專利名稱：平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽的光伏發(fā)電裝置的制作方法
技術領域：
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本發(fā)明涉及太陽能光伏發(fā)電的領域，尤其是渉及太陽能光伏發(fā)電器對太陽 的跟蹤機構。
背景技術：
目前太陽能的光伏發(fā)電方法， 一般是讓太陽光投射在有固定傾角的平板式 太陽能電池板上，所使用的光電池主要是單晶硅和多晶硅半導體材料，發(fā)電效率 約為投射的太陽能輻射功率的14 16%。多層P-N結的光電池可以做聚焦型的 光伏發(fā)電使用，但價格太貴，所以只是少量使用。太陽能光伏發(fā)電的最大問題是
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，在技術上主要是因太陽射線對光電池板入射非直角的余弦效應引起的
損失。 一天內(nèi)太陽射線對光電池板的東西方向的入射角是從0 180。之間變化， 因余弦效應光電池板的發(fā)電效率僅約0.7 0.8; —年內(nèi)太陽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的發(fā)電 效率約為0.97。還有另一個重要原因是光電池受光強度低。由于硅光電池的工作 溫度升高會使發(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。 對于聚光型的太陽能光伏發(fā)電或光熱發(fā)電系統(tǒng)一般都涉及到太陽跟蹤系 統(tǒng)，塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)是要對數(shù)萬個反射片采用各不相同的二維跟蹤控制，使 它們的反射光都對準固定的高塔上的熱接收器，控制系統(tǒng)很復雜。碟形發(fā)電系統(tǒng) 是用拋物面形的反射鏡把太陽直射光反射并聚集至焦點區(qū)的熱接收器或光電池 片上，它也必須對單個碟形反射鏡發(fā)電系統(tǒng)實行二維跟蹤， 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)的跟蹤方法沒有經(jīng)濟效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種二維跟蹤太陽的光伏發(fā)電的裝置，具有承載能力大，驅動力 小，跟蹤驅動機構簡單，可以克服現(xiàn)有光伏發(fā)電方案的不足，大幅度提高太陽能 發(fā)電裝置的光電池利用率，從而大幅度降低太陽能發(fā)電成本。
一種平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽的光伏發(fā)電裝置，包括有太陽能光伏發(fā)電器和太 陽跟蹤機構，太陽能光伏發(fā)電器安裝在太陽跟蹤機構上；其特征在于所述的太 陽跟蹤機構為二維跟蹤機構，包括水平面轉動支架，傾斜面搖動支架，垂直固定 軸，水平軸，太陽方位角跟蹤驅動器，太陽高度角跟蹤驅動器，太陽方位角跟蹤
光電探測器和太陽高度角跟蹤光電探測器；水平面轉動支架由垂直套筒、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，在基礎平面的軌道滾動，平面支架滾輪由太陽方位角跟蹤驅動器驅使轉動 和控制轉速，帶動水平面轉動支架繞垂直固定軸轉動；傾斜面搖動支架的主體為 平面網(wǎng)架，平面網(wǎng)架上安裝太陽能光伏發(fā)電器；在傾斜面搖動支架的邊框上對稱 裝有兩個軸套，軸套套在水平軸上，傾斜面搖動支架的搖動機構由太陽高度角跟 蹤驅動器驅使轉動和控制轉速，帶動傾斜面搖動支架繞水平軸轉動；水平面轉動 支架繞垂直固定軸的轉動跟蹤太陽方位角，傾斜面搖動支架繞水平軸的搖動跟蹤 太陽高度角，使太陽能光伏發(fā)電器的光電池板面的法線始終指向太陽；太陽方位 角跟蹤光電探測器安裝在水平面轉動支架上，太陽高度角跟蹤光電探測器安裝在 傾斜面搖動支架上。
所述的帶動傾斜面搖動支架改變傾角的搖動機構的一種方式是，水平面轉動 支架的兩側安裝有豎直支架，水平軸安裝在豎直支架的軸承座上，水平軸和軸套 位于傾斜面搖動支架的重心處；在傾斜面搖動支架的邊框下端裝有搖動滾輪，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滾輪周邊遠 點距離的圓弧軌道，搖動滾輪在圓弧軌道上轉動，由太陽高度角跟蹤驅動器驅使 轉動和控制轉速；另一種方式是，在平面支架上安裝帶齒搖動滾輪，在傾斜面搖
動支架的邊框下端固定有圓心在水平軸的軸心的帶齒i弧軌道，由輻條連接到搖
動支架的軸套上，帶齒圓弧軌道與帶齒搖動滾輪嚙合轉動，由安裝在平面支架上 的太陽高度角跟蹤驅動器驅使轉動和控制轉速。
