专利名称：太阳能电池板组件的制作方法
太阳能电池板组件
背景技术：
此项发明为太阳能电池板组件。太阳能电池板组件用来收集太阳光，包括一个太阳能电池板和一个中心支架。太阳能电池板安装在支架的中心，这样就可以绕着旋转立轴旋转。为了能够跟踪太阳在空中的非线性运动，太阳能电池板组件中太阳能电池板的倾斜度由一根控制杆进行控制。当位于第一个外端时，控制杆旋转联接到太阳能电池板外缘的固定点上；当位于第二个外端时，和中心支架保持一定距离的控制杆旋转联接到地基上的固定点。控制杆的长度能够确保在控制杆量程范围内、处于地基的固定点上时，太阳能电池板可以绕着旋转立轴旋转大约一百八十度。因为控制杆长度的限制或者当控制杆旋转进入到中心支架中时，无法进一步旋转太阳能电池板。因此这个太阳能电池板组件具有一个返回控制器，控制太阳能电池板从启动位置方向旋转返回。此项发明的目标是提高太阳能电池板这方面的功能。发明简述根据第一部分的内容，此项发明为用于收集太阳光的太阳能电池板组件，包括安装在地基上的底框、底框支撑的第一个太阳能电池板支架、以及第一个太阳能电池板支架支撑的太阳能电池板。其中，第一个太阳能电池板支架包括安装在底框上的一个底座，底座周边上固定有一个电机，驱动第一个太阳能电池板支架绕着旋转立轴旋转，而太阳能电池板可以绕着旋转横轴旋转。旋转立轴同旋转横轴垂直，并且同旋转横轴在某个点上交叉。太阳能电池板组件还具有第二个太阳能电池板支架，当同旋转立轴平行时，完全处于第一个太阳能电池板支架底座之内。第二个太阳能电池板支架的一边旋转联接到太阳能电池板上；第二个太阳能电池板支架的另一边同旋转立轴保持一定距离，旋转联接到底框上;第二个太阳能电池板支架可以在底框上绕着旋转平行轴旋转。此平行轴同旋转横轴和旋转立轴的交叉点交叉。第一个太阳能电池板支架和第二个太阳能电池板支架形成了一个具有运动机制的组件，最佳地确保太阳能电池板始终正对太阳，绕着旋转横轴旋转。这样，太阳能电池板接收到的光照射入能实现最大化，达到最佳产能。当第二个太阳能电池板支架同旋转立轴处于平行状态时，全部位于第一个太阳能电池板支架的底座范围之内，可以自由旋转一周或者数周，不会直接触碰到第一个太阳能电池板支架。要求具有高级工艺的返回旋转运动在这项发明之中没有必要。一个简单的电机就已足够，驱动第一个太阳能电池板支架朝着一个方向旋转数圈。在实施例中，如果第二个太阳能电池板支架绕着平行轴旋转一整周，那么旋转覆盖的区域不会触及第一个太阳能电池板支架。因此第一个太阳能电池板支架可以自由旋转
一周或者数周。在实施例中，第二个太阳能电池板支架具有一个控制杆，位于第二个太阳能电池板支架的两端之间。根据控制杆绕水平轴的旋转运动和太阳能电池板绕立轴的旋转运功，控制板可以控制太阳能电池板绕旋转横轴旋转时主平面的倾斜度。在实施例中，第二个太阳能电池板支架的一边具有一个接合装置——也就是轴承安装在控制杆中，以便能绕着周期性调整旋转轴旋转。其中周期性调整旋转轴同平行轴保持一定角度并同平行轴、旋转横轴和旋转立轴的交叉点交叉。周期性调整旋转轴相关的接合装置旋转固定联接到太阳能电池板上。第二个太阳能电池板支架具有一个传动机构，能依据传动比机械联接绕平行轴旋转运动的控制杆和绕周期性调整旋转轴旋转的接合装置，其中第二个太阳能电池板支架的一边联接到底框上。传动机构确保了连续的、周期性机械调整或者太阳能电池板主平面倾斜度的周期性调整，这样当太阳随着四季变化改变移动线路时，也能保证其始终同太阳光照保持垂直。在实施例中，传动比范围是I: 364.25到I: 366.25，最佳传动比是I: 365.25。因此，周期性调整旋转轴相关的接合装置旋转一整周时，控制杆绕着平行轴大约旋转了364.25到366.25周，对应一年的天数，并将每隔四年一次的闰年考虑在内。在实施例中，接合装置接合时，同平行轴、旋转横轴和旋转立轴的交叉点保持相当距离，最好是在太阳能电池板的外缘或者联接到太阳能电池板的弧形导块的外缘。接合装置会产生杠杆作用，使得控制杆的移动能有效应用到太阳能电池板上。在实施例中，太阳能电池板或者弧形导块的外缘包括一个弧形部分，其中心对准平行轴、旋转横轴和旋转立轴的交叉点。接合装置可以绕平行轴从控制杆转出，旋转啮合到太阳能电池板的外缘，而太阳能电池板可以绕立柱旋转的方式滑入到接合装置中。在实施例中，电机具有一个传动小齿轮和连接到传动小齿轮的传动皮带，而第一个太阳能电池板支架的底座为圆柱形。位于圆柱形底座部分周边的电机联接到第一个太阳能电池板支架上。太阳能电池板支架底座为圆柱形外圆周，可以依据有效的传动比由电机驱动。圆柱形底座可以限制内部圆形空间，又不会有任何突兀的障碍。第二个太阳能电池板支架可以在里面自由旋转，不受第一个太阳能电池板支架的阻碍。在实施例中，太阳能电池板组件具有一个控制设备，测量第二个太阳能电池板支架绕平行轴的旋转速度，并将其同固定速度或者线性角速度进行比较。根据对比结果，可以调整控制设备从而调整电机，以便第二个太阳能电池板支架绕平行轴线性旋转。凭借这项测量和控制反馈，可以非线性控制电机，从而实现第二个太阳能电池板支架绕平行轴线性旋转。在实施例中，电机具有一个控制设备，适合用于第二个太阳能电池板支架24小时绕平行轴线性旋转循环。因此，第二个太阳能电池板支架绕平行轴的旋转速度同地球旋转速度同步。在实施例中，第二个太阳能电池板支架处于旋转立轴、旋转横轴和平行轴交叉点的一侧时联接到太阳能电池板上。第二个太阳能电池板支架能够绕着太阳能电池板的磁极旋转轴旋转，这样太阳能电池板就能够在控制杆的运动范围内绕旋转横轴旋转。在实施例中，第二个太阳能电池板支架包括一个控制杆，控制杆具有连续的三段:第一段联接到底框，位于平行轴上；第二段同平行轴的第一段偏离；第三段联接到太阳能电池板上，同时连接第二段的弯角和太阳能电池板上的交叉点。由于第一段、第二段和第三段形成的控制杆为弧形，控制杆的一边能绕平行轴旋转联接到太阳能电池板上，另一边能绕磁极轴旋转联接到底框上。
