超大面积太阳能聚光跟踪装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种超大面积太阳能聚光跟踪装置，由柱面聚光镜及光能转换部件，导轨框架装置、传动装置及控制装置组成，导轨框架装置包括倾斜导轨及一由传动装置带动的框架组成。光能转换部件固定在框架上。其技术要求精度低，移动部件小，安装容易，易于维修，使用寿命长，单位功率的制造、控制成本低。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超大面积太阳能聚光跟踪装置。在太阳能利用过程中一直有一个基本的困难没有解决，那就是太阳光的能量密度太低(只有1KW/m2)，而单位面积的光能转换部件的成本却很高(如太阳能电池板600$/m2，而转换效率仅为15％)，这就造成太阳能发电成本过高而失去了和其它能源的经济竞争优势。提高太阳能密度的一个有效办法就是采用聚光镜将太阳光聚集到一个小的范围内，从而大大提高太阳光的能量密度，但是由于太阳不断地在天空中运动，为了聚焦，人们到目前为止都是采用转动聚光镜的办法来跟踪太阳而保持聚焦，为了利用100m2的太阳光，不得不转动一个100m2的聚光系统来跟踪太阳(以秦皇岛阿尔法太阳能动力有限公司生产的JTD型太阳能聚光光伏电站为例，它是将聚光太阳能电池制成一个面积庞大的整体模块装置，由自动跟踪控制装置按所要求的方向控制其转动以跟踪太阳，这样虽提高了太阳能电池的利用效率，但由于该模块的重量、体积庞大，使跟踪成本很高，这显然是一种低效而代价高昂的办法。本专利技术的目的是提供一种超大面积太阳能聚光跟踪装置，其运动部件的重量和体积大大降低，从而大幅度地降低跟踪控制成本。为实现上述目的，本专利技术采取以下设计方案一种超大面积太阳能聚光跟踪装置，由柱面聚光镜，光能转换部件，导轨框架装置、传动装置及电机控制电路组成，导轨框架装置包括倾斜导轨及一由传动装置带动的框架组成。光能转换部件固定在框架上，框架放置在倾斜导轨上。柱面聚光镜可按需求选定一个或多个，当聚光镜为多个时，排列成阵列形式；以相同数量的光能转换部件排列成相同的阵列，并由框架固定成一个整体。下面结合附图对本专利技术作进一步说明。附图说明图1为本专利技术的结构示意图(不包括传动装置及控制跟踪系统)。图2为框架移动控制装置示意3为电机控制电路原理图如图1所示，1为支撑平面，可以是地面、楼顶或底板、网架等。本专利技术由柱面聚光镜2、光能转换部件3、框架装置5、倾斜导轨4、相关的传动装置及控制跟踪系统组成。聚光镜2选定多个时应具有相同的规格和相同焦距，以相同的倾角(与地面的夹角约等于该地的纬度)东西向平行排列成若干排，并固定在支撑平面1上保持静止。相邻两排之间以前排不遮挡后排为宜。光能转换部件3(如太阳能电池、太阳能集热器等)排列成相同的阵列形式，其方向与聚光镜的柱面平行，固定在框架5上，随框架可做整体移动，例如在实施例中形状可做成细长圆柱形，直径为聚光镜宽度的5％-15％，光能转换部件的受热面积小于聚光镜面积的20％。距柱面聚光镜中心的垂直距离为焦距的75％-115％。框架移动的控制装置可参照图2，上固定件501、下固定件504，变速箱506，步进电机507固定在倾斜导轨4上，传动件503固定在框架(未画出)上，其内孔有螺纹套在传动螺杆502上，当传动螺杆502转动时，带动传动件503沿倾斜导轨移动，从而带动整个框架移动，步进电机507驱动变速箱，带动驱动齿轮组505、508转动进而带动传动螺杆502转动，步进电机507受控于电机控制电路。图3所示的是电机控制电路。电机控制电路由定时装置、电机转向信号产生装置，步进脉冲发生装置、电机正反向控制电路构成。定时装置的输出提供给电机转向信号产生装置和步进脉冲发生装置，电机转向信号产生装置的输出接电机正反向控制电路的控制端，步进脉冲发生装置的输出为步进电机提供电源。实施例中，定时装置，电机转向信号产生装置、步进脉冲发生装置均由同一个单片机IC1构成，电机正反向控制电路是由四个晶体管T1-T4构成的桥式开关。图示驱动器LM324、锁存器IC2、晶体管T1-T4为框架移动控制部件。