專利名稱：平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽(yáng)的光伏發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及太陽(yáng)能光伏發(fā)電的領(lǐng)域，尤其是涉及太陽(yáng)能光伏發(fā)電器對(duì)太陽(yáng)的跟蹤機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前太陽(yáng)能的光伏發(fā)電方法，一般是讓太陽(yáng)光投射在有固定傾角的平板式太陽(yáng)能電池板上，所使用的光電池主要是單晶硅和多晶硅半導(dǎo)體材料，發(fā)電效率約為投射的太陽(yáng)能輻射功率的14～16％。多層P-N結(jié)的光電池可以做聚焦型的光伏發(fā)電使用，但價(jià)格太貴，所以只是少量使用。太陽(yáng)能光伏發(fā)電的最大問(wèn)題是發(fā)電裝置投資太高，發(fā)電成本太貴。其原因主要是光電池成本很貴，而其光電轉(zhuǎn)換效率不高，使得光電池利用率太低。
現(xiàn)有平板光伏發(fā)電方法的光電池利用率低的原因，除因晝夜陰晴的自然因素影響外，在技術(shù)上主要是因太陽(yáng)射線對(duì)光電池板入射非直角的余弦效應(yīng)引起的損失。一天內(nèi)太陽(yáng)射線對(duì)光電池板的東西方向的入射角是從0～180°之間變化，因余弦效應(yīng)光電池板的發(fā)電效率僅約0.7～0.8；一年內(nèi)太陽(yáng)正午的高度角變化為47°，取平均正午的高度角的位置安裝光電池板，年均南北向因余弦效應(yīng)的發(fā)電效率約為0.97。還有另一個(gè)重要原因是光電池受光強(qiáng)度低。由于硅光電池的工作溫度升高會(huì)使發(fā)電效率下降，而目前光伏發(fā)電裝置的散熱能力不足，所以硅光電池很難用聚光的方法去提高輻照密度，即使使用聚光的方法，聚光倍率也不高。
對(duì)于聚光型的太陽(yáng)能光伏發(fā)電或光熱發(fā)電系統(tǒng)一般都涉及到太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)，塔式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)是要對(duì)數(shù)萬(wàn)個(gè)反射片采用各不相同的二維跟蹤控制，使它們的反射光都對(duì)準(zhǔn)固定的高塔上的熱接收器，控制系統(tǒng)很復(fù)雜。碟形發(fā)電系統(tǒng)是用拋物面形的反射鏡把太陽(yáng)直射光反射并聚集至焦點(diǎn)區(qū)的熱接收器或光電池片上，它也必須對(duì)單個(gè)碟形反射鏡發(fā)電系統(tǒng)實(shí)行二維跟蹤，一般采用拋物天線的搖頭跟蹤方式，控制系統(tǒng)亦不簡(jiǎn)單。目前采用的跟蹤裝置成本很貴，傳統(tǒng)的一維跟蹤裝置的成本約是光伏系統(tǒng)的30％，二維跟蹤的為70％左右，所以一般低倍率聚光的光伏發(fā)電系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的跟蹤方法沒(méi)有經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型提出一種二維跟蹤太陽(yáng)的光伏發(fā)電的裝置，具有承載能力大，驅(qū)動(dòng)力小，跟蹤驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以克服現(xiàn)有光伏發(fā)電方案的不足，大幅度提高太陽(yáng)能發(fā)電裝置的光電池利用率，從而大幅度降低太陽(yáng)能發(fā)電成本。
一種平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽(yáng)的光伏發(fā)電裝置，包括有太陽(yáng)能光伏發(fā)電器和太陽(yáng)跟蹤機(jī)構(gòu)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電器安裝在太陽(yáng)跟蹤機(jī)構(gòu)上；其特征在于所述的太陽(yáng)跟蹤機(jī)構(gòu)為二維跟蹤機(jī)構(gòu)，包括水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架，傾斜面搖動(dòng)支架，垂直固定軸，水平軸，太陽(yáng)方位角跟蹤驅(qū)動(dòng)器，太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器，太陽(yáng)方位角跟蹤光電探測(cè)器和太陽(yáng)高度角跟蹤光電探測(cè)器；水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架由垂直套筒、平面支架和平面支架滾輪組成；垂直套筒套著垂直固定軸，平面支架滾輪裝在平面支架下面，在基礎(chǔ)平面的軌道滾動(dòng)，平面支架滾輪由太陽(yáng)方位角跟蹤驅(qū)動(dòng)器驅(qū)使轉(zhuǎn)動(dòng)和控制轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架繞垂直固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)；傾斜面搖動(dòng)支架的主體為平面網(wǎng)架，平面網(wǎng)架上安裝太陽(yáng)能光伏發(fā)電器；在傾斜面搖動(dòng)支架的邊框上對(duì)稱裝有兩個(gè)軸套，軸套套在水平軸上，傾斜面搖動(dòng)支架的搖動(dòng)機(jī)構(gòu)由太