專利名稱：液介透鏡聚焦式光伏發(fā)電及熱利用裝置的制作方法
液介透鏡聚焦式光伏發(fā)電及熱利用裝置本發(fā)明一液介透鏡聚焦式光伏發(fā)電及熱利用裝置它是用廉價(jià)的普通玻璃、經(jīng) 焊接制成透鏡形狀的殼體，在將液體(水或水玻璃等)導(dǎo)光介質(zhì)填充于殼體內(nèi)構(gòu)成的透鏡 (簡稱液介透鏡)。用該透鏡聚陽光于光伏電池進(jìn)行發(fā)電并同時(shí)收集太陽的熱能，為用戶提 供清潔、廉價(jià)、高效的電能和熱能供應(yīng)的裝置(技術(shù))。隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速增長，工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，以及人們生活水平的提 高，對(duì)能源的需求也在急劇增長。但隨著人類社會(huì)能源供需矛盾的加劇和化石能源造成的 對(duì)環(huán)境污染的威脅，對(duì)新的二次能源的開發(fā)日益迫切。而氫能就是一種人類所期待的二次 能源，氫能可以輸送、儲(chǔ)存、大規(guī)模生產(chǎn)和可再生利用，同時(shí)對(duì)環(huán)境友好，基本上沒有污染， 是理想的車載能源及生產(chǎn)、生活用能源。它的開發(fā)和利用受到世界各國的重視，目前世界 上95%的氫是通過化石燃料而獲得。這一過程對(duì)能源危機(jī)和溫室效應(yīng)沒有實(shí)質(zhì)性的改變。 要想從根本上解決這個(gè)問題，就必需開發(fā)出不依賴化石燃料制氫的新技術(shù)。人們都知道水 (這里指海水和淡水)是世界上最豐富的物質(zhì)之一，而利用太陽能水電解制氫將是人類的 最佳選擇。因?yàn)樘柲苁且环N清潔的可再生能源，對(duì)于人類而言是取之不盡，用之不竭的。 為此、本人于2008年設(shè)計(jì)了一種成本低(指綜合成本和發(fā)電成本)、分解效率高、純度高、 高度節(jié)能(指高壓灌裝儲(chǔ)存過程中的節(jié)能)的“太陽能水電解制氫(氧)裝置”，最適合與 具有間歇式的太陽能發(fā)電(風(fēng)力發(fā)電等)等配合使用，將它門發(fā)出的電能，以氫能的方式儲(chǔ) 存，能發(fā)揮出最佳的效果。雖然水電解制氫在技術(shù)上已有了很大的突破，但在水的電解過程 中，仍然要消耗大量的電能。因此，要想從根本上解決大規(guī)模的廉價(jià)制氫問題，關(guān)鍵是要解 決廉價(jià)的發(fā)電技術(shù)。由于太陽的能量密度低又具有間歇性，使得本來成本就高的現(xiàn)有光伏 發(fā)電技術(shù)，再加上電能的儲(chǔ)存與并網(wǎng)系統(tǒng)帶來的高成本，更是雪上加霜，失去了與常規(guī)能源 競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)，而得不到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。一、本發(fā)明的目的為了解決上述提出的具體問題，本發(fā)明的目的是要提供一種成本低、效率高、能對(duì) 太陽的光能和熱能進(jìn)行綜合利用的裝置——液介透鏡聚焦式光伏發(fā)電及熱利用裝置。為 “太陽能水電解制氫(氧)裝置”提供清潔、廉價(jià)的電能，同時(shí)為用戶提供方便的熱能。二、現(xiàn)有光伏發(fā)電技術(shù)所能達(dá)到的效果及其不足主要存在以下幾點(diǎn)1.效果在國際市場(chǎng)上從2004年到2005年底，光伏電池的價(jià)格仍然超過3美元/WP (峰值 瓦)，并網(wǎng)價(jià)格為6美元/WP，光伏發(fā)電系統(tǒng)的平均發(fā)電成本為25美分/kW、h為美國常規(guī)發(fā) 電的2倍，是煤電成本的5 8倍，距離美國能源部光伏發(fā)電計(jì)劃的預(yù)測(cè)，光伏發(fā)電成本至 少到2030年以后才可能降低到10美分/KW、h的價(jià)格，還有很大的差距。2、成本與效率i、為實(shí)現(xiàn)大功率輸出，現(xiàn)有技術(shù)的做法是大量使用光伏電池拼裝成獨(dú)立的發(fā)電 單元，再由若干個(gè)獨(dú)立的發(fā)電單元組成一個(gè)大的發(fā)電廠。使用這種光伏發(fā)電方式的缺點(diǎn)是 土地占用量大、單元成本高，對(duì)太陽能的利用率低下，大電流工作，有遭受雷擊的危險(xiǎn)。