由于太阳是运动的，太阳的位置可以用经度角和纬度角来表示，一日之内，经度角变化360°，而一日之内纬度角则变化不大，由于柱面聚光镜是东西向放置的，所以当太阳的经度角变化时，连接光能转换部件的框架不必移动。当太阳的纬度角发生变化时，反射镜的聚光中心的高度将发生变化，这时则由控制系统控制整个框架沿倾斜导轨上下移动来跟踪反射镜的聚光中心。在单片机中首先存入一年中每天不同时刻的太阳纬度角以及今日和昨日阳光入射角的变化(以正或负值步进量计量)。开机初始化后单片机IC1进行软件计时。日出时间到，则IC1的P1.1脚和P1.2脚送出启动信号和正向驱动信号至锁存器IC2，经其锁存后，接通电机正反向控制电路中的晶体管T1和T4，IC1的P1.0脚送出步进脉冲经LM324驱动后提供给步进电机D(图2中所示为步进电机606)由步进电机D带动框架移动。此后，每隔一段时间(视控制精度而定)，由P1.0脚送出步进脉冲，驱动步进电机D正向或反向转动。本专利技术的工作原理是当太阳光垂直照射聚光镜时，所有的柱面聚光镜将射到其上的阳光聚焦到各自的焦线上。由于所有的反射镜的规格完全相同，且倾角相同，所以所有的焦线都在同一个水平面上，这些焦线所形成的阵列和反聚光镜所构成的阵列完全相同，当太阳纬度角变化的时候，阳光的聚集线将向相反的方向移动，且各个聚光镜的聚光线的移动方向和距离也完全相同。所有的聚光线仍保持在同一个平面内，且它们的相对位置保持不变。实质是所有聚光线的整体平移。这时只要以相同的方向和距离整体移动光能转换部件框架，就可以使所有的光能转换部件始终处于各聚光镜的聚光中心。严格来讲，对于柱面抛物线型反射镜，只有当入射光为平行光且入射角为0°时，所有的光线才聚焦到一条焦线上，太阳光可以近似的看成是平行光°当入射角增大时，焦线就会逐渐散开，但是在入射角不太大时，聚光镜仍可以将射到其上的阳光聚集到一个很小的范围内，如果聚光镜的焦距为f，采光宽度也为f，太阳能转换部件的宽度为0.15f，其移动平面距聚光镜中心的垂直距离为0.85f，当入射角小于25°时，反射镜可以将射到其上的全部太阳光聚集到光能转换部件上，当入射角为30°时，聚光射镜可以将射到其上的90％的太阳光聚集到光能转换部件上，一年之中，正午时，太阳的最大纬度角的变化为±23.5°，所以这时太阳光可以全部聚焦到光能转换部件上。当时间远离正午时，太阳的纬度角可能变大，但这个变化是缓慢的且很小。不同纬度角下，聚光镜所反射的阳光的最强处可以由计算机算出(其实，我们还可以优化聚光镜的设计，将更多的能量反射到太阳能转换部件上)，从而控制移动所有光能转换部件始终处于反射光的最强处。本专利技术的优点是本专利使笨重，庞大的聚光镜固定，而移动的部分只是光能转换部件，体积小，重量轻，控制容易。而且本专利技术将多面柱面反射镜排成阵列形式，并将所有的光能转换部件固定在一起同时移动，一套控制系统可以同时控制数千平方米的面积，这样单位功率的制造、控制成本大大降低。本专利技术要求精度低，移动部件小，安装容易，易于维修，使用寿命长。为太阳能的大规模商业应用铺平了道路。权利要求1.一种超大面积太阳能聚光跟踪装置，由柱面聚光镜及光能转换部件，导轨框架装置、传动装置及控制装置组成，其特征在于导轨框架装置包括倾斜导轨及一由传动装置带动的框架组成。柱面聚光镜排列成阵列形式，相同数量的光能转换部件排列成相同的阵列并由一框架固定为一可整体移动的整体。框架放置在倾斜导轨上，并由传动装置带动其移动。2.根据权利要求1所述的超大面积太阳能聚光跟踪装置，其特征在于所述的光能转换部件的受热面积小于聚光镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超大面积太阳能聚光跟踪装置，由柱面聚光镜及光能转换部件，导轨框架装置、传动装置及控制装置组成，其特征在于：导轨框架装置包括倾斜导轨及一由传动装置带动的框架组成。柱面聚光镜排列成阵列形式，相同数量的光能转换部件排列成相同的阵列并由一框架固定为一可整体移动的整体。框架放置在倾斜导轨上，并由传动装置带动其移动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞峰，
申请(专利权)人：王瑞峰，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]