在实施例中，控制杆的第三段具有一个连接件，用于将第三段沿着第二段纵向固定。利用连接件，太阳能电池板能以一定角度固定到平行轴上，由此补偿因为四季变换太阳在空中运行产生的变化。在实施例中，平行轴同地球的极线或极轴平行。地球轴线相关的平行轴的平行度可以补偿极轴相关的地球弧形表面上底框的偏斜度。在实施例中，第一个太阳能电池板支架具有两个立式支柱，太阳能电池板就位于这两个支柱之间。支柱安装有轴承，以便太阳能电池板绕着旋转横轴旋转。利用这种方式，太阳能电池板可以在第一个太阳能电池板支架底座的外圆周内，对称悬挂。支柱可以将太阳能电池板支撑到一定高度，底下留有足够的空间，以便第二个太阳能电池板支架能够在第一个太阳能电池板支架的圆周范围内自由旋转。或者，可以将旋转横轴设计为曲轴，这样就留有更多的空间让第二个太阳能电池板支架自由旋转。在实施例中，太阳能电池板包括一块平板，平板的一面具有光伏电池。光伏电池能够吸收照射到平板上的光照，并将太阳能转化成电能。在实施例中，太阳能电池板包括透镜或者镜面，能够聚合平行照射到透镜或者镜面上的太阳光线，而太阳能电池板具有一个太阳能转换器，和透镜或者镜面保持一定距离，靠近透镜或者镜面的焦点。透镜或者镜面能够偏离照射在镜面上的太阳光线，以便它们能聚焦在太阳能收集器附近的焦点上。太阳能转换器，比如太阳能收集器，能够将太阳光束中获取的太阳能转化为电能。根据第二部分的内容，此项发明为用于收集太阳光的太阳能电池板组件，包括安装在地基上的底框、底框支撑的第一个太阳能电池板支架、以及第一个太阳能电池板支架支撑的太阳能电池板。其中，第一个太阳能电池板支架包括安装在底框上的一个底座，底座周边上固定有一个电机，驱动第一个太阳能电池板支架绕着旋转立轴旋转，而太阳能电池板可以绕着旋转横轴旋转。旋转立轴同旋转横轴垂直，并且同旋转横轴在某个点上交叉。太阳能电池板组件还具有第二个太阳能电池板支架。第二个太阳能电池板支架的一边旋转联接到太阳能电池板上；第二个太阳能电池板支架的另一边同旋转立轴保持一定距离，旋转联接到底框上；第二个太阳能电池板支架可以在底框上绕着旋转平行轴旋转。此平行轴同旋转横轴和旋转立轴的交叉点交叉。第二个太阳能电池板支架绕平行轴旋转一整周后覆盖的区域，不会触及到第一个太阳能电池板支架。因为当第二个太阳能电池板支架同旋转立轴平行时，就表明其完全位于第一个太阳能电池板支架底座圆周范围之内，能够自由旋转一周或数周，不会直接接触到第一个太阳能电池板支架。因此此项发明中不需要先进的返回旋转运动技术。一个简单的电机就足够驱动第一个太阳能电池板支架朝一个方向旋转数周。根据第三部分的内容，此项发明提供了利用太阳能电池板组件收集太阳光照的方法，包括安装在地基上的底框、底框支撑的第一个太阳能电池板支架、以及第一个太阳能电池板支架支撑的太阳能电池板。其中，第一个太阳能电池板支架包括安装在底框上的一个底座，底座周边上固定有一个电机，驱动第一个太阳能电池板支架绕着旋转立轴旋转，而太阳能电池板可以绕着旋转横轴旋转。旋转立轴同旋转横轴垂直，并且同旋转横轴在某个点上交叉。太阳能电池板组件还具有第二个太阳能电池板支架。第二个太阳能电池板支架的一边旋转联接到太阳能电池板上；第二个太阳能电池板支架的另一边同旋转立轴保持一定距离，旋转联接到底框上；第二个太阳能电池板支架可以在底框上绕着旋转平行轴旋转。此平行轴同旋转横轴和旋转立轴的交叉点交叉。这个方式还包括利用电机驱动第一个太阳能电池板支架绕旋转立轴旋转，从而促使太阳能电池板运行。而太阳能电池板的运动引起第二个太阳能电池板支架绕平行轴旋转。第二个太阳能电池板支架绕平行轴旋转一整周后覆盖的区域，不会触及到第一个太阳能电池板支架。第一个太阳能电池板支架和第二个太阳能电池板支架形成了 一个具有运动机制的组件，最佳地确保太阳能电池板始终正对太阳，绕着旋转横轴旋转。这样，太阳能电池板接收到的光照射入能实现最大化，达到最佳产能。当第二个太阳能电池板支架完全位于第一个太阳能电池板支架的底座范围之内时，可以自由旋转一周或者数周，不会直接触碰到第一个太阳能电池板支架。要求具有高级工艺的返回旋转运动在这项发明之中没有必要。一个简单的电机就已足够，驱动第一个太阳能电池板支架朝着一个方向旋转数圈。在实施例中，第二个太阳能电池板支架的一边具有一个接合装置——也就是轴承安装在控制杆中，以便能绕着周期性调整旋转轴旋转。其中周期性调整旋转轴同平行轴保持一定角度并同平行轴、旋转横轴和旋转立轴的交叉点交叉。周期性调整旋转轴相关的接合装置旋转固定联接到太阳能电池板上。第二个太阳能电池板支架具有一个传动机构。这个方式还包括根据传动比机械联接绕平行轴旋转运动的控制杆和绕周期性调整旋转轴旋转的接合装置，其中第二个太阳能电池板支架的一边联接到底框上。传动机构确保了连续的、周期性机械调整或者太阳能电池板主平面倾斜度的周期性调整，这样当太阳随着四季变化改变移动线路时，也能保证其始终同太阳光照保持垂直。在实施例中，这个方式还包括测量第二个太阳能电池板支架绕平行轴的旋转速度，并将其同固定速度或者线性角速度进行比较。根据对比结果，可以调整电机，以便第一个太阳能电池板支架通过太阳能电池板应用到第二个太阳能电池板支架上的绕平行轴旋转运动为线性旋转，从而使得第二个太阳能电池板支架的旋转运动能够驱使太阳能电池板绕旋转横轴旋转。