ii、使用拋物鏡聚焦型或定日鏡聚焦型光伏發(fā)電系統(tǒng)，雖然能提高陽光的利用率，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本過高、要實(shí)現(xiàn)廉價(jià)的大規(guī)模工業(yè)化發(fā)電及家庭發(fā)化發(fā)電、較為困難。iii、透鏡聚焦型光伏系統(tǒng)，可以把光的強(qiáng)度濃縮幾倍至幾百倍，用較少量的光伏 電池，能獲得最大的電能(功率)輸出，這是它的優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是大尺寸的透鏡加工難度 大、成本很高。而小尺寸的透鏡加工難度稍小，裝配難度又太大，而且成本高昂。綜上所述，現(xiàn)有光伏發(fā)電技術(shù)的幾種方法都有著共同的缺點(diǎn)成本高、效率低，土 地占用量大，都不能做到對(duì)太陽能的綜合利用，在加上并網(wǎng)系統(tǒng)的價(jià)格太高，無法與常規(guī)的 火電、核電、水電等能源競(jìng)爭(zhēng)。三、本發(fā)明與現(xiàn)有光伏發(fā)電技術(shù)相比較所具有的有益效果，主要有以下幾點(diǎn)1、效果i、本發(fā)明與現(xiàn)有光伏發(fā)電技術(shù)比較，所具有的最大區(qū)別在于本發(fā)明中使用了本 人發(fā)明的“液介透鏡”。才使得本發(fā)明在利用液介透鏡聚光發(fā)電時(shí)，能做到每一個(gè)獨(dú)立的發(fā) 電單元只使用一到兩塊光伏電池，最大限度地減少了使用光伏電池的數(shù)量，降低了成本。本 發(fā)明在降低成本的同時(shí)，能把一塊光伏電池的發(fā)電效率提高幾倍到幾百倍，還能同時(shí)做到 對(duì)太陽熱能的收集和利用，進(jìn)一步提高本發(fā)明對(duì)太陽能的綜合利用的水平和效果。所有這 些是現(xiàn)有光伏發(fā)電技術(shù)所不能的。①由于制造液介透鏡的材料是普通玻璃、其價(jià)格低廉。各透鏡(三棱透鏡、四棱透 鏡和中軸透鏡)的制造工藝簡單，容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)摸的工業(yè)化生產(chǎn)，成本很低。它在市場(chǎng)上的 售價(jià)每平方米(指受光面積)將不超過300元(人民幣)；而1平方米(140/WP)的光伏 電池在市場(chǎng)上的售價(jià)且在4000元以上。其價(jià)格是液介透鏡的十三倍。由于液介透鏡的獨(dú) 特作用，它能把現(xiàn)有光伏發(fā)電技術(shù)大量直接使用光伏電池發(fā)電產(chǎn)生的高成本，轉(zhuǎn)化為使用 液介透鏡聚焦發(fā)電的低成本。從而達(dá)到了降低發(fā)電成本、提高光伏發(fā)電效率的目的，收到了 好的效果。②液介透鏡能象光學(xué)透鏡一樣工作，對(duì)太陽光進(jìn)行聚焦，而不會(huì)影響到對(duì)太陽熱 能的收集。使用該透鏡聚焦發(fā)電，能減少光伏電池的使用數(shù)量，及使光伏電池的價(jià)格在10 美元/Wp、也是可以接受的。條件是光伏電池要有效率高、壽命長、抗高溫能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。 使用液介透鏡能從根本上解決現(xiàn)有光伏發(fā)電技術(shù)存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、效率低的技術(shù) 難題。③將本發(fā)明與“太陽能水電解制氫(氧)裝置”配合，組成太陽能電解水制氫(氧) 系統(tǒng)。就可以充分利用低能量時(shí)段的太陽能，將其轉(zhuǎn)換為氫能進(jìn)行儲(chǔ)存，同時(shí)節(jié)省了并網(wǎng)系 統(tǒng)。使得本系統(tǒng)的成本進(jìn)一步降低，其系統(tǒng)效率也得到了空前的提高。④由于本發(fā)明中的光伏電池是安裝在主透鏡的下方。因?yàn)楸景l(fā)明中所用的金屬構(gòu) 件相互連接(接觸)，能將雷電引入地下。在金屬構(gòu)件的屏蔽作用下，可有效地防止光伏電 池遭受雷擊。ii、由于本發(fā)明中的光電池要在強(qiáng)光下工作，需要冷卻散熱。因此，本發(fā)明采用了 液體冷卻方式，只需將折射透鏡、液介透鏡以及光伏電池的冷卻散熱器依次用管道連通，構(gòu) 成介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)。這里的介質(zhì)(是指水、水玻璃等可以導(dǎo)光和熱的液體物質(zhì))既是透鏡的 導(dǎo)光介質(zhì)，又是收集太陽熱能的蓄熱介質(zhì)，同時(shí)還是光電池散熱器的冷卻介質(zhì)。因此、只要 對(duì)循環(huán)系統(tǒng)中、介質(zhì)吸收的熱量進(jìn)行收集，再加以利用(如再加熱發(fā)電)，能收到更好的效 果。
