專利名稱：一種大面積太陽能聚光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽能聚光裝置。
在太陽能利用過程中一直有一個(gè)基本的困難沒有解決，那就是太陽光的能量密度太低(只有約1KW/m2)，而單位面積的太陽能的轉(zhuǎn)換部件的成本卻很高(如太陽能電池板600$/m2，而轉(zhuǎn)換效率僅為15％)，這就造成太陽能發(fā)電成本過高而失去了和其它能源的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。提高太陽能的密度的一個(gè)有效辦法就是采用聚光鏡的辦法使太陽光聚集到一個(gè)小的范圍內(nèi)，從而大大提高了太陽光的能量密度，但是由于太陽不斷地在天空中運(yùn)動(dòng)，為了保持聚焦，人們到目前為止都是采用轉(zhuǎn)動(dòng)聚光鏡的辦法跟蹤太陽而保持聚焦，為了利用100m2的太陽光，不得不轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)100m2的聚光系統(tǒng)來跟蹤太陽(以秦皇島阿爾法太陽能動(dòng)力有限公司生產(chǎn)的JTD型太陽能聚光光伏電站為例，它是將聚光鏡太陽能電池系列組制成一個(gè)面積龐大的整體模塊裝置，由自動(dòng)跟蹤控制裝置按所要求的方向控制其轉(zhuǎn)動(dòng)以跟蹤太陽，這樣雖然提高了太陽能的利用效率，但由于該模塊的重量龐大，使跟蹤成本加大，顯然是一個(gè)低效而代價(jià)高昂的辦法。
本實(shí)用新型的目的是提供一種太陽能聚光裝置，其運(yùn)動(dòng)部件重量體積大大降低，而且控制成本低廉。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下設(shè)計(jì)方案一種太陽能聚光裝置，由柱面聚光鏡及光能轉(zhuǎn)換部件，導(dǎo)軌框架裝置、傳動(dòng)裝置及電機(jī)控制電路組成，導(dǎo)軌框架裝置包括傾斜導(dǎo)軌及一由傳動(dòng)裝置帶動(dòng)的框架組成。光能轉(zhuǎn)換部件固定在框架上。
柱面聚光鏡可按需求選定一個(gè)或多個(gè)，當(dāng)聚光鏡為多個(gè)時(shí)，排列成陣列形式；以相同數(shù)量的光能轉(zhuǎn)換部件排列成相同的陣列，并由框架固定成一個(gè)整體。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖(不包括傳動(dòng)裝置及控制跟蹤系統(tǒng))。
圖2為框架移動(dòng)控制裝置示意圖圖3為電機(jī)控制電路原理圖如
圖1所示，本實(shí)用新型由底部支撐部件1、柱面聚光鏡2、光能轉(zhuǎn)換部件3、框架裝置5、傾斜導(dǎo)軌4、相關(guān)傳動(dòng)裝置及控制跟蹤系統(tǒng)組成。
底部支撐部件1可為底板或網(wǎng)架。
聚光鏡2具有相同焦距，以相同的傾角(與地面的夾角等于該地的緯度)排列成若干排，并固定在地部支撐部件1上保持靜止，相鄰兩排之間以前排不遮擋后排為宜。
太陽能轉(zhuǎn)換部件3(如太陽能電池、太陽能集熱器等)排列成相同的陣列形式，并使其與聚光鏡的柱面平行，固定在框架上，隨框架可做整體移動(dòng)，例如在實(shí)施例中形狀可做成細(xì)長(zhǎng)圓柱形，為聚光鏡寬度的10％-15％，受熱面積小于聚光鏡面積的20％，距柱面聚光鏡中心的垂直距離為焦距的85％-115％。
框架移動(dòng)的控制裝置可參照?qǐng)D2，上固定件501、下固定件504，變速箱506，步進(jìn)電機(jī)507固定在傾斜導(dǎo)軌4上，傳動(dòng)件503固定在框架上(未畫出)，其內(nèi)孔有螺紋套在傳動(dòng)螺桿502上，當(dāng)傳動(dòng)螺桿502轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)傳動(dòng)件503沿傾斜導(dǎo)軌移動(dòng)，從而帶動(dòng)整個(gè)框架移動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)507，驅(qū)動(dòng)變速箱，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪組505、508轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)傳動(dòng)螺桿502轉(zhuǎn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)507受控于電機(jī)控制電路。