凭借这项测量和控制反馈，可以非线性控制电机，从而实现第二个太阳能电池板支架绕平行轴线性旋转。在实施例中，第二个太阳能电池板支架绕平行轴完整旋转一周的时间是24小时。因此，第二个太阳能电池板支架绕平行轴的旋转速度同地球旋转速度同步。在实施例中，当绕旋转立轴旋转半周，最好是一周或数周之后，太阳能电池板主平面就朝向太阳，最佳状态是同太阳成九十度角。太阳能电池板在绕旋转立轴旋转半周、一周或者数周之后，能够收集太阳能并将其转化为电能。在实施例中，当太阳能电池板处于初始位置时，朝向太阳升起的位置；处于末端位置时，朝向太阳落山的地方。电机可以在初始位置和末端位置之间移动太阳能电池板，确保其同太阳移动轨迹保持同步。太阳从东边升起一直到西边落下，太阳能电池板始终随着旋转立轴跟踪太阳，以便收集太阳能并将其转换成电能。此些描述中的内容和测量同申请书的权利要求以及/或者本申请书图纸中的内容可以分别单独使用。上述独立内容以及其他内容可能是此处相关的其他专利申请书的内容。这尤其适用于次级权利要求中描述的测量和内容。图纸简短描述附件示意图中展示的众多示范性实施例中阐明了此项发明，包括:
图1展示了此项发明中太阳能电池板组件的侧面图。图2根据图1展示了地球和太阳能电池板组件的侧面图。图3A-F根据图1展示了太阳能电池板组件跟踪太阳运动时运行的示意图。图4展示了此项发明中太阳能电池板组件的第一个可选实施例。图5展示了此项发明中太阳能电池板组件的第二个可选实施例。图6展示了此项发明中太阳能电池板组件的第三个可选实施例的轴测图。图7A根据图6展示了太阳能电池板组件处于第一个终极位置时的正视图。图7B根据图6展示了太阳能电池板组件处于第二个终极位置时的正视图。图纸详细描述图1从地球绕着太阳转的运行角度展示了此项发明中的太阳能电池板组件I。太阳能电池板组件I包括一个横向底框2,位于底框2上的第一个太阳能电池板支架3,以及第一个太阳能电池板支架3支撑的太阳能电池板4。底框2具有联接第一个太阳能电池板支架3的旋转轴承21以及利用传动皮带23联接到第一个太阳能电池板支架3上的传动小齿轮22。水平底框2中，旋转轴承21具有旋转立轴V，穿过第一个太阳能电池板支架3的对称中心。旋转立轴V实质上同太阳能电池板组件所在的地球弧形表面的切面垂直。如图1和图3A所不,第一个太阳能电池板支架3包括一个圆柱形底座32,位于旋转轴承21上面。底座32限定了太阳能电池板4下面的圆形内部空间L。圆柱形底座32外面是一个肋形结构37，传动皮带23咬合到这个结构上。由于圆柱形底座32的直径比传动小齿轮22的直径大很多，那么就可以产生有利的传动比。或者，太阳能电池板组件I也可以包括一根链条或者一个齿轮传动装置。第一个太阳能电池板支架3具有支柱33和支柱34，从底座32的两侧分别垂直向上竖立，彼此互相正对。支柱33和支柱34处于自由外端时，分别具有旋转轴承35和旋转轴承36，都穿过同一个旋转横轴X。如图3B所示，本范例中的太阳能电池板4包括一块矩形板41，涵盖一块主平面和许多光伏电池42。光伏电池安装在矩形板41的朝上主平面上，用来收集太阳能并将其转换为电能。矩形板41的两侧中心位置安装有旋转轴承35和旋转轴承36，支撑太阳能电池板
4。旋转轴承35和旋转轴承36中的旋转横轴X穿过矩形板41，并同矩形板41的中心纵线重合。矩形板41的中心纵线将矩形板41 一分为二。如图3A所示，位于矩形板41正中央的太阳能电池板4具有一个旋转轴承45，轴承中的磁极旋转轴或者周期性调整旋转轴S同矩形板41的主平面垂直。位于交叉点B的周期性调整旋转轴S同旋转轴承21的旋转立轴V以及旋转轴承35和旋转轴承36的旋转横轴X交叉。交叉点B位于矩形板41的对称中心，处于中心纵线上。在另一个可选的实施例中，矩形板41在周期性调整旋转轴S上垂直移动，并同旋转横轴X保持距离，比如当矩形板41安装在一块垫片(此处未显示)上并连接到旋转横轴X上的旋转轴承35和旋转轴承36时。这种情况下，矩形板41的旋转运动同旋转横轴X保持一定距离。太阳能电池板组件I包括联接底框2和太阳能电池板4的第二个太阳能电池板支架5。第二个太阳能电池板支架具有竖立在底框2上并固定连接到底框2的旋转轴承51，位于第一个太阳能电池板支架3的底座32圆周范围内。旋转轴承51具有旋转平行轴P，同底框2成一定斜角。如图1所示，第二个太阳能电池板支架5包括一个定型的弧形控制杆52。控制杆52包括第一直线段53，其自由外端插入到旋转轴承51中。第一直线段53位于旋转平行轴P上，以便旋转平行轴P的旋转。利用曲率，第一直线段53可以同第二直线段54连接。第二直线段54从旋转平行轴P上弯曲延伸，并从第一直线段53的角度来看，朝向远离矩形板41的主平面。由于从第一直线段53上弯曲延伸，太阳能电池板4同底框2保持倾斜位置，可以不受控制杆52限制自由运行，由此太阳能电池板4就能够绕着旋转立轴V旋转一圈或者数圈，而控制杆52不会接触到太阳能电池板4。利用曲率，第二直线段54可以同第三直线段55连接。第三直线段55连接第二直线段54的弯角和交叉点B。第三直线段55的自由外端插入到太阳能电池板4的旋转轴承45中。第三直线段55位于周期性调整旋转轴S上，以便周期性调整旋转轴S的旋转。控制杆52仅限于绕旋转平行轴P和周期性调整旋转轴S旋转运动。底座32上的支柱33和34将太阳能电池板4支撑到一定高度，使得位于下面的控制杆52能够绕着旋转平行轴P自由旋转。控制杆52从旋转轴承51上的第一个太阳能电池板支架3自由延伸出来，穿过底座32的内部空间L，连接到太阳能电池板4。