自动跟踪焦点式太阳能聚光光伏发电系统技术方案

自动跟踪焦点式太阳能聚光光伏发电系统，属聚光光伏CPV领域，主要解决目前聚光光伏在精度、冷却与抗侯方面的瓶颈，使发电成本更低；本发明专利技术由五个系统组成：A、聚光发电采用固定聚光镜，步进电机带动太阳能电池片跟踪太阳光汇聚焦点的方式；B、控制跟踪采用授时系统校正后的电脑时间，再根据一定时间间隔手动测定的两个阳光汇聚焦点原始位置、模组参数、方向、位置运算出将来另一时刻阳光汇聚焦点的位置，在该时刻到来时发送指令给步进电机带动太阳能电池片运动到该位置；C、冷却产热采用循环的液态导热介质直接浸泡太阳能电池片方式进行冷却与产热；D、充放逆变先存储运行电量并将多余电量送往电网；E、自动清洁采用自动喷淋与雨刮方式。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种聚光光伏发电系统，属聚光太阳能应用，聚光光伏领域，也就是Concentrating photovoltaics 或 CPV 令页域。
技术介绍
聚光光伏是指将汇聚后的太阳光通过高转化效率的光伏电池直接转换为电能的技术，CPV是聚光太阳能发电技术中最典型的代表。晶硅电池和薄膜电池进行光电转换，分别是第一、第二代太阳能利用技术，两项均已得到了广泛应用，利用光学元件将太阳光汇聚后再进行利用的聚光太阳能发电技术，被认为是太阳能发电未来发展趋势的第三代技术。聚光光伏以其极高的规模化潜力与巨大成本下降空间被认为是第三代光伏技术正迎来其爆发式增长期，但目前该技术面临的最大技术挑战是精度、冷却与成本。聚光光伏系统须配有追日系统使汇聚的阳光始终照射在太阳能电池片上，聚光倍率越高，要求跟踪精度越高，跟踪误差也要越小，但是聚光光伏系统不仅要精确跟踪汇聚的太阳光，还要面对风、雨、云天气和自然环境的考验，并且随跟踪精度的提高成本上升很快，阻碍了聚光光伏的发展势头。另一方面由于高倍聚光导致太阳能电池片局部温度较高，局部高温不仅会使太阳能电池片转换效率下降，还会降低太阳能电池片的使用寿命，也阻碍了聚光光伏的发展势头。目前，太阳能控制跟踪系统中实现跟踪太阳的方法很多，但是不外乎采用如下两种方式，一种是光电跟踪方式，另一种是根据视日运动轨迹跟踪，前者是闭环的随机系统，后者是开环的程控系统。与本专利技术最相近的已知跟踪系统是《太阳追踪装置及其太阳能发电系统》申请号/专利号为200810095963. 9的专利技术专利，但与本专利技术的具体内容是不同的，表现在I、200810095963. 9专利技术专利的追踪方式是一种光电追踪方式，“太阳图像撷取单元为光电藕合元件或互补金属氧化物半导体，通过计算两太阳图像圆心差异数据预先致动该动力装置”，是一种闭环系统，计算太阳图像差异的一个用途是在受云层影响时能通过计算来继续跟踪；而本专利技术是一种视日运动轨迹跟踪，是一种开环的程控系统，电脑根据已校对好的标准日期时间、地理位置、模组参数、安装方向角度预先运算出某时刻聚光镜汇聚后阳光焦点的位置，在该时刻到来时指令控制电机将太阳能电池片运动到该位置。2,200810095963. 9的专利技术专利的追踪方式是“存储单元存储有一个太阳图像为第一太阳图像或预设太阳图像，间隔I秒后实测一个太阳图像为第二图像或实际太阳图像，通过比较两图像圆心相对位置差别进行跟踪”；而本专利技术的两个太阳焦点位置均为实测位置，通过两实测位置计算将来时刻位置。3,200810095963. 9的专利技术专利的追踪方式是“存储单元，存储有第一太阳图像，图像撷取单元，于特定时间间隔撷取太阳的第二太阳图像，其中该特定时间间隔为I秒”;而本专利技术为了减少视日运动轨迹误差要求间隔时间越长越好，东西向实测时间间隔要以小时为单位，南北向实测时间间隔要以天为单位，用分和秒以下的时间间隔用来计算视日运动轨迹所产生的误差将大到没有意义，时间间隔的不同也是因为200810095963.9的专利技术专利是光电追踪方式，而本专利技术是视日运动轨迹跟踪，跟踪方式不相同。4,200810095963. 9的专利技术专利的追踪方式是“调整太阳能面板朝向太阳以收集太阳能量”;而本专利技术收集太阳能量的方式是移动太阳能电池片跟踪阳光汇聚的焦点，并不要求太阳能电池片始终朝向太阳，而实际应用时除个别时刻外，本专利技术的太阳能电池片均没有垂直朝向太阳，这是因为两者跟踪目标不同。5、200810095963. 9的专利技术专利实际撷取的是第二太阳图像；而本专利技术实测的是两个阳光汇聚焦点位置，两者实测的对象不同。6、200810095963. 