专利名称：一种太阳能聚光装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能聚光装置。
在太阳能利用过程中一直有一个基本的困难没有解决，那就是太阳光的能量密度太低(只有1KW/m2)，而单位面积的光能的转换部件的成本却很高(如太阳能电池板600$/m2，而转换效率仅为15％)，这就造成太阳能发电成本过高而失去了和其它能源的经济竞争优势。提高太阳能密度的一个有效办法就是采用聚光镜的办法使大范围内的太阳光聚集到一个小的范围内，从而大大提高了太阳光的能量密度，但是由于地球不断地围绕太阳运动，为了保持聚焦，到目前为止人们所采用的聚光装置大都是采用转动聚光镜的办法跟踪太阳而保持聚焦，为了利用100m2的太阳光，不得不转动一个100m2的聚光系统来跟踪太阳(以秦皇岛阿尔法太阳能动力有限公司生产的JTD型太阳能聚光光伏电站为例)，它是将大量的聚光镜和太阳能电池制成一个面积庞大的整体模块装置，由自动跟踪控制装置按所要求的方向控制其转动以跟踪太阳，虽提高了太阳能电池的利用效率，但由于该系统装置的重量、体积庞大，使跟踪成本加大，显然是一个低效而代价高昂的办法。
本实用新型的目的是提供一种太阳能聚光装置，其移动部件重量体积大大降低，而且控制成本低廉。
为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案一种太阳能聚光装置，由聚光镜及光能转换部件、导轨框架装置、传动装置及电机控制电路组成，导轨框架装置包括倾斜导轨及一由传动装置带动横向移动的横向支架、由另一传动装置带动纵向移动的纵向支架，横向支架由纵向支架支撑。光能转换部件固定在横向支架上，且受光表面与聚光镜平行。
聚光镜可按需求选定一个或多个，当聚光镜为多个时，排列成阵列形式；以相同数量的光能转换部件排列成相同的阵列，并在横向支架上固定成一个整体。
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型的结构示意图(不包括传动装置及控制跟踪系统)。
图2为横向支架(EW支架)驱动示意图图3为横向支架(EW支架)和纵向支架(SN支架)的连接示意图图4为纵向支架(SN支架)移动控制装置示意图图5为电机控制电路原理图如图1所示，本实用新型由底部支撑件1、聚光镜2、光能转换部件3、导轨框架装置(包括横向支架5，纵向支架6)、倾斜导轨4、相关传动装置及控制跟踪系统组成。
底部支撑件1可为底板或网架。
聚光镜2选定多个时应具有相同的大小和焦距(如大小为2m×2m的矩型，焦距也为2m)，以相同的倾角(与地面的夹角等于该地的纬度)排列成矩阵形式，横向(东西方向)有m面，纵向(南北方向)为n排，m、n的数量可按所需要求确定，纵向相邻两排之间以前排不遮挡后排为宜，横向可以紧密排列。
光能转换部件3(如太阳能电池、太阳能聚热器等)与聚光镜数量相同并排列成相同的阵列形式，其受光表面与聚光镜平行，固定在横向支架(EW支架)上，随EW支架可做东西横向移动。例如在实施例中其形状可做成正方形，每一个光能转换部件始终相互保持一个平面内移动，光能转换部件的受光面积小于聚光镜受光面积的10％，其平面和聚光镜平行，距聚光镜中心的垂直距离为焦距的75％-100％。
EW支架的驱动可参照图2所示的实施例，底座603、变速箱605、步进电机606固定在纵向支架(亦为SN支架，未画出)上。一带有传动螺纹的传动螺纹杆601与EW支架固定联接，在传动螺纹杆601上套底座603，主驱动齿轮602与底座603轴承联接，与副驱动齿轮604齿轮联接，步进电机606受控于电机控制电路、通过驱动变速箱605带动齿轮传动系统工作。
SN支架是用来支撑EW支架的，其相互联接可参照图3所示，连接架子7固定在SN支架5上，其上有两个滚动轴承，EW支架6固定在两个滚动轴承之间，可以在两个轴承之间横向移动。
SN支架移动的控制装置可参照图4，上固定件501、下固定件504，变速箱506，步进电机507固定在倾斜导轨4上，传动件503固定在SN支架(未画出)上，其内孔有螺纹套在传动螺杆502上，当传动螺杆502转动时，带动传动件503沿倾斜导轨移动，从而带动SN支架移动，步进电机507驱动变速箱，带动驱动齿轮组505、508转动，而带动传动螺杆502转动，步进电机507受控于电机控制电路。
图5所示的是电机控制电路。
电机控制电路由定时装置、电机转向信号产生装置、步进脉冲发生装置、电机正反向控制电路构成。
定时装置的输出提供给电机转向信号产生装置和步进脉冲发生装置，电机转向信号产生装置的输出接电机正反向控制电路的控制端，步进脉冲发生装置的输出为步进电机提供电源。
实施例中，定时装置，电机转向信号产生装置、步进脉冲发生装置均由同一个单片机IC1构成，电机正反向控制电路是由四个晶体管T1-T4构成的桥式开关。图示驱动器LM324、锁存器IC2、晶体管T1-T4仅为框架横向移动控制部件，另有一套同样的部件用于框架纵向移动控制在图中未示出，该部份从单片机IC1的P1.3-P1.5脚接出。
地球绕太阳公转一周时间为一年，每天日出日落时间均有变化，且每天阳光的入射角也不同。故在单片机中存入一年中每天的日出时间、日落时间、今日与昨日两者阳光入射角的变化量(以正或负值步进量计量)。
