一种双轴跟踪式光伏聚光发电系统，包括控制器(1)、双轴跟踪机械结构(2)、光伏电池板组(3)和低倍聚光镜片(4)。双轴跟踪机械结构由谐波减速器、蜗轮蜗杆减速器(2-2-3-1)、电动推杆(2-2-2)、承载立柱(2-2-1)、旋转工作钢结构(2-2-3)、仰俯工作钢结构(2-2-4)组成。低倍聚光反射镜片(4)对太阳光进行聚光，同时通过机械跟踪结构驱动光伏电池板面垂直于太阳光线，并用镜面将太阳光反射到光伏电池板面，增强其光电转换特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能光伏发电系统，特别涉及一种太阳能聚光光伏发电装置。
技术介绍
目前化石能源的逐渐枯竭以及环保呼声的高涨，迫切需要人们开发清洁的可再生能源，太阳能发电便是人们青睐的可再生能源之一。随着现代电力电子技术、微电子技术和控制技术的进步，特别是电力电子器件和高性能微控制器技术的提高，研制出双轴跟踪式两倍聚光发电系统成为可能。由于太阳能跟踪设备的电池板价格过于昂贵，造成整体太阳能跟踪设备成本高，不容易推广。低倍聚光式光伏跟踪系统用镜面反射方法增强了太阳光辐射，提高了光伏电池板的光电转换效率，节省了大量昂贵的光伏电池板。相对于那些普通光伏跟踪系统而言，双轴跟踪式两倍聚光发电系统具有结构简单，总体成本低，而发电效率比普通跟踪类型高特点。在现有的国内外跟踪太阳能技术中，所设计的双轴太阳能跟踪装置大多采用旋转和仰俯机械运动相结合的方式实现时时追踪太阳。但这种机械结构需要大量昂贵的光伏电池板，导致推广使用的难度增大。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服目前太阳能跟踪光伏发电系统接收太阳光辅照度低，光能利用率低等缺陷，提出一种双轴跟踪式聚光发电系统。本专利技术能够增强太阳光利用效率，提高光伏电池发电效率，节省光伏电池板数量，降低发电成本。本专利技术通过跟踪和镜面反射的同步进行，增强太阳光辐射，提高太阳能电池板的转化效率，可减少昂贵电池板的数量。本专利技术包括控制器、双轴跟踪机械结构、光伏电池板组和低倍聚光镜片。所述的控制器安装在一个全封闭的不锈钢控制箱体内，控制箱体安装在承载立柱侧面。控制器控制双轴跟踪机械结构在水平面和垂直面内的运转，实时跟踪太阳。所述的双轴跟踪机械结构由承载立柱、电动推杆、安装在承载立柱顶端的水平面内旋转工作钢结构，以及位于水平面内旋转工作钢结构顶端的一个铰接销上面的仰俯工作钢桁架组成。所述的水平面内旋转工作钢结构内部安装有蜗轮蜗杆减速器、谐波减速器和由控制器控制的第一步进电机。其中蜗轮蜗杆减速器和谐波减速器组成了复合减速器。第一步进电机、谐波减速器和蜗轮蜗杆减速器由内向外依次顺序安装。第一步进电机和谐波减速器通过第一步进电机主轴输出端连接，谐波减速器的输出轴端和蜗轮蜗杆减速器连接，蜗轮蜗杆减速器的蜗杆和旋转工作钢结构外部的钢管连接，通过蜗杆的旋转带动水平面内旋转工作钢结构旋转。涡轮蜗杆传动完全自锁。电动推杆底部装有由控制器控制的第二步进电机和一套齿轮，其中第二步进电机和齿轮轴连接，上部由丝杆丝母和密封钢桶组成，由内向外，装配顺序依次是丝杆、丝母、密封钢桶。电动推杆的第二步进电机正反旋转带动齿轮正反旋转，齿轮轴正反旋转带动丝杆正反旋转，丝杆正反旋转使丝母和密封钢桶伸缩运动，从而实现电动推杆的伸缩传动。复合减速器由蜗轮蜗杆减速器和谐波减速器组成。由内向外，装配顺序依次是蜗轮蜗杆减速器、 谐波减速器和由控制器控制的第一步进电机。复合减速器传动时，第一步进电机正反旋转带动谐波减速器正反旋转，谐波减速器正反旋转带动蜗轮蜗杆减速器正反旋转，从而实现复合减速器的顺时针和逆时针转动的传动。电动推杆通过上端的活动铰链与所述的仰俯工作钢桁架铰接在一起，电动推杆下端通过活动铰链与旋转工作钢结构铰接。通过所述的双轴跟踪机械结构使光伏电池板组的安装面在水平面内作圆周旋转运动，在竖直面内作仰俯运动。所述的电动推杆中的丝杠传动螺牙和丝母完全自锁，并且，电动推杆在整体长度方向具有抵抗较大压力的大刚度，与现有技术的电动推杆相比，还具有优良的抗拉能力。本专利技术通过电动推杆控制光伏电池板组高度角的变化，通过复合减速器转动来控制水平面内旋转角度变化。所述的双轴跟踪机械结构中还设有两个角度传感器来辅助控制器控制角度变化，第一角度传感器安装在水平面内旋转工作钢结构转动齿轮上，此角度传感器和水平面内旋转工作钢结构同步运动；第二角度传感器安装在仰俯工作钢桁架下部铰接销上，和仰俯工作钢桁架同步运动。角度传感器外部为一个不锈钢壳，角度传感器内部安装有限位开关。角度传感器具有实时向控制器程序发送双轴跟踪机械结构旋转角度检测数据及限位功能。这样角度传感器在检测角度时，也能很好地保护整个双轴跟踪机械结构。