专利名称：多点循环水冷降温储热机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多点循环水冷降温储热机构，属是一种新型的光伏 发电系统中的多点循环水冷降温储热机构。二、 背景技术现有技术中太阳光是最环保洁净的用之不尽的可在生能源，光伏发电是 太阳能利用最便捷的方法之一，但由于光伏电池的原材料"~~结晶硅非常昂 贵，生产量较小，致使光伏发电投资巨大，成本偏高，这一直是影响光伏发 电大规模推广使用的瓶颈，目前国内只有少量小规模示范性项目在运行，边 远无电地区还有少量由政府资助的小型零散用户，其均是将光伏组件固定方 向安装直接发电，性价比很差。为满足光伏产业降低造价成本以促进光伏发 电大规模普及发展的需要，利用光伏电池当光强增加时输出功率也随着提高 的输出特性来提高发电效率，从而节约光伏电池成为诸多降低投资成本的方 法之一。基于此思路，不时有有关聚光发电的发明见诸报道。但均存在种种 缺陷无法实际应用。另外,国家知识产权局于2007年3月21日公开了一种全反射聚光光伏发电 装置，其申请号是200620053874.4，其公开号是CN2882107，其结构是一种 全反射聚光光伏发电装置，主要由数块平面镜安装在一个钢架的底部，钢架 顶部安装一排太阳能电池组件，钢架上安装一套自动跟踪太阳光线的传感器 和电控系统,通过传感器自动跟踪太阳光线将信号传送至太阳光线电控系统， 并由电控系统控制驱动机构带动钢架转动，使太阳光线始终垂直电池板的平
面，钢架底部的平面镜与钢架顶部的太阳能电池组件形成角度，此角度使照 射到平面镜的光线反射到太阳能电池组件上发电。其缺点是机构复杂，单向 转动只管东西方向，不管南北方向，同一日内或四季变化时余弦效应对聚光 量影响较大，光伏电池使用效率有所减弱，同时当太阳斜度较大时(特别是 在冬季)必有部分光伏电池照不到阳光，受光不匀的光伏组件效率降低、寿 命縮短，严重时甚至可能损坏。 三、技术内容本实用新型的目的是利用光伏电池当光照强度增加时输出功率变大的输 出特性而研制一种九倍迭光钟控跟日水冷降温式光伏发电装置中的多点循环 水冷降温储热机构，提高光伏电池的使用效率。结构设计合理、简单、加工 又方便，提高在不同地域和环境的工作性能和适应性，提高工作效率和实用 性，提高工作操作方便性，延长使用寿命，降低成本，实现工业化生产。本实用新型的技术解决方案如下多点循环水冷降温储热机构，有光伏电池组件5，其特征是在光伏电池组件5中安装有多点循环水冷降温储热机构的换热器15,储水箱22下面 经过水泵20、进水主管18、进水支管19连通换热器箱体15，在换热器箱体 15内的出水支管17经过主出水管16返回连接到储水箱22上面，整体循环 分解为若千个小区域循环的进水主管18与主出水管16呈多点交叉排列。 本实用新型的技术解决方案还包括所述的多点循环水冷降温储热机构，其特征是在多点循环水冷降温储热机构中，光伏电池组件5边框和盖板组成换热器箱体15，储水箱22下面
