TW201644185A - 太陽能自動追蹤裝置 - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種太陽能自動追蹤裝置，包括有太陽能板、熱膨脹伸縮模組、太陽光接收模組，該太陽能板用來接收太陽光並轉換為電能，該熱膨脹伸縮模組裝置在該太陽能板的背光面，以推動該太陽能板面向太陽；太陽光接收模組則裝置在該太陽能板的受光面，使該太陽光接收模組連接並傳遞熱能至該熱膨脹伸縮模組，以驅動該熱膨脹伸縮模組進行工作。熱膨脹伸縮模組包括一支以上的熱膨脹伸縮桿，而太陽光接收模組包括與該熱膨脹伸縮桿數量相同的太陽光接收管，使每一該熱膨脹伸縮桿對應有一該太陽光接收管，多個不同位置的該太陽光接收管，會接收不等的熱能大小，並傳遞熱能使不同位置的對應熱膨脹伸縮桿產生不等的伸縮距離，進而推動該太陽能板轉動成面向該太陽的位置。

Description

太陽能自動追蹤裝置

本發明屬於太陽能發電領域，尤其指一種利用太陽光提供動力，自動追蹤太陽路徑，且構造精簡，可以大幅提高太陽能轉換效率的太陽能自動追蹤裝置。

隨著物質文明的高度發展，人類對於能源的需求愈來愈多，由於傳統能源主要來自於石化燃料，因此必須不斷的進行大規模開採石油、天然氣、煤礦的行為，以應付大量的能源消耗。

傳統石化燃料是以燃燒產生能量，所以產生空氣污染是必然的現象。又因為石化燃料是高度的污染源，在大量燃燒之後，對於空氣的污染相當嚴重。此結果或者引發人類呼吸道的病變，更甚者會阻礙空氣流通，產生溫室效應，因而對全球氣候造成不正常的影響，威脅地球上所有生物的生存。

另外，開採石化燃料必須大量開採土石，其至於砍伐森林，進一步破壞地表環境，讓環境污染更為嚴重。

然而，威脅人類最大的問題，在於地球的石化燃料儲量有限，雖然很多國家在積極探勘，也發現新的油田，但仍有用完的一天。因此， 尋求永續、潔淨的能源來源，乃為各國政府無不加緊努力的目標。

目前，最為人所熟知的綠色能源，非太陽能莫屬。太陽光的照射乃為持續的自然現象，只要方法得宜，就能夠長期不間斷的取得能源。太陽光又是普遍的能源，凡是陽光照射之地，皆可設法取得太陽能。而太陽光本身亦屬潔淨的能源，使用時不會造成環境污染，對於地球環境的維護助益頗大。

然而，太陽能的應用仍存有技術問題，而亟待加以改進。其中最大的問題，相對於風力、水力發電，太陽能本身的轉換效率過低。因此，往往需要鋪設極大面積的太陽能板，方能取得有利使用的太陽能。而且，太陽能受季節、光照等條件的影響很大，對於多雨、多霧的地區，或是日照時間較少的地區，其使用效率亦會有所降低。

因應太陽能畢竟是最為環保以及永續使用的能源，故雖然效率不彰，但多數國家仍然投入大量的資源進行研發改良，期能得到更高效率的太陽能來取代石化燃料。其中方向之一，是改善照射角度。由於太陽會隨著時間、季節改變其日照方向，而傳統太陽能板是採取固定設置，無法調整與太陽之間的角度，造成太陽光無法有效吸收，形成使用上的浪費。因此，遂有可以追蹤太陽光方向，以調整照射角度增加效率的太陽能發電系統出現。

事實上，要轉動太陽能板面對太陽的方法，依現有的科技不難達成，例如依據時間、GPS定位、光學感測器等方式，再配合控制電路即可完成。然而，習用太陽能板自動追蹤太陽方向的裝置，結構相當精密複雜，造成設置成本高昂，不利於太陽能板的普及使用。且習用裝置容易 故障，需要經常維修，因此必須停機維護，降低使用時間，增加營運成本。再者，習用裝置需要耗損較多電力以驅動太陽能板轉動，此耗損的電力亦減少習用太陽能板獲得的效能。

有鑑於此，本案發明人即著手研發改進，其考慮方向在於降低新增裝置的複雜性，簡化設置與方便控制，並能降低故障以及能源損耗，讓太陽能的取得更有效率，符合產業的需求。經由長期的研發的實作，終能完成本件太陽能自動追蹤裝置。

