专利名称：一种太阳能线性变焦单向跟踪光伏发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能利用，特别是太阳能聚焦跟踪焦点为直线的线性跟踪以及组成阵列跟踪及聚焦光伏发电系统。
背景技术：
光伏发电电池板提高效率的有效方式就是采用跟踪聚焦光伏发电，这样可以有效 的提高光伏电池的效率，降低成本。太阳能聚焦跟踪技术主要有槽式、塔式和蝶式三种，但都是应用于大规模的太阳 能热电站，没有将相关的技术应用于聚焦光伏发电。同时由于聚焦跟踪提高了太阳能电池板的温度，因而需要增加对于太阳能电池板 的散热器，同时也可以将其进行热光光伏的综合应用。中国专利200710176966提供了一种组合的跟踪系统，可以用于槽式、塔式结合的 跟踪系统，其跟踪的方式采用将焦点不动而太阳能镜系统进行运动的方式，主要是采用在 地面上设置两个轨道进行跟踪，而槽式系统线聚焦系统，利用其线性轴与地球自传轴平行 放置，因而可以采用一个方向的转动实现跟踪，但是该方案采用在地面上的转动来实现槽 式跟踪，显然不能实现跟踪，因而发明者在方案中进一步设置了俯仰跟踪，这样槽式系统就 不是单向跟踪，而成为双向的跟踪，因而发明者没有解决槽式单向跟踪时焦线不运动的跟 踪问题。本发明人在200610020352发明中公布了变焦跟踪的太阳能利用系统，主要采用 盘式或十字型双向跟踪方式实现变焦跟踪，但是该系统不是采用单向跟踪。
发明内容
本发明提供一种太阳能线性变焦单向跟踪光伏发电系统，采用线聚焦光学镜以及 单轴单向的跟踪系统共同实现聚焦光伏发电，将太阳能电池板设置在光学镜的焦线区域 内，并使得保持静止状态，这样通过驱动太阳镜运行实现将太阳能镜的焦线位于太阳能电 池板的区域，实现太阳能电池板的聚焦光伏发电。本发明提供了其阵列结构，适合于不同规模的系统，同时也适合于大规模的利用 太阳能，特别是太阳能的光伏发电以及热利用。具体发明内容如下一种太阳能线性变焦单向跟踪光伏发电系统，包括至少一个太阳能光伏电池板、 至少一组光学镜其中每组光学镜由至少一个太阳能线性聚焦光学镜组成、为每组光学镜提 供支撑的太阳能镜支架、使太阳能线性聚焦光学镜能跟踪太阳运动的太阳能跟踪装置、动 力驱动装置、以及电子控制系统，其中每个太阳能线性聚焦光学镜上设置有至少一个转轴， 每组光学镜的转轴设置在太阳能镜支架上，所述太阳能镜支架与所述的太阳能跟踪装置相 连接，通过动力驱动装置驱动太阳能跟踪装置使线性聚焦光学镜进行运动，从而实现使每 组光学镜的焦线始终保持在太阳能光伏电池板所在的圆柱区域内。
根据需要可以选择不同类型的支架系统，太阳能镜支架可以选择平面直线型或非 直线型的器件，这样可以适合于任何的形式的太阳能镜的使用，可以根据需要选择适合的 太阳能镜。当然优选于非直线型的支架，因为采用非直线的太阳能镜支架可以为每组光学 镜的运动提供更灵活和方便的支撑与运动轨迹，同时可以降低成本、提高跟踪效率，非直线 型太阳能镜支架通常可以选择下列至少一种形状的器件A、抛物线型；B、弧形；C、或圆形器件；D、多边形支架；E、复合抛物线型。所述的跟踪装置包括用于支撑整个系统的跟踪支架和动力传输机构，所述的太阳 能镜支架设置在跟踪支架上，所述动力传输装置一端与驱动装置进行连接，至少另一端可 以设置在转轴上、太阳能镜支架上或者太阳能镜的边框上。