旋转平行轴P同旋转立轴V、旋转横轴X和周期性调整旋转轴S相交于交叉点B。由于旋转轴P、X、V和S都穿过交叉点B，并且交叉点B的对称位置位于第一个太阳能电池板支架3，不同部件之间因为旋转运动产生的力从而抵消。第二个太阳能电池板支架5具有一个量角器56，比如电位计，用来测量控制杆53绕旋轴平行轴P旋转的角度或者位置。它还具有定时器57和用于控制传动小齿轮22的控制设备58。图2概要性地显示了一般实质上为水平的地球表面9，因为地球表面弧度的关系，同赤道E跨越的平面呈倾斜，除了北极或者南极。太阳能电池板组件I位于弧形地球表面9上，并远离北极或南极，因此造成旋转立轴V同极线或者地球的极轴Q之间存在偏差角。由于旋转立轴V和极轴Q之间的上述偏差角并且地球绕极轴Q旋转，从北极或者南极之外的任何地方开始跟踪太阳运动都需要经过复杂的旋转综合计算。为了能够清楚说明，我们夸大了图2中太阳能电池板组件I同地球大小之间的比例。如图1所示，旋转轴承51上的旋转平行轴P同平行底框2呈斜角。旋转轴承51上的旋转平行轴P应当设定同地球极轴Q平行，并同地球赤道E跨越的平面垂直。如图3A所示，太阳能电池板组件I可以用来准确跟踪太阳从地球表面特定位置开始的运动，这样矩形板41的主平面就能始终垂直正对太阳。可以测量控制杆52绕旋转平行轴P的旋转速度，并将其同定时器57的定期信号进行比较。控制设备58可以处理控制杆52同定时器57的定期信号之间的差异，并将其转换为传动小齿轮22的控制信号，从而当控制杆52的运动方向同地球绕极轴的旋转方向相反时，控制杆52可以恒定角速度或线性角速度适时绕旋转平行轴P旋转。随着控制杆52绕旋转平行轴P旋转，太阳能电池板4联接到控制杆52，在旋转轴承21、旋转轴承35和旋转轴承36的旋转范围内绕旋转立轴V和旋转横轴X旋转。由于控制杆52驱动太阳能电池板4绕旋转横轴X旋转,并且传动皮带23驱动第一个太阳能电池板支架3绕旋转立轴V旋转，从而使得太阳能电池板4绕旋转横轴X和旋转立轴V被动旋转。图3A-F根据图1并排展示了三个太阳能电池板组件I系列。太阳能电池板组件I可能是一系列太阳能电池板组件I中的部分，比如建筑物屋顶上。由于太阳能电池板组件I系列的底座32都在同一个水平面上，因此这个系列中处于同一个水平面的所有太阳能电池板组件I都可以由包含一个传动小齿轮22的传动皮带23共同驱动。考虑到这个目的，传动皮带23的长度可以调整以便能在整个太阳能电池板组件I系列中形成环路。而传动皮带23至少需要啮合到各个太阳能电池板组件I底座32的部分圆周中。太阳能电池板组件I的太阳能电池板支架3都处于同一个启动位置，可以同步驱动，由此它们也可以保持同步运动。原则上来说，太阳能电池板组件I系列中仅需要一个具有量角器56。其他太阳能电池板组件I就可以根据这一个太阳能电池板组件I的运动，展开被动旋转。图3A-F展示了太阳能电池板4绕旋转横轴X和旋转立轴V旋转时的六个连续瞬间。由于系列中的所有太阳能电池板组件I都从同一个启动位置展开同步运动，下面仅描述其中一个太阳能电池板组件I的旋转运动。图3A展示了启动状态中的太阳能电池板组件1，比如东方日出时。为了能够清楚说明，这里有一张指南针示意图表示四个主要方位，分别是N代表北方，0代表东方，Z代表南方，W代表西方。由于太阳和地球之间距离遥远，照射到地球表面的太阳光线彼此平行。此处箭头C表明太阳能电池板组件I相应的太阳光线方向。太阳能电池板4绕旋转横轴X旋转时，同水平面上的底框2成大斜角，几乎垂直。矩形板41的一面具有光伏电池42，实质上朝向东方0，而安装有光伏电池42的矩形板41一面实质上同太阳光照方向C垂直，以便能利用光伏电池42最大程度地收集太阳能。图3B显示了传动小齿轮22如何带动旋转传动皮带23。传动皮带23驱动第一个太阳能电池板支架3绕着旋转立轴V从东方0朝着东南方ZO旋转几小时。第一个太阳能电池板支架3绕旋转立轴V的旋转运动通过旋转轴承35和旋转轴承36传递给太阳能电池板4。在控制杆52对应的旋转范围内，太阳能电池板4绕着旋转横轴X旋转。此时日出已经过了几小时，从地球上看太阳高悬在空中。矩形板41的倾斜角已经变小，因此安装光伏电池42的矩形板41 一面实质上仍旧和不断变化的太阳光照方向C保持垂直。在图3A到3B的这段期间，量角器56已经测得了控制杆52绕旋转平行轴P旋转的速度。地球绕极轴旋转一整周需要24小时，因此鉴于旋转平行轴P同极轴平行，绕旋转平行轴P的旋转运动同这个时间呈线性关系。如果控制杆52绕旋转平行轴P的旋转运动要比定时器57的跳动快，控制设备58就会放慢传动小齿轮22。如果控制杆52绕旋转平行轴的旋转运动要比定时器57的跳动慢，控制设备58就会加快或者稍微放慢传动小齿轮
22。因此太阳能电池板4绕旋转立轴V和旋转横轴X的旋转为非线性，取决于控制杆52绕旋转平行轴P的恒定或线性旋转，并且根据测量值以及定时器57的跳动由控制设备56、58进行相应控制。图3C-F展示了第一个太阳能电池板支架3受到驱动从东南方向ZO朝着西方W绕旋转立轴继续旋转的情况以及太阳能电池板4在控制杆52对应的旋转范围之内绕旋转横轴X旋转的情况。在上述旋转期间，装有光伏电池42的矩形板41 一面仍旧同不断变化的太阳光照方向C保持垂直。在图3C中，太阳能电池板4实质上朝向东南方Z0，而矩形板41同平行面上的底框2之间的倾斜角度进一步加大。在图3D中，太阳能电池板4实质上朝向南方Z，而矩形板41同平行面上的底框2之间的倾斜角度进一步加大。现在，从地球上看太阳位于最高点，比如说正午或者刚过正午。