專利名稱：多面采光太陽能光伏發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于一種發(fā)電裝置，具體涉及一種利用太陽能的多面采 光太陽能光伏發(fā)電裝置。 技術(shù)背景
隨著技術(shù)和經(jīng)濟的快速發(fā)展，可再生能源利用己成為全世界為之奮 斗的方向，各國政府都非常重視太陽能的發(fā)展。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)也
日益成熟，已成為一種重要的可再生能源應(yīng)用技術(shù)。2002年以來，我 國的光伏產(chǎn)業(yè)以每年近100%的速度增加，2007年太陽能電池產(chǎn)量達 1088麗，居世界第一。但是，嚴重不協(xié)調(diào)的是2007我國的太陽能電池 的安裝量僅為20MW，只是產(chǎn)量的2%，產(chǎn)量的98%用于出口。造成這種 現(xiàn)象有多種因素，成本過高是其中的因素之一。
另外，光伏電池組件正常使用年限是15 20年以上，但是由于有多 種因素經(jīng)常造成電池組件達不到15年。其中一個因素就是"熱島效應(yīng)"， 現(xiàn)有技術(shù)的平板固定式太陽能光伏電池板是無法避免"熱島效應(yīng)"的危 害，會大大影響光伏電池板的平均壽命。在數(shù)倍集光的發(fā)電系統(tǒng)中，這 個因素尤其突出。當太陽光強增加數(shù)倍時，熱點的溫度也會上升數(shù)倍， "熱島效應(yīng)"的危害也將增加數(shù)倍，其結(jié)果是數(shù)倍集光的實用價值便大 打折扣。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點而提出的，其目的是提 供一種多面采光太陽能光伏發(fā)電裝置。使光伏電池板獲得3. 4倍太陽光 強(考慮折射、反射等損失不是4倍)提高了光伏電池的輸出功率，降 低了發(fā)電成本。
本實用新型的技術(shù)方案是包括光伏電池組件系統(tǒng)、多面采光框架 系統(tǒng)和高精度跟蹤系統(tǒng)，其中高精度跟蹤系統(tǒng)由感光組件和邏輯分析電 路和機械傳動裝置組成。光伏電池組件系統(tǒng)中的光伏電池組的光伏電池 板的受光面向下，在緊靠光伏電池板的背面設(shè)置散熱片，在光伏電池板 的背面上部一定距離設(shè)置有擋板。感光組件包括左大偏差感光組件、主 感光組件和右大偏差感光組件，每個組件由兩個以上的感光器件組合而 成，主感光組件安裝在系統(tǒng)的中間，左大偏差感光器件安裝在系統(tǒng)的左 邊，右大偏差感光組件安裝在系統(tǒng)的右邊。多面采光框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包括采光框架，在采光框架上安裝有四塊平面反射鏡，采光框架安裝在高度 角旋轉(zhuǎn)支架上。在高精度跟蹤系統(tǒng)中的機械傳動裝置中，高度角旋轉(zhuǎn)支 架和方位角旋轉(zhuǎn)支架連接，方位角旋轉(zhuǎn)支架通過軸承與中立柱軸連接， 高度角旋轉(zhuǎn)步進電機與蝸桿和蝸輪連接，高度角旋轉(zhuǎn)蝸輪通過軸和高度 角旋轉(zhuǎn)支架固定連接，方位角旋轉(zhuǎn)步進電機與方位角旋轉(zhuǎn)蝸輪和方位角 旋轉(zhuǎn)蝸桿連接，方位角旋轉(zhuǎn)蝸輪和中立柱固定連接，方位角旋轉(zhuǎn)蝸桿通 過步進電機和方位角旋轉(zhuǎn)支架連接。
在多面采光框架系統(tǒng)中，四塊反射鏡位于光伏電池組件下方的東南 西北四個方向。
每塊平面反射鏡通過調(diào)節(jié)拉桿與采光框架連接。