本發明的主要目的在於提出一種太陽能自動追蹤裝置，其利用熱膨脹方式自動控制，讓太陽能板能隨時正對太陽方向，取得最佳的能源轉換效果。

本發明的另一目的在於提出一種太陽能自動追蹤裝置，其設置簡易，沒有複雜的機械或電子結構，在設置或維護上都很容易，無論大規模鋪設太陽能板的企業，或是自家使用的小型太陽能板，皆能輕易裝置本發明以提供更好的功能。

本發明的再一目的在於提出一種太陽能自動追蹤裝置，其驅動能量完全來自太陽能，無需耗費多餘電源，使整體能源轉換效率更為提高。

可達成上述發明目的之一種太陽能自動追蹤裝置，包括有太陽能板、熱膨脹伸縮模組、太陽光接收模組，該太陽能板用來接收太陽光並轉換為電能，熱膨脹伸縮模組裝置在太陽能板的背光面，以推動太陽能 板面向太陽；太陽光接收模組則裝置在該太陽能板的受光面，使太陽光接收模組連接並傳遞熱能至熱膨脹伸縮模組，以驅動熱膨脹伸縮模組進行工作。

為了有效控制太陽能板主動追蹤該太陽方向，該熱膨脹伸縮模組設置在太陽能板的背光面，利用推動方式控制該太陽能板面向該太陽。熱膨脹伸縮模組無需任何電子控制設計，而完全利用該太陽本身提供的熱量，且無需額外能源，可以自給自足，提高整體效能。

而為了使熱膨脹伸縮模組取得足夠熱源，太陽光接收模組設置在太陽能板的受光面，並使太陽光接收模組連接並傳遞熱能至熱膨脹伸縮模組，以驅動熱膨脹伸縮模組進行工作。

在實際應用時，熱膨脹伸縮模組包括一支以上的熱膨脹伸縮桿，太陽光接收模組包括與熱膨脹伸縮桿數量相同的太陽光接收管，使每一熱膨脹伸縮桿對應有一太陽光接收管。

複數個熱膨脹伸縮桿與太陽光接收管均勻鋪設在太陽能板表面各區域，由於多個不同位置的太陽光接收管會接收不等的熱能大小，並傳遞熱能使不同位置的熱膨脹伸縮桿產生不等的伸縮距離，因此利用此自然現象，即可用來推動太陽能板轉動成面向太陽的位置。

太陽光接收管通常為金屬管，具有良好的導熱效果，且太陽光接收管朝向太陽能板的中心點方向設置有光接收面，使光接收面的位置可以吸收更多的太陽能。亦即距離太陽較遠位置的太陽光接收管得以接收更多的光線量，同時傳遞至相連的熱膨脹伸縮桿產生更大的伸縮幅度，以推動該太陽能板轉向該太陽方向。且該光接收面上可以設置有凸透鏡，用 來增強該太陽的照射能量，以得到更為精確的控制效果。

熱膨脹伸縮桿可為金屬桿，在受熱後會膨脹而得到伸縮變化。唯不限於金屬，凡可達成因受熱膨脹而得到伸縮變化固體、液體、氣體材質，皆可為本發明所採用，例如針對液體，熱膨脹伸縮桿為中空管體，其中充滿有液體，在中空管體一端插置有柱體，使液體受熱後會膨脹而推動柱體移動得到伸縮變化，液體常見者如水銀。

另外，熱膨脹伸縮桿與太陽光接收管之間設置有熱量放大單元，熱量放大單元具有外接的電力，可將太陽光接收管吸收的熱量進行放大，使熱膨脹伸縮桿可以得到所需的伸縮長度。當然，使用之電力可為市電、電池或是來自太陽能板所產生的電能。

1‧‧‧太陽能板

2‧‧‧熱膨脹伸縮模組

21‧‧‧熱膨脹伸縮桿

211‧‧‧液體

22‧‧‧柱體

3‧‧‧太陽光接收模組

31‧‧‧太陽光接收管

311‧‧‧光接收面

32‧‧‧凸透鏡

4‧‧‧熱量放大單元

5‧‧‧太陽

第1圖是本發明的太陽能自動追蹤裝置的結構俯視圖；第2圖是太陽能自動追蹤裝置的結構前視圖；第3圖是太陽能自動追蹤裝置的動作示意圖(一)；第4圖是太陽能自動追蹤裝置的動作示意圖(二)；第5圖是本發明另一實施例的太陽能追蹤裝置的結構俯視圖；第6圖是該另一實施例的太陽能追蹤裝置的結構前視圖；第7圖是太陽能自動追蹤裝置的太陽光接收管的細部結構示意圖；第8圖是太陽能自動追蹤裝置的熱膨脹伸縮桿以液壓方式控制的結構示意圖；以及第9圖是太陽能自動追蹤裝置增設熱量放大單元的結構示意圖。