任何通过动力驱动系统(6)驱动动力传输机构，都可以用于本发明的太阳能跟 踪，所述的动力传输机构选择下列之一齿轮机构(10)、链条机构、涡轮蜗杆机构、铰链机 构。其中当动力传输装置(10)的另一端设置在太阳能线性聚焦光学镜的转轴上时， 转轴与光学镜固定连接，通过动力驱动装置驱动传输装置的齿轮或者链条或者铰链机构， 使转轴转动，从而带动太阳能线性聚焦光学镜围绕转轴转动；当动力传输装置设置在太阳 能镜支架上时，可以驱动太阳能镜支架进行运动；当动力传输装置直接设置在太阳能线性 聚焦光学镜上时，可以直接驱动太阳能线性聚焦光学镜进行运动。所述的太阳能光伏发电电池板为单晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜电池的一种，太阳能 电池板设置在圆柱焦线区域内，在太阳能电池板的背面设置有散热装置。由于聚焦跟踪提 高了太阳能电池板的温度，在电池板的背面设置有散热装置可以很好的解决这个问题，同 时采用热管作为散热器件，可以很好的实现太阳能光伏与光热的综合的利用。太阳能线性聚焦光学镜的焦线选择下列方式之一进行放置与地球自转轴平行、 与地球自转轴平行夹角最小、与地面平行、与水平面平行，优选为与地球自转轴平行放置。 为了达到最优的单轴跟踪，采用将线聚焦的轴线与地球自传轴平行设置，同时采用将线聚 焦光学镜以焦线为轴进行运动，取代太阳能镜与焦线同时运动，实现了将焦线不运动的跟
S示ο在太阳能光伏电池板的周围，还设置有二次反射镜，在进行对太阳能的跟踪过程 中，可能出现跟踪的误差，或者部分的太阳光由于散射等原因，经过第一次的太阳能光学镜 线聚焦后太阳光处于太阳能利用设备之外的区域，为了减少此部分的损失，采用了二次聚焦，即在太阳能利用设备上设置一个二次聚焦的太阳能镜，将一次聚焦损失的太阳能光经 二次聚焦后将太阳能光聚焦到太阳能光伏电池板上，通常可以选择至少下列一种作为太阳 能线性聚焦的光学镜和二次聚焦光学镜(8)A、线性复合抛物面反射镜；B、线性菲涅尔透镜或反射镜；C、线性凹、凸透镜；
D、线性抛物面反射镜；E、玻璃、金属、非金属的平面反射镜。 可以将二次聚焦光学镜设置在太阳能光伏电池板上，与一次聚焦的太阳能镜一起 转动，这样一次和二次聚焦的太阳能镜可以采用同一个跟踪设备和驱动设备实现对太阳能 的二次聚焦，提高了太阳能利用的效率。通过动力驱动系统(6)驱动动力传输机构(10)，实现对太阳能的跟踪，所采用的 动力驱动系统装置，选自下列之一A、机械驱动器件，优选为机械发条、弹簧、跟踪；B、相变驱动装置，采用密闭在一个空间的物质，随着温度的增大使其压力的增大， 来推动运动机构，实现跟踪；上述A、B两种跟踪不需要耗费电能，成为无电驱动；C、利用电能带动电机或液压装置驱动动力传输机构(10)来实现跟踪；D、通过电或光的传感器的信号，通过比较不同部位的太阳能转化器件的电流、电 压值和/或光亮度值，由计算机或单片机来调整电机(6)的运动实现的跟踪；上述C、D两种跟踪需要耗费电能，成为耗电驱动。至少有多个太阳能光伏电池板设置为一个阵列，每个阵列由多组太阳能镜、跟踪 系统、支架系统、太阳能光伏电池板组成，对同一排和/或同一列的太阳能光伏电池板，共 用一个动力驱动设备，每个阵列可以设置在一个共同的平台上或设置在一个地面和/或建 筑物的区域。