在图3E中，太阳能电池板4实质上朝向西南方ZW，而矩形板41同平行面上的底框2之间的倾斜角度进一步加大。在图3F中，太阳能电池板4实质上朝向西方W，而矩形板41同平行面上的底框2之间的倾斜角度进一步增加到几乎垂直位置。现在，从地球上看，太阳正处于地平线上。从图3A到3F这段期间，太阳能电池板组件I至少绕旋转立轴V旋转了一半量程或者180度。当从图3F所示的位置返回到图3A所示的启动位置，表明传动皮带23驱动第一个太阳能电池板支架3绕旋转立轴V经过北方N朝东方0向前旋转，而太阳能电池板4绕旋转立轴V旋转完整一周，即360度。这种情况下，太阳能电池板4和底框2之间的布线可以具有滑动电接触。或者，传动小齿轮22的传动方向可以反过来，也就是传动皮带驱动第一个太阳能电池板支架3旋转一半量程到另一个方向，或者从西方W经过南方Z朝东方
0旋转180度。这种情况下，太阳能电池板4和底框2之间的布线设置更为容易，因为只需解决一个问题:第一个太阳能电池板支架3绕旋转立轴V旋转一百八十度的局限性。此项范例中，太阳能电池板组件I位于地球的北半球，而从北半球来看，太阳从东方0升起，经过南方Z，然后在西方W落下山。如果在南半球，太阳从东方0升起，经过北方N，然后在西方W落下山。如果是这种情况，那么图1中太阳能电池板组件I就需要由传动小齿轮22驱动朝相反方向。太阳能电池板组件I的位置十分重要，因为矩形板41中装有光伏电池42的一面必须从东方0经过北方N朝西方W旋转，而不是经过南方Z。此项范例中，太阳能电池板组件I位于北极范围外的特定纬度上。根据太阳能电池板组件I沿纬度运行的位置，旋转平行轴P同平行面上的底框2之间的角度发生变化。如果这样，可以选择具有另一个旋转平行轴P倾斜角的旋转轴承51或者能够调整但是此处未显示的旋转轴承51。图4显示了具有周期性调整的太阳能电池板组件101的另一个实施例。太阳能电池板组件101包括一个可选择的控制杆152，控制杆第二段154和第三段155之间的联接具有一个铰链160，而第一段153和第二段154之间的联接具有另一个铰链163。第一个铰链160确保了交叉点B上的周期性调整旋转轴S朝箭头K方向旋转，以便利用同旋转平行轴P呈不同斜角的第三段155，将太阳能电池板4固定到控制杆152的第二段154上。由于第三段155沿着第二段154移动，因此另一个铰链163用来缓冲第二段154的旋转运动。控制杆152具有一个衬套161，可以在第二段154上滑动，并且还有一个穿过衬套161中的凹口、啮合到内部螺纹的蝶形螺栓162。朝着第二段154的纵向拧紧蝶形螺栓162，可以将铰链160固定到第二段154上，从而确保周期性调整旋转轴s同平行轴P彼此呈一定角度。可以使用上述可调整型，补偿一年四季中太阳在空中的路线变化，以便安装有光伏电池42的矩形板41 一面始终同太阳光照方向C保持垂直。此处未显示具有周期性调整的太阳能电池板组件101的另一个实施例。其控制杆152可以自动周期性调整以三百六十五天为一个循环的太阳能电池板。举个例子，可以利用蜗轮将步进传动旋转转变为第二段154上的齿轮旋转。齿轮完整旋转一周需要一天三百六十步。第三段155偏心安装在齿轮上，这样在齿轮旋转的一整年时间内，和第二段154连接的第三段155就能沿着第二段154的纵向来回移动。图5展示了太阳能电池板组件201的另一个实施例。太阳能电池板组件201包括透镜241，比如菲涅尔透镜，可代替太阳能电池板4安装在太阳能电池板支架中，如图1-4所示。透镜241可以收集C方向照射过来的平行光线，并将其汇聚在焦点F。本范例中的焦点F位于周期性调整旋转轴S上，但是由于透镜的调整性能，也可以将其设定于周期性调整旋转轴S的一侧。太阳能电池板组件201具有太阳能转换器，比如斯特林发动机或者太阳能收集器242，位于透镜241下方并保持一定距离，比如位于第二段154到第三段155的联接上。太阳能收集器242安装在透镜241的焦点F附近，以便收集汇聚在焦点F的太阳光线，并将其转化为电能。图6展示了根据第三个发明实施例制作的太阳能电池板组件301，具有太阳能电池板304和可选择的第二个太阳能电池板支架305，确保太阳能电池板304主平面位置持续展开周期性机械调整，使得其能跟随着太阳光一年四季的照射方向C变化而移动。根据上述实施例制作的太阳能电池板组件301，和太阳能电池板组件1、101和201 —样，包括底框302和第一个太阳能电池板支架303。第一个太阳能电池板支架303具有圆柱形底座332以及垂直竖立在底座332上的两个支柱333和334。在底座332圆周范围内以及两个支柱333和334之间的范围称之为太阳能电池板304下面的圆形内部空间L。太阳能电池板304具有一个弧形托架341，处于太阳能电池板304的主平面延伸部分中，在支柱333和支柱334之间，包括一个弧形段或者圆的部分，其中心和交叉点B重合。在另一个未显示的实施例中，托架已经由一块板替代，位于太阳能电池板304主平面延伸部分中，包括末端边缘。和托架341 —样,它位于支柱333和支柱334之间,包括一个弧形段或者圆的部分，其中心和交叉点B重合。托架341向下朝太阳能电池板304，即朝向底框302的方向。太阳能电池板组件301具有另一个支架350，竖直朝向托架341，并且固定设置在底框302上。支架350位于第一个太阳能电池板支架303的底座332的圆周范围内，同旋转立轴V保持距离，支撑着旋转固定连接到350的轴351。轴351同底框302呈斜角，并且其中心线穿过交叉点B，同旋转平行轴P重合。轴351具有一个齿轮353。齿轮353旋转固定连接到轴351，并通过轴351，旋转固定连接到支架350。