连通散热器25，散热器25另一端经过水泵20，在换热器箱体15内的进、出 水支管19和17多点交叉排列。所述的多点循环水冷降温储热机构，其特征是:在换热器箱体15内的进、 出水支管19和17以及、进、出水主管18和16组成换热器，换热器是多点 循环水冷降温储热机构与光伏组件5集成为一体化，光伏电池组件5工作面 向下方。所述的多点循环水冷降温储热机构，其特征是在多点循环水冷降温储热机构中，在光伏组件5表面处有温度传感器21，控制预警温度的传感器2] 输出端连接水泵20控制端。本实用新型技术的有益效果1、本装置日光的采集采用反光镜面直接反射日光到光伏组件，九 块平面反光镜反射的日光简单地在组件的工作面上叠加，所以我们给其 命名为"九倍迭光"，从理论上讲，迭光倍数可有多种选择，这里选用 九倍是综合考虑了诸如结构设计、体积大小、温度调节、成本控制等各 种因素而定的。其优点(l).大大的简化了日光聚集部件的设计制造，无 需特殊加工，在已知的几种专利产品中所采用的聚光构件特别是光学元 件均要求按设计严格制造，形状复杂、精度要求高，有些还需要专用设备， 无疑增加了加工成本。本装置不存在此问题，只要具备基本焊接及机加条件便可接产。(2).直接采用经原生产厂家按订货要求(加大内电路的允许通过电流、提高背面封装材料的导热性能——这些变动对封装厂家来说是很简单 的事情，决定的因素是订货批量)改进了的成品光伏电池组件，无需像其他产品要在本厂对单元光伏电池进行再加工焊接处理，精简了加工工序，简化
了生产条件；节约了光伏电池的造价。(3).光伏电池组件工作面朝向斜下 方，故无需设置防止落叶、鸟粪等杂物的构件，不会发生"热岛效应" 的问题。(4).用聚光方式采光的发电设备对跟日机的要求非常高，跟日 精度稍有误差，即发生散焦现象从而引起一系列问题。本装置加大了反 射镜面的面积，使迭光光斑的面积大于光伏组件面积，即可简单有效地 对跟日误差进行补偿，使间歇式根日成为可能，从而使跟日机构的设计 加工相应得到简化。我们称之为"光斑面积补偿跟日精度技术"。(5). 在本装置中由于照射在光伏组件上的光斑为九个平面反射光的叠加，故 只要反射镜面足够平整，则光斑即为均匀的，无需增加其他产品在聚光 后必须加入的光学匀光部件。(6)节约光伏发电的核心也是最昂贵的部 件——光伏电池约80%，节约投资约60%。大大的简化了日光聚集部 件、跟日机构的的设计制造，无需特殊加工，精简了加工工序，简化了 生产条件，成本低廉。节省能源，无环境污染。提高了光伏电池的使用 效率。从而降低成本，实现工业化生产。2、与其他聚光发电产品比较，本实用新型的时钟控制间歇式半自 动跟日机构特点主要体现在如下对地球上的某一点而言，太阳每天依某特定角度由东向西匀速转 动。此角度除与地球自转轴倾斜角有关外，还因季节变化而每天不同； 由于地处纬度不同，各地角度亦不同；由于大气折射作用的影响，实际 入射角度与太阳真实角度也不完全相同。因此对所有使用跟日机构的聚 光设备来说，转动角度与速率的设计确定(即实现精确跟日)都是非常 困难的问题。本装置基于以下分析太阳的转动角度如在要求并不很严
格的前提下，可以近似的分解为东西方向与南北方向的转动。东西方向每小时转动约15度，即每分钟0.4度。南北方向除依固定的地轴倾角转 动变化外，还因季节变化每天变动约0.25度。如果前文所述"光斑面积 补偿跟日精度技术"的补偿范围足够大，则在东西方向很容易实现间歇 式跟日技术。本装置设计补偿角度为士3度，可覆盖7.5分钟的转动角 度。而实际采用6分钟的间歇周期，补偿角度仍有余量。南北方向则采 用固定转动面与地表的夹角加人工调控的办法实现跟日，其中固定夹角 由转床座两端轴承支架的高低差决定，其具体度数依使用地所处纬度确 定，安装时用设在高端轴承支架的高度调节螺杆6做局部微调，调整好 后基本不再变动；季节角度变化用转床座和反射镜托架间的调节杆23 来改变两者间的夹角，每10天左右人工调节一次，调节量约2.5度左右， 也在前述补偿角度覆盖范围内。这样仅增加了极少的人工工作量，就圆 满地解决了跟日精度这个老大难问题。