为了便于使用，可以将该系统设置在不同的区域，既可以设置在地面，也可以设置 在建筑物顶部，通常采用多个太阳能光伏电池板(1)设置为一个阵列，每个阵列可以设置 在一个共同的平台上或设置在一个地面和/或建筑物的区域。其中至少有多个太阳能利用 设备(1)设置为一个阵列，每个阵列由多组太阳能镜、跟踪系统、支架系统、太阳能利用设 备组成，对同一排和/或同一列的太阳能光伏电池板，共用一个动力驱动设备(6)。在每个阵列上设置多排、列太阳能光伏电池板，每一个阵列上的每排或列太阳能 光伏电池板通过热管进行散热器和换热。在每个阵列上设置多排、列太阳能利用设备(1)，每一个阵列上的每排或列太阳能 利用设备(1)通过热管系统(9)，多个阵列之间通过热管系统(9)换热或者直接利用。本发明选择的方案是实现本发明目的的优选方案，任何符合本发明的原理的方案 和技术、产品，都是本发明的保护范围。采用本发明的技术方案可以达到下列有益效果1、可以减少器件的运动范围，减少跟踪的动力驱动部分的能耗，实现高效、高可 靠、低成本的跟踪以及太阳能聚焦光伏电池发电。2、可以适合与建筑成为建筑一体化太阳能利用。3、可以便于实现阵列的太阳能光伏电站的建设，实现不同的太阳能产品的高效的 大规模的利用。4、可以适合于小型区域及家庭的综合利用，同时实现太阳能光伏与光热综合利用。
图1是多抛物线反射镜太阳能聚焦发电系统2是菲涅尔反射镜太阳能聚焦发电系统3是多玻璃镜反射镜聚焦光伏发电系统4是多金属板反射镜聚焦光伏发电系统中具体标号的含义如下1 太阳能光伏电池板，2 太阳能线聚焦光学镜，3 太阳能镜支架，4 跟踪支架，5 转轴，6 动力驱动装置(电机)，7 齿轮，8 二次太阳能反射镜，9 动力传输系统，10 热管 散热系统。
具体实施例方式实施例一多抛物线反射镜太阳能聚焦发电系统本图为一个侧视图，太阳能镜(2)为四个抛物面反射镜(2)，共同聚焦于圆柱区 域，在焦线圆柱区域内设置太阳能光伏电池板，抛物面镜设置在一个抛物线型的器件上，在 每一个抛物线镜上设置有一个轴，太阳能镜可以沿着转轴(5)进行转动，四个太阳能镜通 过不同的运动实现对太阳能的跟踪，同时将太阳能光聚焦到太阳能光伏电池板上，同时在 太阳能电池板上设置有热管散热器系统，实现太阳能光伏与光热的综合的利用。四个抛物 线镜采用同一个驱动系统，传递机构为齿轮组，不同的太阳能镜的齿轮齿数不同，从而可以 采用不同的转速有驱动不同的太阳能镜进行运动，实现对太阳能跟踪及利用。实施例二 菲涅尔反射镜太阳能聚焦发电系统如图2所示，本例采用双组菲涅尔反射镜系统实现太阳能跟踪，其中每一组太阳 能镜为2个菲涅尔反射镜，两组太阳能镜跟踪系统串联；太阳能光伏与光热综合利用系统 设置在圆柱焦线区域内，单晶硅的太阳能电池板设置在真空管的内部，同时还设置有一个 水冷装置为太阳能电池板提供散热装置，这样既可以实现聚焦光伏发电又可以实现热水的 利用；四个菲涅尔反射镜固定在三个圆环型器件上，动力驱动装置为一个电机(6)，动力传 输装置为设置在圆环上的齿轮机构，电机通过齿轮机构驱动设置在圆环上的齿轮，使得太 阳能镜在圆环上进行转到，实现了对太阳能的跟踪以及利用。实施例三、多玻璃镜反射镜聚焦光伏发电系统图如图3所示，本案例为多镜阵列跟踪系统，采用四个玻璃反射镜，动力驱动装置为 一个电机，电机通过链条的动力传输设备驱动两个设置在焦线转轴上的齿轮，实现对2*2 阵列的太阳能跟踪，太阳能电池板设置在焦线区域内。