所述的帶動傾斜面搖動支架改變傾角的搖動機構的再一種方式是，平面支架 上離垂直固定軸的遠端設置軸承座，水平軸下移到安裝在軸承座上，傾斜面搖動 支架的軸套也移到邊框的下端；傾斜面搖動支架的邊框中上部對稱設置有兩個上 轉動付，與一對搖桿的一端各自相連，搖桿的另一端經(jīng)下轉動付連接一根橫軸， 橫軸再與一個滑塊連接，滑塊在直線軌道上移動，滑塊為螺母、直線軌道為螺桿， 滑塊由轉動的螺桿帶動沿直線移動，螺桿的轉動又由太陽高度角跟蹤驅動器驅使 轉動和控制轉速；螺桿和太陽高度角跟蹤驅動器均安裝在固定于垂直套筒上的平 面支架的底盤上。
所述的傾斜面搖動支架的頂面有透光蓋板，太陽能光伏發(fā)電器被罩在透光蓋 板下。
所述的太陽能光伏發(fā)電器為太陽能光伏發(fā)電聚集器，該聚集器為碟形或槽 形；在一個傾斜面搖動支架上可以同時布置至少2個以上光伏發(fā)電器。
所述的太陽能光伏發(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，布置在全反射聚光器的焦點前，其 焦線和全反射聚光器的焦線重合，使二次反射的太陽輻射束投射到布置在全反射 聚光器中間的光電池上；光電池背面粘結有表面絕緣層的金屬導熱板，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，導熱板、附加散熱 板和全反射聚光器共同構成散熱器；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輻射能的一部分轉換為電能輸出，其余的轉 化為熱能通過散熱器傳出。
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，波長為0.4 l.lWm，其余的太陽輻射束則透過二次反射板。
或者，所述的太陽能光伏發(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；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射線反射 到光電池板上；光電池背面粘結有表面絕緣層的金屬導熱板，再與金屬的附加散 熱板一同把反射板固定夾緊在其間，導熱板、附加散熱板和反射板共同構成散熱 器；附加散熱板的外表面和反射板的凸面涂有散熱涂層。
由于本發(fā)明的平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽方式的結構穩(wěn)定性好，驅動力小，跟蹤 程序易于利用現(xiàn)有天文知識，可以多個光伏發(fā)電器組件集中在一個裝置上，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射線余弦效應 損失，即使是應用在最簡單的平板式太陽能電池板上，日光利用率或發(fā)電效率也 可以平均提高20%。此外，采用本發(fā)明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，進一步降低成本。
本發(fā)明采用的自散熱措施，利用光電池背面的導熱板，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)金屬導熱、散熱涂層輻射和空氣自然對流把熱量 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 行輻射散熱，有很強的散熱調(diào)節(jié)能力；另外，當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，可以把一部分光電池不能利用的太陽能分流 走，就進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到20 25， 二維聚光器的聚光比可以達到30 40，實際 的聚光度可達35，光電池板的工作溫度不超過85r。
由于光電池板的價格昂貴、遠高于裝置中其他部件的價格，因而其效率的提 高將有利于整個設備系統(tǒng)的性價比的大幅度提高。而且，輻射散熱和分頻導熱也
大大節(jié)省了成本，初步計算，利用本發(fā)明方法的直接發(fā)電成本會比普通平板光電 池板發(fā)電方法節(jié)省投資約10 15倍。
雖然本發(fā)明沒有利用太陽能發(fā)電后的余熱，但在太陽能發(fā)電站，光電池板上 產(chǎn)生的余熱是無處可用的，必須散發(fā)走的。二次反射板背后的熱量雖然可以設法 回收到150 28(TC的熱量，但增加了二維跟蹤裝置的結構復雜性，且還得有熱 轉電的輔助裝置，所以寧可舍棄，而通過增加聚光比和克服余弦損失得到回報。
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，可大幅度降低太陽能發(fā)電的成本。


圖1是本發(fā)朋的實施例l(傾斜面搖動支架由搖動滾輪帶動沿圓弧軌道運動、 碟形太陽能光伏發(fā)電器)的結構示意主視圖。
圖2是本發(fā)明實施例1的右視圖。
圖3是本發(fā)明實施例1在A-A處的斷面俯視圖。
圖4是本發(fā)明實施例2 (傾斜面搖動支架由帶齒圓弧軌道帶動與帶齒搖動滾 輪嚙合運動)的結構示意主視圖。
圖5是本發(fā)明實施例3 (傾斜面搖動支架由滑塊帶動沿直線軌道運動、槽形 太陽能光伏發(fā)電器)的結構示意主視圖。 ..
