專利名稱：光伏發電中電池板傾斜角方向自動跟蹤太陽光的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及太陽能應用中二維自動跟蹤太陽光的裝置，特別涉及一種光伏發電中 電池板傾斜角方向自動跟蹤太陽光的裝置。
背景技術：
開發利用以太陽能為代表的新能源已經成為人類解決能源危機的有效方法之一， 也已作為我國可持續發展戰略的能源基本決策。太陽能光伏發電已經成為其廣泛應用的途 徑之一。但是由于太陽光大小及方向隨著時間做周期性變化，為了提高太陽能利用率，最普 遍的方式就是配備二維方向的自動跟蹤系統。雖然在自動控制技術發展到今天，實現自動 跟蹤太陽光并非難事。但是，由于自動跟蹤系統及傳動機構所處的室外惡劣的工作環境，要 在低成本條件下保證其工作可靠性則是有很大困難的。所以研制根據光伏發電本身特點配 備低成本高可靠性的二維自動跟蹤系統，有效的提高太陽能利用率意義重大。高精度的二維跟蹤系統對于太陽能聚光器是必備的，但是考慮到成本和實際效果 等因素，在許多大規模光伏發電場合不得不更多采用一維(方位角)自動跟蹤方式，這樣一 來又降低了太陽能利用率。實際上方位角變化周期(一天)是傾斜角的變化周期(一年) 的365倍，所以如果能夠根據這個特點與某個因素(如氣候溫度)的對應關系，尋找一種簡 單有效的傾斜角方向自動跟蹤裝置代替目前普遍使用的根據采集太陽光信號、處理以及驅 動組成的復雜系統，在有效的降低成本和保證可靠性的情況下，與方位角自動跟蹤部分組 成二維自動跟蹤系統，又保證了光伏發電達到了理想的工作狀態。
發明內容
本發明的目的在于根據光伏發電對于自動跟蹤系統的跟蹤精度相對于太陽能聚 光器中的自動跟蹤系統要求精度相對可以比較低的特點，提供了一種低成本、高可靠性的 光伏發電中電池板傾斜角方向自動跟蹤太陽光的裝置。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是包括支架以及安裝在支架上的旋轉 軸，在旋轉軸上安裝有光伏電池板，在支架上位于光伏電池板的下端設置有內充氣體的密 封腔，密封腔的出口處設置有活塞，杠桿安裝在轉軸上，杠桿的一端與活塞鉸接，另一端與 光伏電池板的背面相接觸。本發明的光伏電池板的背面且位于旋轉軸的下端安裝有滑動曲面，杠桿與該滑動 曲面相接觸；所述的與光伏電池板背面相接觸的杠桿的端部設置有滾輪；所述的密封腔的腔體容積大而出口小，且密封腔內設置有彈性軟密封體和保溫 層；所述的氣體采用熱膨脹系數較大的氣體；所述的旋轉軸的固定線位于光伏電池板高度的中點以上位置。本發明根據太陽光入射傾斜角度與氣候溫度相對應及變化緩慢的特點，把氣候溫
3度間接作為太陽光入射傾斜角度，利用封閉體中氣體的熱脹冷縮和固定在旋轉軸上的光伏 電池板的水平分力相互巧妙配合，形成推挽式動力源，再經過杠桿把活塞的位移放大后直 接實現對光伏電池板傾斜角度的調節。用以代替目前普遍使用的傾斜角自動跟蹤裝置，再 與方位角自動跟蹤裝置一起組成二維自動跟蹤系統，達到提高自動跟蹤系統性價比的目 的。
圖1是本發明的整體結構原理圖；圖2是本發明傾斜角示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。參見圖1，本發明包括安裝在旋轉軸2上的光伏電池板1，所述的旋轉軸2的固定 線位于光伏電池板1高度的中點以上位置，光伏電池板1的背面且位于旋轉軸2的下端安 裝有滑動曲面3，在光伏電池板1的下端設置有內充熱膨脹系數較大的氣體8的密封腔11， 密封腔11的腔體容積大而出口小，且密封腔11內設置有彈性軟密封體9和保溫層10，密封 腔的出口處設置有活塞7，杠桿5安裝在轉軸6上，杠桿的一端與活塞7鉸接，另一端安裝有 滾輪4并與光伏電池板1的滑動曲面3相接觸。本發明要求一定容積的密封腔和小直徑的活塞以保證活塞移動對于溫度變化的 敏感性。因為對于某種氣體的恒定膨脹系數來說，體積越大，溫度變化時體積變化就越大， 從而推動活塞位移量越大。保溫良好的保溫性能以便將每天氣溫的變化引起的熱脹冷縮現象盡量過濾掉；內部放置的柔軟的彈性密封體不但具有良好的密封性能，保證氣體長時間不外 泄，而且要求彈性系數比較小。作為位移放大器的杠桿的動力臂以鉸鏈方式與活塞端頭相連接，阻力臂端頭安裝 有滑輪與滾動曲面相接觸，阻力臂與動力臂之間的長度比取決于固定在光伏電池板表面的 滾動曲面與旋轉軸的距離等因素，距離越大，雖然需要的力量越小，但是要求其比值越大。旋轉軸固定線位于光伏電池高度的中點以上某位置，要求必須在正常工作條件下 能夠依靠本身重力在水平方向的分力保證其穩定的靠在阻力臂端頭的滑輪上，并由此決定 了光伏電池板的傾斜角度；滾動曲面固定于光伏電池背表面與旋轉軸距離大小與阻力臂的 推力以及位移等數據有關，而且試驗證明，滾動曲面的表面是一個曲面形狀時效果更好。