由于整个转动部件的质量中心 (重心)无法落在转动轴上，当转角变化时，驱动扭矩变化较剧烈，电 机负载严重不均匀。为解决此问题，在转床座2与底座1之间安装了扭 矩平衡弹簧24，通过调整弹簧拉力大小，即可将扭矩变化控制在最小的 范围内。主要优点(1)跟日机构的设计、加工特别简单，成本低廉。(2) 最大限度地节约了耗能。装置全天运行8小时，正常情况下发电总量约 1.2度(按250W发电能力的60X计)；本实用新型所采用的光伏电池如 在常规不聚光不跟日条件下使用，每天的发电总量仅有0.25度左右。其 标称功率为50W，应用在本装置上等效功率约250W。控制系统一个往返
的全部工作时间只有8—10分钟左右。按系统输入功率15W计，仅耗 电0.0025度。考虑到系统正程间歇式工作，频繁启动电流加大，其耗电 也占不到发电量的1%。 (3)因为采用精度补偿技术降低了对跟日精度 的要求，便可用简单的链条传动等方式将数套装置连接组成装置集群， 只用一套控制系统集中控制，更可节省大量资金，且减少了调整维护工3、多点循环水冷降温储热机构一换热器，换热器是本部分的关键 部件，它是与光伏组件集成为一体化的；进、出水口设置为多点交叉排 歹U，把整体循环分解为若干个小区域循环，这样就圆满地解决了光伏组 件冷却不均匀的问题。主要特点(1)可在发电的同时，向用户提供热 水， 一机多用，节省能源。(2)结构简单，成本低廉。(3)使用维护简 便。(4)可简便的改造为集热装置扩展用途。 四、附國说明
图1是整体结构前视示意图；图2是整体结构侧剖视示意图；图3是时 钟控制间歇式半自动跟日结构剖视示意图；图4是控制电路示意图；图5 是多点循环水冷降温储热结构剖视示意图。上述图中标号说明l一钢制底座，2—转床座，3—反射镜托架，4一 反射镜面，5—光伏电池组件，6—调节螺杆，7—轴承座，8—控制箱底盘， 9—防护罩，IO—蜗轮，11—转床座轴，12—总控拨桩，13—拨桩，14一电机 蜗杆，15—换热器箱体，16—主出水管，17—出水支管，18—进水主管，19 一进水支管，20—水泵，21—温控传感器，22—储水箱，23—调节杆，24— 扭矩平衡弹簧，25—散热器，26—横向轴，27—纵向轴。 五具体实施方式
参见图1，九倍迭光钟控跟日水冷降温式光伏发电装置，是由九倍迭光 光伏发电机构、时钟控制间歇式半自动跟日机构，以及发电组件中的多点循 环水冷降温储热机构组成。在九倍迭光光伏发电机构中，底座l是由型钢焊接制成，两端设有安装转床座2的轴承支架，两端支架高低不同，使转床座 2的转轴呈一定角度摆动，大体相当使用地所处纬度，其高端轴承支架设有 高度调节螺杆23，可微调转轴角度；两端轴承座均与转床座2支架用铰链连 接，以适应角度调节的需要。对照参看图2，高端轴承座7下固定安装有时 钟控制间歇式半自动跟日机构的控制箱，控制箱由底盘8及防护罩9组成， 转床座轴11及轴承座7从底盘正中穿出，防护罩9可拆卸，以对设备进行调 节维护。转床座2由型钢焊制，呈L形，两端有轴安装在底座1的轴承上并 能绕轴转动，纵向轴27就是两个轴的轴心线连线，也就是绕着纵向轴27左 右转动(就是以纵向轴27为轴心作东西方向的转动)，转动角在0—165度范 围，，在L形转床座2的水平框横向两边设有安装反射镜托架3用的耳片或轴 承，距耳片一定距离设有套筒及紧固螺钉，以固定反射镜托架3的调节杆23， 通过手动调节杆23使整个反射镜托架3绕着横向轴26前后(即以横向轴26 作南北方向的转动，可转动角度为南北回归线的夹角47度)。在L形转床座 2的拐角中央设置有扭矩平衡弹簧24，弹簧下端安装在底座1的横梁上，维 持整个机架的平衡状态。反射镜托架3也是由型钢焊制，呈九格阵列状，每 格之间均以一定角度连接，要求分布在一个以光伏组件5的中心点为焦点的 偏焦抛物面上，以保证其上粘结的九块反射镜4的反射光准确叠加在同一靶 的——光伏组件5上。九块平面反光镜4反射的日光简单地在光伏组件5的
