專利名稱：一種太陽能聚光裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種太陽能聚光裝置。
在太陽能利用過程中一直有一個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)，而單位面積的光能的轉換部件的成本卻很高(如太陽能電池板600$/m2，而轉換效率僅為15％)，這就造成太陽能發電成本過高而失去了和其它能源的經濟競爭優勢。提高太陽能密度的一個有效辦法就是采用聚光鏡的辦法使大范圍內的太陽光聚集到一個小的范圍內，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動，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動聚光鏡的辦法跟蹤太陽而保持聚焦，為了利用100m2的太陽光，不得不轉動一個100m2的聚光系統來跟蹤太陽(以秦皇島阿爾法太陽能動力有限公司生產的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面積龐大的整體模塊裝置，由自動跟蹤控制裝置按所要求的方向控制其轉動以跟蹤太陽，雖提高了太陽能電池的利用效率，但由于該系統裝置的重量、體積龐大，使跟蹤成本加大，顯然是一個低效而代價高昂的辦法。
本實用新型的目的是提供一種太陽能聚光裝置，其移動部件重量體積大大降低，而且控制成本低廉。
為實現上述目的，本實用新型采取以下設計方案一種太陽能聚光裝置，由聚光鏡及光能轉換部件、導軌框架裝置、傳動裝置及電機控制電路組成，導軌框架裝置包括傾斜導軌及一由傳動裝置帶動橫向移動的橫向支架、由另一傳動裝置帶動縱向移動的縱向支架，橫向支架由縱向支架支撐。光能轉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或多個，當聚光鏡為多個時，排列成陣列形式；以相同數量的光能轉換部件排列成相同的陣列，并在橫向支架上固定成一個整體。
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。
圖1為本實用新型的結構示意圖(不包括傳動裝置及控制跟蹤系統)。
圖2為橫向支架(EW支架)驅動示意圖圖3為橫向支架(EW支架)和縱向支架(SN支架)的連接示意圖圖4為縱向支架(SN支架)移動控制裝置示意圖圖5為電機控制電路原理圖如圖1所示，本實用新型由底部支撐件1、聚光鏡2、光能轉換部件3、導軌框架裝置(包括橫向支架5，縱向支架6)、傾斜導軌4、相關傳動裝置及控制跟蹤系統組成。
底部支撐件1可為底板或網架。
聚光鏡2選定多個時應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。
光能轉換部件3(如太陽能電池、太陽能聚熱器等)與聚光鏡數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。例如在實施例中其形狀可做成正方形，每一個光能轉換部件始終相互保持一個平面內移動，光能轉換部件的受光面積小于聚光鏡受光面積的10％，其平面和聚光鏡平行，距聚光鏡中心的垂直距離為焦距的75％-100％。
EW支架的驅動可參照圖2所示的實施例，底座603、變速箱605、步進電機606固定在縱向支架(亦為SN支架，未畫出)上。一帶有傳動螺紋的傳動螺紋桿601與EW支架固定聯接，在傳動螺紋桿601上套底座603，主驅動齒輪602與底座603軸承聯接，與副驅動齒輪604齒輪聯接，步進電機606受控于電機控制電路、通過驅動變速箱605帶動齒輪傳動系統工作。
SN支架是用來支撐EW支架的，其相互聯接可參照圖3所示，連接架子7固定在SN支架5上，其上有兩個滾動軸承，EW支架6固定在兩個滾動軸承之間，可以在兩個軸承之間橫向移動。
SN支架移動的控制裝置可參照圖4，上固定件501、下固定件504，變速箱506，步進電機507固定在傾斜導軌4上，傳動件503固定在SN支架(未畫出)上，其內孔有螺紋套在傳動螺桿502上，當傳動螺桿502轉動時，帶動傳動件503沿傾斜導軌移動，從而帶動SN支架移動，步進電機507驅動變速箱，帶動驅動齒輪組505、508轉動，而帶動傳動螺桿502轉動，步進電機507受控于電機控制電路。
圖5所示的是電機控制電路。
電機控制電路由定時裝置、電機轉向信號產生裝置、步進脈沖發生裝置、電機正反向控制電路構成。
定時裝置的輸出提供給電機轉向信號產生裝置和步進脈沖發生裝置，電機轉向信號產生裝置的輸出接電機正反向控制電路的控制端，步進脈沖發生裝置的輸出為步進電機提供電源。
實施例中，定時裝置，電機轉向信號產生裝置、步進脈沖發生裝置均由同一個單片機IC1構成，電機正反向控制電路是由四個晶體管T1-T4構成的橋式開關。圖示驅動器LM324、鎖存器IC2、晶體管T1-T4僅為框架橫向移動控制部件，另有一套同樣的部件用于框架縱向移動控制在圖中未示出，該部份從單片機IC1的P1.3-P1.5腳接出。
地球繞太陽公轉一周時間為一年，每天日出日落時間均有變化，且每天陽光的入射角也不同。故在單片機中存入一年中每天的日出時間、日落時間、今日與昨日兩者陽光入射角的變化量(以正或負值步進量計量)。