2、在相同規(guī)摸發(fā)電能力條件下的——成本與效率以建造一座30KW、h的發(fā)電站為例本發(fā)明加上“太陽能水電解制氫(氧)裝置”的 總投資將不超過4萬美元，是現(xiàn)有光伏系統(tǒng)的七分之一。其發(fā)電成本為0、1元(人民幣)/ KW、h，將是現(xiàn)有光伏發(fā)電成本(25/KW、h)的十五分之一；是煤電成本的三分之一；是美國能 源部光伏發(fā)電計(jì)劃預(yù)測(cè)的，到2030年以后才可能降低到10美分/KW、h的近七分之一的水 平(其中不包括熱能的利用)。本發(fā)明與現(xiàn)有的火電、核電及水電技術(shù)相比較，無論從綜合 成本、效率，還是從資源優(yōu)勢(shì)以及對(duì)環(huán)境的友好程度，本發(fā)明都具有絕對(duì)的競(jìng)爭(zhēng)力。它將為 規(guī)模化及家庭化的廉價(jià)制氫提供最廉價(jià)的電能；為我國率先進(jìn)入永久性的、以太陽能發(fā)電 為基礎(chǔ)的氫能經(jīng)濟(jì)時(shí)代，提供強(qiáng)有力的物質(zhì)保證與技術(shù)支持；為促進(jìn)人類社會(huì)的文明與技 術(shù)進(jìn)步，最終構(gòu)建“和諧世界”產(chǎn)生積極的推動(dòng)作用。四.本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)為了實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的工業(yè)化和家庭化，本發(fā)明可分為戶外型和屋頂型兩種。由于 戶外型與屋頂型的聚焦方式、介質(zhì)循環(huán)方式以及控制電路完全相同，區(qū)別僅在于自動(dòng)跟蹤 方式的不同。以下僅對(duì)戶外型進(jìn)行祥細(xì)的闡述下面結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明(戶外型)的具體結(jié)構(gòu)、工作原理及實(shí)現(xiàn)的過 程


圖1是三棱透鏡的結(jié)構(gòu)圖；圖2是四棱透鏡的結(jié)構(gòu)圖；圖3是中軸透鏡的結(jié)構(gòu)圖；圖4是主透鏡光學(xué)聚焦及介質(zhì)循環(huán)的工作原理圖；圖5是總體構(gòu)件結(jié)構(gòu)圖；圖6是主透鏡在緯度(高度)方向的鋼絲繩傳動(dòng)原理圖；圖7是自動(dòng)跟蹤控制電路的原理圖。1、下面結(jié)合附圖1、附圖2及附圖3來詳細(xì)說明三棱透鏡、四棱透鏡及中軸透鏡的 具體結(jié)構(gòu)及工作原理i、三棱透鏡它是“主透鏡”的一個(gè)部分。是用廉價(jià)的普通玻璃經(jīng)焊接制成的，在主 透鏡中它是成對(duì)出現(xiàn)的。其具體的制作方法是使三棱形透鏡的折射面(1)、上三角面(2)、 受光面(3)、下三角面(4)順序連接，最后再與對(duì)接框(5)連接、經(jīng)焊接就構(gòu)成了帶有開口的 三棱透鏡的殼體。ii、四棱透鏡也是主透鏡的一個(gè)部分，與三棱透鏡一樣，它只是主透鏡的一個(gè)部 件(零件)。在制作四棱透鏡時(shí)必需是成對(duì)制造，它們的大小必需相等，其制作方是折射 面(6)、上四邊形(8)、受光面(7)、下四邊形(9)的順序依次連接，再與對(duì)接框(10)連接后， 經(jīng)焊接就構(gòu)成了帶有兩端開口的梯形透鏡的殼體。iii、中軸透鏡也是主透鏡的一部分，它處于副(主)透鏡的中間部分。左右折射 面(17) (13)可以通過一塊玻璃加熱折彎而成，再將它依次與下五邊形(12)、受光面(16)及 上五邊面(14)連接后焊接，再將折射面的上下兩端分別制做進(jìn)液咀(11)與排液咀(15)，就 構(gòu)成了一個(gè)兩端成對(duì)稱開口的殼體。