9的专利技术专利没有公开两太阳图像圆心差异数据具体怎样预先致动其动力装置；而本专利技术公开了根据两个实测的太阳光汇聚的焦点位置及日期时间计算下一个焦点位置的方法与具体算法。与视日运动轨迹跟踪方式比较，光电跟踪方式的主要问题是会受云干扰，被云干扰后再次寻找跟踪需要消耗较大的能量与成本，而视日运动轨迹跟踪的成本在视日运动轨迹运算；本专利技术通过实测两太阳光汇聚的焦点位置计算下一焦点位置与电脑网络控制来降低整个控制跟踪系统的运算成本。与已知太阳能跟踪系统技术的不同在于，已知太阳能跟踪系统是保持太阳能电池片随时正对太阳，让太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池片，而本专利技术并不要求太阳能电池片随时正对太阳、太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池片，实际上除个别时刻外本专利技术的太阳能电池片均没有与太阳光的光线垂直。与已知视日运动轨迹太阳能跟踪系统不同在于已知视日运动轨迹太阳能跟踪系统都是通过计算太阳的仰角与方位控制太阳能电池片的仰角跟踪与方位跟踪，而本专利技术运算太阳轨道求的是聚光镜汇聚阳光焦点的位置，并推动太阳能电池片跟踪该位置。如与本专利技术最相近的已知视日运动轨迹太阳能跟踪系统《按时间控制全自动跟踪太阳的方法及装置》申请号/专利号为200510043491. 9的专利技术专利，与本专利技术的不同表现在以下几方面1、200510043491.9的专利技术专利“通过时间计算真太阳时、赤纬角，然后驱动器控制槽形抛物面聚光器进行仰角跟踪和方位跟踪，用以跟踪太阳的仰角与方位”；而本专利技术计算的是聚光镜汇聚阳光焦点位置，跟踪的是聚光镜汇聚的阳光焦点，两者跟踪目标不同。2,200510043491. 9专利技术专利的“方位跟踪驱动器设置在底座上，仰角跟踪驱动器固定在方位跟踪驱动器的输出轴上，槽形抛物面聚光太阳能接收器固定在仰角跟踪驱动器输出轴上，整个槽形抛物面聚光太阳能接收器俯仰旋转跟踪太阳的仰角与方位”；而本专利技术是聚光镜固定，移动太阳能电池片跟踪聚光镜汇聚阳光焦点，这使本专利技术跟踪负荷、跟踪功率与受环境影响都变小，成本也下降了。3,200510043491. 9的专利技术专利是“以单片机构成的万年历进行太阳方位与赤纬角计算与跟踪”；而本专利技术先以授时系统的标准时间对计算用时间进行校准，时间精度提高到分与秒，这使本专利技术的聚光倍数可以进一步提高，再次降低成本。4,200510043491. 9的专利技术专利没有公开通过万年历计算太阳方位与赤纬角及由此得出的聚光器仰角跟踪和方位跟踪计算方法与公式。
技术实现思路
为克服已知太阳能聚光光伏精度等方面的不足，本专利技术的目的是提供了一种自动跟踪太阳光焦点的太阳能聚光光伏发电系统。本专利技术的目的是这样实现的，所述的自动跟踪焦点式太阳能聚光光伏发电系统，包括聚光发电系统和控制跟踪系统；所述聚光发电系统包括聚光模组、模组框架、控制电机、传动机构和太阳能电池片，聚光模组包括聚光镜，所述控制跟踪系统包括授时系统、电脑、电脑网络、控制电机控制器和控制电机驱动器，其特点为装有聚光镜的聚光模组相对地面固定不动，模组框架镶嵌多个聚光镜，控制跟踪系统接受指令触使控制电机通过传动机构带动与之连接的太阳能电池跟踪聚光镜汇聚的太阳光焦点，达到每个聚光镜汇聚阳光的焦点能处于一个太阳能电池片上。也即是说，在聚光发电结构方面，本专利技术采用固定聚光镜移动太阳能电池片跟踪聚光镜汇聚阳光焦点方式，来降低跟踪负荷与跟踪功率，提高了抗风能力与气候耐受性，节约了成本。本专利技术的特征在于装有聚光镜的聚光模组相对地面固定不动，控制跟踪系统指令控制电机通过传动机构带动太阳能电池跟踪聚光镜汇聚的太阳光焦点。所述的聚光镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动跟踪焦点式太阳能聚光光伏发电系统，包括聚光发电系统和控制跟踪系统；所述聚光发电系统包括聚光模组、模组框架、控制电机、传动机构和太阳能电池片，聚光模组包括聚光镜，所述控制跟踪系统包括授时系统、电脑、电脑网络、控制电机控制器和控制电机驱动器，其特征在于装有聚光镜的聚光模组相对地面固定不动，模组框架镶嵌多个聚光镜，控制跟踪系统接受指令触使控制电机通过传动机构带动与之连接的太阳能电池跟踪聚光镜汇聚的太阳光焦点，达到每个聚光镜汇聚阳光的焦点能处于一个太阳能电池片（13）上。

【技术特征摘要】