其具體工作過程如下因為太陽光入射傾斜角度變化緩慢以及與氣候溫度變化相對應的特點，利用氣體 熱脹冷縮特性和固定在旋轉軸上的光伏電池板的水平分力相互巧妙配合，形成推挽式動力 源，再經過杠桿結構對其位移進行放大后實現對固定在旋轉軸上的光伏電池板傾斜角度的 有效調節，達到在傾斜角度方向對太陽光的自動跟蹤效果。在圖2中，對于北半球來說，“冬至”時太陽光線入射角d最小，隨著太陽入射光線 傾斜角的逐步增大，平均氣溫的也在緩慢上升，而密封圈腔中的氣體隨著氣溫升高而導致 其體積增大，并推動活塞向右運動，通過杠桿將其位移放大后形成阻力臂端頭的滑輪向左運動，從而使光伏電池板下端相應的向左移動而使得傾斜角變大，與太陽光線入射角度變 化趨勢一致，從而保證太陽光線能夠垂直照射在光伏電池板上。同樣，一旦“夏至”后太陽入射光線的傾斜角由最大的β開始逐步變小，氣溫也同 時隨著降低，這時密封腔中的氣體隨著氣溫降低而導致其體積減小，所以密封氣體產生的 對活塞的壓力與光伏電池板水平方向分力的動態平衡被打破，通過杠桿作用推動活塞向左 運動，從而使光伏電池板下端相應的向右移動而使得傾斜角變小，與太陽光線入射角度變 化趨勢一致，同樣實現了太陽光線能夠垂直照射在光伏電池板上的目標。然而實際上具體定量的變化一致則需要詳細的參數計算和試驗修正后才能最后 決定，另外還要考慮許多影響因素，如地球的氣溫本身就是一個大滯后系統，比如應該說 “夏至”的氣溫是最高的，但是實際上在幾十天后的“伏天”才是最熱的。冬天也是一樣，“冬 至”并不是氣溫最低的時候等，而必須將這些影響因素考慮以后，通過固定在光伏電池板背 面的滾動曲面的專門設計來進行調節和修正，才能達到預期的目標。相對于太陽能聚光器，跟蹤精度要求不那么高的大規模光伏發電組系統中，成千 上萬塊光伏電池板可以通過統一的機械結構(如旋轉方式)實現方位角同步自動跟蹤，而 每一個光伏電池板的傾斜角則通過此裝置分別實現自動跟蹤；由此組成的二維光伏電池板 自動跟蹤太陽系統，既很好的解決了跟蹤系統結構復雜及成本高等制約太陽能推廣應用中 的瓶頸問題，又有效的提高了太陽能的利用率，具有很好的實用價值。
權利要求
一種光伏發電中電池板傾斜角方向自動跟蹤太陽光的裝置，包括支架以及安裝在支架上的旋轉軸(2)，在旋轉軸上安裝有光伏電池板(1)，其特征在于在支架上位于光伏電池板(1)的下端設置有內充氣體(8)的密封腔(11)，密封腔的出口處設置有活塞(7)，杠桿(5)安裝在轉軸(6)上，杠桿的一端與活塞(7)鉸接，另一端與光伏電池板(1)的背面相接觸。
2.根據權利要求1所述的光伏發電中電池板傾斜角方向自動跟蹤太陽光的裝置，其特 征在于所述的光伏電池板(1)的背面且位于旋轉軸(2)的下端安裝有滑動曲面(3)，杠桿 (5)與該滑動曲面相接觸。
3.根據權利要求1或2所述的光伏發電中電池板傾斜角方向自動跟蹤太陽光的裝置， 其特征在于所述的與光伏電池板(1)背面相接觸的杠桿(5)的端部設置有滾輪(4)。
4.根據權利要求1所述的光伏發電中電池板傾斜角方向自動跟蹤太陽光的裝置，其特 征在于所述的密封腔(11)的腔體容積大而出口小，且密封腔(11)內設置有彈性軟密封體 (9)和保溫層(10)。
5.根據權利要求1所述的光伏發電中電池板傾斜角方向自動跟蹤太陽光的裝置，其特 征在于所述的氣體(8)采用熱膨脹系數較大的氣體。
6.根據權利要求1所述的光伏發電中電池板傾斜角方向自動跟蹤太陽光的裝置，其特 征在于所述的旋轉軸(2)的固定線位于光伏電池板(1)高度的中點以上位置。
全文摘要
一種光伏發電中電池板傾斜角方向自動跟蹤太陽光的裝置，包括安裝在旋轉軸上的光伏電池板，在光伏電池板的下端設置有內充氣體的密封腔，密封腔的出口處設置有活塞，杠桿安裝在轉軸上，杠桿的一端與活塞鉸接，另一端與光伏電池板的背面相接觸。本發明根據太陽傾斜角變化周期慢(一年)以及與溫度(氣候)之間相對應的內在規律和特點，利用封閉體中氣體的熱脹冷縮和固定在旋轉軸上的光伏電池板的水平分力相互巧妙配合，形成推挽式動力源，再經過杠桿把活塞的位移放大后直接實現對光伏電池板傾斜角度的調節。從而低成本實現光伏電池對太陽光的二維自動跟蹤，達到提高太陽光利用率的目的。
文檔編號H02N6/00GK101969278SQ20101029321
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月27日 優先權日2010年9月27日
發明者吳濤, 寧鐸, 張劍利, 張婷, 李斌, 薛飛, 黃建兵 申請人:陜西科技大學