2、下面結(jié)合附圖4來詳細(xì)說明由主透鏡、折射鏡構(gòu)成的光學(xué)聚焦及介質(zhì)循環(huán)裝置 的工作原理i、主透鏡可以由一個(gè)幅透鏡構(gòu)成，也可以是多個(gè)副透鏡組成。每層(排)的透鏡 稱之為一個(gè)——副透鏡，它是由三棱透鏡(24)、四棱透鏡(25)在中軸透鏡(26)的兩端對(duì) 稱裝配而成。中軸透鏡——又稱為單位透鏡。以單位透鏡為基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)展，。其擴(kuò)展方法 是在中軸透鏡的兩邊依次對(duì)稱添加四棱透鏡，最后在對(duì)稱添加三棱透鏡，就能得到所需要 的受光面積的副透鏡(主透鏡)。再將副透鏡按照豎直(列)方向進(jìn)行疊加，就能得到更大 受光面積的“主透鏡”。因此、用戶就可以根據(jù)自己的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。ii、主透鏡的介質(zhì)進(jìn)(給)排(出)系統(tǒng)由三棱透鏡、四棱透鏡及中軸透鏡構(gòu)成 副透鏡，在由副透鏡疊加而成的主透鏡。這時(shí)的副(主)透鏡是不能工作的，它只是一個(gè)空 腔的殼體，只有將它們的殼體內(nèi)充滿導(dǎo)光介質(zhì)(這里的介質(zhì)是指可以導(dǎo)光和熱的液體)時(shí)， 才能正常工作。為了對(duì)本發(fā)明在工作過程中產(chǎn)生的熱量進(jìn)行有效的收集，設(shè)計(jì)了介質(zhì)循環(huán) 系統(tǒng)。它是把構(gòu)成主透鏡的副透鏡的上下層用U形管(23)連通，將散熱器(18)通過管道 (19)與下折射鏡(29)連通，下著折射透鏡通過管道(28)與上折射透鏡連通，上折射鏡的排 液咀(21)通過管道與最下層副透鏡中的中軸透鏡的進(jìn)液咀(27)連通，最后通過上層副透 鏡的排液咀(22)與外部的換熱器、循環(huán)水泵等連通，就構(gòu)成了介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)光線垂直 射向主透鏡時(shí)，通過介質(zhì)的折射作用，把光線聚焦成一條直線，而不是一個(gè)點(diǎn)；當(dāng)主透鏡受 光面積較大時(shí)，聚焦后的直線會(huì)很長，遠(yuǎn)大于光電池的長度，這時(shí)就需要通過上下兩個(gè)折射 鏡(20) (29)把主透鏡聚焦后的直線收攏到光電池可以接受的范圍。在通過調(diào)整光伏電池 與主透鏡的相對(duì)位置，就能夠獲得與光伏電池受光面積相等的濃縮光線。iv、由于光伏電池要在幾倍到幾百倍的強(qiáng)光下工作、溫度會(huì)很快升高，使得載流子 的復(fù)合壽命縮短，將直接影響到光電池的轉(zhuǎn)換效率和使用壽命。因此、光伏電池需要進(jìn)行快 速冷卻。只要使循環(huán)系統(tǒng)中的介質(zhì)流動(dòng)起來，既不影響主透鏡的聚焦效果，還能給光電池降 溫，同時(shí)還可以利用介質(zhì)吸收的熱量。真可謂一舉多得，實(shí)現(xiàn)了最大限度對(duì)太陽能的綜合利 用。3、下面結(jié)合附圖5來詳細(xì)說明戶外光伏系統(tǒng)的總體構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及工作原理i、為了進(jìn)一步降低成本、本發(fā)明采用廉價(jià)的鋼絲繩傳動(dòng)的方式，這種傳動(dòng)方式適 用于組建大規(guī)模的光伏發(fā)電廠。本發(fā)明中的戶外光伏發(fā)電系統(tǒng)是由環(huán)形地軌構(gòu)件(38)、 主體構(gòu)件(33)、左右定滑輪支撐構(gòu)件(36) (34)及主透鏡框架構(gòu)件(35)等零部件構(gòu)成。ii、將環(huán)形地軌構(gòu)件(38)用混凝土固定在地下，它的環(huán)行軌道用于支撐主體構(gòu)件 (33)。主體構(gòu)件是由立柱、橫梁、斜拉支撐零件經(jīng)焊接構(gòu)成，其整體結(jié)構(gòu)成矩形框架。主體 構(gòu)件的下方制有一個(gè)開口橫向向外的槽形園環(huán)(37)、其槽內(nèi)固定的鋼絲繩(31)與水平傳 動(dòng)軸(32) —起構(gòu)成水平傳動(dòng)裝置。主體構(gòu)件中立柱的正下方裝有腳輪(39)、它可以在環(huán)形 地軌(38)上滾動(dòng)。