圖3所示的是電機(jī)控制電路。
電機(jī)控制電路由定時(shí)裝置、電機(jī)轉(zhuǎn)向信號(hào)產(chǎn)生裝置，步進(jìn)脈沖發(fā)生裝置、電機(jī)正反向控制電路構(gòu)成。
定時(shí)裝置的輸出提供給電機(jī)轉(zhuǎn)向信號(hào)產(chǎn)生裝置和步進(jìn)脈沖發(fā)生裝置，電機(jī)轉(zhuǎn)向信號(hào)產(chǎn)生裝置的輸出接電機(jī)正反向控制電路的控制端，步進(jìn)脈沖發(fā)生裝置的輸出為步進(jìn)電機(jī)提供電源。
實(shí)施例中，定時(shí)裝置，電機(jī)轉(zhuǎn)向信號(hào)產(chǎn)生裝置、步進(jìn)脈沖發(fā)生裝置均由同一個(gè)單片機(jī)IC1構(gòu)成，電機(jī)正反向控制電路是由四個(gè)晶體管T1-T4構(gòu)成的橋式開關(guān)。圖示驅(qū)動(dòng)器LM324、鎖存器IC2、晶體管T1-T4為框架移動(dòng)控制部件。
由于太陽是運(yùn)動(dòng)的，太陽是位置可以用經(jīng)度角和緯度角來表示，一日之內(nèi)，經(jīng)度角變化360°，而一目之內(nèi)緯度角則變化不大，由于柱面聚光鏡是東西向放置的，所以當(dāng)太陽的經(jīng)度角變化時(shí)，聚光線上下不會(huì)移動(dòng)，仍然聚光在光能轉(zhuǎn)換部件上，連接光能轉(zhuǎn)換部件的框架不必移動(dòng)。當(dāng)太陽的緯度角發(fā)生變化時(shí)，反射鏡的聚光中心的高度將發(fā)生變化，這時(shí)則由控制系統(tǒng)控制整個(gè)框架沿傾斜導(dǎo)軌移動(dòng)來跟蹤反射鏡的聚光中心。
故在單片機(jī)中首先存入一年中每天不同時(shí)刻的太陽緯度角以及今日和昨日陽光入射角的變化(以正或負(fù)值步進(jìn)計(jì)量)。
開機(jī)初始化后單片機(jī)IC1進(jìn)行軟件計(jì)時(shí)。日出時(shí)間到，則IC1的P1.1腳和P1.2腳送出啟動(dòng)信號(hào)和正向驅(qū)動(dòng)信號(hào)至鎖存器IC2，經(jīng)其鎖存后，接通電機(jī)正反向控制電路中的晶體管T1和T4，IC1的P1.0腳送出步進(jìn)脈沖經(jīng)LM324驅(qū)動(dòng)后提供給步進(jìn)電機(jī)D(圖2中所示為步進(jìn)電機(jī)507)由步進(jìn)電機(jī)D帶動(dòng)框架移動(dòng)。
此后，每隔一段時(shí)間(視控制精度而定)，由P1.0腳送出步進(jìn)脈沖，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)D。
本實(shí)用新型的工作原理是當(dāng)太陽光垂直照射聚光鏡時(shí)，所有的柱面聚光鏡將射到其上的陽光聚焦到各自的焦線上。由于所有的反射鏡的規(guī)格完全相同，且傾角相同，所以所有的焦線都在同一個(gè)水平面上，這些焦線所形成的陣列和反聚光鏡所構(gòu)成的陣列完全相同，當(dāng)太陽移動(dòng)的時(shí)候，陽光的聚集線將向相反的方向移動(dòng)，且各個(gè)聚光鏡的聚光線的移動(dòng)也完全相同。所有的聚光線仍保持在同一個(gè)平面內(nèi)，且它們的相對(duì)位置保持不變。實(shí)質(zhì)是所有聚光線的整體平移。這時(shí)整體移動(dòng)光能轉(zhuǎn)換部件框架，就可以使所有光能轉(zhuǎn)換部件處于各聚光鏡的聚光線上。