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器驅(qū)使轉(zhuǎn)動(dòng)和控制轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)傾斜面搖動(dòng)支架繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)；水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架繞垂直固定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤太陽(yáng)方位角，傾斜面搖動(dòng)支架繞水平軸的搖動(dòng)跟蹤太陽(yáng)高度角，使太陽(yáng)能光伏發(fā)電器的光電池板面的法線始終指向太陽(yáng)；太陽(yáng)方位角跟蹤光電探測(cè)器安裝在水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架上，太陽(yáng)高度角跟蹤光電探測(cè)器安裝在傾斜面搖動(dòng)支架上。
所述的帶動(dòng)傾斜面搖動(dòng)支架改變傾角的搖動(dòng)機(jī)構(gòu)的一種方式是，水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架的兩側(cè)安裝有豎直支架，水平軸安裝在豎直支架的軸承座上，水平軸和軸套位于傾斜面搖動(dòng)支架的重心處；在傾斜面搖動(dòng)支架的邊框下端裝有搖動(dòng)滾輪，在平面支架上安裝圓心在水平軸的軸心、半徑等于水平軸的軸心至搖動(dòng)滾輪周邊遠(yuǎn)點(diǎn)距離的圓弧軌道，搖動(dòng)滾輪在圓弧軌道上轉(zhuǎn)動(dòng)，由太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器驅(qū)使轉(zhuǎn)動(dòng)和控制轉(zhuǎn)速；另一種方式是，在平面支架上安裝帶齒搖動(dòng)滾輪，在傾斜面搖動(dòng)支架的邊框下端固定有圓心在水平軸的軸心的帶齒圓弧軌道，由輻條連接到搖動(dòng)支架的軸套上，帶齒圓弧軌道與帶齒搖動(dòng)滾輪嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)，由安裝在平面支架上的太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器驅(qū)使轉(zhuǎn)動(dòng)和控制轉(zhuǎn)速。
所述的帶動(dòng)傾斜面搖動(dòng)支架改變傾角的搖動(dòng)機(jī)構(gòu)的再一種方式是，平面支架上離垂直固定軸的遠(yuǎn)端設(shè)置軸承座，水平軸下移到安裝在軸承座上，傾斜面搖動(dòng)支架的軸套也移到邊框的下端；傾斜面搖動(dòng)支架的邊框中上部對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)上轉(zhuǎn)動(dòng)付，與一對(duì)搖桿的一端各自相連，搖桿的另一端經(jīng)下轉(zhuǎn)動(dòng)付連接一根橫軸，橫軸再與一個(gè)滑塊連接，滑塊在直線軌道上移動(dòng)，滑塊為螺母、直線軌道為螺桿，滑塊由轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿帶動(dòng)沿直線移動(dòng)，螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)又由太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器驅(qū)使轉(zhuǎn)動(dòng)和控制轉(zhuǎn)速；螺桿和太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器均安裝在固定于垂直套筒上的平面支架的底盤上。
所述的傾斜面搖動(dòng)支架的頂面有透光蓋板，太陽(yáng)能光伏發(fā)電器被罩在透光蓋板下。
所述的太陽(yáng)能光伏發(fā)電器為太陽(yáng)能光伏發(fā)電聚集器，該聚集器為碟形或槽形；在一個(gè)傾斜面搖動(dòng)支架上可以同時(shí)布置至少2個(gè)以上光伏發(fā)電器。
所述的太陽(yáng)能光伏發(fā)電聚集器包括有全反射聚光器、二次反射板、光電池和散熱器；所述的全反射聚光器為曲面形的金屬板表面拋光作為反射面，全反射聚光器把太陽(yáng)輻射的直射射線反射集中投射在二次反射板上；二次反射板為曲面的反射鏡，其凸面與全反射聚光器的凹面相對(duì)，布置在全反射聚光器的焦點(diǎn)前，其焦線和全反射聚光器的焦線重合，使二次反射的太陽(yáng)輻射束投射到布置在全反射聚光器中間的光電池上；光電池背面粘結(jié)有表面絕緣層的金屬導(dǎo)熱板，再與金屬的附加散熱板一同把全反射聚光器的金屬板固定夾緊在其間，導(dǎo)熱板、附加散熱板和全反射聚光器共同構(gòu)成散熱器；附加散熱板的外表面和全反射聚光器的背面涂有散熱涂層；光電池把接收的太陽(yáng)輻射能的一部分轉(zhuǎn)換為電能輸出，其余的轉(zhuǎn)化為熱能通過(guò)散熱器傳出。
所述的全反射聚光器和二次反射板的曲面形狀首選拋物線曲面，次選雙曲線曲面；所述的光電池首選單晶硅或多晶硅光電池。
所述的二次反射板為曲面的反射透射鏡，其反射的光譜范圍與光電池的適用光譜范圍相匹配，波長(zhǎng)為0.4～1.1μm，其余的太陽(yáng)輻射束則透過(guò)二次反射板。
