一種帶有熱致伸縮太陽能跟蹤器的太陽能電池的制作方法
【專利摘要】一種帶有熱致伸縮太陽能跟蹤器的太陽能電池，涉及太陽能跟蹤裝置，本實用新型為了解決現(xiàn)有跟蹤系統(tǒng)當缺少電能，跟蹤系統(tǒng)將無法實現(xiàn)跟蹤任務的問題，本實用新型包括太陽能電池板和支架,太陽能電池板的背面的重心處通過旋轉軸與支架連接，它還包括彈簧、氣缸、氨水罐和氣缸支架，氣缸支架與支架成直角設置，氣缸支架的一端固接在支架上，氣缸的底端固接在氣缸支架的另一端，彈簧環(huán)套在氣缸的活塞推桿上，彈簧的一端與氣缸的缸體固接，彈簧的另一端固接在氣缸的活塞推桿的外端部，氣缸的活塞推桿的外端部與太陽能電池板的背板固接，氨水罐通過導管與氣缸的內腔體連通，氨水罐固定在支架上。本實用新型適用于太陽能自動跟蹤裝置。
【專利說明】—種帶有熱致伸縮太陽能跟蹤器的太陽能電池
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及太陽能跟蹤裝置。
【背景技術】
[0002]隨著社會生產的日益發(fā)展，人類對電的需求每年以很大幅度增加，進而對能源的需求也迅速增長。全世界對能源的消耗在1970年約為83億噸標準煤，而在1995年，這種消耗達到了 140億噸標準煤，即25年間增長了 69.7%，并預計，到2020年全世界對能源的消耗會達到195億噸標準煤。根據公認的估算，如果人類對能源的需求以目前的速度增長，全世界的石油將在今后40年間被耗盡，而天然氣和煤也最多分別能維持60年和200年左右?？梢?，礦物燃料并不是取之不盡的。不僅如此，大量使用化石能源已經開始造成全球變暖，燃煤會通過煤渣和煙塵放出大量有化學毒性的重金屬和放射性物質，嚴重污染了人類的生存環(huán)境。
[0003]我國擁有居世界第一位的水能資源，居世界第二位的煤炭探明儲量，居世界第11位的石油探明可采儲量。但由于我國人口眾多，人均能源資源嚴重不足，而我國現(xiàn)在所面臨的卻是能源需求量成倍增長的嚴重挑戰(zhàn)。
[0004]因此，采用新能源和可再生能源以逐漸減少和替代化石能源的使用，是保護生態(tài)環(huán)境、走經濟社會可持續(xù)發(fā)展之路的重大措施。這對于世界尤其是我國是十分迫切的。而太陽能資源豐富、分布廣泛、可以再生、不污染環(huán)境，是國際社會公認的理想替代能源，所以開發(fā)利用太陽能受到越來越普遍的重視，成為目前各國都在研究的重大課題。
[0005]在太陽能跟蹤系統(tǒng)中，系統(tǒng)的跟蹤動力是系統(tǒng)的核心因素，如無動力裝置那么系統(tǒng)將無法實現(xiàn)跟蹤任務，更無法提高太陽能的轉化效率。而目前跟蹤系統(tǒng)的動力全部由電能提供，然后經過電動機或液壓等轉化方式轉化為動力，再經過傳動機構實現(xiàn)跟蹤任務。所以在目前的跟蹤系統(tǒng)中電能顯得尤為重要。缺少電能，太陽能跟蹤系統(tǒng)將無法實現(xiàn)跟蹤任務，喪失系統(tǒng)的全部功能。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有跟蹤系統(tǒng)當缺少電能，跟蹤系統(tǒng)將無法實現(xiàn)跟蹤任務的問題，提供一種帶有熱致伸縮太陽能跟蹤器的太陽能電池。
[0007]—種帶有熱致伸縮太陽能跟蹤器的太陽能電池，它包括太陽能電池板和支架，太陽能電池板的背面的重心處通過旋轉軸與支架連接，它還包括彈簧、氣缸、氨水罐和氣缸支架，氣缸支架與支架成直角設置，氣缸支架的一端固接在支架上，氣缸的底端固接在氣缸支架的另一端，彈簧環(huán)套在氣缸的活塞推桿上，彈簧的一端與氣缸的缸體固接，彈簧的另一端固接在氣缸的活塞推桿的外端部，氣缸的活塞推桿的外端部與太陽能電池板的背板固接，氨水罐通過導管與氣缸的內腔體連通，氨水罐固定在支架上。