請參閱第1圖至第4圖所示為本發明所稱之一種太陽能自動追蹤裝置，包括有太陽能板1，太陽能板1應用光電效應的原理，當太陽5進行照射時，會使太陽能板1的表面釋放電子，因而產生電流以提供負載使用。太陽能板1的種類繁多，如單晶矽、多晶矽、薄膜式和非晶矽等材質，凡能發揮太陽能發電功能者，皆可作為本發明的應用。

本發明的重要工作，是要讓太陽能板1主動追蹤太陽5方向，以發揮最大發電效率之功效。因此，本發明在太陽能板1的背光面，設置有熱膨脹伸縮模組2，以推動太陽能板1面向太陽5。熱膨脹伸縮模組2不同於常見的電子控制方式，其完全利用太陽5本身提供的熱量，讓不同區域的熱膨脹伸縮模組2產生不同的伸縮幅度，然後直覺的推動太陽能板1面對太陽5方向。因此，不僅可以取得最大的照射面積與陽光強度，轉換為最有效率的發電成果，且無需額外能源，可以自給自足，提高整體效能。

熱膨脹伸縮模組2作為控制太陽能板1的轉向工作，為求設計簡單，熱膨脹伸縮模組2裝置在太陽能板1的背光面，並未直接照射陽光。因此，本發明另在太陽能板1的受光面，設置有太陽光接收模組3，使太陽光接收模組3連接並傳遞熱能至熱膨脹伸縮模組2，以驅動熱膨脹伸縮模組2進行工作。

實際應用時，熱膨脹伸縮模組2包括一支以上的熱膨脹伸縮桿21，太陽光接收模組3包括與熱膨脹伸縮桿21數量相同的太陽光接收管31，使每一熱膨脹伸縮桿21對應有一太陽光接收管31。如此設計之目的， 可在太陽能板1表面各區域，均勻鋪設適當數量的熱膨脹伸縮桿21與太陽光接收管31。由於多個不同位置的太陽光接收管31會接收不等的熱能大小，並傳遞熱能使不同位置的熱膨脹伸縮桿21產生不等的伸縮距離，因此利用此自然現象，即可用來推動太陽能板1轉動成面向太陽5的位置。

請復參閱第1圖、第2圖，其揭示為一種常見的太陽能板1鋪設方式，其中每一個太陽能板1皆可全方向旋轉以追蹤太陽5的方向。為此，本設計的熱膨脹伸縮桿21與太陽光接收管31各設置有3個，並由太陽能板1的中心處等角度環繞設置，藉由3個熱膨脹伸縮桿21不同的伸縮變化，即可控制太陽能板1進行多方向轉動。

或者，請參閱第5圖、第6圖，為另一種常見的太陽能板1鋪設方式，其考慮設置地點、密度，為避免多個太陽能板1轉動時發生遮蔽而降低效能的問題，熱膨脹伸縮桿21與太陽光接收管31各設置有2個，並由太陽能板1的中心處對稱設置，使太陽能板1隨著日出、日落的路徑進行雙向轉動。

當然，亦可設置3個以上的熱膨脹伸縮桿21與太陽光接收管31，以產生更複雜的方向變化。

太陽光接收管31通常為金屬管，具有良好的導熱效果，當然亦不限制於金屬材料。更進一步，如第7圖所示，為能精確判斷太陽5的位置，太陽光接收管31朝向太陽能板1的中心點方向設置有光接收面311，使光接收面311的位置可以吸收更多的太陽能。亦即距離太陽5較遠位置的太陽光接收管31得以接收更多的光線量，同時傳遞至相連的熱膨脹伸縮桿21產生更大的伸縮幅度，以推動太陽能板1轉向太陽5方向。光接收面 311的設置方法很多，例如在光接收面311的區域採用導熱效果更好的金屬，或在太陽光接收管31表面不屬於光接收面311的位置包覆阻隔材料，使光接收面311得以精確判斷太陽5的照射方向。