或者，所述的太陽(yáng)能光伏發(fā)電聚集器也可以是包括菲涅爾聚光鏡、反射板、光電池、散熱器，菲涅爾聚光鏡布置在頂面，光電池布置在底面；反射板是由兩片復(fù)合拋物線形的金屬板組成，布置在菲涅爾聚光鏡和光電池之間的兩側(cè)；反射板的凹面拋光，可將經(jīng)菲涅爾聚光鏡聚光的但落在光電池板以外的太陽(yáng)射線反射到光電池板上；光電池背面粘結(jié)有表面絕緣層的金屬導(dǎo)熱板，再與金屬的附加散熱板一同把反射板固定夾緊在其間，導(dǎo)熱板、附加散熱板和反射板共同構(gòu)成散熱器；附加散熱板的外表面和反射板的凸面涂有散熱涂層。
由于本實(shí)用新型的平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽(yáng)方式的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，驅(qū)動(dòng)力小，跟蹤程序易于利用現(xiàn)有天文知識(shí)，可以多個(gè)光伏發(fā)電器組件集中在一個(gè)裝置上，大大節(jié)約了跟蹤成本；而且由于采用了二維跟蹤使光電池板克服了太陽(yáng)射線余弦效應(yīng)損失，即使是應(yīng)用在最簡(jiǎn)單的平板式太陽(yáng)能電池板上，日光利用率或發(fā)電效率也可以平均提高20％。此外，采用本實(shí)用新型的方法后就可以采用二維散熱方式和二維聚光裝置，增大聚光比，進(jìn)一步降低成本。
本實(shí)用新型采用的自散熱措施，利用光電池背面的導(dǎo)熱板，把光電池產(chǎn)生的熱量傳輸給全反射聚光器的金屬板和附加散熱板，或者傳輸給與菲涅爾聚光鏡配用的金屬反射板和附加散熱板，再經(jīng)金屬導(dǎo)熱、散熱涂層輻射和空氣自然對(duì)流把熱量散發(fā)給空氣和環(huán)境，尤其是巧妙地利用了大面積的全反射聚光器或反射板背面進(jìn)行輻射散熱，有很強(qiáng)的散熱調(diào)節(jié)能力；另外，當(dāng)與全反射聚光器配用的二次反射板只反射光電池工作波段的輻射時(shí)，可以把一部分光電池不能利用的太陽(yáng)能分流走，就進(jìn)一步減少了光電池產(chǎn)生的熱量。這些自散熱措施使一維聚光器的光伏發(fā)電裝置的聚光比可以達(dá)到20～25，二維聚光器的聚光比可以達(dá)到30～40，實(shí)際的聚光度可達(dá)35，光電池板的工作溫度不超過(guò)85℃。
由于光電池板的價(jià)格昂貴、遠(yuǎn)高于裝置中其他部件的價(jià)格，因而其效率的提高將有利于整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的性價(jià)比的大幅度提高。而且，輻射散熱和分頻導(dǎo)熱也大大節(jié)省了成本，初步計(jì)算，利用本實(shí)用新型方法的直接發(fā)電成本會(huì)比普通平板光電池板發(fā)電方法節(jié)省投資約10～15倍。
雖然本實(shí)用新型沒(méi)有利用太陽(yáng)能發(fā)電后的余熱，但在太陽(yáng)能發(fā)電站，光電池板上產(chǎn)生的余熱是無(wú)處可用的，必須散發(fā)走的。二次反射板背后的熱量雖然可以設(shè)法回收到150～280℃的熱量，但增加了二維跟蹤裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，且還得有熱轉(zhuǎn)電的輔助裝置，所以寧可舍棄，而通過(guò)增加聚光比和克服余弦損失得到回報(bào)。
因此，采用上述措施后，單位面積光電池板上輸出電功率可以提高20～30倍，可大幅度降低太陽(yáng)能發(fā)電的成本。


圖1是本實(shí)用新型的實(shí)施例1(傾斜面搖動(dòng)支架由搖動(dòng)滾輪帶動(dòng)沿圓弧軌道運(yùn)動(dòng)、碟形太陽(yáng)能光伏發(fā)電器)的結(jié)構(gòu)示意主視圖。
圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1的右視圖。
圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例1在A-A處的斷面俯視圖。
圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例2(傾斜面搖動(dòng)支架由帶齒圓弧軌道帶動(dòng)與帶齒搖動(dòng)滾輪嚙合運(yùn)動(dòng))的結(jié)構(gòu)示意主視圖。
圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例3(傾斜面搖動(dòng)支架由滑塊帶動(dòng)沿直線軌道運(yùn)動(dòng)、槽形太陽(yáng)能光伏發(fā)電器)的結(jié)構(gòu)示意主視圖。
圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例3的右視圖。
圖7是本實(shí)用新型中所采用的由全反射聚光器、二次反射板等構(gòu)成的太陽(yáng)能光伏發(fā)電聚集器的原理和結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是本實(shí)用新型中所采用的由菲涅爾聚光鏡等構(gòu)成的太陽(yáng)能光伏發(fā)電聚集器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。但本實(shí)用新型并不僅限于此。
實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)關(guān)系和工作原理由圖1、2、3共同說(shuō)明。
