專利名稱：一種太陽能聚光站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能聚光站。
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1KW/m2)，而單位面積的光能轉(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)競爭優(yōu)勢(shì)。提高太陽能密度的一個(gè)有效辦法就是采用聚光鏡的辦法使大范圍內(nèi)的太陽光聚集到一個(gè)小的范圍內(nèi)，從而大大提高了太陽光的能量密度，但是由于地球不斷地圍繞太陽運(yùn)動(dòng)，為了保持聚焦，到目前為止人們所采用的聚光裝置大都是采用轉(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，它是將大量的聚光鏡和太陽能電池制成一個(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，雖提高了太陽能電池的利用效率，但由于該系統(tǒng)裝置的重量、體積龐大，使跟蹤成本加大，顯然是一個(gè)低效而代價(jià)高昂的辦法。
本發(fā)明的目的是提供一種太陽能聚光站，其移動(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，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案一種太陽能聚光站，由聚光鏡及光能轉(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)橫向移動(dòng)的橫向支架、由另一傳動(dòng)裝置帶動(dòng)縱向移動(dòng)的縱向支架，橫向支架由縱向支架支撐。光能轉(zhuǎn)換部件固定在橫向支架上，且受光表面與聚光鏡平行。
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，并在橫向支架上固定成一個(gè)整體。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖(不包括傳動(dòng)裝置及控制跟蹤系統(tǒng))。
圖2為橫向支架(EW支架)驅(qū)動(dòng)示意3為橫向支架(EW支架)和縱向支架(SN支架)的連接示意4為縱向支架(SN支架)移動(dòng)控制裝置示意5為電機(jī)控制電路原理圖如圖1所示，本發(fā)明由數(shù)個(gè)聚光鏡2及光能轉(zhuǎn)換部件3、導(dǎo)軌框架裝置(包括橫向支架5，縱向支架6)、傾斜導(dǎo)軌4、相關(guān)傳動(dòng)裝置及控制跟蹤系統(tǒng)組成。
聚光鏡2應(yīng)具有相同的大小和焦距(如大小為2m×2m的矩型，焦距也為2m)，以相同的傾角(與地面的夾角等于該地的緯度)排列成矩陣形式，橫向(東西方向)有m面，縱向(南北方向)為n排，m、n的數(shù)量可按所需要求確定，縱向相鄰兩排之間以前排不遮擋后排為宜，橫向可以緊密排列。
光能轉(zhuǎn)換部件3(如太陽能電池、太陽能聚熱器等)與聚光鏡數(shù)量相同并排列成相同的陣列形式，其受光表面與聚光鏡平行，固定在橫向支架(EW支架)上，隨EW支架可做東西橫向移動(dòng)。例如在實(shí)施例中其形狀可做成正方形，每一個(gè)光能轉(zhuǎn)換部件始終相互保持一個(gè)平面內(nèi)移動(dòng)，光能轉(zhuǎn)換部件的受光面積小于聚光鏡受光面積的10％，其受光平面和聚光鏡平行，距聚光鏡中心的垂直距離為焦距的75％-100％。
EW支架的驅(qū)動(dòng)可參照?qǐng)D2所示的實(shí)施例，底座603、變速箱605、步進(jìn)電機(jī)606固定在縱向支架(亦為SN支架，未畫出)上。一帶有傳動(dòng)螺紋的傳動(dòng)螺紋桿601與EW支架固定聯(lián)接，在傳動(dòng)螺紋桿601上套底座603，主驅(qū)動(dòng)齒輪602與底座603軸承聯(lián)接，與副驅(qū)動(dòng)齒輪604齒輪聯(lián)接，步進(jìn)電機(jī)606受控于電機(jī)控制電路、通過驅(qū)動(dòng)變速箱605帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)工作。
SN支架是用來支撐EW支架的，其相互聯(lián)接可參照?qǐng)D3所示，連接架子7固定在SN支架5上，其上有兩個(gè)滾動(dòng)軸承，EW支架6固定在兩個(gè)滾動(dòng)軸承之間，可以在兩個(gè)軸承之間橫向移動(dòng)。
SN支架移動(dòng)的控制裝置可參照?qǐng)D4，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SN支架(未畫出)上，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)SN支架移動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)507驅(qū)動(dòng)變速箱506，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5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僅為框架橫向移動(dòng)控制部件，另有一套同樣的部件用于框架縱向移動(dòng)控制在圖中未示出，該部份從單片機(jī)IC1的P1.3-P1.5腳接出。
地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周時(shí)間為一年，每天日出日落時(shí)間均有變化，且每天陽光的入射角也不同。故在單片機(jī)中存入一年中每天的日出時(shí)間、日落時(shí)間、今日與昨日兩者陽光入射角的變化量(以正或負(fù)值步進(jìn)量計(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)606)由步進(jìn)電機(jī)D帶動(dòng)框架橫向移動(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。