太阳能电池板组件301还包括第二个太阳能电池板支架305，从正上方看，视作同旋转立轴V平行，并且完全位于第一个太阳能电池板支架303的底座332的圆周范围内。第二个太阳能电池板支架305具有控制杆352，其一边外端可以绕轴351旋转，而旋转平行轴P同安装在轴351上的轴承重合。控制杆305从第一个太阳能电池板支架303延伸，穿过轴351直到太阳能电池板304。控制杆352的另一个外端联接到太阳能电池板304的方式需要进一步说明。朝底框302的方向看，控制杆352同轴351联接，支架350朝向远离控制杆352，并且同旋转平行轴P呈锐角。因此在绕旋转平行轴P旋转时，控制杆352不会触碰到支架350，由此控制杆352可以绕着旋转平行轴P自由旋转一整周，即三百六十度。在另一个实施例中，支架350为弧形同轴，沿控制杆352弯曲。在这个式样中，控制杆352同样可以绕旋转平行轴P自由旋转一整周。轴351还可以调整固定在弧形支架350上，以便轴351同旋转平行轴P —致。根据地球上的不同位置，旋转平行轴P同旋转立轴V呈不同角度。图7A和7B显示了第二个太阳能电池板支架305在不同终极位置时的情况。图7A中，第二个太阳能电池板支架305和控制杆352处于最高位置。图7B为图7A的情况发生十二小时后，此时第二个太阳能电池板支架305和控制杆352处于最低位置。然后第一个太阳能电池板支架303绕旋转立轴V旋转半周。在这两个位置时，我们可以发现由于上述支架350的形状关系，第二个太阳能电池板支架305可以远离支架350、第一个太阳能电池板支架303和太阳能电池板304，在绕旋转平行轴P旋转三百六十度一整周时，自由运行。如图6、7A和7B所示，第二个太阳能电池板支架305在控制杆352三分之一(从周线351开始计算)处具有另一根轴354，即安装在控制杆352上的轴承。轴354同轴351大约保持八度的角度。轴354的中心线，同轴351的中心线一样，穿过交叉点B。轴354具有齿轮355，在此项范例中，齿轮355要大于齿轮353。齿轮355和齿轮353的齿牙彼此啮合。轴354具有齿轮356，小于齿轮355，同轴旋转联接固定到齿轮355上。第二个太阳能电池板支架305在控制杆352三分之二处(从轴351开始计算)具有另一根轴357，即安装在控制杆352上的轴承。轴357同轴351大约保持十六度的角度。轴357的中心线，同轴351和轴354的中心线一样，穿过交叉点B。轴357具有齿轮358，在此项范例中，齿轮358要大于齿轮356 。齿轮358和齿轮356的齿牙彼此啮合。轴357具有齿轮371，小于齿轮358，同轴旋转联接固定到齿轮358上。在朝向太阳能电池板304的另一个外端上，并且同轴357保持距离时，第二个太阳能电池板支架305具有轴370，即安装在控制杆352上的旋转轴承。轴370具有周期性调整旋转轴S，并且同轴357保持大约八度的角度，同轴351保持大约二十三点五度的角度，对应地球的偏斜度。同轴351、轴354和轴357的中心线一样，轴370的周期性调整旋转轴S穿过交叉点B。轴370具有齿轮372，在此项范例中，齿轮372要大于齿轮371。齿轮372旋转固定连接到轴370。齿轮372和齿轮371的齿牙互相啮合。图7A和7B展示了齿轮353、齿轮355、齿轮356、齿轮358、齿轮371和齿轮372的齿牙。尽管轴351、轴354、轴357和轴370之间存在微小的角度差，导致齿牙并没有在同一个平面上，它们足以能够互相啮合，从而传递齿轮353、齿轮355、齿轮356、齿轮358、齿轮371和齿轮372互相转动产生的力。在此处未显示的一项实施例中，齿轮353、齿轮355、齿轮356、齿轮358、齿轮371 和齿轮372的设计类似锥形齿轮，这样就能补偿轴351、轴354、轴357和轴370之间存在的角度差。齿轮353、齿轮355、齿轮356、齿轮358、齿轮371和齿轮372共同形成了减速齿轮系。齿轮372的旋转方向和控制杆352 —致。这种情况下，“方向”是指时针方向，比如“逆时针”和“顺时针”，而不是绕同一个中心的旋转运动。齿轮353和齿轮372之间的传递比为1: 365.25，因此当控制杆352绕旋转平行轴P旋转365.25圈之后，齿轮372绕着控制杆352旋转了三百六十度一整周。然后齿轮372又回到了最初起始位置。1: 365.25的传动比符合一年的平均天数，考虑到了每隔四年的闰年。四年之后，包括闰年，控制杆352旋转了三百六十五圈，并且绕着旋转平行轴旋转了三百六十六圈，齿轮372完成了一千四百六i^一步,绕控制杆352以三百六十度旋转方式旋转了四周。减速齿轮系使得绕周期性调整旋转轴S旋转的齿轮372和绕旋转平行轴P旋转的控制杆352之间形成固定的连贯性。由于这种固定的连贯性，控制杆352保持在旋转平行轴P相对的特定位置，需要根据齿轮372的位置以及进一步描述的和托架341之间的联接情况确定。当位于朝太阳能电池板304的轴370的外端时，第二个太阳能电池板支架305具有滑块359。滑块359固定连接到轴370上，因此随着齿轮372的旋转而旋转。滑块359具有连接面，通过同旋转横轴X平行的托架341两侧，和托架341联接。利用这种方式，滑块359可以绕周期性调整旋转轴S旋转固定联接到太阳能电池板304。在托架341的弧形方向中，滑块359可以在弧形上滑动，并同托架341上的交叉点B保持同心。图6展示了绕旋转立轴V、旋转横轴X和旋转平行轴P旋转的控制和传动情况。根据这些情况制作的太阳能电池板组件301，其运行方式实质上同上述实施例的方式一致。