實(shí)施例1的裝置主要包括有太陽(yáng)能光伏發(fā)電器1和二維跟蹤機(jī)構(gòu)。其中最簡(jiǎn)單的太陽(yáng)能光伏發(fā)電器就是平板式太陽(yáng)能電池板；所述的二維跟蹤機(jī)構(gòu)由水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架2，傾斜面搖動(dòng)支架3，垂直固定軸4，水平軸5，太陽(yáng)方位角跟蹤驅(qū)動(dòng)器6和太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器7等組成；垂直固定軸4為整個(gè)裝置的基礎(chǔ)，水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架2由太陽(yáng)方位角跟蹤驅(qū)動(dòng)器6驅(qū)動(dòng)繞垂直固定軸4轉(zhuǎn)動(dòng)；傾斜面搖動(dòng)支架3和水平軸5裝在水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架2上，太陽(yáng)能光伏發(fā)電器1則裝在傾斜面搖動(dòng)支架3上，傾斜面搖動(dòng)支架3由太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器7驅(qū)動(dòng)繞水平軸5轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖1是裝置的主視圖，太陽(yáng)射線從圖1的右邊射到傾斜面搖動(dòng)支架3的正面，傾斜面搖動(dòng)支架的正面與裝置的光電池板正面法線方向相同；垂直固定軸4固定安裝在基礎(chǔ)平面(例如水平地面)上，水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架2是由垂直套筒2a、平面支架2b和平面支架滾輪2c組成；垂直套筒2a套著垂直固定軸4，平面支架滾輪2c裝在平面支架2b下面，在水平地面的軌道滾動(dòng)，平面支架滾輪由太陽(yáng)方位角跟蹤驅(qū)動(dòng)器6驅(qū)使轉(zhuǎn)動(dòng)和控制轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架2繞垂直固定軸4轉(zhuǎn)動(dòng)；太陽(yáng)方位角跟蹤驅(qū)動(dòng)器6裝在平面支架2b上，包括有電機(jī)6a和蝸輪蝸桿減速齒輪組件，太陽(yáng)方位角跟蹤驅(qū)動(dòng)器6的控制部件為太陽(yáng)方位角跟蹤光電探測(cè)器6b和設(shè)定的天文觀測(cè)系統(tǒng)中常用的跟蹤程序；結(jié)合圖2和圖3，可以看到水平軸5安裝在水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架2兩側(cè)的三角形的豎直支架2d的軸承座2e上；也可看到傾斜面搖動(dòng)支架3的主體為平面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，平面網(wǎng)架3a上安裝有若干個(gè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電器1；為防止灰塵積聚后不便清除，可以在傾斜面搖動(dòng)支架3的平面網(wǎng)架3a頂面設(shè)置透光蓋板15(例如玻璃或塑料)，將太陽(yáng)能光伏發(fā)電器罩在透光蓋板下；在傾斜面搖動(dòng)支架3邊框的中心處，最好在傾斜面搖動(dòng)支架的重心處，對(duì)稱裝有兩個(gè)軸套3b，軸套套在水平軸5上，傾斜面搖動(dòng)支架3的傾角改變利用裝在它邊框下端的搖動(dòng)滾輪3c在圓弧軌道3d上轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，圓弧軌道3d固定在平面支架2b上，其圓心是水平軸5的軸心，曲率半徑是水平軸5的軸心到搖動(dòng)滾輪3c輪周邊下緣的徑向距離；搖動(dòng)滾輪3c由太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器7驅(qū)使轉(zhuǎn)動(dòng)和控制轉(zhuǎn)速，太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器7也包括有電機(jī)和蝸輪蝸桿減速齒輪組件，太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器7的控制部件為太陽(yáng)高度角跟蹤光電探測(cè)器7b和設(shè)定的天文觀測(cè)系統(tǒng)中常用的跟蹤程序，安裝在傾斜面搖動(dòng)支架3上；整個(gè)裝置由水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架2繞垂直固定軸4的東西向轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤太陽(yáng)方位角，通過(guò)傾斜面搖動(dòng)支架3繞水平軸5的搖動(dòng)跟蹤太陽(yáng)高度角，使太陽(yáng)能光伏發(fā)電器1的光電池板面的法線始終指向太陽(yáng)。
實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)關(guān)系由圖4說(shuō)明。
實(shí)施例2的裝置與實(shí)施例1的裝置只有一小部份不同，即傾斜面搖動(dòng)支架3的搖動(dòng)機(jī)構(gòu)不同，其余部分都相同。如圖所示，裝在平面支架2b上的帶齒搖動(dòng)滾輪3e帶動(dòng)與其嚙合的裝在搖動(dòng)支架3邊框下端的帶齒圓弧軌道3f的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶齒圓弧軌道3f的圓心是水平軸5的軸心，曲率半徑是水平軸5的軸心到帶齒搖動(dòng)滾輪3e輪周邊上緣的徑向距離，由輻條3g連接到搖動(dòng)支架3的軸套3b上，帶齒搖動(dòng)滾輪3e由太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器7驅(qū)使轉(zhuǎn)動(dòng)和控制轉(zhuǎn)速。這時(shí)太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器7也要安裝在平面支架2b上，而太陽(yáng)高度角跟蹤光電探測(cè)器7b仍然是安裝在搖動(dòng)支架3上。