[0008]本實用新型通過氨水的飽和蒸汽壓與溫度成線性正比關系，隨著溫度升高，與太陽能電池板背板固接的氣缸活塞不斷伸長，從而推動太陽能電池板偏轉，達到太陽能電池板跟蹤太陽移動的目的；設置在活塞推桿和缸體之間的彈簧，會隨著氣缸活塞不斷伸長則彈簧也會隨之不斷伸長，從而伸長的彈簧會對氣缸施加一個力；活塞推桿的推力與伸長的彈簧的拉力平衡，則使太陽能電池板固定在對應的位置。當太陽西下，溫度降低，氨水的飽和蒸汽壓下降，彈簧的拉力大于活塞推桿的推力，氣缸活塞不斷縮短，太陽能電池板則反向偏轉，直到回到起始位置。實現(xiàn)了自動跟蹤的目的。
[0009]本實用新型無需電能即可完成自動跟蹤，特別適合荒無人煙的沙漠、山巔及海島等極端自然條件的太陽能裝置的應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型的結構示意圖，圖2為本實用新型的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0011]【具體實施方式】一:結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述一種帶有熱致伸縮太陽能跟蹤器的太陽能電池，它包括太陽能電池板I和支架6，太陽能電池板I的背面的重心處通過旋轉軸與支架6連接，它還包括彈簧2、氣缸3、氨水罐5和氣缸支架6-1，氣缸支架6-1與支架6成直角設置，氣缸支架6-1的一端固接在支架6上，氣缸3的底端固接在氣缸支架6-1的另一端,彈簧2環(huán)套在氣缸3的活塞推桿上,彈簧2的一端與氣缸3的缸體固接，彈簧2的另一端固接在氣缸3的活塞推桿的外端部，氣缸3的活塞推桿的外端部與太陽能電池板I的背板固接，氨水罐5通過導管與氣缸3的內腔體連通，氨水罐5固定在支架6上。
[0012]本實用新型完全避免了對電能的依賴，其動力全部由氨水的飽和蒸汽壓所提供。
[0013]由于地球的自轉和地球繞太陽的公轉導致了太陽位置相對于地面靜止物體的運動。這種變化是周期性的和可以預測的。地球極軸和黃道天球極軸存在一個27度的夾角，引起了太陽赤緯角在一年中的變化。冬至時這個角為23度27分，然后逐漸增大，到春分時變?yōu)?并繼續(xù)增大，夏至時赤緯角最大為23度27分，并開始減??；到秋分時赤緯角又變?yōu)?，并繼續(xù)減小，直到冬至，另一個變化周期開始。
[0014]太陽能跟蹤裝置就是使太陽能電池板的中軸與太陽光的軸線保持平行，以提高太陽能的轉化效率。
[0015]不同溫度下氨水的飽和蒸汽壓對于本裝置來說至關重要，由壓強公式:P=F/S得知，壓力F=P* S，其中:F為壓力，P為壓強，S為面積。當裝置氨水的飽和蒸汽壓P隨溫度變化時，壓力F也隨之變化，從而實現(xiàn)調整跟蹤裝置的角度變化，若要連續(xù)調整跟蹤裝置的角度變化還需要保證氨水的飽和蒸汽壓也必須是隨溫度連續(xù)變化的。通過國家標準文件得到氨水的飽和蒸汽壓隨溫度的變化曲線。氨水的飽和蒸汽壓與溫度的關系為線性關系，從而可以保證跟蹤裝置的角度連續(xù)變化。
[0016]當溫度上升時氨水的飽和蒸汽壓會逐漸加大，導致氣缸的活塞會不斷伸長，如果不施加外力加以控制，那么氣缸會達到最大行程，失去了跟蹤的性能。為解決這個問題，在裝置上加一個彈簧，使其在活塞推桿和缸體之間連接，當氣缸活塞不斷伸長時彈簧也會隨之不斷伸長，從而彈簧會對氣缸施加一個力；假設氣缸內的壓強為P、活塞的橫截面積為S、活塞向外的作用力為F，因活塞推桿和彈簧相連接，所以活塞向外的推力等于彈簧的拉力。即彈簧的拉力也為F、彈簧的倔強系數(shù)為K、彈簧的伸長量為X。由壓強公式P=F/S和胡可定律公式F=K ? X。推出F=P ? S=K ? X，得出K=P ? S/X ;氨水的飽和蒸汽壓為線性，由此得出彈簧的倔強系數(shù)K。