工作面上叠加，所以我们给其命名为"九倍迭光"，从理论上讲，迭光倍数可有多种选择，当然也能用6块、12块和16块，具体用法和9块一样，在这里选用九倍是综合考虑了诸如结构设计、体积大小、温度调节、成本控制等各种因素而定的，做试验也是采用9块。每块镜面间留有适当缝隙以减小风阻。阵列下部通过斜撑等结构补强并与其底框连接。底框前部两侧设有轴承耳片，用通轴(即横向轴26)与转床座2实现铰接，后部两侧各设有一调节 杆23，穿入转床座2的套筒内，用以调节不同季节下太阳照射角度的变化。 其后端用螺栓固定一支架，用以放置光伏组件5，使光伏组件5正好处于反 射镜4的迭光斑正中。反射镜4基本要求是平整，反射均匀，反射率高，强 度好。其长宽的尺寸比选定的光伏组件5大，以补偿跟日误差，也就是前面 所述的跟日精度补偿技术，从而实现间歇式跟日及根日机构的简化。镜面4 与托架3用结构胶粘结并用耐候胶封固。选用成品光伏电池组件5，其结构 应紧凑，有效受光面积与组件实际面积的比率应尽可能大，该面积比直接影 响整个装置体积的大小。组件的标称功率可按实际情况确定，越大时其他机 构成本所占比例越小，单位功率投资减少，反之投资增加。但标称功率太大 时，整个装置的体积将成比例的增大，使其抗风能力受到影响。试验测试数 据证明本装置能将光伏组件发电效率提高5倍以上。当采用一块标称功率为 50W、转换效率为15%的成品光伏电池组件时，该组件面积约为0.42平米， 本装置等效于250W发电能力。组件按40元/W、其他机构部件按2000元/套 计，本装置可节约光伏电池成本60%。此时反射镜总面积约4.5平米左右。 如有更高光电转换效率的光伏组件，则体积更可縮小。参见图2，这是时钟控制间歇式半自动跟日机构，底座l横向高端支架 上用调节螺杆6和轴承座7安装可转角度的时钟控制间歇式半自动跟日机构； 一只低速直流电机固定在控制箱底盘8上，其电机轴输出为蜗杆14，两者合一简称为电机蜗杆14,蜗轮10固定在底盘8中间穿出的转床座轴11上。电 机转速30转/分，蜗杆蜗轮减速比180: 1，即转床座2的转速为l转/6分钟。 由于转床座2的总转角只有0—165度，故蜗轮10上的蜗齿只需加工半周。蜗 轮10朝向底盘8—面固定有若千(其具体数量=间歇周期/每日工作总时间) 控制转角的拨桩13，沿同一直径的圆周按设计的间距安装，每一拨桩13对应 一个时段的太阳位置，每只拨桩13的间距均可按所对应的太阳位置做适量调 整。另有一只拨桩单独安装在不同直径的位置上，称为总控拨桩12。参见图3，控制电路由以下元件组成Kl为总电源开关，KIL为行程总 开关，K2为时钟脉冲发生器，J为继电器，K3为继电器J开关节点组，K4 为微动行程开关，K5为行程换向开关，S为电磁控制刹闸，与电机串联，当 电机通电转动时S松开，停转时S锁死。K2和继电器J串联挂接在带有Kl 的电池组上，同时也连接在K5的触点上。行程总开关KIL、微动行程开关K4， 行程换向开关K5安装在底盘8上。对照图1和图2，其工作过程如下(1) 初始状态时转床座2停留在最东方向，此时总控拨桩12在K1L处，Kl被联 动关闭，K3常闭、K4常开、K5在返程位置。系统处于休眠状态。(2)在预 定开始工作时间(例如9.00)到达前5分钟内(8.55—8.59)操作者先人工 将K5复位至正程位置，开启K1，系统即进入待工作状态。(3)当K2在9.0() 发出第一个驱动脉冲时，继电器被吸动，K3开启，K3/K4形成通路，电机开 始带动!^轮及转;^座2向西转动。当第一只拨桩13转到K4时压迫K4关闭， 转动暂停，此后K3在脉冲时长与继电器J延时作用下被关闭，电机又被短暂