實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)關(guān)系由圖5、圖6說(shuō)明。
實(shí)施例3的裝置與實(shí)施例1、2的裝置不同點(diǎn)在于該裝置帶動(dòng)傾斜面搖動(dòng)支架3改變傾角的搖動(dòng)機(jī)構(gòu)的方式是，傾斜面搖動(dòng)支架3的軸套3b移到邊框的下端，水平軸5也下移到安裝在水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架2的軸承座2e上，軸承座2e位于平面支架2b上離垂直固定軸4的遠(yuǎn)端；傾斜面搖動(dòng)支架3的邊框中上部對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)上轉(zhuǎn)動(dòng)付8e，與一對(duì)搖桿8a的一端各自相連，搖桿8a的另一端經(jīng)下轉(zhuǎn)動(dòng)付連接一根橫軸8b，橫軸再與一個(gè)滑塊8c連接，滑塊在直線軌道上移動(dòng)，滑塊為螺母、直線軌道為螺桿，滑塊由轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿8d帶動(dòng)沿直線移動(dòng)，螺桿8d的轉(zhuǎn)動(dòng)又由太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器7驅(qū)使轉(zhuǎn)動(dòng)和控制轉(zhuǎn)速。這時(shí)螺桿8d和太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器7均安裝在固定于垂直套筒2a上的底盤8f上，而太陽(yáng)高度角跟蹤光電探測(cè)器7b仍然是安裝在搖動(dòng)支架3上。
由于本實(shí)用新型采用的平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽(yáng)方法使得控制系統(tǒng)很簡(jiǎn)單，平面支架以地面為依托，承載能力很大；一個(gè)平面網(wǎng)架上可以同時(shí)裝很多個(gè)聚光型的太陽(yáng)能光伏發(fā)電器，并且驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)都安裝在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)動(dòng)軸處，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大、僅需很小驅(qū)動(dòng)力，大大節(jié)約跟蹤器的成本，給方便使用聚光型的太陽(yáng)能光伏發(fā)電創(chuàng)造了條件；另外如果采用二維聚光裝置，并增加自散熱的效果，就可以增大聚光比，進(jìn)一步降低成本。因此，本實(shí)用新型的太陽(yáng)能光伏發(fā)電器可以優(yōu)先采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電聚集器的形式，尤其是碟形聚集器；對(duì)于槽形聚集器則更沒(méi)有問(wèn)題。
圖7、圖8給出了本實(shí)用新型所采用的太陽(yáng)能光伏發(fā)電聚集器的結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖。
以一個(gè)單元的碟形太陽(yáng)能光伏發(fā)電器為例(如圖虛線框內(nèi)所示)。本實(shí)用新型所采用的一種太陽(yáng)能光伏發(fā)電聚集器，包括有全反射聚光器11，二次反射板12，光電池13，散熱器14等器件；所述的全反射聚光器11是拋物線形的曲面反射聚光器(也可用修正的拋物線曲面替代所述的修正的拋物線曲面是在靠近中心處的曲率大于拋物線的曲率，在靠邊緣處的曲率小于拋物線的曲率；或者選用雙曲線曲面)，用金屬板(例如鋁板)壓制成形，固定安裝在傾斜面搖動(dòng)支架3的平面網(wǎng)架3a上，拋光的凹面作為反射面；全反射聚光器的凸面涂有對(duì)太陽(yáng)光有反射且散熱良好的散熱涂層，作為散熱器14的散熱面；光電池13布置在拋物線形全反射聚光器的頂點(diǎn)中心區(qū)；二次反射板12為曲面的反射鏡，布置在全反射聚光器的焦點(diǎn)前，其焦點(diǎn)和全反射聚光器的焦點(diǎn)重合(實(shí)際安裝時(shí)，只要偏差不超過(guò)二次反射板焦距的1/4都可以)；二次反射板的凸面為反射面，面對(duì)全反射聚光器11的凹面和光電池13的正面，曲面形狀與全反射聚光器的曲面相適應(yīng)(所述的“相適應(yīng)”就是兩者的曲面形狀能夠使二次反射的太陽(yáng)輻射束投射到布置在全反射聚光器中間的光電池上)；把由全反射聚光器反射投射到二次反射板上的太陽(yáng)射線再反射到光電池13上；二次反射板12可采用金屬圈通過(guò)傾斜面搖動(dòng)支架3上的平面網(wǎng)架3a支撐在所設(shè)定的位置上或直接把它的凹面邊圈粘在透光蓋板15上；所述的散熱器14是一種自輻射對(duì)流散熱器，它包括粘結(jié)在光電池13背面的表面絕緣的導(dǎo)熱板14a，與導(dǎo)熱板緊密固定連接的全反射聚光器11(即拋物線形的鋁板)、以及附加散熱板14c共同組成散熱器；導(dǎo)熱板14a首選表面有陽(yáng)極氧化的絕緣膜的鋁板，全反射聚光器11背面涂有散熱涂層14b，附加散熱板14c的表面也可涂有散熱涂層14b；光電池產(chǎn)生的熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)傳給其背面的導(dǎo)熱板14a和拋物線面的鋁板11以及附加散熱板14c后，再通過(guò)鋁板11的背面和附加散熱板的表面用輻射和對(duì)流的方式自散發(fā)到環(huán)境和空氣中去，無(wú)需水冷卻循環(huán)。