左、右大偏差感光器件由正感光器件和側(cè)感光器件感光器件組成，
兩個感光器件互成90度，垂直布置。
在感光組件中的頂蓋的中間位置設(shè)置有小孔，小孔的直徑一般為 0. 4~1腿。
本實用新型由于采用了背向太陽光的光伏電池組件系統(tǒng)、多面釆光 框架系統(tǒng)和兩維高精度跟蹤系統(tǒng)，無論天氣陰晴變化，還是早、午、晚 的光強度變化，都能使系統(tǒng)自動準確地跟蹤太陽光，本跟蹤系統(tǒng)沒有積 累誤差，不分地域，調(diào)試簡單。對傳動裝置沒有精度要求，底成本、高 精度(誤差小于0. 1度)，具有很高的實用價值.避免了 "熱島效應(yīng)"的 危害，免除了"余弦效應(yīng)"的損失，大大地提高了光伏電池的輸出功率， 條低了發(fā)電成本。
圖1是本實用新型多面采光太陽能光伏發(fā)電裝置原理方框圖2是本實用新型多面采光太陽能光伏發(fā)電裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖3是本實用新型的光伏電池組件與擋板的位置關(guān)系示意圖4是本實用新型的光伏電池組件與反光鏡的位置關(guān)系示意圖5是本實用新型的主跟蹤組件、左右大偏差跟蹤組件的位置圖6是左大偏差感光組件布置圖7是右大偏差感光組件布置圖8是本實用新型的主感光組件布置圖9是感光器結(jié)構(gòu)示意圖10是擋光板在小孔右邊的感光器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖11是本實用新型的高度角啟動電路邏輯圖；圖12是本實用新型的高度角方向電路邏輯圖 圖13是方位角步進電機啟動控制電路邏輯圖 圖14是方位角步進電機方向控制電路邏輯圖 圖15是左大偏差感光器件原理圖； 圖16是右大偏差感光器件原理圖。 其中-
1光伏電池組件系統(tǒng)2多面采光框架系統(tǒng)
3高精度跟蹤系統(tǒng)4采光框架
5高度角旋轉(zhuǎn)支架6方位角旋轉(zhuǎn)支架
7高度角旋轉(zhuǎn)蝸輪8高度角旋轉(zhuǎn)蝸桿
9高度角旋轉(zhuǎn)步進電機10方位角旋轉(zhuǎn)蝸輪
11方位角旋轉(zhuǎn)蝸桿12方位角旋轉(zhuǎn)步進電機
13中立柱14左大偏差感光組件
15主跟蹤組件16右大偏差感光組件
17跟蹤裝置線路板18平面反射鏡
19調(diào)節(jié)拉桿20光伏電池組件
21光伏電池板22散熱片
23擋板24圓管
25頂蓋26散光片
27濾光片28光敏電阻
29擋光片30感光組件
31正感光器件33側(cè)感光器件
34東主感光器件35南主感光器件
36西主感光器件37北主感光器件
38西輔助感光器件39東輔助感光器件
40邏輯分析電路45小孔
50機械傳動裝置
具體實施方式
下面，參照附圖和實施例對本實用新型的多面采光太陽能光伏發(fā)電
裝置進行詳細說明
如圖l所示， 一種多面采光太陽能光伏發(fā)電裝置，包括光伏電池組 件系統(tǒng)1、多面采光框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)2和高精度跟蹤系統(tǒng)3。其中高精度 跟蹤系統(tǒng)3由感光組件30、邏輯分析電路40和機械傳動裝置50組成。如圖2、 3所示，光伏電池組件系統(tǒng)1包括光伏電池組件20，光伏 電池組件20包括光伏電池板21、散熱片22和擋板23，電池板21的受 光面向下，即背向太陽，在緊靠電池板21的背面(非受光面)設(shè)置有 散熱片22,散熱片22能使電池板21在數(shù)倍光強的工作條件下的溫度 不致太高。在散熱片22的上方設(shè)置有擋板23，由于電池板21受光面 向下和在其上部設(shè)置有擋板23，使電池板21的受光面避免了空中懸浮 物(如鳥糞、樹葉、塵土等)的污染，保持了受光面的清潔，保證了電 池組件受光均勻，不會有熱斑點的產(chǎn)生，有效地克服了"熱島效應(yīng)" 的危害，大大地提高了光伏電池組件50的使用年限。