圖6是本發(fā)明實施例3的右視圖。
圖7是本發(fā)明中所采用的由全反射聚光器、二次反射板等構成的太陽能光伏 發(fā)電聚集器的原理和結構示意圖。
圖8是本發(fā)明中所釆用的由菲涅爾聚光鏡等構成的太陽能光伏發(fā)電聚集器的 結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合實施例和附圖，進一步說明本發(fā)明。但本發(fā)明并不僅限于此。 實施例l的結構關系和工作原理由圖l、 2、 3共同說明。 實施例1的裝置主要包括有太陽能光伏發(fā)電器1和二維跟蹤機構。其中最簡 單的太陽能光伏發(fā)電器就是平板式太陽能電池板；所述的二維跟蹤機構由水平面 轉動支架2，傾斜面搖動支架3，垂直固定軸4，水平軸5，太陽方位角跟蹤驅動 器6和太陽高度角跟蹤驅動器7等組成；垂直固定軸4為整個裝置的基礎，水平 面轉動支架2由太陽方位角跟蹤驅動器6驅動繞垂直固定軸4轉動；傾斜面搖動 支架3和水平軸5裝在水平面轉動支架2上，太陽能光伏發(fā)電器1則裝在傾斜面 搖動支架3上，傾斜面搖動支架3由太陽高度角跟蹤驅動器7驅動繞水平軸5 轉動。
圖1是裝置的主視圖，太陽射線從圖1的右邊射到傾斜面搖動支架3的正面， 傾斜面搖動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
安裝在基礎平面(例如水平地面)上，水平面轉動支架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，平面支架滾輪由太陽方 位角跟蹤驅動器6驅使轉動和控制轉速，帶動水平面轉動支架2繞垂直固定軸4 轉動；太陽方位角跟蹤驅動器6裝在平面束架2b上，包括有電機6a和蝸輪蝸桿 減速齒輪組件，太陽方位角跟蹤驅動器6的控制部件為太陽方位角跟蹤光電探測 器6b和設定的天文觀測系統(tǒng)中常用的跟蹤程序；結合圖2和圖3，可以看到水 平軸5安裝在水平面轉動支架2兩側的三角形的豎直支架2d的軸承座2e上；也 可看到傾斜面搖動支架3的主體為平面網(wǎng)架結構，平面網(wǎng)架3a上安裝有若干個 太陽能光伏發(fā)電器l;為防止灰塵積聚后不便清除，可以在傾斜面搖動支架3的 平面網(wǎng)架3a頂面設置透光蓋板15 (例如玻璃或塑料)，將太陽能光伏發(fā)電器罩 在透光蓋板下；在傾斜面搖動支架3邊框的中心處，最好在傾斜面搖動支架的重 心處，對稱裝有兩個軸套3b，軸套套在水平軸5上，傾斜面搖動支架3的傾角 改變利用裝在它邊框下端的搖動滾輪3c在圓弧軌道3d上轉動實現(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 心到搖動滾輪3c輪周邊下緣的徑向距離；搖動滾輪3c由太陽高度角跟蹤驅動器 7竭使轉動和控制轉速，太陽高度角跟蹤驅動器7也包括有電機和蝸輪蝸桿減速 齒輪組件，太陽高度角跟蹤驅動器7的控制部件為太陽高度角跟蹤光電探測器 7b和設定的天文觀測系統(tǒng)中常用的跟蹤程序，安裝在傾斜面搖動支架3上；整 個裝置由水平面轉動支架2繞垂直固定軸4的東西向轉動跟蹤太陽方位角，通過 傾斜面搖動支架3繞水平軸5的搖動跟蹤太陽高度角，使太陽能光伏發(fā)電器1 的光電池板面的法線始終指向太陽。 實施例2的結構關系由圖4說明。
實施伊!l 2的裝置與實施例1的裝置只有一小部份不同，即傾斜面搖動支架3 的搖動機構不同，其余部分都相同。如圖所示，裝在平面支架2b上的帶齒搖動 滾輪3e帶動與其嚙合的裝在搖動支架3邊框下端的帶齒圓弧軌道3f的轉動，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 動滾輪3e輪周邊上緣的徑向距離，由輻條3g連接到搖動支架3的軸套3b上， 帶齒搖動滾輪3e由太陽高度角跟蹤驅動器7驅使轉動和控制轉速。這時太陽高 度角跟蹤驅動器7也要安裝在平面支架2b上，而太陽高度角跟蹤光電探測器7b 仍然是安裝在搖動支架3上。
實施例3的結構關系由圖5、圖6說明。
實施例3的裝置與實施例1、 2的裝置不同點在于該裝置帶動傾斜面搖動 支架3改變傾角的搖動機構的方式是，傾斜面搖動支架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動支架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的遠端；傾斜面搖動支架3的邊框中上部對稱 設置有兩個上轉動付8e，與一對搖桿8a的一端各自相連，搖桿8a的另一端經(jīng)下 轉動付連接一根橫軸8b，橫軸再與一個滑塊8c連接，滑塊在直線軌道上移動， 滑塊為螺母、直線軌道為螺桿，滑塊由轉動的螺桿8d帶動沿直線移動，螺桿8d 的轉動又由太陽高度角跟蹤驅動器7驅使轉動和控制轉速。這時螺桿8d和太陽 高度角跟蹤驅動器7均安裝在固定于垂直套筒2a上的底盤8f上，而太陽高度角 跟蹤光電探測器7b仍然是安裝在搖動支架3上。
