專利名稱：均勻反射聚焦式太陽(yáng)能發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能 光伏轉(zhuǎn)換和太陽(yáng)跟蹤技術(shù)等領(lǐng)域，具體涉及一種聚光型光伏發(fā) 電裝置。
背景技術(shù)：
新能源是二十一世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展最具決定力的技術(shù)領(lǐng)域之一，太陽(yáng)能發(fā)電不產(chǎn) 生任何廢棄物，無(wú)污染，無(wú)噪聲，對(duì)環(huán)境無(wú)不良影響，是理想的清潔能源。各國(guó)政府都將太陽(yáng)能資源利用作為國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容，光伏發(fā)電具 有廣闊的應(yīng)用前景。但太陽(yáng)輻射密度低、光伏電池昂貴等導(dǎo)致光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本居高不 下，聚光光伏發(fā)電以廉價(jià)的聚光材料替代昂貴的光伏電板，是解決該問(wèn)題的一種有效方法?，F(xiàn)有的聚光太陽(yáng)能光伏發(fā)電大多直接通過(guò)凸透鏡或菲涅耳透鏡以及反折射鏡來(lái) 聚光，會(huì)聚的太陽(yáng)光不均勻地投射到光伏電板上，很容易使光伏電板局部受熱損壞，當(dāng)聚光 比較高時(shí)，光伏電板產(chǎn)熱非常嚴(yán)重，很大程度上制約著聚光光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前也有 一些新型的聚光技術(shù)，但也有一些不足，如專利申請(qǐng)?zhí)枮?00620070287.6的“蝶形反射聚 光光伏發(fā)電系統(tǒng)”采用碟式聚光可以讓會(huì)聚的太陽(yáng)光均勻的射到光伏電板上，但此種方法 聚光比受到較大限制?？僧a(chǎn)生光伏效應(yīng)的太陽(yáng)輻射波長(zhǎng)范圍在0. 4-1. 1 um，其它波長(zhǎng)的太陽(yáng)輻射照射在 太陽(yáng)能電池板上只轉(zhuǎn)化為熱能，使光伏電板的溫度升高，降低光電轉(zhuǎn)換效率，縮短了光伏電 板的壽命。專利申請(qǐng)?zhí)枮?00610088176. 2的“可自散熱的太陽(yáng)能聚集型光伏發(fā)電裝置”雖 然濾去了紅外線，但濾光片的形狀為拋物面形，加工比較困難，用量大，經(jīng)濟(jì)成本較高。大部分聚光發(fā)電裝置需要跟蹤太陽(yáng)，而太陽(yáng)跟蹤技術(shù)始終是一大難題，現(xiàn)有的光 檢測(cè)跟蹤技術(shù)主要有位置傳感檢測(cè)器PSD技術(shù)、CCD技術(shù)，普遍較復(fù)雜，易受陰云、灰塵等外 界環(huán)境的影響，而且成本較高，《2008年中國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)分析及投資咨詢報(bào)告》指 出每個(gè)千瓦的聚光發(fā)電系統(tǒng)的跟蹤成本約為1.6萬(wàn)元。因此，研制基于無(wú)傳感器策略的太 陽(yáng)光跟蹤系統(tǒng)也是一項(xiàng)具有重要理論與工程實(shí)用意義的工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)合理，結(jié)構(gòu)合理，工作性能好，光電板使用壽命長(zhǎng) 的均勻反射聚焦式太陽(yáng)能發(fā)電裝置。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種均勻反射聚焦式太陽(yáng)能發(fā)電裝置，其特征是包括光伏電板、小拋物面型反射板、 大拋物面型反射板、紅外濾光片、水冷型金屬導(dǎo)熱片、冷水水箱、儲(chǔ)熱水箱、可旋轉(zhuǎn)伺服機(jī)械 底盤、迎角調(diào)節(jié)伺服轉(zhuǎn)軸、伺服控制電路、時(shí)鐘日歷電路和電壓檢測(cè)電路，大、小兩個(gè)拋物面 型反射板凹面相對(duì)安裝放置，且兩者的法軸線共線、焦點(diǎn)重合；紅外濾光片放置在兩拋物面 型反射板焦點(diǎn)上或焦點(diǎn)的前后附近，且紅外濾光片的法軸線與大、小拋物面型反射板的法 軸線共線；光伏電板固定在大拋物面型反射板的凹面底部；光伏電板電壓輸出端通過(guò)導(dǎo)線與電壓檢測(cè)電路 相連接；大拋物面型反射板安裝在可旋轉(zhuǎn)伺服機(jī)械底盤上方，并通過(guò)支承 部件與迎角調(diào)節(jié)伺服轉(zhuǎn)軸相連接；可旋轉(zhuǎn)伺服機(jī)械底盤和迎角調(diào)節(jié)伺服轉(zhuǎn)軸各自采用一套 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述兩套步進(jìn)電機(jī)均與伺服控制電路相連接；伺服控制電路還與時(shí)鐘日歷 電路和電壓檢測(cè)電路相連接；光伏電板背面緊貼安裝水冷型金屬導(dǎo)熱片，后者與冷水水箱 和儲(chǔ)熱水箱相連接；儲(chǔ)熱水箱進(jìn)水口處安裝溫控閥門。