全反射聚光器可選用碟形的二維反射聚光器(例如附圖2)，也可選用槽形的一維反射聚光器(例如附圖6)；反射面的開口面積與光電池板的面積之比，即聚光器的集中比選取在35；反射面是用鋁板11a壓制成形，凹面拋光作為反射表面，反射率達(dá)0.85左右，拋光鋁表面涂上防氧化的二氧化硅保護(hù)膜，鋁板的背面涂有散熱涂層14b，例如銀白色的鋁漆，或摻有二氧化鈦的白漆，或硝基黑漆，這些漆的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率高達(dá)0.92～0.96；聚光器正面反射太陽(yáng)光，背面為輻射散熱器，一物兩用。
所述的二次反射板12還可以選用反射透射鏡，就是光學(xué)系統(tǒng)中常用的使某些波段的光譜反射、而使某些波段的光譜透射的鏡面，通常是在透明的玻璃或塑料基材表面鍍有選擇性的多層介質(zhì)反射膜來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的反射或透射波長(zhǎng)范圍，是光學(xué)領(lǐng)域中的成熟技術(shù)。由于太陽(yáng)輻射的波長(zhǎng)是全頻譜，而單晶硅或多晶硅電池板可利用的太陽(yáng)輻射的波長(zhǎng)范圍在0.4～1.1μm，因而在二次反射板2上所鍍上的選擇性多層介質(zhì)反射膜2a最好能夠使其反射0.4～1.1μm波長(zhǎng)范圍的光而透過(guò)其它波長(zhǎng)的光輻射，把光電池不能利用的一部分太陽(yáng)能透射分流，使輻射頻率范圍適合光電池發(fā)電的有效光輻射束反射到光電池3上，而透過(guò)其余的熱輻射束(對(duì)于單晶硅或多晶硅光電池，有效光輻射束應(yīng)選在波長(zhǎng)0.4～1.1μm之間，當(dāng)然，在實(shí)際設(shè)計(jì)加工時(shí)，由于材料、工藝等因素的影響，該有效反射光譜的范圍可以有所波動(dòng))。如果直接利用目前常規(guī)使用的適合可見(jiàn)光范圍(即反射光譜的范圍為0.4～0.8μm)的反射膜也可以。實(shí)施例中采用的是以SiO2作為低折射率材料、以Nb2O5作為高折射率材料所組成的多層介質(zhì)反射膜，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)400nm到1100nm波段的光的反射，平均反射率達(dá)到90％。
光電池13可選用單晶硅或多晶硅電池板，使用砷化鎵(GaAs)、銻化鎵(GaSb)等更沒(méi)有問(wèn)題。實(shí)施例是16塊型號(hào)STP125E/S1，尺寸規(guī)格φ125毫米的單晶硅光電池板；對(duì)于槽形的一維反射聚光器，則可以將尺寸規(guī)格125毫米×125毫米的單晶硅光電池板串聯(lián)組成光電池板條。
太陽(yáng)光路的行程是太陽(yáng)光線穿過(guò)透光蓋板15照射到全反射聚光器的反射面上，漫反射光線照在光電池板上，全反射聚光器把平行于光軸線的直射太陽(yáng)光輻射，集中35倍反射投射在二次反射板上，二次反射板的凸面反射一部分適用于光電池板的入射輻射，使二次反射光又以平行于光軸線的方向照射在光電池板上；當(dāng)二次反射板上所反射的波長(zhǎng)范圍為0.4～1.1μm時(shí)，光電池板上集中了波長(zhǎng)范圍0.4～1.1μm的太陽(yáng)直射輻射的26％和天空漫射輻射的14％的輻射能轉(zhuǎn)化為電能，另外的轉(zhuǎn)化為低溫?zé)崮苡晒怆姵乇趁娴妮椛渖崞?4通過(guò)輻射和自然對(duì)流，散發(fā)到環(huán)境和空氣中去。
本實(shí)用新型還可以采用菲涅爾聚光鏡構(gòu)成的太陽(yáng)能光伏發(fā)電聚集器，圖8示出本實(shí)用新型裝置使用的菲涅爾聚光鏡的太陽(yáng)能光伏發(fā)電聚集器的結(jié)構(gòu)示意圖，整個(gè)裝置的二維跟蹤裝置可以采前三個(gè)實(shí)施例的任一種。如圖8所示，太陽(yáng)能光伏發(fā)電聚集器由菲涅爾聚光鏡16，反射板17，光電池13，散熱器14等器件組成；菲涅爾聚光鏡16布置在頂面，光電池13布置在底面，反射板17是由兩片復(fù)合拋物線形鋁板組成，布置在菲涅爾聚光鏡和光電池之間的兩側(cè)，固定安裝在傾斜面搖動(dòng)支架3的平面網(wǎng)架3a上；菲涅爾聚光鏡為塑料或玻璃的透鏡，將太陽(yáng)射線聚光在光電池板上；反射板的凹面拋光，可將由菲涅爾聚光鏡聚光的但落在光電池板以外的太陽(yáng)射線再反射到光電池板上；光電池板的背面粘貼在表面絕緣的導(dǎo)熱板上，并且導(dǎo)熱板與附加散熱板一起將反射板固定夾緊在它們之間；導(dǎo)熱板首選表面有陽(yáng)極氧化的絕緣膜的鋁板，反射板的凸面涂有散熱涂層作為散熱器14的主要散熱面，附加散熱板的表面也可涂有散熱涂層，導(dǎo)熱板、反射板與附加散熱板共同作用，作為散熱器把光電池板的熱量散發(fā)給環(huán)境。