主體構(gòu)件(33)是通過環(huán)形地軌構(gòu)件中心的地軌主軸(30)、通過軸承、用 螺母固定。當(dāng)主體構(gòu)件繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過鋼絲繩的牽引作用，使主體構(gòu)件以地軌主軸(30) 為中心，通過腳輪(39)沿環(huán)形地軌的水平面方向運(yùn)動(dòng)；在主體構(gòu)件(33)的左右兩端分別制 有兩個(gè)用于支撐定滑輪的支撐構(gòu)件(36) (34)，主透鏡的框架構(gòu)件(35)通過鉸軸與主體構(gòu) 件連接，另一端與鋼絲繩連接固定。當(dāng)水平傳動(dòng)軸(32)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)、通過鋼絲繩牽引力的作用， 使主透鏡以鉸軸為圓心，沿高度(緯度)方向運(yùn)動(dòng)。
4、下面結(jié)合附圖6來詳細(xì)說明主透鏡沿緯度(高度)方向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)、鋼絲繩的傳動(dòng) 原理主透鏡沿緯度(高度)方向跟蹤太陽，是通過鋼絲繩傳動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)的。為了使 主透鏡能在任意位置高度(或仰角)都具有抗震、抗風(fēng)能力，鋼絲繩傳動(dòng)裝置采用了對(duì)稱布 置，分別布置在主透鏡(40)的兩邊。由于左右兩邊的傳動(dòng)方式相同(屬對(duì)稱布置)，能實(shí)現(xiàn) 同步轉(zhuǎn)動(dòng)。區(qū)別僅在與鋼絲繩在緯度傳動(dòng)軸(46)上的纏繞方向相反，因此，這里只對(duì)主透 鏡左邊的鋼絲繩(42)的傳動(dòng)裝置進(jìn)行詳細(xì)的闡述鋼絲繩(42)既是牽引主透鏡(40)轉(zhuǎn)動(dòng) 的動(dòng)力傳遞者，又是主透鏡的斜拉固定者。首先將鋼絲繩在緯度傳動(dòng)軸(46)上纏繞數(shù)圈， 其纏繞的鋼絲繩的長度應(yīng)大于主透鏡由最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)之間鋼絲長度的2倍以上，以 確保鋼絲繩在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)被折斷。鋼絲繩的一端通過張力導(dǎo)向輪(44)在主透鏡(40) 的左下角處固定；它的另一端通過水平導(dǎo)向輪(45)、垂直導(dǎo)向輪(43)、最后通過支撐構(gòu)件 頂部的定滑輪(41)，在主透鏡的左上角處固定。這時(shí)就由鋼絲繩構(gòu)成了一個(gè)封閉的動(dòng)力傳 動(dòng)。當(dāng)主透鏡由最低點(diǎn)向最高點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，主透鏡與水平面的夾角(即仰角)應(yīng)大于零度小 于九十度。由于主透鏡在高度方向的運(yùn)動(dòng)正好與太陽的運(yùn)動(dòng)方向相反，也就是說當(dāng)太陽剛 升起時(shí)，主透鏡的仰角(高度)最大，而在中午時(shí)太陽在最高點(diǎn)，主透鏡的仰角(高度)最 小。在一個(gè)太陽工作日，主透鏡的仰角將從最大變到最小，再由最小變到最大，主透鏡即完 成一個(gè)工作周期。在自動(dòng)跟蹤控制電路的作用下、主體構(gòu)件能沿水平方向與太陽作同步運(yùn) 動(dòng)，又能沿緯度(高度)方向與太陽作運(yùn)動(dòng)同步時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽的全程跟蹤。當(dāng)水平傳 動(dòng)軸與緯度(高度)傳動(dòng)軸同按各自預(yù)設(shè)定的方向同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它門通過各自的鋼絲繩傳 動(dòng)系統(tǒng)，使主透鏡在運(yùn)動(dòng)時(shí)，其受光面能始終正對(duì)太陽，以獲得更多的能量。5.下面結(jié)合附圖7來詳細(xì)說明本發(fā)明中的自動(dòng)跟蹤控制電路的工作原理由光伏電池(55)，給水平方向的變速直流電機(jī)(57)、高度(緯度)方向的減速直 流電機(jī)(61)、蓄電池(47)及控制電路提供電能供應(yīng)。