大、小兩個(gè)拋物面型反射板凹面為反射面，為采用金屬拋光或涂抹反光涂層形式； 大、小兩個(gè)拋物面型反射板凹面開口截面均為矩形或均為圓形。紅外濾光片為反射型濾光片，其形狀與大、小兩個(gè)拋物面型反射板凹面開口截面 保持一致，且其面積遠(yuǎn)小于小拋物面型反射板凹面開口截面面積。伺服控制電路通過(guò)時(shí)鐘日歷電路給出的時(shí)間信息來(lái)驅(qū)使可旋轉(zhuǎn)伺服機(jī)械底盤和 迎角調(diào)節(jié)伺服轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)大拋物面型反射板跟蹤太陽(yáng)光直射位置的粗調(diào)，通過(guò)電壓 檢測(cè)電路給出的開路電壓信息以實(shí)現(xiàn)大拋物面型反射板跟蹤太陽(yáng)光直射位置的細(xì)調(diào)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，并具有下列優(yōu)點(diǎn)
(1)大拋物面聚光結(jié)合小拋物面均勻反射方式，在提高聚光度的同時(shí)，能保證聚集的太 陽(yáng)光均勻地垂直照射到光伏電板上，延長(zhǎng)電池的使用壽命；
(2)合理的濾紅外線原理，在有效抑制紅外線致熱效應(yīng)的同時(shí)，減少濾光片的用量，節(jié) 約成本。(3)采用太陽(yáng)軌跡跟蹤的日歷法結(jié)合光伏電板開路電壓爬山法的新型無(wú)傳感器跟 蹤策略，減少了光檢測(cè)元件的硬件投資，增強(qiáng)了裝置對(duì)太陽(yáng)跟蹤的抗光擾能力。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1中，1太陽(yáng)入射光線、2迎角調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)、3迎角調(diào)節(jié)伺服轉(zhuǎn)軸、4水平方向支 承機(jī)構(gòu)、5小拋物面型反射板、6紅外濾光片、7豎直方向支承機(jī)構(gòu)、8傳動(dòng)齒輪系、9軸承、10 可旋轉(zhuǎn)伺服機(jī)械底盤、11裝置機(jī)座、12東西偏角調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)、13導(dǎo)線、14光伏電板、15儲(chǔ) 熱水箱、16溫控閥門、17水管、18水冷型金屬導(dǎo)熱片、19冷水水箱、20大拋物面型反射板、a 伺服控制電路、b電壓檢測(cè)電路、c時(shí)鐘日歷電路。所述的一種均勻反射聚焦式太陽(yáng)能發(fā)電裝置由迎角調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)2、迎角調(diào)節(jié)伺 服轉(zhuǎn)軸3、水平方向支承機(jī)構(gòu)4、小拋物面型反射板5、紅外濾光片6、豎直方向支承機(jī)構(gòu)7、傳 動(dòng)齒輪系8、軸承9、可旋轉(zhuǎn)伺服機(jī)械底盤10、裝置機(jī)座11、東西偏角調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)12、導(dǎo)線 13、光伏電板14、儲(chǔ)熱水箱15、溫控閥門16、水管17、水冷型金屬導(dǎo)熱片18、冷水水箱19、大 拋物面型反射板20、伺服控制電路a、電壓檢測(cè)電路b、時(shí)鐘日歷電路c等組成。結(jié)合附圖，水平方向支承機(jī)構(gòu)4將小拋物面型反射板5、大拋物面型反射板20、紅 外濾光片6、光伏電板14、水冷型金屬導(dǎo)熱片18等部件依次固定，在其質(zhì)心點(diǎn)位置安裝迎角 調(diào)節(jié)伺服轉(zhuǎn)軸3和迎角調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)2，因此，通過(guò)迎角調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)2的運(yùn)動(dòng)可以使得大 拋物面反射板20相對(duì)于太陽(yáng)的迎角產(chǎn)生變化。