由于本發(fā)明采用的平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽方法使得控制系統(tǒng)很簡單，平面支 架以地面為依托，承載能力很大； 一個平面網(wǎng)架上可以同時裝很多個聚光型的太 陽能光伏發(fā)電器，并且驅動機構都安裝在遠離轉動軸處，轉動力矩大、僅需很小 驅動力，大大節(jié)約跟蹤器的成本，給方便使用聚光型的太陽能光伏發(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 一步降低成本。因此，本發(fā)明的太陽能光伏發(fā)電器可以優(yōu)先采用太陽能光伏發(fā)電 聚集器的形式，尤其是碟形聚集器；對于槽形聚集器則更沒有問題。
圖7、圖8給出了本發(fā)明所采用的太陽能光伏發(fā)電聚集器的結構關系示意圖。 以一個單元的碟形太陽能光伏發(fā)電器為例(如圖虛線框內(nèi)所示)。本發(fā)明所
采用的一種太陽能光伏發(fā)電聚集器，包括有全反射聚光器ll， 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太陽光有 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 聚光器的焦點前，其焦點和全反射聚光器的焦點重合(實際安裝時，只要偏差不 超過二次反射板焦距的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(所 述的"相適應"就是兩者的曲面形狀能夠使二次反射的太陽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可采用金屬圈通過傾斜面搖動支 架3上的平面網(wǎng)架3a支撐在所設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是一種自輻射對流散熱器，它包括粘結在光電池13 背面的表面絕緣的導熱板14a，與導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；導熱板14a首選表面有 陽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)生的熱量通過熱傳導傳給其背面
的導熱板14a和拋物線面的鋁板11以及附加散熱板14c后，再通過鋁板11的背 面和附加散熱板的表面用輻射和對流的方式自散發(fā)到環(huán)境和空氣中去，無需水冷 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lla壓制成形，凹面拋光作為反射 表面，反射率達0.85左右，拋光鋁表面涂上防氧化的二氧化硅保護膜，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，這些漆的遠紅外發(fā)射率高達0.92 0.96;聚光器正面反射太陽光，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反射膜來實現(xiàn)所需的反射或透射波長范圍，是 光學領域中的成熟技術。由于太陽輻射的波長是全頻譜，而單晶硅或多晶硅電池 板可利用的太陽輻射的波長范圍在0.4~1.1 u m，因而在二次反射板2上所鍍上 的選擇性多層介質反射膜2a最好能夠使其反射0.4 1.1 u m波長范圍的光而透 過其它波長的光輻射，把光電池不能利用的一部分太陽能透射分流，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，而透過其余的熱輻射束 (對于單晶硅或多晶硅光電池，有效光輻射束應選在波長0.4 l.lnm之間，當 然，在實際設it加工時，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)。如果直接利用目前常規(guī)使用的適合可見光范圍(即反射光譜的 范圍為0.4 0.8iim)的反射膜也可以。實施例中采用的是以Si02作為低折射率 材料、以Nb20s作為高折射率材料所組成的多層介質反射膜，可以實現(xiàn)對400nm 到1100nm波段的光的反射，平均反射率達到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) 等更沒有問題。實施例是16塊型號STP125E/S1，尺寸規(guī)格0125毫米的單晶硅 光電池板；對于槽形的一維反射聚光器，則可以將尺寸規(guī)格125毫米X125毫米 的單晶硅光電池板串聯(lián)組成光電池板條。