光伏電池產(chǎn)生的直流電Ipv，一路經(jīng)熔 斷器(54)后直接為負(fù)載供電能。另一路在通過二極管(53)后為蓄電池(47)充電，同時(shí)為 水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)的變速直流電機(jī)(57)和緯度(高度方向)的減速直流電機(jī)(61)及控制電路 供電。由于它們的自動(dòng)跟蹤控制電路的工作原理完全相同，這里只對(duì)水平方向的自動(dòng)跟蹤 控制電路進(jìn)行詳細(xì)的闡述i、給電機(jī)和自動(dòng)跟蹤控制電路的供電電源分為兩路一路由光伏電池(55)供電， 另一路由(預(yù)備用)蓄電池(47)供電。①當(dāng)光伏電池輸出的峰值電壓Upv高于蓄電池的電壓時(shí)、直流電流Ipv，首先通過熔 斷器(54)、二極管(53)、在給變速直流電機(jī)(57)及自動(dòng)跟蹤電路供電的同時(shí)，為蓄電池充 電；②當(dāng)光照強(qiáng)度較弱時(shí)，光伏電池輸出的峰值電壓Upv低于蓄電池的工作電壓時(shí)，二 極管(53)截止、這時(shí)由蓄電池給電機(jī)和自動(dòng)跟蹤控制電路供電。ii、電流首先經(jīng)過繼電器J2 (59)的常閉觸點(diǎn)(52)，可控硅管(51)、與繼電器J1 (58) 的常閉觸點(diǎn)(56)及常開觸點(diǎn)與變速直流電機(jī)(57)連通。行程開關(guān)(50)的常開觸點(diǎn)與繼 電器J1 (58)的常開觸點(diǎn)(49)并連，在與終點(diǎn)行程開關(guān)的常開觸點(diǎn)(60)與繼電器J2 (59)線 圈串連后、接入的常開觸點(diǎn)(50)與反轉(zhuǎn)行程(49)并連后的輸出端。定時(shí)器(時(shí)鐘)(48) 與可控硅管(51)的控制極連通，其目的是使自動(dòng)跟蹤裝置能按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)間起動(dòng)。
①當(dāng)本發(fā)明開始工作時(shí)，主透鏡應(yīng)正對(duì)剛剛升起的太陽，處于起始位置，為最大仰 角，這時(shí)的光伏電池的輸出電壓Upv低于蓄電池的輸出電壓、二極管處于反向截止。此時(shí)由 蓄電池單獨(dú)供電；這時(shí)由定時(shí)器向可控硅管的控制極發(fā)出觸發(fā)電壓、使可控硅管(51)導(dǎo) 通，這時(shí)的電流通過繼電器J1的常閉觸點(diǎn)(49)、使變速直流電機(jī)(57)正轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)主透 鏡與太陽作同步運(yùn)動(dòng)；②當(dāng)光伏電池工作在中午的強(qiáng)光時(shí)段時(shí)、輸出電壓為峰值Upv，其電壓Upv高于蓄 電池的輸出電壓、其供電方式便會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為光伏電池供電；③當(dāng)主透鏡繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)、直到終點(diǎn)太陽落下時(shí)，又會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為蓄電池供電，直到觸 動(dòng)終點(diǎn)行程開關(guān)(60)閉合、給繼電器J2(59)的線圈供電，使它的常閉觸點(diǎn)(52)在瞬間斷 開。此時(shí)的可控硅管(51)由導(dǎo)通迅速變?yōu)榻刂?，繼電器的觸點(diǎn)(52)又迅速恢復(fù)到原來的 閉合狀態(tài)。到此、即完成了一個(gè)太陽工作日，主透鏡又回到了原來起始位置、以等待第二個(gè) 工作日的到來。