启动，当拨桩13滑出K4范围时K4开启，转动停止，系统又进入待工作状态。 此时转床座2停留在对应当时太阳的位置。下一个驱动脉冲到来时，K3又开 启，如此反复运转，每6分钟一次循环，每只拨桩依次作用。(4)当总控拨 桩12随蜗轮10转动运行到K5时(即转床座转动到设定的最西位置时)，K5 被拨到返程位置，系统开始反向复位运转，总控拨桩12回转至KIL时(最东 方)，Kl被联动关闭， 一天工作结束，系统又进入休眠状态。控制系统内置时钟每隔固定时间6分钟产生一个时长约2. 5秒(可调) 的直流脉冲，经放大后输出用于驱动控制电路的继电器J。与其他聚光发电产品比较，本部分的特点主要体现在如下 对地球上的某一点而言，太阳每天依某特定角度由东向西匀速转动。此 角度除与地球自转轴倾斜角有关外，还因季节变化而每天不同；由于地处纬 度不同，各地角度亦不同；由于大气折射作用的影响，实际入射角度与太阳真实角度也不完全相同。因此对所有使用跟日机构的聚光设备来说，转动角 度与速率的设计确定(即实现精确跟日)都是非常困难的问题。本装置基于以下分析太阳的转动角度如在要求并不很严格的前提下，可以近似的分解 为东西方向与南北方向的转动。东西方向每小时转动约15度，即每分钟0.4 度。南北方向除依固定的地轴倾角转动变化外，还因季节变化每天变动约 0.25度。如果前文所述"光斑面积补偿跟日精度技术"的补偿范围足够大， 则在东西方向很容易实现间歇式跟日技术。本装置设计补偿角度为士3度， 可覆盖7. 5分钟的转动角度。而实际采用6分钟的间歇周期，补偿角度仍有 余量。南北方向则采用固定转动面与地表的夹角加人工调控的办法实现跟日， 其中固定夹角由转床座两端轴承支架的高低差决定，其具体度数依使用地所
处纬度确定，安装时用设在高端轴承支架的高度调节螺杆6做局部微调，调整好后基本不再变动；季节角度变化用转床座和反射镜托架间的调节杆23 来改变两者间的夹角，每10天左右人工调节一次，调节量约2.5度左右，也 在前述补偿角度覆盖范围内。这样仅增加了极少的人工工作量，就圆满地解 决了跟日精度这个老大难问题(如多台本装置组合成机群时，此调节杆23 人工调节可改为电机系统集中控制)。由于整个转动部件的质量中心(重心) 无法落在转动轴上，当转角变化时，驱动扭矩变化较剧烈，电机负载严重不 均匀。为解决此问题，在转床座2与底座1之间安装了扭矩平衡弹簧24，通 过调整弹簧拉力大小，即可将扭矩变化控制在最小的范围内。参见图4，这是多点循环水冷降温储热机构。主要由储水箱22、冷却散 热器25、换热器、温控直流微型水泵20及管道系统组成。这里的换热器是指 在光伏组件5边框和盖板组成的换热器箱体15内，所有的进出水主管18、 16 和进出水支管19、 17的组合，储水箱22内的水经过散热器25自然冷却后在 微型直流泵20驱动下通过主进水管18与进水支管19进入由光伏组件5边框 和盖板组成的换热器箱体15内，吸收光伏组件5背面的热量，使光伏组件5 降温，变成热水，通过出水支管17和总管16进入储水罐22中，形成一个循 环。