太陽光路的行程是太陽光線穿過透光蓋板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；當二次反射板上所反射的波長范圍為0.4 Unm時，光電池板上集中了波 長范圍0.4 1.1 ii m的太陽直射輻射的26%和天空漫射輻射的14%的輻射能轉
化為電能，另外的轉化為低溫熱能由光電池背面的輻射散熱器14通過輻射和自 然對流，散發(fā)到環(huán)境和空氣中去。
本發(fā)明還可以采用菲涅爾聚光鏡構成的太陽能光伏發(fā)電聚集器，圖8示出本 發(fā)明裝置使用的菲涅爾聚光鏡的太陽能光伏發(fā)電聚集器的結構示意圖，整個裝置 的二維跟蹤裝置可以采前三個實施例的任一種。如圖8所示，太陽能光伏發(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，固定安裝在傾斜面搖 動支架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熱 板上，并且導熱板與附加散熱板一起將反射板固定夾緊在它們之間；導熱板首選 表面有陽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。
權利要求
1、一種平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽的光伏發(fā)電裝置，包括有太陽能光伏發(fā)電器和太陽跟蹤機構，太陽能光伏發(fā)電器安裝在太陽跟蹤機構上；其特征在于所述的太陽跟蹤機構為二維跟蹤機構，包括水平面轉動支架，傾斜面搖動支架，垂直固定軸，水平軸，太陽方位角跟蹤驅動器，太陽高度角跟蹤驅動器，太陽方位角跟蹤光電探測器和太陽高度角跟蹤光電探測器；水平面轉動支架由垂直套筒、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，在基礎平面的軌道滾動，平面支架滾輪由太陽方位角跟蹤驅動器驅使轉動和控制轉速，帶動水平面轉動支架繞垂直固定軸轉動；傾斜面搖動支架的主體為平面網(wǎng)架，平面網(wǎng)架上安裝太陽能光伏發(fā)電器；在傾斜面搖動支架的邊框上對稱裝有兩個軸套，軸套套在水平軸上，傾斜面搖動支架的搖動機構由太陽高度角跟蹤驅動器驅使轉動和控制轉速，帶動傾斜面搖動支架繞水平軸轉動；水平面轉動支架繞垂直固定軸的轉動跟蹤太陽方位角，傾斜面搖動支架繞水平軸的搖動跟蹤太陽高度角，使太陽能光伏發(fā)電器的光電池板面的法線始終指向太陽；太陽方位角跟蹤光電探測器安裝在水平面轉動支架上，太陽高度角跟蹤光電探測器安裝在傾斜面搖動支架上。
2、 如權利要求1所述的平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽的光伏發(fā)電裝置，其特征在 于所述的水平面轉動支架的兩側安裝有豎直支架，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支架的重心處；在傾斜面搖動支架的邊框 下端裝有搖動滾輪，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 軸心至搖動滾輪周邊遠點距離的圓弧軌道，搖動滾輪在圓弧軌道上轉動，由太陽 高度角跟蹤驅動器驅使轉動和控制轉速。
3、 如權利要求2所述的平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽的光伏發(fā)電裝置，其特征在 于在所述的平面支架上安裝帶齒搖動滾輪，在傾斜面搖動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，由輻條連接到搖動支架的軸套上，帶齒 圓弧軌道與帶齒搖動滾輪嚙合轉動，由安裝在平面支架上的太陽高度角跟蹤驅動 器驅使轉動和控制轉速。