开机初始化后单片机IC1进行软件计时。日出时间到，则IC1的P1.1脚和P1.2脚送出启动信号和正向驱动信号至锁存器IC2，经其锁存后，接通电机正反向控制电路中的晶体管T1和T4，IC1的P1.0脚送出步进脉冲经LM324驱动后提供给步进电机D(图2中所示为步进电机606)由步进电机D带动框架横向移动。
此后，每隔一段时间(视控制精度而定)，由P1.0脚送出步进脉冲，驱动步进电机D。
日落时间到，则由P1.2送出启动信号，P1.1送出反向驱动信号，经锁存后，接通T2和T3，单片机的P1.0脚再送出步进脉冲给电机，使电机带动框架横向反移，至第二天日出所需的位置。此后，再用P1.3～P1.5对第二套电机(图4中所示为步进电机507)控制，使框架纵向移动至第二天所需位置。如此周而复始。
本实用新型的工作原理是当太阳光垂直照射聚光镜时，所有的聚光镜将射到其上的阳光聚焦到各自的焦点上。由于所有的聚光镜的规格完全相同，且倾角相同，所以所有的焦点都在同一个水平面上，这些焦点所形成的阵列和聚光镜所构成的阵列完全相同，当太阳移动的时候，阳光的聚集点将向相反的方向移动，且各个聚光镜的聚光点的移动也完全相同。所有的聚光点仍保持在同一个平面内，且它们的相对位置保持不变。实质是所有聚光点的整体平移。
由于季节的不同，太阳的纬度角将发生变化，这时我们可以移动SN支架，使光能转换部件始终处于反射光的能量中心。一天之内，太阳由东向西移动，心。
以轴对称抛物线型聚光镜为例，严格来讲，只有当入射光为平行光且入射角为0°时，反射光线才会聚焦到其焦点上。当入射角增大时，焦点就会散开。但一天的相当部分的时间内，聚光镜仍可以将入射光的大部分能量聚焦到一个很小的范围内。如果聚光镜的直径等于其焦距f，而光能转换部件的直径为0.15f。且在距聚光镜中心的垂直距离为0.88f的平面内移动来跟踪反射光，使光能转换部件始终处于反射光的能量最密集处。假设聚光镜的反射效率为100％(通常为90％左右)。当入射角小于25°时，聚光镜可以将射到其上的绝大部分能量聚焦到光能转换部件上，当入射角25°～35°时，聚光镜可以将射到其上的大部分能量聚焦到光能转换部件上，当入射角等于45°时，聚光镜仍可以将射到其上的近一半能量聚焦到光能转换部件上，这样一天平均下来，聚光镜可以将射到其上的大部分能量聚焦到光能转换部件上，以上仅为一普通实施例，在具体设计时，要根据具体的经济成本，选择最优的聚光镜的大小和形式，(如抛物线型，球面型，双曲线型，菲涅尔聚光镜等)以及光能转换部件的最优的大小和形状及其距聚光镜的距离。
如果太阳能电池由于光能聚焦倍率较高，应该设冷却装置，如风冷水冷等，应用现在通用的冷却方式即可达到良好的效果。
本实用新型的优点是本实用新型使笨重，庞大的聚光镜固定，而移动的部分只是光能转换部件，体积小，重量轻，控制容易。而且本实用新型将多个聚光镜排成阵列形式，并将所有的光能转换部件固定在一起同时移动，一套控制系统既可以控制小面积亦可同时控制数千平方米面积的聚光装置，这样单位功率的制造、控制成本大大降低。
本实用新型精度要求低，移动部件小，安装容易，易于维修，使用寿命长。
权利要求1.一种太阳能聚光装置，由聚光镜及光能转换部件、导轨框架装置、传动及控制装置组成，其特征在于所述的导轨框架装置包括倾斜导轨及一由传动装置带动横向移动的横向支架、由另一传动装置带动纵向移动的纵向支架，横向支架由纵向支架支撑，所述的光能转换部件固定在横向支架上。
2.根据权利要求1所述的太阳能聚光装置，其特征在于所述的聚光镜为多个，排列成阵列形式；相同数量的光能转换部件排列成相同的阵列并在横向支架上固定为一可整体移动的整体。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能聚光装置，其特征在于所述的聚光镜固定在一底部支撑件上。
4.根据权利要求3所述的太阳能聚光装置，其特征在于所述的底部支撑件为底板。
5.根据权利要求3所述的太阳能聚光装置，其特征在于所述的底部支撑件为网架。
6.根据权利要求1、2或3所述的一种太阳能聚光装置，其特征在于所述的光能转换部件的受光面积小于聚光镜受光面积的10％，其受光平面距聚光镜中心的垂直距离为焦距的75％-100％。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能聚光装置，其特征在于光能转换部件的受光表面与聚光镜平行。
专利摘要本实用新型涉及一种太阳能聚光装置,由聚光镜及光能转换部件、导轨框架装置、传动装置及电机控制电路组成,导轨框架装置包括倾斜导轨及一由传动装置带动横向移动的横向支架、由另一传动装置带动纵向移动的纵向支架,横向支架由纵向支架支撑。光能转换部件固定在横向支架上,且受光表面与聚光镜平行。其移动部件小,安装容易,易于维修,使用寿命长,单位功率的制造、控制成本低。
文档编号H01L31/0232GK2359803SQ9920451
公开日2000年1月19日 申请日期1999年2月8日 优先权日1999年2月8日
发明者王瑞峰 申请人:王瑞峰