1.一种自动跟踪焦点式太阳能聚光光伏发电系统，包括聚光发电系统和控制跟踪系统；所述聚光发电系统包括聚光模组、模组框架、控制电机、传动机构和太阳能电池片，聚光模组包括聚光镜，所述控制跟踪系统包括授时系统、电脑、电脑网络、控制电机控制器和控制电机驱动器，其特征在于装有聚光镜的聚光模组相对地面固定不动，模组框架镶嵌多个聚光镜，控制跟踪系统接受指令触使控制电机通过传动机构带动与之连接的太阳能电池跟踪聚光镜汇聚的太阳光焦点，达到每个聚光镜汇聚阳光的焦点能处于一个太阳能电池片(13)上。2.根据权利要求I所述的自动跟踪焦点式太阳能聚光光伏发电系统，其特征在于所述的聚光镜是指能将阳光汇聚在一起的镜面，可以是菲涅尔透镜、凸透镜、反射式聚光镜或槽式聚光镜中的一种。3.根据权利要求I所述的自动跟踪焦点式太阳能聚光光伏发电系统，其特征在于所述的聚光模组是由多个聚光镜排列成阵列并固定在模组框架中，所述的各聚光镜的焦点均位于同一焦平面上；每个聚光镜对应一太阳能电池片；控制跟踪系统接受指令触使控制电机通过传动机构带动与之连接的太阳能电池片移动，达到所有太阳能电池片均处于聚光镜所汇聚的太阳光焦点上。4.根据权利要求I所述的自动跟踪焦点式太阳能聚光光伏发电系统，其特征在于所述太阳能电池指能将太阳辐射直接转换成电能的器件，可以是砷化镓太阳能电池、单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池中的一种或两种的组合。5.根据权利要求I所述的自动跟踪焦点式太阳能聚光光伏发电系统，其特征在于所述的控制电机为转子转速受输入信号控制，根据信号进行反应的电机，可以是步进电机、直线电机、减速电机、交直流电机的一种或两种的组合。6.根据权利要求I所述的太阳能聚光光伏发电系统，其特征在于所述的传动机构包括东西向滑轨，西北滑块，南北向螺杆，西滑块，东西向螺杆，西南滑块，散热板，东南滑块，南北向滑轨，模组西侧板和模组东侧板，控制电机包括东西向控制电机和南北向控制电机，模组框架采用模组方盒(I)，模组方盒(I)的模组上面板(2 )上镶嵌多个聚光镜(11);每个聚光镜汇聚阳光(12)的焦点能对应在一个太阳能电池片(13)上；在模组方盒(I)内的各太阳能电池片(13)固定在同一散热板(14)上；散热板(14)固定在东滑块(17)与西滑块(6)上；南北向螺杆(5)中段螺接于西滑块(6)中，南北向螺杆(5)顺时针或逆时针旋转将使西滑块(6 )在南北向螺杆(5 )上向南或向北平移，由于南北向滑轨(16 )中段置于东滑块(17 )中，西滑块(6)移动带动散热板(14)及其上的太阳能电池片(13)向南或向北平移从而使东滑块(17)沿南北向滑轨(16)向南或向北自由滑动；南北向螺杆(5)北端置于西北滑块(4)中，并只能在西北滑块(4)中自由旋转；南北向螺杆(5)南端置于西南滑块(9)中，并可在滑块中自由旋转；南北向螺杆(5)南端还与南北向控制电机(10)的轴轴接，可与南北向控制电机(10)的轴一并旋转；南北向控制电机(10)固定在西南滑块(9)上；当南北向控制电机(10)顺时针或逆时针旋转时，与之轴接的南北向螺杆(5) —并旋转，带动与南北向螺杆(5)螺接的西滑块(6)向南或向北平移，固定在西滑块(6)上的散热板(14)及固定在散热板(14)上面的太阳能电池片(13)就向南或向北平移；东西向螺杆(8)的西端与东西向控制电机(7)的轴轴接，可与东西向控制电机(7)轴一并旋转；东西向控制电机(7)固定在模组西侧板(19)上；东西向螺杆(8)的东端置于模组东侧板(20)设有的东西向螺杆孔中，并只能在模组东侧板(20)的东西向螺杆孔中自由旋转；东西向螺杆(8)中段偏西部分置于西南滑块(9)中，西南滑块(9)可沿东西向螺杆(8)向东或向西自由滑动或移动；东西向螺杆(8)中段偏 东部分螺接在东南滑块(15)中，当东西向螺杆(8)旋转时，可带动螺接在上面的东南滑块(15)向东或向西平移；东西向滑轨(3)的西端固定在模组西侧板(19)上；东西向滑轨(3)的东端固定在模组东侧板(20)上；东西向滑轨(3)中段偏西部分置于西北滑块(4)中，西北滑块(4)可沿东西向滑轨(3)上向东或向西自由滑动；东西向滑轨(3)中段偏东部分置于东北滑块(18)中，东北滑块(18)可沿东西向滑轨(3)上向东或向西自由滑动；东西向控制电机(7)的轴顺时针或...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤长鹏，尤路，
申请(专利权)人：尤长鹏，尤路，
类型：发明
国别省市：