日落時(shí)間到，則由P1.2送出啟動(dòng)信號(hào)，P1.1送出反向驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)鎖存后，接通T2和T3，單片機(jī)的P1.0腳再送出步進(jìn)脈沖給電機(jī)，使電機(jī)帶動(dòng)框架橫向反移，至第二天日出所需的位置。此后，再用P1.3～P1.5對(duì)第二套電機(jī)(圖4中所示為步進(jìn)電機(jī)507)控制，使框架縱向移動(dòng)至第二天所需位置。如此周而復(fù)始。
本發(fā)明的工作原理是當(dāng)太陽光垂直照射聚光鏡時(shí)，所有的聚光鏡將射到其上的陽光聚焦到各自的焦點(diǎn)上。由于所有的聚光鏡的規(guī)格完全相同，且傾角相同，所以所有的焦點(diǎn)都在同一個(gè)水平面上，這些焦點(diǎn)所形成的陣列和聚光鏡所構(gòu)成的陣列完全相同，當(dāng)太陽移動(dòng)的時(shí)候，陽光的聚集點(diǎn)將向相反的方向移動(dòng)，且各個(gè)聚光鏡的聚光點(diǎn)的移動(dòng)也完全相同。所有的聚光點(diǎn)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)是所有聚光點(diǎn)的整體平移。
由于季節(jié)的不同，太陽的緯度角將發(fā)生變化，這時(shí)我們可以移動(dòng)SN支架，使光能轉(zhuǎn)換部件始終處于反射光的能量中心。一天之內(nèi)，太陽由東向西移動(dòng)，這時(shí)控制EW框架由西向東移動(dòng)，也使光能轉(zhuǎn)換部件始終處于反射光的能量中心。
以軸對(duì)稱拋物線型聚光鏡為例，嚴(yán)格來講，只有當(dāng)入射光為平行光且入射角為0°時(shí)，反射光線才會(huì)聚焦到其焦點(diǎn)上。當(dāng)入射角增大時(shí)，焦點(diǎn)就會(huì)散開。但一天的相當(dāng)部分的時(shí)間內(nèi)，聚光鏡仍可以將入射光的大部分能量聚焦到一個(gè)很小的范圍內(nèi)。如果聚光鏡的直徑等于其焦距f，而光能轉(zhuǎn)換部件的直徑為0.15f。且在距聚光鏡中心的垂直距離為0.88f的平面內(nèi)移動(dòng)來跟蹤反射光，使光能轉(zhuǎn)換部件始終處于反射光的能量最密集處。假設(shè)聚光鏡的反射效率為100％(通常為90％左右)。當(dāng)入射角小于25°時(shí)，聚光鏡可以將射到其上的絕大部分能量聚焦到光能轉(zhuǎn)換部件上，當(dāng)入射角25°～35°時(shí)，聚光鏡可以將射到其上的大部分能量聚焦到光能轉(zhuǎn)換部件上，當(dāng)入射角等于45°時(shí)，聚光鏡仍可以將射到其上的近一半能量聚焦到光能轉(zhuǎn)換部件上，這樣一天平均下來，聚光鏡可以將射到其上的大部分能量聚焦到光能轉(zhuǎn)換部件上，以上僅為一普通實(shí)施例，在具體設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)具體的經(jīng)濟(jì)成本，選擇最優(yōu)的聚光鏡的大小和形式，(如拋物線型，球面型，雙曲線型，菲涅爾聚光鏡等)以及光能轉(zhuǎn)換部件最優(yōu)的大小和形狀及其距聚光鏡的距離。
如果太陽能電池由于光能聚焦倍率較高，應(yīng)該設(shè)冷卻裝置，如風(fēng)冷水冷等，應(yīng)用現(xiàn)在通用的冷卻方式即可達(dá)到良好的效果。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明使笨重，龐大的聚光鏡固定，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。而且本發(fā)明將多個(gè)聚光鏡排成陣列形式，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)可同時(shí)控制數(shù)千平方米面積的聚光站，這樣單位功率的制造、控制成本大大降低。
本發(fā)明精度要求低，移動(dòng)部件小，安裝容易，易于維修，使用壽命長。
權(quán)利要求
1.一種太陽能聚光站，由數(shù)個(gè)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，其特征在于所述的導(dǎo)軌框架裝置包括傾斜導(dǎo)軌及一由傳動(dòng)裝置帶動(dòng)橫向移動(dòng)的橫向支架、由另一傳動(dòng)裝置帶動(dòng)縱向移動(dòng)的縱向支架，橫向支架由縱向支架支撐，所述的聚光鏡排列成陣列形式；相同數(shù)量的光能轉(zhuǎn)換部件排列成相同的陣列并在橫向支架上固定為一可整體移動(dòng)的整體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能聚光站，其特征在于所述的光能轉(zhuǎn)換部件的受光面積小于聚光鏡受光面積的10％，其受光平面距聚光鏡中心的垂直距離為焦距的75％-100％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能聚光站，其特征在于所述的光能轉(zhuǎn)換部件的受光面積與聚光鏡平行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能聚光站,由數(shù)個(gè)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)橫向移動(dòng)的橫向支架、由另一傳動(dòng)裝置帶動(dòng)縱向移動(dòng)的縱向支架,橫向支架由縱向支架支撐。聚光鏡排列成陣列形式;相同數(shù)量的光能轉(zhuǎn)換部件排列成相同的陣列并在橫向支架上固定為一可整體移動(dòng)的整體,且受光表面與聚光鏡平行,其移動(dòng)部件小,安裝容易,易于維修,使用壽命長,單位功率的制造、控制成本低。
文檔編號(hào)F24J2/10GK1263241SQ9910054
公開日2000年8月16日 申請(qǐng)日期1999年2月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月8日
發(fā)明者王瑞峰 申請(qǐng)人:王瑞峰