在迎角調(diào)節(jié)伺服轉(zhuǎn)軸3的鉛垂方向安裝豎直方向支承機(jī)構(gòu)7，豎直方向支承機(jī)構(gòu)7的下末端與可旋轉(zhuǎn)伺服機(jī)械底盤10相連，可旋轉(zhuǎn)伺 服機(jī)械底盤10的圓盤心位置通過(guò)軸承9與裝置機(jī)座11套接。機(jī)座11固定在地面上。機(jī) 座11的上表面固定安裝東西偏角調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)12，步進(jìn)電機(jī)12伸出的轉(zhuǎn)子軸套接齒輪盤， 此齒輪盤與可旋轉(zhuǎn)伺服機(jī)械底盤10外緣的齒輪構(gòu)成傳動(dòng)齒輪系8，因此，通過(guò)東西偏角調(diào) 節(jié)步進(jìn)電機(jī)12的運(yùn)動(dòng)可以使得大拋物面反射板20相對(duì)于太陽(yáng)的東西方向偏角產(chǎn)生變化。小拋物面型反射板5和大拋物面型反射板20的凹面相對(duì)，且均為反射面，采用金 屬拋光或涂抹反光涂層的制造工藝實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)入射光1的反射；兩個(gè)反射板凹面開口截面可 均為矩 形，或均為圓形。紅外濾光片6為反射型濾光片，其形狀與兩個(gè)拋物面型反射板凹面 開口截面保持一致，其面積遠(yuǎn)小于小拋物面型反射板5凹面開口截面面積。太陽(yáng)入射光1首先被大拋物面型反射板20聚光并反射出去，在到達(dá)小拋物面型反 射板5的路徑中，被紅外濾光片6濾去紅外光(由于紅外濾光片6安裝在大小拋物面的焦點(diǎn) 附件，因此，較小的紅外濾光片6面積即可保證對(duì)全部的來(lái)自大拋物面型反射板20的聚集 光的紅外線濾除作用)，此后，被聚集的光又通過(guò)小拋物面型反射板5的反射作用，變換成一 束均勻、平行且無(wú)紅外波長(zhǎng)的高強(qiáng)度光垂直照射到光伏電板14上。 伺服控制電路a內(nèi)部存儲(chǔ)了裝置安裝地點(diǎn)(緯度)在不同月、日、時(shí)條件下的裝置太 陽(yáng)光跟蹤所需的姿態(tài)角度，包括東西方向的偏角和垂直方向的迎光角度。伺服控制電路a 先通過(guò)時(shí)鐘日歷電路c給出的時(shí)間信息(包括月、日、時(shí))，依據(jù)電路a內(nèi)部的查表法程序獲 得此時(shí)刻裝置為保證跟蹤太陽(yáng)光所需的姿態(tài)角度(包括東西方向的偏角和垂直方向的迎光 角度)，依此角度驅(qū)使東西偏角調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)12和迎角調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)2運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)大拋物 面型反射板20跟蹤太陽(yáng)光直射位置的粗調(diào)，該階段最終可達(dá)到大拋物面型反射板20的姿 態(tài)基本對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)的目的；粗調(diào)階段結(jié)束后，伺服控制電路a再通過(guò)電壓檢測(cè)電路b給出的光 伏電板14開路電壓信息，應(yīng)用電路a內(nèi)部的爬山法程序(該程序以光伏電板14的開路電壓 最大為調(diào)節(jié)目的)微調(diào)東西偏角調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)12和迎角調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)2，即可實(shí)現(xiàn)大拋物 面型反射板20跟蹤太陽(yáng)光直射位置的準(zhǔn)確細(xì)調(diào)，該階段最終可達(dá)到大拋物面型反射板20 的姿態(tài)準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)的目的。伺服控制電路a每間隔5至10分鐘進(jìn)行一次裝置跟蹤太陽(yáng)光的粗調(diào)和細(xì)調(diào)動(dòng)作， 以保證本裝置跟蹤太陽(yáng)的準(zhǔn)確性，并節(jié)省裝置為跟蹤太陽(yáng)光而產(chǎn)生的能量消耗。光伏電板14產(chǎn)生的熱量，被水冷型金屬導(dǎo)熱片18吸收，當(dāng)金屬導(dǎo)熱片內(nèi)的水溫達(dá) 到一定的溫度，被溫度傳感器檢測(cè)到時(shí)，溫控閥門16自動(dòng)打開，熱水流入儲(chǔ)熱水箱15中，供 生活和生產(chǎn)使用。同時(shí)，冷水通過(guò)冷卻水進(jìn)水水管17再次流入到金屬導(dǎo)熱片內(nèi)。當(dāng)金屬導(dǎo) 熱片內(nèi)的水溫回落到一定的溫度，被溫度傳感器檢測(cè)到時(shí)，溫控閥門16自動(dòng)關(guān)閉，水流停 止，達(dá)到對(duì)光伏電板14的冷卻作用。