權(quán)利要求1.一種平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽(yáng)的光伏發(fā)電裝置，包括有太陽(yáng)能光伏發(fā)電器和太陽(yáng)跟蹤機(jī)構(gòu)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電器安裝在太陽(yáng)跟蹤機(jī)構(gòu)上；其特征在于所述的太陽(yáng)跟蹤機(jī)構(gòu)為二維跟蹤機(jī)構(gòu)，包括水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架，傾斜面搖動(dòng)支架，垂直固定軸，水平軸，太陽(yáng)方位角跟蹤驅(qū)動(dòng)器，太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器，太陽(yáng)方位角跟蹤光電探測(cè)器和太陽(yáng)高度角跟蹤光電探測(cè)器；水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架由垂直套筒、平面支架和平面支架滾輪組成；垂直套筒套著垂直固定軸，平面支架滾輪裝在平面支架下面，在基礎(chǔ)平面的軌道滾動(dòng)，平面支架滾輪由太陽(yáng)方位角跟蹤驅(qū)動(dòng)器驅(qū)使轉(zhuǎn)動(dòng)和控制轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架繞垂直固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)；傾斜面搖動(dòng)支架的主體為平面網(wǎng)架，平面網(wǎng)架上安裝太陽(yáng)能光伏發(fā)電器；在傾斜面搖動(dòng)支架的邊框上對(duì)稱裝有兩個(gè)軸套，軸套套在水平軸上，傾斜面搖動(dòng)支架的搖動(dòng)機(jī)構(gòu)由太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器驅(qū)使轉(zhuǎn)動(dòng)和控制轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)傾斜面搖動(dòng)支架繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)；水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架繞垂直固定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤太陽(yáng)方位角，傾斜面搖動(dòng)支架繞水平軸的搖動(dòng)跟蹤太陽(yáng)高度角，使太陽(yáng)能光伏發(fā)電器的光電池板面的法線始終指向太陽(yáng)；太陽(yáng)方位角跟蹤光電探測(cè)器安裝在水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架上，太陽(yáng)高度角跟蹤光電探測(cè)器安裝在傾斜面搖動(dòng)支架上。
2.如權(quán)利要求1所述的平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽(yáng)的光伏發(fā)電裝置，其特征在于所述的水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架的兩側(cè)安裝有豎直支架，水平軸安裝在豎直支架的軸承座上，水平軸和軸套位于傾斜面搖動(dòng)支架的重心處；在傾斜面搖動(dòng)支架的邊框下端裝有搖動(dòng)滾輪，在平面支架上安裝圓心在水平軸的軸心、半徑等于水平軸的軸心至搖動(dòng)滾輪周邊遠(yuǎn)點(diǎn)距離的圓弧軌道，搖動(dòng)滾輪在圓弧軌道上轉(zhuǎn)動(dòng)，由太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器驅(qū)使轉(zhuǎn)動(dòng)和控制轉(zhuǎn)速。
3.如權(quán)利要求2所述的平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽(yáng)的光伏發(fā)電裝置，其特征在于在所述的平面支架上安裝帶齒搖動(dòng)滾輪，在傾斜面搖動(dòng)支架的邊框下端固定有圓心在水平軸的軸心的帶齒圓弧軌道，由輻條連接到搖動(dòng)支架的軸套上，帶齒圓弧軌道與帶齒搖動(dòng)滾輪嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)，由安裝在平面支架上的太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器驅(qū)使轉(zhuǎn)動(dòng)和控制轉(zhuǎn)速。
4.如權(quán)利要求1所述的平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽(yáng)的光伏發(fā)電裝置，其特征在于所述的平面支架上離垂直固定軸的遠(yuǎn)端設(shè)置軸承座，水平軸下移到安裝在軸承座上，傾斜面搖動(dòng)支架的軸套也移到邊框的下端；傾斜面搖動(dòng)支架的邊框中上部對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)上轉(zhuǎn)動(dòng)付，與一對(duì)搖桿的一端各自相連，搖桿的另一端經(jīng)下轉(zhuǎn)動(dòng)付連接一根橫軸，橫軸再與一個(gè)滑塊連接，滑塊在直線軌道上移動(dòng)，滑塊為螺母、直線軌道為螺桿，滑塊由轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿帶動(dòng)沿直線移動(dòng)，螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)又由太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器驅(qū)使轉(zhuǎn)動(dòng)和控制轉(zhuǎn)速；螺桿和太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器均安裝在固定于垂直套筒上的平面支架的底盤上。