根据图6制作的太阳能电池板组件301有些不同于上述实施例，其第二个太阳能电池板支架305具有滑块359，能连接到太阳能电池板304的外缘，尤其是连接到太阳能电池板304的托架341中，而不是交叉点B。当太阳能电池板304绕旋转立轴V旋转时，托架341就会旋转离开固定在底框302上的支架350。当太阳能电池板304旋转离开时，太阳能电池板304的托架341就会滑动穿过滑块359。随着太阳能电池板304旋转离开，连接太阳能电池板304和支架350的第二个太阳能电池板支架305就会促使太阳能电池板304绕着旋转横轴X旋转，其运行范围为控制杆352绕旋转平行轴运行的范围。由于和旋转平行轴P对应的齿轮353固定在支架350上，并且其旋转不会触及到底框302，那么齿轮355、齿轮356、齿轮358、齿轮371和齿轮372绕着齿轮353的圆周运行时就像是行星齿轮，而齿轮353就像是中心齿轮。控制杆352显示了齿轮355、齿轮356、齿轮358、齿轮371和齿轮372绕着齿轮353相应的旋转平行轴P旋转时的运动范围。当控制杆352绕着旋转平行轴P旋转时，齿轮372绕着周期性调整旋转轴S旋转，传动比为1: 365.25。齿轮372的旋转运动转移到滑块359上，而滑块359旋转固定连接到齿轮372。由于滑块359同控制杆352的角度不断变化，滑块359每次旋转一周后都以另一个角度连接到托架341的另一个点，由此每旋转一天，太阳能电池板304主平面的倾斜度就会得到调整以对应太阳四季变化的位置。太阳能电池板组件另一个未显示在此处的实施例包括齿轮系机构，具有两个齿轮。这种情况下，齿轮绕周期性调整旋转轴S的旋转方向同控制杆352的一致。本项范例中，最小的齿轮具有四个齿牙，最大的齿轮具有一千四百六十一个齿牙，因此传动比为
I: 365.25。但是这种设置会造成大齿轮过大的风险，使得其无法安装在第一个太阳能电池板支架底座的内部空间L内。因此在设计太阳能电池板组件时需要考虑这一点。这个齿轮系机构也还可以包括各种不同的齿轮或齿轮组，比如说六个以上的齿轮。由于太阳能电池板304和射入的太阳光照对准时持续产生的周期性调整偏差可以抵消，因此上述太阳能电池板组件301十分适合用于具有太阳能热水器或者透镜的太阳能电池板，这其中至关重要的是来自方向C的平行太阳光线可以准确地汇聚到太阳能转换器中的固定焦点上。以上内容阐述了此项发明实施例中的操作运行，但没有涵盖全部发明。根据上述阐述内容，专家们可以在当前发明范围之内产生多种形式。
权利要求
1.太阳能电池板组件用来收集太阳光，包括安装在地基上的底框、底框支撑的第一个太阳能电池板支架、以及第一个太阳能电池板支架支撑的太阳能电池板。其中，第一个太阳能电池板支架包括安装在底框上的一个底座，底座周边上固定有一个电机，驱动第一个太阳能电池板支架绕着旋转立轴旋转，而太阳能电池板可以绕着旋转横轴旋转。旋转立轴同旋转横轴垂直，并且同旋转横轴在某个点上交叉。太阳能电池板组件还具有第二个太阳能电池板支架，当同旋转立轴平行时，完全处于第一个太阳能电池板支架底座之内。第二个太阳能电池板支架的一边旋转联接到太阳能电池板上；第二个太阳能电池板支架的另一边同旋转立轴保持一定距离，旋转联接到底框上；第二个太阳能电池板支架可以在底框上绕着旋转平行轴旋转。此平行轴同旋转横轴和旋转立轴的交叉点交叉。
2.根据权利要求1制作的太阳能电池板组件，如果第二个太阳能电池板支架绕旋转平行轴完整旋转一周，其覆盖的区域不触及第一个太阳能电池板支架。
3.根据权利要求1或者2制作的太阳能电池板组件，第二个太阳能电池板支架具有一个控制杆，位于第二个太阳能电池板支架的两侧之间。
4.根据权利要求3制作的太阳能电池板组件，第二个太阳能电池板支架的一边具有一个接合装置——也就是轴承安装在控制杆中，以便能绕着周期性调整旋转轴旋转。其中周期性调整旋转轴同平行轴保持一定角度并同平行轴、旋转横轴和旋转立轴的交叉点交叉。周期性调整旋转轴相关的接合装置旋转固定联接到太阳能电池板上。第二个太阳能电池板支架具有一个传动机构，能依据传动比机械联接绕平行轴旋转运动的控制杆和绕周期性调整旋转轴旋转的接合装置，其中第二个太阳能电池板支架的一边联接到底框上。
5.根据权利要求4制作的太阳能电池板组件，传动比范围是1: 364.25到I: 366.25，最佳传动比是I: 365.25。
6.根据权利要求4或者5制作的太阳能电池板组件，接合装置接合时，同平行轴、旋转横轴和旋转立轴的交叉点保持相当距离，最好是在太阳能电池板的外缘或者联接到太阳能电池板的弧形导块的外缘 。
7.根据权利要求6制作的太阳能电池板组件，太阳能电池板或者弧形导块的外缘包括一个弧形部分，其中心对准平行轴、旋转横轴和旋转立轴的交叉点。
8.根据上述任何一项权利要求制作的太阳能电池板组件，电机具有一个传动小齿轮和连接到传动小齿轮的传动皮带，而第一个太阳能电池板支架的底座为圆柱形。位于圆柱形底座部分周边的电机联接到第一个太阳能电池板支架上。
9.根据上述任何一项权利要求制作的太阳能电池板组件，太阳能电池板组件具有一个控制设备，测量第二个太阳能电池板支架绕平行轴的旋转速度，并将其同固定速度或者线性角速度进行比较。根据对比结果，可以调整控制设备从而调整电机，以便第二个太阳能电池板支架绕平行轴线性旋转。
10.根据上述任何一项权利要求制作的太阳能电池板组件，电机具有一个控制设备，适合用于第二个太阳能电池板支架24小时绕平行轴线性旋转循环。
11.根据上述权利要求1、2或3制作的太阳能电池板组件，第二个太阳能电池板支架处于旋转立轴、旋转横轴和平行轴交叉点的一侧时联接到太阳能电池板上。
