度的调整，使其可以正对太阳。太阳的赤纬角每年变化46°，因此可以根据季节定期(如每个季度、每月或者每周)进行调整。

本实施例的太阳能电池采用易于制造、成本低廉的聚光器跟踪太阳，增加了太阳能电池所接受的太阳光照射强度，在获得同样电能的情况下，太阳能电池的用量仅为固定式光伏发电系统的1/2-1/3。而增加的跟踪聚光机构的成本远低于所节约的太阳能电池的成本，相当于用普通的金属玻璃等材料代替昂贵的半导体材料，性价比有望提高30％以上。

本专利申请人在专利号为200620070287.6、名称为“蝶形反射聚光光伏发电系统”的专利中公开了一种聚光比更高的聚光光伏发电系统，聚光比可以达到4倍、5倍甚至更高(该专利中举例5.7倍)，如果将其相互结合，可以取得更好的经济效益。

实施例二

如图5所示，本实施例与实施例一的区别在于：高度调整机构的高端支架4包括至少两节可拆卸式连接单元6，高度调整机构的高端支架不是垂直于水平面的，而是每两节可拆卸式连接单元6的连接处均在以下轴承座铰支点13为圆心的聚光太阳能电池组件阵列1部件转动的圆弧(弦)上，一维自动跟踪太阳机构的转轴指向正南方，聚光太阳能电池组件阵列部件1以一定的倾斜角度安装在高低端支架上，聚光太阳能电池组件阵列部件转轴的低端通过下轴承14铰支在下轴承座上，下轴承座铰支在低端支架上，低端支架固连在安装基础上，聚光太阳能电池组件阵列部件转轴的高端铰支在上轴承座上，上轴承座固连于高端支架上。高端支架上的轴承3不需要再沿转轴2滑动，而是固定在高端支架4上。

本实施例中的可拆卸式连接单元可以不用金属框架，而采用金属管。

实施例三

本实施例如图6所示，高度调整机构的高端支架包括至少两节可拆卸式连接单元，聚光太阳能电池组件阵列部件转轴的低端通过下轴承铰支在下轴承座上，下轴承座固定在低端支架上，低端支架支撑在安装基础上，聚光太阳能电池组件阵列部件转轴的高端铰支在上轴承座上，上轴承座固连于高端支架上。其中聚光太阳能电池组件阵列部件1的高端通过转轴2铰支在高端支架4上，低端固连在低端支架5上，低端支架5支撑在安装基础上。该实施例与上述实施例的主要区别在于：聚光太阳能电池组件阵列部件的转轴的低端通过下轴承铰支在下轴承座上，下轴承座固定在低端支架上，低端支架可沿支撑点转轴方向运动。低端支架支撑在安装基础上的方式有很多种，如图7所示，低端支架可以铰支在安装基础上，当然也可以通过球形端头等结构形式支撑在安装基础上。这种结构的优点是：制造成本更低，安装方便。其调整高度的方法是：借助千斤顶等工具，使已有可拆卸连接单元上升或者下降，然后增加或减少拆卸连接单元。

实施例四

本实施例如图7所示，高度调整机构铰支在高低端支架上，其中高端支架包括至少两节可拆卸式连接单元，该高度调整机构还包括滑轨及其锁紧装置，可使高端支架的底部沿滑轨滑动。低端通过下轴承铰支在下轴承座上，下轴承座铰支在低端支架上，支架固连在安装基础上，高度调整机构包括3根支撑管(A、B、C)，还包括3条对应的滑轨，三根支撑管的底部均可以在滑轨上滑动，另外还有销等类似的锁紧装置，以便到位后锁紧。调整高度是这样实现的：以上升为例，首先拆掉支撑管A、C的连接螺栓，将支撑管B借助千斤顶等工具向前推，此时支撑管A、C悬空，便可以增加可拆卸连接单元，下降时同理操作。当然也可以通过同时推动支撑管A、C使支撑管B悬空，增加或者减少支撑管B上的可拆卸连接单元。

实施例五

本实施例如图8所示，高度调整机构由定滑轮15、支撑定滑轮15的定滑轮支架16、连接高端支架4底部的钢丝绳17、带动钢丝绳17伸缩的摇轮18、可使高端支架底部滑动的滑轨19组成，可拆卸式连接单元有类似于关节的结构，多余的可拆卸式连接单元放置于滑轨上。当需要升高高端支架的高度时，转动摇轮，通过钢丝绳17拉动可拆卸式连接单元6，使其沿滑轨19滑动，使放置于滑轨19上的可拆卸式连接单元上升，然后通过销结构固定可拆卸式连接单元即可。下降时同理操作。