開機初始化后單片機IC1進行軟件計時。日出時間到，則IC1的P1.1腳和P1.2腳送出啟動信號和正向驅動信號至鎖存器IC2，經其鎖存后，接通電機正反向控制電路中的晶體管T1和T4，IC1的P1.0腳送出步進脈沖經LM324驅動后提供給步進電機D(圖2中所示為步進電機606)由步進電機D帶動框架橫向移動。
此后，每隔一段時間(視控制精度而定)，由P1.0腳送出步進脈沖，驅動步進電機D。
日落時間到，則由P1.2送出啟動信號，P1.1送出反向驅動信號，經鎖存后，接通T2和T3，單片機的P1.0腳再送出步進脈沖給電機，使電機帶動框架橫向反移，至第二天日出所需的位置。此后，再用P1.3～P1.5對第二套電機(圖4中所示為步進電機507)控制，使框架縱向移動至第二天所需位置。如此周而復始。
本實用新型的工作原理是當太陽光垂直照射聚光鏡時，所有的聚光鏡將射到其上的陽光聚焦到各自的焦點上。由于所有的聚光鏡的規格完全相同，且傾角相同，所以所有的焦點都在同一個水平面上，這些焦點所形成的陣列和聚光鏡所構成的陣列完全相同，當太陽移動的時候，陽光的聚集點將向相反的方向移動，且各個聚光鏡的聚光點的移動也完全相同。所有的聚光點仍保持在同一個平面內，且它們的相對位置保持不變。實質是所有聚光點的整體平移。
由于季節的不同，太陽的緯度角將發生變化，這時我們可以移動SN支架，使光能轉換部件始終處于反射光的能量中心。一天之內，太陽由東向西移動，心。
以軸對稱拋物線型聚光鏡為例，嚴格來講，只有當入射光為平行光且入射角為0°時，反射光線才會聚焦到其焦點上。當入射角增大時，焦點就會散開。但一天的相當部分的時間內，聚光鏡仍可以將入射光的大部分能量聚焦到一個很小的范圍內。如果聚光鏡的直徑等于其焦距f，而光能轉換部件的直徑為0.15f。且在距聚光鏡中心的垂直距離為0.88f的平面內移動來跟蹤反射光，使光能轉換部件始終處于反射光的能量最密集處。假設聚光鏡的反射效率為100％(通常為90％左右)。當入射角小于25°時，聚光鏡可以將射到其上的絕大部分能量聚焦到光能轉換部件上，當入射角25°～35°時，聚光鏡可以將射到其上的大部分能量聚焦到光能轉換部件上，當入射角等于45°時，聚光鏡仍可以將射到其上的近一半能量聚焦到光能轉換部件上，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換部件上，以上僅為一普通實施例，在具體設計時，要根據具體的經濟成本，選擇最優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)以及光能轉換部件的最優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，應該設冷卻裝置，如風冷水冷等，應用現在通用的冷卻方式即可達到良好的效果。
本實用新型的優點是本實用新型使笨重，龐大的聚光鏡固定，而移動的部分只是光能轉換部件，體積小，重量輕，控制容易。而且本實用新型將多個聚光鏡排成陣列形式，并將所有的光能轉換部件固定在一起同時移動，一套控制系統既可以控制小面積亦可同時控制數千平方米面積的聚光裝置，這樣單位功率的制造、控制成本大大降低。
本實用新型精度要求低，移動部件小，安裝容易，易于維修，使用壽命長。
權利要求1.一種太陽能聚光裝置，由聚光鏡及光能轉換部件、導軌框架裝置、傳動及控制裝置組成，其特征在于所述的導軌框架裝置包括傾斜導軌及一由傳動裝置帶動橫向移動的橫向支架、由另一傳動裝置帶動縱向移動的縱向支架，橫向支架由縱向支架支撐，所述的光能轉換部件固定在橫向支架上。
2.根據權利要求1所述的太陽能聚光裝置，其特征在于所述的聚光鏡為多個，排列成陣列形式；相同數量的光能轉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的整體。
3.根據權利要求1所述的一種太陽能聚光裝置，其特征在于所述的聚光鏡固定在一底部支撐件上。
4.根據權利要求3所述的太陽能聚光裝置，其特征在于所述的底部支撐件為底板。
5.根據權利要求3所述的太陽能聚光裝置，其特征在于所述的底部支撐件為網架。
6.根據權利要求1、2或3所述的一種太陽能聚光裝置，其特征在于所述的光能轉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％。
7.根據權利要求1所述的一種太陽能聚光裝置，其特征在于光能轉換部件的受光表面與聚光鏡平行。
專利摘要本實用新型涉及一種太陽能聚光裝置,由聚光鏡及光能轉換部件、導軌框架裝置、傳動裝置及電機控制電路組成,導軌框架裝置包括傾斜導軌及一由傳動裝置帶動橫向移動的橫向支架、由另一傳動裝置帶動縱向移動的縱向支架,橫向支架由縱向支架支撐。光能轉換部件固定在橫向支架上,且受光表面與聚光鏡平行。其移動部件小,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H01L31/0232GK2359803SQ9920451
公開日2000年1月19日 申請日期1999年2月8日 優先權日1999年2月8日
發明者王瑞峰 申請人:王瑞峰