4、 如權利要求1所述的平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽的光伏發(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端設置軸承座，水平軸下移到安裝在軸 承座上，傾斜面搖動支架的軸套也移到邊框的下端；傾斜面搖動支架的邊框中上 部對稱設置有兩個上轉動付，與一對搖桿的一端各自相連，搖桿的另一端經(jīng)下轉 動付連接一根橫軸，橫軸再與一個滑塊連接，滑塊在直線軌道上移動，滑塊為螺 母、直線軌道為螺桿，滑塊由轉動的螺桿帶動沿直線移動，螺桿的轉動又由太陽 高度角跟蹤驅動器驅使轉動和控制轉速；螺桿和太陽高度角跟蹤驅動器均安裝在 固定于垂直套筒上的平面支架的底盤上。
5、 如權利要求1所述的平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽的光伏發(fā)電裝置，其特征在 于所述的傾斜面搖動支架的頂面有透光蓋板，太陽能光伏發(fā)電器被罩在透光蓋 板下。
6、 如權利要求1所述的平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽的光伏發(fā)電裝置，其特征在 于:所述的太陽能光伏發(fā)電器為太陽能光伏發(fā)電聚集器，該聚集器為碟形或槽形; 在一個傾斜面搖動支架上可以同時布置至少2個以上光伏發(fā)電器。
7、 如權利要求6所述的平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽的光伏發(fā)電裝置，其特征在 于所述的太陽能光伏發(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，布置在全反射聚光器的焦點前，其 焦線和全反射聚光器的焦線重合，使二次反射的太陽輻射束投射到布置在全反射 聚光器中間的光電池上；光電池背面粘結有表面絕緣層的金屬導熱板，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，導熱板、附加散熱 板和全反射聚光器共同構成散熱器；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輻射能的一部分轉換為電能輸出，其余的轉 化為熱能通過散熱器傳出。
8、 如權利要求7所述的平面網(wǎng)架二維j^蹤太陽的光伏發(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、 如權利要求7所述的平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽的光伏發(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，波長為0.4 l.lum，其余的太陽輻射束透過二次反射板。
10、 如權利要求6所述的平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽的光伏發(fā)電裝置，其特征在 ..于所述的太陽能光伏發(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；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射線反射到光電池板上；光 電池背面粘結有表面絕緣層的金屬導熱板，再與金屬的附加散熱板一起把反射板 固定夾緊在其間，導熱板、附加散熱板和反射板共同構成散熱器；附加散熱板的 外表面和反射板的凸面涂有散熱涂層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽的光伏發(fā)電裝置，涉及太陽能光伏發(fā)電的領域。本發(fā)明包括有太陽能光伏發(fā)電器和太陽跟蹤機構，所述的太陽跟蹤機構為二維跟蹤機構，包括水平面轉動支架，傾斜面搖動支架，垂直固定軸，水平軸，太陽方位角跟蹤驅動器和太陽高度角跟蹤驅動器等；所述太陽能光伏發(fā)電器可以附帶碟形或槽形的聚光器和自散熱器，多個光伏發(fā)電器一同裝在傾斜面搖動支架的平面網(wǎng)架上；水平面轉動支架繞垂直固定軸轉動，傾斜面搖動支架繞水平軸轉動，使太陽能光伏發(fā)電器的光電池板面的法線始終指向太陽。本發(fā)明的結構穩(wěn)定性好，驅動力小，同時承載多組件，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G05D3/12GK101098113SQ20061008817
公開日2008年1月2日 申請日期2006年6月29日 優(yōu)先權日2006年6月29日
發(fā)明者陳則韶 申請人:中國科學技術大學