如圖2、 4所示，多面采光框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)2包括采光框架4,在采 光框架4上安裝有四塊平面反射鏡18，四塊平面反射鏡18位于光伏電 池組件20下方的東西南北四個方向，以便從不同的方向反射太陽光。 采光框架4安裝在高度角旋轉(zhuǎn)支架5上。每塊平面反射鏡18通過調(diào)節(jié) 拉桿19與采光框架4連接，采光框架4可以調(diào)節(jié)平面反射鏡18與采光 框架4的夾角大小。
在高精度跟蹤系統(tǒng)3中的機械傳動裝置50中，高度角旋轉(zhuǎn)支架5 和方位角旋轉(zhuǎn)支架6連接，方位角旋轉(zhuǎn)支架6通過軸承與中立柱13軸 連接。高度角旋轉(zhuǎn)步進電機9帶動蝸輪7和蝸桿8旋轉(zhuǎn)，高度角旋轉(zhuǎn)蝸 輪7和高度角旋轉(zhuǎn)蝸桿8通過連桿和高度角旋轉(zhuǎn)支架5連接，并帶動支 架5做高度角旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)發(fā)電裝置的高度角隨太陽光線的高低而跟蹤變 化。
方位角旋轉(zhuǎn)步進電機12帶動方位角旋轉(zhuǎn)蝸輪10和方位角旋轉(zhuǎn)蝸桿 11旋轉(zhuǎn)，方位角旋轉(zhuǎn)蝸輪10和方位角旋轉(zhuǎn)蝸桿11通過連桿和方位角 旋轉(zhuǎn)支架6連接，并帶動支架6做方位角旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)發(fā)電裝置的方位角 隨太陽光線的方位而跟蹤變化。
如圖5~10所示，感光組件30包括左大偏差感光組件14、主感光 組件15和右大偏差感光組件16。每個組件由兩個以上的感光器件組合 而成，左大偏差感光器件14安裝在系統(tǒng)的左邊，由正感光器件31和側(cè) 感光器件33感光器件組成，互成90度，垂直布置。其中，正感光器件 31的感光面在正面，側(cè)感光器件33的感光面在外側(cè)面。在正感光器件 31的小孔附近設(shè)置有擋板32。主感光組件15安裝在系統(tǒng)的中間，由感 光器件組成，包括東主感光器件34、南主感光器件35、西主感光器件 36、北主感光器件37、西輔助感光器件38和東輔助感光器件39。右大偏差感光組件16安裝在系統(tǒng)的右邊，其結(jié)構(gòu)基本上和左大偏差感光器 件14相同，只是側(cè)感光器件33感光面相反。正感光器件31的擋光片 29在小孔45的左右位置不同。
各感光器件(31、 33 39)的結(jié)構(gòu)基本上是相同的，只是安裝位置 和作用不同，具體結(jié)構(gòu)如圖所示，
感光器件包括圓管24，在圓管24的頂部設(shè)置有頂蓋25，頂蓋25 是不透明的薄片，在圓管24的內(nèi)部上端設(shè)置有散光片26和濾光片27， 散光片26和濾光片27均為半透明薄片，在圓管24底部設(shè)置有感光元 件28，感光元件28采用光敏電阻，在頂蓋25的中間位置設(shè)置有小孔 45，小孔45的直徑一般為0. 4~lmm，最佳為0. 6mm，在小孔45的左側(cè) 或者右側(cè)設(shè)置擋光片29。感光元件28通過小孔45感受太陽光，將感 光元件28的感光面變?yōu)樾】字睆降囊粋€點感光，大大地提高了系統(tǒng)的 精度。