5.如權(quán)利要求1所述的平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽(yáng)的光伏發(fā)電裝置，其特征在于所述的傾斜面搖動(dòng)支架的頂面有透光蓋板，太陽(yáng)能光伏發(fā)電器被罩在透光蓋板下。
6.如權(quán)利要求1所述的平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽(yáng)的光伏發(fā)電裝置，其特征在于所述的太陽(yáng)能光伏發(fā)電器為太陽(yáng)能光伏發(fā)電聚集器，該聚集器為碟形或槽形；在一個(gè)傾斜面搖動(dòng)支架上可以同時(shí)布置至少2個(gè)以上光伏發(fā)電器。
7.如權(quán)利要求6所述的平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽(yáng)的光伏發(fā)電裝置，其特征在于所述的太陽(yáng)能光伏發(fā)電聚集器包括有全反射聚光器、二次反射板、光電池和散熱器；所述的全反射聚光器為曲面形的金屬板表面拋光作為反射面，全反射聚光器把太陽(yáng)輻射的直射射線反射集中投射在二次反射板上；二次反射板為曲面的反射鏡，其凸面與全反射聚光器的凹面相對(duì)，布置在全反射聚光器的焦點(diǎn)前，其焦線和全反射聚光器的焦線重合，使二次反射的太陽(yáng)輻射束投射到布置在全反射聚光器中間的光電池上；光電池背面粘結(jié)有表面絕緣層的金屬導(dǎo)熱板，再與金屬的附加散熱板一同把全反射聚光器的金屬板固定夾緊在其間，導(dǎo)熱板、附加散熱板和全反射聚光器共同構(gòu)成散熱器；附加散熱板的外表面和全反射聚光器的背面涂有散熱涂層；光電池把接收的太陽(yáng)輻射能的一部分轉(zhuǎn)換為電能輸出，其余的轉(zhuǎn)化為熱能通過(guò)散熱器傳出。
8.如權(quán)利要求7所述的平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽(yáng)的光伏發(fā)電裝置，其特征在于所述的全反射聚光器和二次反射板的曲面形狀首選拋物線曲面，次選雙曲線曲面；所述的光電池首選單晶硅或多晶硅光電池。
9.如權(quán)利要求7所述的平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽(yáng)的光伏發(fā)電裝置，其特征在于所述的二次反射板為曲面的反射透射鏡，其反射的光譜范圍與光電池的適用光譜范圍相匹配，波長(zhǎng)為0.4～1.1μm，其余的太陽(yáng)輻射束透過(guò)二次反射板。
10.如權(quán)利要求6所述的平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽(yáng)的光伏發(fā)電裝置，其特征在于所述的太陽(yáng)能光伏發(fā)電聚集器包括菲涅爾聚光鏡、反射板、光電池、散熱器，菲涅爾聚光鏡布置在頂面，光電池布置在底面；反射板是由兩片復(fù)合拋物線形的金屬板組成，布置在菲涅爾聚光鏡和光電池之間的兩側(cè)；反射板的凹面拋光，可將經(jīng)菲涅爾聚光鏡聚光的但落在光電池板以外的太陽(yáng)射線反射到光電池板上；光電池背面粘結(jié)有表面絕緣層的金屬導(dǎo)熱板，再與金屬的附加散熱板一起把反射板固定夾緊在其間，導(dǎo)熱板、附加散熱板和反射板共同構(gòu)成散熱器；附加散熱板的外表面和反射板的凸面涂有散熱涂層。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽(yáng)的光伏發(fā)電裝置，涉及太陽(yáng)能光伏發(fā)電的領(lǐng)域。本實(shí)用新型包括有太陽(yáng)能光伏發(fā)電器和太陽(yáng)跟蹤機(jī)構(gòu)，所述的太陽(yáng)跟蹤機(jī)構(gòu)為二維跟蹤機(jī)構(gòu)，包括水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架，傾斜面搖動(dòng)支架，垂直固定軸，水平軸，太陽(yáng)方位角跟蹤驅(qū)動(dòng)器和太陽(yáng)高度角跟蹤驅(qū)動(dòng)器等；所述太陽(yáng)能光伏發(fā)電器可以附帶碟形或槽形的聚光器和自散熱器，多個(gè)光伏發(fā)電器一同裝在傾斜面搖動(dòng)支架的平面網(wǎng)架上；水平面轉(zhuǎn)動(dòng)支架繞垂直固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，傾斜面搖動(dòng)支架繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使太陽(yáng)能光伏發(fā)電器的光電池板面的法線始終指向太陽(yáng)。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，驅(qū)動(dòng)力小，同時(shí)承載多組件，大大節(jié)約了跟蹤成本；可采用聚光裝置和自散熱措施，增大聚光比，提高發(fā)電效率。
文檔編號(hào)H02N6/00GK2932457SQ20062007462
公開日2007年8月8日 申請(qǐng)日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月29日
發(fā)明者陳則韶 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)