[0017]氣缸作為裝置的動力部件，而裝置的動力來源為氨水的蒸汽壓。以濃度為20%的氨水在50°C時的飽和蒸汽壓為例，其蒸汽壓為0.1MPa，有了這樣的壓力我們要選擇一個適當?shù)臍飧着c之相適應，經過計算選定氣缸內徑為32_。具體計算過程如下:
[0018]F=P ? S=100000PaX 162 ? Ji ? 1(T6=80 (牛)；
[0019]由此可以看出直徑為32mm的氣缸所產生的力足以推動太陽能電池板的偏轉。
[0020]【具體實施方式】二:結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式是對【具體實施方式】一所述一種帶有熱致伸縮太陽能跟蹤器的太陽能電池的進一步限定，它還包括壓力表4，壓力表4置于氨水罐5的出口處。
[0021]【具體實施方式】三:結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式是對【具體實施方式】一所述一種帶有熱致伸縮太陽能跟蹤器的太陽能電池的進一步限定，氣缸3采用不銹鋼氣缸。
[0022]由化學知識得知，氨水是一種PH值大于7呈堿性的溶液，所以在選擇氣缸零部件材質時候也是不容忽視的，氨水容易和銅離子和鋁離子反應，隨著氨水濃度的增加反應也變得更加劇烈。所以在氣缸選型的時候應該避開這些易反應的金屬。為了能實現(xiàn)最好的效果，避免因材質選擇不當所帶來的麻煩，選擇不銹鋼氣缸，從而避開以上的不利因素。
[0023]為了實現(xiàn)設計成本的最小化和性價比的最大化，選擇氣缸的行程上本著最優(yōu)原貝1J，在實現(xiàn)功能的基礎上盡量縮短氣缸行程，最終設計氣缸的最小行程為100mm，便可以實現(xiàn)改變太陽能電池板的最大角度為90度，實現(xiàn)了節(jié)約設計成本和提高裝置性價比的目的。 [0024]在整體的機械結構設計中為了方便對太陽能電池板的控制，將太陽能電池板的旋轉軸安裝在他的重心位置，這樣將減小裝置中氣缸的作用力。為了進一步減小氣缸的作用力和氣缸的行程，最后將氣缸的作用位置安裝在電池板的最大張角和最小張角的角平分線處。在實物設計中可以選擇重量為2.3kg的太陽能電池板；濃度為20%的氨水在50°C時所施加在內徑為32mm的不銹鋼氣缸的最大推力約為8kg，在溫度和彈簧的共同作用下能實現(xiàn)太陽能電池板從最小角度為7度至最大角度100度間的線性變化。這樣的角度變化完全可以滿足裝置的跟蹤需要。滿足大范圍跟蹤的需要。
【權利要求】
1.一種帶有熱致伸縮太陽能跟蹤器的太陽能電池，它包括太陽能電池板⑴和支架(6)，太陽能電池板(I)的背面的重心處通過旋轉軸與支架(6)連接，其特征在于，它還包括彈簧(2)、氣缸(3)、氨水罐(5)和氣缸支架(6-1),氣缸支架(6-1)與支架(6)成直角設置，氣缸支架出-1)的一端固接在支架(6)上，氣缸(3)的底端固接在氣缸支架(6-1)的另一端，彈簧(2)環(huán)套在氣缸(3)的活塞推桿上,彈簧(2)的一端與氣缸(3)的缸體固接,彈簧(2)的另一端固接在氣缸(3)的活塞推桿的外端部，氣缸(3)的活塞推桿的外端部與太陽能電池板(I)的背板固接，氨水罐(5)通過導管與氣缸(3)的內腔體連通，氨水罐(5)固定在支架(6)上。
2.根據權利要求1所述一種帶有熱致伸縮太陽能跟蹤器的太陽能電池，其特征在于，它還包括壓力表(4)，壓力表(4)置于氨水罐(5)的出口處。
3.根據權利要求1所述一種帶有熱致伸縮太陽能跟蹤器的太陽能電池，其特征在于，氣缸(3)采用不銹鋼氣缸。
【文檔編號】H02S20/32GK203423651SQ201320516740
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年8月23日 優(yōu)先權日:2013年8月23日
【發(fā)明者】崔蓮, 馮瑞姝, 徐栩, 韓志友, 邱忠陽 申請人:崔蓮