如圖11~16所示，邏輯分析電路40采用價格較低的五只TTL門電 路集成塊，通過不同的邏輯組合，能夠獨立、又能互相制約的處理從感 光組件傳輸來的電信號，通過驅(qū)動電路使步進電機12產(chǎn)生啟動、正轉(zhuǎn)、 反轉(zhuǎn)、停止。
下面，對本實用新型的邏輯分析電路的原理進行說明
如圖11、 12所示，G點和H點分別為南主感光器件和北主感光器 件電位控制點，只有當南主感光器件或者北主感光器件被太陽陰影分別 遮擋時，G點或者H點分別產(chǎn)生高電位，電路才輸出高電位信號驅(qū)動高 度角旋轉(zhuǎn)步進電機轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動方向由圖IO所示邏輯控制，G點高電位 時輸出高電位，步進電機正轉(zhuǎn)；H點高電位時輸出低電位，步進電機反 轉(zhuǎn)。此時，實現(xiàn)發(fā)電裝置的高度角隨太陽光線的高低而跟蹤變化。
如圖13、 14所示，A點、B點為左右主感光器件電位控制點，其中 感光元件采用光敏電阻，在陽光照射或者陰影的兩種情況下，阻值可在 幾十千歐甚至數(shù)百千歐之間變化。經(jīng)過擋光板的擋光作用，A、 B兩點 電位有雙高、雙低、 一高一低三種情況。雙高為沒有陽光照射，雙低為 準確面對陽光照射，只有在一高一低的情況下，才能在輸出端輸出高電 位控制驅(qū)動電路使步進電機啟動。
C、 E為左右大角度感光器件(14、 16)電位控制點，只有在A、 B 兩點電位雙高即左右主感光器件都沒有陽光照射時，C或者E點將產(chǎn)生 高電位，使輸出端輸出高電位信號。當A、 B兩點電位一致時，控制權(quán)交給C、 E兩點，當C點高電位、 E點低電位時，方向控制端輸出高電位，否則輸出低電位。當C、 E兩 點電位一致時，由A、 B兩點控制，當A點高電位、B點低電位時，方 向控制端輸出高電位，否則輸出低電位。
如圖13、 14所示，因左右大偏差感光原理完全是一樣的，只說明 其中一個。Cl和C2是大角度感光器件，C2的感光面向上，Cl的感光 面向外側(cè)面。當系統(tǒng)與太陽光約為180°時，Cl被陽光斜射，C2背向陽 光，Cl阻值小于C2阻值，C點產(chǎn)生高電位，C點高電位有效，系統(tǒng)產(chǎn) 生動作。此時，實現(xiàn)發(fā)電裝置的方位角隨太陽光線的運動方向而跟蹤變 化。
本實用新型由于采用了背向太陽光的光伏電池組件系統(tǒng)、多面采光 框架系統(tǒng)和兩維高精度跟蹤系統(tǒng)，無論天氣陰晴變化，還是早、午、晚 的光強度變化，都能使系統(tǒng)自動準確地跟蹤太陽光，本跟蹤系統(tǒng)沒有積 累誤差，不分地域，調(diào)試簡單。對傳動裝置沒有精度要求，底成本、高 精度(誤差小于0. 1度)，具有很高的實用價值.避免了 "熱島效應(yīng)"的 危害，消除了"余弦效應(yīng)"的損失，大大地提高了光伏電池的輸出功率， 降低了發(fā)電成本。
權(quán)利要求1、一種多面采光太陽能光伏發(fā)電裝置，包括光伏電池組件系統(tǒng)(1)、多面采光框架系統(tǒng)(2)和高精度跟蹤系統(tǒng)(3)，其中高精度跟蹤系統(tǒng)(3)由感光組件(30)和邏輯分析電路(40)和機械傳動裝置(50)組成，其特征在于光伏電池組件系統(tǒng)(1)中的光伏電池組(20)的光伏電池板(21)的受光面向下，在緊靠光伏電池板(21)的背面設(shè)置散熱片(22)，在光伏電池板(21)的背面上部一定距離設(shè)置有擋板(23)，感光組件(30)包括左大偏差感光組件(14)、主感光組件(15)和右大偏差感光組件(16)，每個組件由兩個以上的感光器件組合而成，主