储水箱22中的热水可直接使用，也可作热源供其他使用，在图中储水罐 22右侧的进口为补水，左下侧的出口为供热口端，上面右出口为溢水口。微 型直流泵20由设置在光伏组件5表面的温度传感器21控制，达到预警温度， 水泵20自动工作开始循环，温度降低循环停止。预设的温度比最高环境温度 稍高一点。换热器是本部分的关键部件，它是与光伏组件5集成为一体化的， 利用光伏组件5边框的厚度经密封处理加上盖板与进出水管口即成。因光伏组
件5面积较大，如果采用普通单管循环，进口端区与出口端区温差较大，致使 光伏组件5工作环境低劣，发电效率降低、使用寿命缩短甚至损坏。为解决此 问题将进、出水口设置为多点交叉排列，把整体循环分解为若干个小区域循环，这样就圆满地解决了光伏组件冷却不均匀的问题。具体结构是在进水总管18 上等距焊接若干支管19，出水主管16上也同样焊有支管17，数个18与数个 16交叉排列，使支管通过盖板插入箱体15内，为使冷却水充分流动，出水支 管与进水支管进入盖板的深度不同，可部分的阻断水流短路，提高换热效率。 储水箱22中的热水如兼做供热使用时应有良好保温；如不需供热，则不需保 温，这时可省去散热器25，储水箱22直接当作散热器。
权利要求1、 多点循环水冷降温储热机构，有光伏电池组件5，其特征是在 光伏电池组件(5)中安装有多点循环水冷降温储热机构的换热器(15)， 储水箱(22)下面经过水泵(20)、进水主管(18)、进水支管(19)连 通换热器箱体(15)，在换热器箱体(15)内的出水支管(17)经过主出 水管(16)返回连接到储水箱(22)上面，整体循环分解为若干个小区 域循环的进水主管(18)与主出水管(16)呈多点交叉排列。
2、 根据权利要求l所述的多点循环水冷降温储热机构，其特征是 在多点循环水冷降温储热机构中，光伏电池组件(5)边框和盖板组成换 热器箱体(15)，储水箱(22)下面连通散热器(25)，散热器(25)另 一端经过水泵(20)，在换热器箱体(15)内的进、出水支管(19)和(17) 多点交叉排列。
3、 根据权利要求2所述的多点循环水冷降温储热机构，其特征是-在换热器箱体(15)内的进、出水支管(19)和(17)以及、进、出水 主管(18)和(16)组成换热器，换热器是多点循环水冷降温储热机构 与光伏组件(5)集成为一体化，光伏电池组件(5)工作面向下方。
4、 根据权利要求2所述的多点循环水冷降温储热机构，其特征是 在多点循环水冷降温储热机构中，在光伏组件(5)表面处有温度传感器(21)，控制预警温度的传感器(21)输出端连接水泵(20)控制端。
专利摘要本实用新型涉及一种多点循环水冷降温储热机构。现有技术中光伏电池的原材料一结晶硅非常昂贵，生产量较小，致使光伏发电投资巨大，成本偏高。本实用新型的目的是利用光伏电池当光照强度增加时输出功率变大的输出特性研制一种九倍迭光钟控跟日水冷降温式光伏发电装置中的多点循环水冷降温储热机构。技术方案储水箱下面经过水泵、进水主管、进水支管连通换热器箱体内的出水支管，出水支管经过主出水管返回连接到储水箱上面，交叉排列。效果节约光伏电池约80％，节约投资约60％。精简了加工工序，简化了生产条件，成本低廉，节省能源，无环境污染。提高了使用效率。实现工业化生产。
文档编号H01L31/058GK201038173SQ200720031648
公开日2008年3月19日 申请日期2007年4月25日 优先权日2007年4月25日
发明者懋 冯 申请人:懋 冯