12.根据上述权利要求11制作的太阳能电池板组件，第二个太阳能电池板支架包括一个控制杆，控制杆具有连续的三段:第一段联接到底框，位于平行轴上；第二段同平行轴的第一段偏离；第三段联接到太阳能电池板上，同时连接第二段的弯角和太阳能电池板上的交叉点。
13.根据上述权利要求12制作的太阳能电池板组件，控制杆的第三段具有一个连接件，用于将第三段沿着第二段纵向固定。
14.根据上述任何一项权利要求制作的太阳能电池板组件，平行轴同地球的极线或极轴平行。
15.根据上述任何一项权利要求制作的太阳能电池板组件，第一个太阳能电池板支架具有两个立式支柱，太阳能电池板就位于这两个支柱之间。支柱安装有轴承，以便太阳能电池板绕着旋转横轴旋转。
16.根据上述任何一项权利要求制作的太阳能电池板组件，太阳能电池板包括一块平板，平板的一面具有光伏电池。
17.根据上述任何一项权利要求制作的太阳能电池板组件，太阳能电池板包括透镜或者镜面，能够聚合平行照射到透镜或者镜面上的太阳光线，而太阳能电池板具有一个太阳能转换器，和透镜或者镜面保持一定距离，靠近透镜或者镜面的焦点。
18.太阳能电池板组件用来收集太阳光线，包括安装在地基上的底框、底框支撑的第一个太阳能电池板支架、以及第一个太阳能电池板支架支撑的太阳能电池板。其中，第一个太阳能电池板支架包括安装在底框上的一个底座，底座周边上固定有一个电机，驱动第一个太阳能电池板支架绕着旋转立轴旋转，而太阳能电池板可以绕着旋转横轴旋转。旋转立轴同旋转横轴垂直，并且同旋转横轴在某个点上交叉。太阳能电池板组件还具有第二个太阳能电池板支架。第二个太阳能电池板支架的一边旋转联接到太阳能电池板上；第二个太阳能电池板支架的另一边同旋转立轴保持一定距离，旋转联接到底框上；第二个太阳能电池板支架可以在底框上绕着旋转平行轴旋转。此平行轴同旋转横轴和旋转立轴的交叉点交叉。第二个太阳能电池板支架绕平行轴旋转一整周后覆盖的区域，不会触及到第一个太阳能电池板支架。
19.利用太阳能电池板组件收集太阳光照的方法，包括安装在地基上的底框、底框支撑的第一个太阳能电池板支架、以及第一个太阳能电池板支架支撑的太阳能电池板。其中，第一个太阳能电池板支架包括安装在底框上的一个底座，底座周边上固定有一个电机，驱动第一个太阳能电池板支架绕着旋转立轴旋转，而太阳能电池板可以绕着旋转横轴旋转。旋转立轴同旋转横轴垂直，并且同旋转横轴在某个点上交叉。太阳能电池板组件还具有第二个太阳能电池板支架。第二个太阳能电池板支架的一边旋转联接到太阳能电池板上；第二个太阳能电池板支架的另一边同旋转立轴保持一定距离，旋转联接到底框上；第二个太阳能电池板支架可以在底框上绕着旋转平行轴旋转。此平行轴同旋转横轴和旋转立轴的交叉点交叉。这个方式还包括利用电机驱动第一个太阳能电池板支架绕旋转立轴旋转，从而促使太阳能电池板运行。而太阳能电池板的运动引起第二个太阳能电池板支架绕平行轴旋转。第二个太阳能电池板支架绕平行轴旋转一整周后覆盖的区域，不会触及到第一个太阳能电池板支架。
20.根据权利要求19采用的方法，第二个太阳能电池板支架的一边具有一个接合装置——也就是轴承安装在控制杆中，以便能绕着周期性调整旋转轴旋转。其中周期性调整旋转轴同平行轴保持一定角度并同平行轴、旋转横轴和旋转立轴的交叉点交叉。周期性调整旋转轴相关的接合装置旋转固定联接到太阳能电池板上。第二个太阳能电池板支架具有一个传动机构。这个方式还包括根据传动比机械联接绕平行轴旋转运动的控制杆和绕周期性调整旋转轴旋转的接合装置，其中第二个太阳能电池板支架的一边联接到底框上。
21.根据权利要求19或20采用的方法，这个方式还包括测量第二个太阳能电池板支架绕平行轴的旋转速度，并将其同固定速度或者线性角速度进行比较。根据对比结果，可以调整电机，以便第一个太阳能电池板支架通过太阳能电池板应用到第二个太阳能电池板支架上的绕平行轴旋转运动为线性旋转，从而使得第二个太阳能电池板支架的旋转运动能够驱使太阳能电池板绕旋转横轴旋转。
22.根据权利要求19、20或21采用的方法，第二个太阳能电池板支架绕平行轴完整旋转一周的时间是24小时。
23.根据权利要求19、20、21或22采用的方法，当太阳能电池板绕旋转立轴旋转半周，最好是一周或数周之后，其主平面就朝向太阳，最佳状态是同太阳成九十度角。
24.根据权利要求19、20、21、22或23采用的方法，当太阳能电池板处于初始位置时，朝向太阳升起的位置；处于末端位置时，朝向太阳落山的地方。电机可以在初始位置和末端位置之间移动太阳能电池板，确保其同太阳移动轨迹保持同步。
全文摘要
太阳能电池板组件(1)，用于收集太阳光，包括一个底框(2)，第一太阳能面板支架(3)和一个太阳能电池板(4)，其特征在于，所述第一太阳能面板支架包括底座(32)，其圆周固定有电机驱动第一太阳能面板支架绕着旋转立轴旋转，其中，相对于第一太阳能面板支架的太阳能电池板可绕水平轴旋转，其中，所述太阳能电池板组件上设置有平行于垂直旋转轴线的第二太阳能面板支架(5)，与第一太阳能面板支架的底座的圆周完全匹配，其中，所述第二太阳能面板支架相对于底框绕着平行轴旋转，其中，所述平行轴同旋转横轴和旋转立轴的交叉点交叉。
文档编号F24J2/54GK103154635SQ201180042497
公开日2013年6月12日 申请日期2011年9月2日 优先权日2010年9月3日
发明者提奥多鲁斯·史蒂芬·玛丽亚·阿道夫 申请人:提奥多鲁斯·玛丽亚·艾沃斯, 提奥多鲁斯·史蒂芬·玛丽亚·阿道夫