感光組件(15)安裝在系統(tǒng)的中間，左大偏差感光器件(14)安裝在系統(tǒng)的左邊，右大偏差感光組件(16)安裝在系統(tǒng)的右邊；多面采光框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)(2)包括采光框架(4)，在采光框架(4)上安裝有四塊平面反射鏡(18)，采光框架(4)安裝在高度角旋轉(zhuǎn)支架(5)上；在高精度跟蹤系統(tǒng)(3)中的機械傳動裝置(50)中，高度角旋轉(zhuǎn)支架(5)和方位角旋轉(zhuǎn)支架(6)連接，方位角旋轉(zhuǎn)支架(6)通過軸承與中立柱(13)軸連接，高度角旋轉(zhuǎn)步進電機(9)與蝸桿(8)和蝸輪(7)連接，高度角旋轉(zhuǎn)蝸輪(7)通過軸和高度角旋轉(zhuǎn)支架(5)固定連接，方位角旋轉(zhuǎn)步進電機(12)與方位角旋轉(zhuǎn)蝸桿(11)和方位角旋轉(zhuǎn)蝸輪(10)連接，方位角旋轉(zhuǎn)蝸輪(10)和中立柱(13)固定連接，方位角旋轉(zhuǎn)蝸桿(11)通過方位角旋轉(zhuǎn)步進電機(12)和方位角旋轉(zhuǎn)支架(6)固定連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多面采光太陽能光伏發(fā)電裝置，其特征 在于在多面采光框架系統(tǒng)(2)中，四塊反射鏡(18)位于光伏電池 組件(20)下方的東南西北四個方向。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多面采光太陽能光伏發(fā)電裝置，其特征 在于每塊平面反射鏡(18)通過調(diào)節(jié)拉桿(19)與采光框架(4)連 接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多面采光太陽能光伏發(fā)電裝置，其特征 在于左、右大偏差感光器件(14、 16)由正感光器件(31)和側(cè)感光 器件(33)感光器件組成，兩個感光器件(31、 34)互成90度，垂直 布置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多面采光太陽能光伏發(fā)電裝置，其特征 在于在感光組件(30)中的頂蓋(25)的中間位置設(shè)置有小孔(45)，小孔(45)的直徑一般為0. 4 lmrn。
專利摘要本實用新型公開了一種多面采光太陽能光伏發(fā)電裝置，包括光伏電池組件系統(tǒng)、多面采光框架系統(tǒng)和高精度跟蹤系統(tǒng)。電池板的受光面向下，在背面上部設(shè)置有擋板，在采光框架上安裝有四塊平面反射鏡。高度角旋轉(zhuǎn)步進電機和方位角旋轉(zhuǎn)步進電機分別帶動蝸輪和蝸桿轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)發(fā)電裝置太陽運動方向高精度跟蹤變化。本實用新型由于采用了在電池板背面上部設(shè)置擋板和兩維高精度跟蹤系統(tǒng)，避免了“熱島效應(yīng)”的危害，消除了“余弦效應(yīng)”的損失；而且無論天氣陰晴變化，還是早、午、晚的光強度變化，都能使系統(tǒng)自動準確地跟蹤太陽光，沒有積累誤差，對傳動裝置精度要求低，避免了“熱島效應(yīng)”的危害，大大地提高了光伏電池的輸出功率。
文檔編號H02N6/00GK201323537SQ20082014510
公開日2009年10月7日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者師國慶, 忠 李 申請人:師國慶;李 忠;臧兆平