或者，光接收面311上可以設置有凸透鏡32，用來增強太陽5的照射能量，以得到更為精確的控制效果。

同樣地，熱膨脹伸縮桿21可為金屬桿，在受熱後會膨脹而得到伸縮變化。唯不限於金屬，凡可達成因受熱膨脹而得到伸縮變化的設計，無論是固體、液體、氣體材質，皆可為本發明所採用。例如第8圖所示，熱膨脹伸縮桿21為中空管體，其中充滿有液體211，液體211可為水銀等熱膨脹效果明顯的材質，在中空管體一端插置有柱體212，使液體211受熱後會膨脹而推動柱體212移動得到伸縮變化。使用液體211的原因在於液壓控制較為穩定，無需增加控制設備，對於成本的維持較為有利。

另外，對於太陽5的照射較為柔和的季節或區域，本發明亦可適當外接能源以求順利運作。例如第9圖所示，可在熱膨脹伸縮桿21與太陽光接收管31之間設置有熱量放大單元4，熱量放大單元4具有外接的電力，可將太陽光接收管31吸收的熱量進行放大，使熱膨脹伸縮桿21可以得到所需的伸縮長度。當然，使用之電力可為市電、電池或是太陽能板1所產生的電能。

當然，熱膨脹伸縮桿21可連接其它機械結構，例如齒輪組等傳動方式，將熱膨脹伸縮桿21的伸縮方向轉換為旋轉動作，以更精確控制太陽能板1的動作，這種機械傳動方式常見的設計，在此不予贅述。

上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟 實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

1‧‧‧太陽能板

2‧‧‧熱膨脹伸縮模組

21‧‧‧熱膨脹伸縮桿

3‧‧‧太陽光接收模組

31‧‧‧太陽光接收管

Claims (11)

1. 一種太陽能自動追蹤裝置，包括有：太陽能板；熱膨脹伸縮模組，裝置在該太陽能板的背光面，以推動該太陽能板面向太陽；太陽光接收模組，裝置在該太陽能板的受光面，使該太陽光接收模組連接並傳遞熱能至該熱膨脹伸縮模組，以驅動該熱膨脹伸縮模組進行工作。
2. 如請求項1所述的太陽能自動追蹤裝置，其中，該熱膨脹伸縮模組包括一支以上的熱膨脹伸縮桿，該太陽光接收模組包括與該熱膨脹伸縮桿數量相同的太陽光接收管，使每一該熱膨脹伸縮桿對應有一該太陽光接收管，多個不同位置的該太陽光接收管會接收不等的熱能大小，並傳遞該熱能使不同位置的對應該熱膨脹伸縮桿產生不等的伸縮距離，進而推動該太陽能板轉動成面向該太陽的位置。
3. 如請求項2所述的太陽能自動追蹤裝置，其中，該熱膨脹伸縮桿與該太陽光接收管各設置有2個，並由該太陽能板的中心處對稱設置，使該太陽能板進行雙向轉動。
4. 如請求項2所述的太陽能自動追蹤裝置，其中，該熱膨脹伸縮桿與該太陽光接收管各設置有3個，並由該太陽能板的中心處等角度環繞設置，使該太陽能板進行多方向轉動。
5. 如請求項2所述的太陽能自動追蹤裝置，其中，該熱膨脹伸縮桿與該太陽光接收管之間設置有熱量放大單元，該熱量放大單元具有外接的電力， 可將該太陽光接收管吸收的熱量進行放大，使該熱膨脹伸縮桿可以得到所需的伸縮長度。
6. 如請求項5所述的太陽能自動追蹤裝置，其中，使用之該電力可為市電、電池或是來自該太陽能板所產生的電能。
7. 如請求項2所述的太陽能自動追蹤裝置，其中，該熱膨脹伸縮桿為金屬桿，在受熱後會膨脹而得到伸縮變化。
8. 如請求項2所述的太陽能自動追蹤裝置，其中，該熱膨脹伸縮桿為中空管體，其中充滿有液體，在該中空管體一端插置有柱體，使該液體受熱後會膨脹而推動該柱體移動得到伸縮變化。
9. 如請求項2所述的太陽能自動追蹤裝置，其中，該太陽光接收管為金屬管，具有良好的導熱效果。
10. 如請求項2所述的太陽能自動追蹤裝置，其中，該太陽光接收管朝向該太陽能板的中心點方向設置有光接收面，以精確判斷該太陽的位置。
11. 如請求項10所述的太陽能自動追蹤裝置，其中，該光接收面上設置有凸透鏡，用來增強該太陽的照射能量。