角度传感器采用旋转编码器反馈旋转轴的位置信号，通过外电路将位置信号传送给控制器，控制器利用该信号对光伏阵列位置进行闭环程序控制。仰俯工作钢桁架位于旋转工作钢结构顶端的一个铰接销上面，其外形为“W”形，在仰俯工作钢桁架的四个内侧面装有反射太阳光的低倍聚光镜片，在仰俯工作钢桁架的两个底部上表面装有进行光电转换的光伏电池板组。当太阳光直射到光伏电池板组安装面时， 低倍聚光镜片会反射太阳光至底面的光伏电池板组的安装面上，可使太阳光辐射强度增加一倍，提高了光伏电池板组的发电转换效率。低倍聚光镜片采用亚克力材质制作，具有很高的反射率和柔韧性，可实现对太阳光的1倍聚光，提高电池板组光电转换的效率。低倍聚光镜片安装在立柱顶部的旋转工作钢结构上。控制器外接六套电路系统，分别是两套指挥电动推杆和复合减速器的步进电机外接电路系统，两套接收承载立柱顶端的旋转角度传感器和仰俯工作钢桁架结构角度传感器的角度反馈信号外接电路系统，两套安装在承载立柱顶端的旋转角度传感器内部和仰俯工作钢桁架结构角度传感器内部的限位开关外接电路系统。本专利技术的特点在于除了直接用光伏电池板组接受太阳光辐射转化电能外，还通过简单镜片反射太阳光辐射到光伏电池板表面，增强光伏电池板的光电装换特性，使系统可以更大程度提高发电效率。这样只用较低成本就可以取较高的发电效率。本专利技术的光伏发电特性效率在相同条件下比太阳光伏固定式支架发电系统效率可以提高52.8%。附图说明图1是本专利技术的总体结构图；图2是本专利技术的前后剖面图；图3是本专利技术的控制器工作原理图；图4a和图4b是本专利技术太阳跟踪示意图，图4a为跟踪前的示意图，图4b为跟踪结束后的示意图；图5是本专利技术的立柱和推杆局部结构图；图6a和图6b是双轴跟踪机械传动机构结构图，图6a为水平传动机构；图6b为垂直传动机构；图7是本专利技术反射太阳光原理图；图8a和图8b是双轴跟踪式聚光发电系统具体结构示意图；图9是地平坐标系中太阳的位置图。具体实施例方式以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。图1是双轴跟踪式光伏两倍聚光发电系统本专利技术总体结构图。如图1所示，本专利技术双轴跟踪式光伏两倍聚光发电系统主要结构包括控制器1、双轴跟踪机械结构2、光伏电池板组3和低倍聚光镜片4。承载立柱2-2-1为中空钢管，支撑本专利技术双轴跟踪式聚光发电系统载荷。承载立柱2-2-1矗立在地面上，承载立柱2-2-1的侧面悬挂有控制器1，承载立柱2-2-1顶端的上部安装有水平面内旋转工作钢结构2-2-3，在承载立柱2-2-1的顶端铰接销上面为安装仰俯工作钢桁架2-2-4。仰俯工作钢桁架2-2-4外形为“W”形状，在仰俯工作钢桁架2-2-4的四个内侧面装有反射太阳光的低倍聚光镜片4，在仰俯工作钢桁架2-2-4 的两个底部上表面装有光伏电池板组3。水平面内旋转工作钢结构2-2-3实现本专利技术双轴跟踪式聚光发电系统的水平旋转自由度。仰俯工作钢桁架2-2-4实现本专利技术双轴跟踪式聚光发电系统的在竖直平面内的仰俯自由度。电动推杆2-2-2底部装有由控制器1控制的第二步进电机2-2-2-1和一套齿轮， 其中第二步进电机2-本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种双轴跟踪式光伏聚光发电系统，其特征在于，所述的光伏聚光发电系统包括控制器（１）、双轴跟踪机械结构（２）、光伏电池板组（３）和低倍聚光镜片（４）；所述的双轴跟踪机械结构（２）包括承载立柱（２－２－１）、电动推杆（２－２－２）、安装在承载立柱顶端的水平面内旋转工作钢结构（２－２－３），以及位于水平面内旋转工作钢结构顶端铰接销上面的仰俯工作钢桁架（２－２－４）；电动推杆（２－２－２）的上端与所述的仰俯工作钢桁架（２－２－４）铰接在一起，电动推杆（２－２－２）的下端与旋转工作钢结构（２－２－３）铰接；所述的仰俯工作钢桁架（２－２－４）外形为“Ｗ”形状，在仰俯工作钢桁架（２－２－４）的四个内侧面装有反射太阳光的低倍聚光镜片（４），在仰俯工作钢桁架（２－２－４）的两个底部上表面装有光伏电池板组（３）；水平面内旋转工作钢结构（２－２－３）实现本专利技术双轴跟踪式聚光发电系统的水平旋转；仰俯工作钢桁架（２－２－４）实现本专利技术双轴跟踪式聚光发电系统的在竖直平面内的仰俯运动。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李卫军，刘四洋，许洪华，窦伟，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：11
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