權(quán)利要求
1.一種均勻反射聚焦式太陽(yáng)能發(fā)電裝置，其特征是包括小拋物面型反射板、大拋物 面型反射板，大、小兩個(gè)拋物面型反射板凹面相對(duì)安裝放置，且兩者的法軸線共線、焦點(diǎn)重 合；紅外濾光片放置在兩拋物面型反射板焦點(diǎn)上或焦點(diǎn)的前后附近，且紅外濾光片的法軸 線與大、小拋物面型反射板的法軸線共線；光伏電板固定在大拋物面型反射板的凹面底部； 光伏電板電壓輸出端通過(guò)導(dǎo)線與電壓檢測(cè)電路相連接；大拋物面型反射板安裝在可旋轉(zhuǎn) 伺服機(jī)械底盤上方，并通過(guò)支承部件與迎角調(diào)節(jié)伺服轉(zhuǎn)軸相連接；可旋轉(zhuǎn)伺服機(jī)械底盤和 迎角調(diào)節(jié)伺服轉(zhuǎn)軸各自采用一套步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述兩套步進(jìn)電機(jī)均與伺服控制電路相連 接；伺服控制電路還與時(shí)鐘日歷電路和電壓檢測(cè)電路相連接；光伏電板背面緊貼安裝水冷 型金屬導(dǎo)熱片，后者與冷水水箱和儲(chǔ)熱水箱相連接；儲(chǔ)熱水箱進(jìn)水口處安裝溫控閥門。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均勻反射聚焦式太陽(yáng)能發(fā)電裝置，其特征是大、小兩個(gè)拋物 面型反射板凹面為反射面，為采用金屬拋光或涂抹反光涂層形式；大、小兩個(gè)拋物面型反射 板凹面開口截面均為矩形或均為圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的均勻反射聚焦式太陽(yáng)能發(fā)電裝置，其特征是紅外濾光 片為反射型濾光片，其形狀與大、小兩個(gè)拋物面型反射板凹面開口截面保持一致，且其面積 遠(yuǎn)小于小拋物面型反射板凹面開口截面面積。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合跟蹤策略式聚光型光伏發(fā)電裝置，其特征是伺服控制 電路通過(guò)時(shí)鐘日歷電路給出的時(shí)間信息來(lái)驅(qū)使可旋轉(zhuǎn)伺服機(jī)械底盤和迎角調(diào)節(jié)伺服轉(zhuǎn)軸 運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)大拋物面型反射板跟蹤太陽(yáng)光直射位置的粗調(diào)，通過(guò)電壓檢測(cè)電路給出的開 路電壓信息以實(shí)現(xiàn)大拋物面型反射板跟蹤太陽(yáng)光直射位置的細(xì)調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種均勻反射聚焦式太陽(yáng)能發(fā)電裝置，包括光伏電板、小拋物面型反射板、大拋物面型反射板、紅外濾光片、水冷型金屬導(dǎo)熱片、冷水水箱、儲(chǔ)熱水箱、可旋轉(zhuǎn)伺服機(jī)械底盤、迎角調(diào)節(jié)伺服轉(zhuǎn)軸、伺服控制電路、時(shí)鐘日歷電路和電壓檢測(cè)電路。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，解決了現(xiàn)有聚光型光伏發(fā)電裝置聚光不均勻、光伏電板局部受熱嚴(yán)重和紅外線聚集發(fā)熱的問(wèn)題，延長(zhǎng)光伏電板的壽命，降低光伏電板工作溫度，提高單位發(fā)電效率和發(fā)電量；通過(guò)無(wú)傳感器的太陽(yáng)光自動(dòng)跟蹤策略，解決現(xiàn)有傳統(tǒng)太陽(yáng)光跟蹤系統(tǒng)，依靠光電檢測(cè)部件，技術(shù)復(fù)雜，干擾多、精度低、動(dòng)靜態(tài)穩(wěn)定性差的問(wèn)題。
文檔編號(hào)G02B7/182GK102130629SQ201110029348
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者季一潤(rùn), 王延峰, 茅靖峰, 袁媛, 陳華成, 顧菊平 申請(qǐng)人:南通大學(xué)