五、下面結(jié)合附圖1、附圖2、…、及附圖7來詳細(xì)說明本發(fā)明的具體裝配細(xì)節(jié)本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)是折射面(1)、上三角面(2)、受光面(3)、下三角面(4)及對(duì) 接框(5)順序構(gòu)成的三棱透鏡殼體；受光面(7)、上四邊形⑶、折射面(6)、下四邊形(9)及 左邊大端開口處制做的對(duì)接框(10)構(gòu)成的四棱透鏡殼體；左右折射面(17) (13)、折射面上 制有進(jìn)液咀(11)與排液咀(15)的折射面、下五邊形(12)、受光面(16)、上五邊形(14)構(gòu) 成的中軸透鏡殼體；連接散熱器(18)及上下折射鏡(20) (29)的U字管道(19) (28)，三棱透 鏡(24)、四棱透鏡(25)及中軸透鏡(26)拼裝擴(kuò)展而成副透鏡后、經(jīng)豎方向疊加后用U字管 道(23)連通而成的主透鏡構(gòu)成的光學(xué)聚焦系統(tǒng)及介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)；水平傳動(dòng)輪(32)、主體構(gòu) 件(33)、左右定滑輪支撐構(gòu)件(36) (34)、與主體構(gòu)件(33)鉸連的主透鏡筐架構(gòu)件(35)，套 焊在主體構(gòu)件下方與角輪(39)之間的槽形園環(huán)(37)、以及固定在槽內(nèi)的鋼絲繩(31)構(gòu)成 的、通過主軸(30)固定、能沿環(huán)形地軌(38)平面轉(zhuǎn)動(dòng)的主體構(gòu)件構(gòu)成的總體構(gòu)件；⑥由主 透鏡(40)、定滑輪(41)、鋼絲繩(42)、垂直導(dǎo)向輪(43)、張力導(dǎo)向輪(44)、水平導(dǎo)向輪(45) 及傳動(dòng)軸(46)構(gòu)成的緯度(高度)方向的跟蹤裝置；蓄電池(47)、光伏電池(55)、定時(shí)器 (時(shí)鐘)(48)、繼電器J1 (58)的常開觸點(diǎn)(49)及長閉觸點(diǎn)(56)、反轉(zhuǎn)行程開關(guān)(50)、可控硅 (51)、繼電器J2 (59)的常閉觸點(diǎn)(52)、二極管(53)、熔斷器(54)、變速直流電機(jī)(57)以及 終點(diǎn)形成開關(guān)(60)以及由另一路控制的減速直流電機(jī)(61)等零部件裝配而成。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明——液介透鏡聚焦式光伏發(fā)電及熱利用裝置。它是利用“液介透鏡”將陽光聚 焦于光伏電池上進(jìn)行發(fā)電并收集太陽的熱能，為用戶提供廉價(jià)的電能及熱能的裝置。其主 要特征是由三棱透鏡(24)和四棱透鏡(25)及中軸透鏡(26)構(gòu)成的主透鏡；由主透鏡、上 下折射透鏡(20) (29)、電池散熱器(18)及U形管道(19) (23) (28)按照一定次序裝配構(gòu)成 的聚焦光伏發(fā)電及介質(zhì)循環(huán)裝置；環(huán)形地軌(38)、主體構(gòu)件(33)、與主體構(gòu)件鉸連的主透 鏡框架構(gòu)件(35)、左右定滑輪支撐構(gòu)件(36) (34)、水平傳動(dòng)軸(32)、焊接在主體構(gòu)件(33) 下方的槽形園環(huán)(37)、及糟內(nèi)固定的鋼絲繩(31)構(gòu)成的可以沿環(huán)形地軌水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)的 總體支撐構(gòu)件；緯度傳動(dòng)軸(46)、綱絲繩(42)、左定滑輪(41)，以及各種導(dǎo)向輪等里零部件 構(gòu)成的能沿緯度(高度)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的主透鏡，其特征是由三棱透鏡(24)、四棱透鏡(25)及中 軸透鏡(26)經(jīng)拼裝擴(kuò)展疊加后、用U形管道連接構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的三棱透鏡，其特征是折射面(1)、上三角面(2)、受光面 (3)、下三角面(4)及對(duì)接框(5)依次順序連接而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的四棱透鏡，其特征是折射面(6)、上四邊形(8)、受光面 (7)、下四邊形(9)及對(duì)接框(10)依次順序連接而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的中軸透鏡、其特征是由一塊玻璃經(jīng)折彎后形成左右折射 面，在右折射面(13)上分別制有進(jìn)液咀(11)和排液咀(15)，再將折彎后的折射面、與上五 