嚴(yán)格來講，對(duì)于柱面拋物線型反射鏡，只有當(dāng)入射光為平行光且入射角為0°時(shí)，所有的光線才聚焦到一條焦線上，太陽光可以近似的看成是平行光。光入射角增大時(shí)，焦線就會(huì)逐漸散開，但是在入射角不大時(shí)，聚光鏡仍可以將射到其上的陽光聚集到一個(gè)很小的范圍內(nèi)，如果太陽能轉(zhuǎn)換部件的寬度為0.15f，其移動(dòng)平面距聚光鏡中心的垂直距離為0.85f，當(dāng)入射角小于25°時(shí)，采光寬度為f的反射鏡可以將射到其上的全部太陽光聚集到太陽能轉(zhuǎn)換部件上，當(dāng)入射角等于30°時(shí)，聚光射鏡可以將射到其上的90％的太陽光聚集到太陽能轉(zhuǎn)換部件上，一年之中，正午時(shí)，太陽的最大緯度角的變化為±23.5°，所以這時(shí)太陽光可以全部聚焦到光能轉(zhuǎn)換部件上。當(dāng)時(shí)間遠(yuǎn)離正午時(shí)，太陽的緯度角可能變大，但這個(gè)變化是緩慢的，而且早晨和傍晚時(shí)分的太陽光已經(jīng)很弱，損失的光能并不多。不同緯度角下，聚光鏡所反射的陽光的最強(qiáng)處可以由計(jì)算機(jī)算出(其實(shí)，我們還可以優(yōu)化聚光鏡的設(shè)計(jì)，將更多的能量反射到太陽能轉(zhuǎn)換部件上)本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是本專利使笨重，龐大的聚光鏡固定不動(dòng)，而移動(dòng)的部分只是光能轉(zhuǎn)換部件，體積小，重量輕，控制容易。而且本實(shí)用新型將多而柱面反射鏡排成陣列形式，并將所有的光能轉(zhuǎn)換部件固定在一起同時(shí)移動(dòng)，一套控制系統(tǒng)可以同時(shí)控制數(shù)千平方米的面積，這樣單位功率的制造、控制成本大大降低。
本專利技術(shù)要求精度低，移動(dòng)部件小，安裝容易，易于維修，使用壽命長(zhǎng)。
權(quán)利要求1.一種大面積太陽能聚光裝置，由柱面聚光鏡及光能轉(zhuǎn)換部件，導(dǎo)軌框架裝置、傳動(dòng)裝置及控制裝置組成，其特征在于導(dǎo)軌框架裝置包括傾斜導(dǎo)軌及一由傳動(dòng)裝置帶動(dòng)的框架組成，光能轉(zhuǎn)換部件固定在框架上，框架放置在傾斜導(dǎo)軌上，并由傳動(dòng)裝置帶動(dòng)其移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積太陽能聚光裝置，其特征在于所述的柱面聚光鏡為多個(gè)，排列成陣列形式；相同數(shù)量的光能轉(zhuǎn)換部件排列成相同的陣列并由一框架固定為一可整體移動(dòng)的整體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積太陽能聚光裝置，其特征在于所述的柱面聚光鏡固定在一底部支撐件上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大面積太陽能聚光裝置，其特征在于所述的底部支撐件為底板。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大面積太陽能聚光裝置，其特征在于所述的底部支撐件為網(wǎng)架。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3所述的大面積太陽能聚光裝置，其特征在于所述的光能轉(zhuǎn)換部件的受熱面積小于聚光鏡采光面積的20％，其受光面距聚光鏡中心的垂直距離為焦距的75％-100％。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種大面積太陽能聚光裝置,由柱面聚光鏡及光能轉(zhuǎn)換部件,導(dǎo)軌框架裝置、傳動(dòng)及控制裝置組成,導(dǎo)軌框架裝置包括傾斜導(dǎo)軌及一由傳動(dòng)裝置帶動(dòng)的框架組成。光能轉(zhuǎn)換部件固定在框架上。其技術(shù)要求精度低,移動(dòng)部件小,安裝容易,易于維修,使用壽命長(zhǎng),單位功率的制造、控制成本低。
文檔編號(hào)F24J2/06GK2434617SQ00236798
公開日2001年6月13日 申請(qǐng)日期2000年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月31日
發(fā)明者王瑞峰 申請(qǐng)人:王瑞峰