上述实施例中仅提到调整高端支架的高度，事实上也可以调整低端支架的高度达到同样的目的。另外上述实施例仅提到一套驱动机构仅带动一套聚光太阳能电池组件阵列部件，实际上一套跟踪控制电路和一套驱动机构就可以带动众多的聚光太阳能电池组件阵列部件，从而有利于进一步降低整体制造成本(具体情况可以参阅申请人此前申请的专利：申请号为200520076826.2、名称为“槽式反射聚光光伏发电系统”)。

Claims (10)

1.一种准二维跟踪聚光光伏发电装置，包括安装在一维自动跟踪太阳机构上的聚光太阳能电池组件阵列部件，其特征在于：所述一维自动跟踪太阳机构的转轴两端分别通过轴承支撑在高、低端支架上，所述高、低端支架中至少一个设有高度调节机构。

2.根据权利要求1所述的准二维跟踪聚光光伏发电装置，其特征在于：所述高度调整机构的高端支架包括至少两节可拆卸式连接单元，所述高端支架垂直于水平面安装，所述一维自动跟踪太阳机构的转轴指向正南方，聚光太阳能电池组件阵列部件以预定的倾斜角度安装在高低端支架上，所述聚光太阳能电池组件阵列部件转轴的低端通过下轴承铰支于下轴承座上，下轴承座铰支在低端支架上，转轴的高端通过滑动轴承铰支于上轴承座上，上轴承座铰支于高端支架上。

3.根据权利要求2所述的准二维跟踪聚光光伏发电装置，其特征在于：所述聚光太阳能电池组件阵列部件还包括反射镜阵列，所述反射镜阵列中的反射镜安装在聚光太阳能电池组件两侧，与聚光太阳能电池组件形成V形槽结构，所述聚光太阳能电池组件位于V形槽的底部。

4.根据权利要求3所述的准二维跟踪聚光光伏发电装置，其特征在于：所述聚光太阳能电池组件阵列部件通过转动轴安装在高、低端支架上，所述转轴位于聚光太阳能电池组件阵列部件机架的重心附近，其低端与安装在低端支架上的驱动机构衔接。

5.根据权利要求4所述的准二维跟踪聚光光伏发电装置，其特征在于：所述聚光太阳能电池组件阵列部件包括太阳能电池组件，所述太阳能电池组件的底板是散热金属板或者散热翅片。

6.根据权利要求1所述的准二维跟踪聚光光伏发电装置，其特征在于：所述一维自动跟踪太阳机构包括驱动机构，所述驱动机构由电机、与电机出轴连接的蜗轮蜗杆减速器、与蜗轮蜗杆减速器出轴相连的齿轮减速器组成，所述齿轮减速器可带动转动轴至少旋转150°。

7.根据权利要求6所述的准二维跟踪聚光光伏发电装置，其特征在于：所述一维自动跟踪太阳机构中含有探测太阳光位置的太阳光传感器。

8.根据权利要求1所述的准二维跟踪聚光光伏发电装置，其特征在于：所述高度调整机构的高端支架包括至少两节可拆卸式连接单元，所述聚光太阳能电池组件阵列部件转轴的低端通过下轴承铰支在下轴承座上，下轴承座固定在低端支架上，低端支架支撑在安装基础上，所述聚光太阳能电池组件阵列部件转轴的高端铰支在上轴承座上，上轴承座固连于高端支架上。

9.根据权利要求1所述的准二维跟踪聚光光伏发电装置，其特征在于：所述高度调整机构铰支在高低端支架上，其中高端支架包括至少两节可拆卸式连接单元，低端通过下轴承铰支在下轴承座上，下轴承座铰支在低端支架上，支架固连在安装基础上，所述高度调整机构包括滑轨及其锁紧装置。

10.根据权利要求1所述的准二维跟踪聚光光伏发电装置，其特征在于：所述高度调整机构由定滑轮、支撑定滑轮的定滑轮支架、连接高端支架底部的钢丝绳、带动钢丝绳伸缩的摇轮、可使高端支架底部滑动的滑轨组成。

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