邊形(14)、受光面(16)及下五邊形(12)依次順序連接而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的聚焦光伏發(fā)電及介質(zhì)循環(huán)裝置其特征是光伏電池散熱 器(18)、U形管道(19)、下折射鏡(29)、U形管道(28)、上折射鏡(20))、通過管道連接折射 鏡排液咀(21)和主透鏡下層副透鏡的中軸透鏡進(jìn)液咀(27)，上下副透鏡用U形管道(23) 連通構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的能沿環(huán)形地軌水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)的總體支撐構(gòu)件，其特征是 通過支撐附件焊接而成的環(huán)形地軌構(gòu)件(38)，中央的地軌主軸(30)，主體構(gòu)件(33)立柱的 正下方裝置的腳輪(39)，俯視主體構(gòu)件與槽形園環(huán)(37)成內(nèi)接矩形。主體構(gòu)件通過其腳 輪能沿地軌平面轉(zhuǎn)動(dòng)，主透鏡框架構(gòu)件(35)與主體構(gòu)件(33)鉸連、可以繞鉸軸沿豎直(高 度)方向轉(zhuǎn)動(dòng)、與主體構(gòu)件連接緊固的左右定輪滑支撐構(gòu)件(36) (34)、鋼絲繩(31)及水平 傳動(dòng)軸(32)的順序裝配構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1及權(quán)利要求7中所述的水平鋼絲繩傳動(dòng)裝置，其特征是鋼絲繩在 水平傳動(dòng)軸上纏繞數(shù)圈，其長度應(yīng)大于地軌二分之一周長、它的兩個(gè)頭同時(shí)固定在槽形園 環(huán)(37)的槽內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的緯度(高度)方向的鋼絲繩傳動(dòng)裝置，其特征是固定在 主透鏡框架構(gòu)件左邊的鋼絲繩(42)及右邊的鋼絲繩、同時(shí)以相反方向纏繞在緯度(高度) 傳動(dòng)軸(46)上，能使主透鏡框架構(gòu)件沿緯度(高度)方向轉(zhuǎn)動(dòng)一致。
10.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的緯度(高度)方向的鋼絲繩傳動(dòng)裝置，其特征是左右兩 個(gè)鋼絲繩傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)應(yīng)完全相同，成對(duì)稱布置，區(qū)別僅在于它門的鋼絲繩在緯度(高 度)傳動(dòng)軸上的纏繞方向相反。
11.根據(jù)權(quán)利要求1及權(quán)利要求10中所述的緯度(高度)方向的鋼絲繩傳動(dòng)裝置，其 特征是鋼絲繩首先在緯度(高度)傳動(dòng)軸(46)上纏繞數(shù)圈后，它的一頭通過張力導(dǎo)向輪(44)固定在主透鏡框架構(gòu)件左上角的下方。它的另一頭通過水平導(dǎo)向輪(45)、垂直導(dǎo)向輪 (43)及左定滑輪(41)，固定在主透鏡框架構(gòu)件左上角的上方。
全文摘要
本發(fā)明——液介透鏡聚焦式光伏發(fā)電及熱利用裝置。首先將介質(zhì)充滿透鏡的殼體后構(gòu)成“液介透鏡”。使用該透鏡將陽光聚焦于光伏電池上進(jìn)行發(fā)電并收集其熱能的裝置是由三棱透鏡、四棱透鏡及中軸透鏡構(gòu)成的主透鏡；與主體構(gòu)件鉸連的主透鏡筐架構(gòu)件(35)，電池散熱器及上下折射透鏡構(gòu)成的聚焦發(fā)電裝置及介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)；由地軌構(gòu)件(38)、地軌主軸(30)、主體構(gòu)件(33)、左右定發(fā)輪支撐構(gòu)件(36)(34)、腳輪(39)、槽形圓環(huán)(37)、水平傳動(dòng)軸(32)及鋼絲繩(31)等零部件構(gòu)成的總體構(gòu)件水平傳動(dòng)裝置以及控制電路等零部件裝配而成。
文檔編號(hào)G02B3/12GK101997448SQ20091016336
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2009年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月11日
發(fā)明者梁尚安 申請(qǐng)人:梁尚安