实施例四、多金属板反射镜聚焦光伏发电系统如图4所示，有三个多金属板反射镜组成的一组太阳能镜跟踪系统，每个金属板 设置在两个圆形的太阳能镜支架上，每个金属板设置有两个转轴，动力部分为电机，通过电 机驱动三个齿轮组，分别实现对每一个金属板的驱动，驱动部分的齿轮设置在金属板的转 轴上，通过一个实现对整个系统的驱动。太阳能电池板为碲化镉胳膊电池板，可以提高其发 电效率，降低成本。根据本发明的原理 ，可以实现其他的实施例，但是只要符合本发明的条件，都属于 本发明的实施内容。
权利要求
一种太阳能线性变焦单向跟踪光伏发电系统，包括至少一个太阳能光伏电池板、至少一组光学镜其中每组光学镜由至少一个太阳能线性聚焦光学镜组成、为每组光学镜提供支撑的太阳能镜支架、使太阳能线性聚焦光学镜能跟踪太阳运动的太阳能跟踪装置、动力驱动装置、以及电子控制系统，其特征是每个太阳能线性聚焦光学镜上设置有至少一个转轴，每组光学镜的转轴设置在太阳能镜支架上，所述太阳能镜支架与所述的太阳能跟踪装置相连接，通过动力驱动装置驱动太阳能跟踪装置使线性聚焦光学镜进行运动，从而实现使每组光学镜的焦线始终保持在太阳能光伏电池板所在的圆柱区域内。
2.根据权利要求1所述太阳能线性变焦单向跟踪光伏发电系统，其特征是所述的太 阳能镜支架为平面直线型或非直线型，非直线型太阳能镜支架选择下列至少一种形状的器 件A、抛物线型；B、弧形；C、或圆形器件；D、多边形支架；E、复合抛物线型。
3.根据权利要求1、2所述太阳能线性变焦单向跟踪光伏发电系统，其特征是所述跟 踪装置包括用于支撑整个系统的跟踪支架和动力传输机构，所述太阳能镜支架设置在跟踪 支架上，所述动力传输装置一端与驱动装置进行连接，至少另一端设置在转轴上、太阳能镜 支架上或者太阳能镜的边框上。
4.根据权利要求3所述太阳能线性变焦单向跟踪光伏发电系统，其特征是所述动力 传输机构选择下列之一齿轮机构、链条机构、涡轮蜗杆机构、铰链机构。
5.根据权利要求1、2所述的太阳能线性变焦单向跟踪光伏发电系统，其特征是所述 的太阳能光伏发电电池板为单晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜电池的一种，太阳能电池板设置在 圆柱焦线区域内，在太阳能电池板的背面设置有散热装置。
6.根据权利要求1、2所述的太阳能线性变焦单向跟踪光伏发电系统，其特征是太阳 能线性聚焦光学镜的焦线选择下列方式之一进行放置与地球自转轴平行、与地球自转轴 平行夹角最小、与地面平行、与水平面平行，优选为与地球自转轴平行放置。
7.根据权利要求1、2所述太阳能线性变焦单向跟踪光伏发电系统，其特征是在太阳 能光伏电池板的周围，还设置有二次反射镜，太阳能线性聚焦的光学镜以及二次反射镜选 择自下列至少一种A、线性复合抛物面反射镜；B、线性菲涅尔透镜或反射镜；C、线性凹、凸透镜；D、线性抛物面反射镜；E、玻璃、金属、非金属的平面反射镜。
8.根据权利要求1、2所述太阳能线性变焦单向跟踪光伏发电系统，其特征是所采用 的动力驱动系统装置，选自下列之一A、机械驱动器件，优选为机械发条、弹簧、跟踪；B、相变驱动装置，采用密闭在一个空间的物质，随着温度的增大使其压力的增大，来推动运动机构，实现跟踪；C、利用电能带动电机或液压装置驱动动力传输机构来实现跟踪；D、通过电或光的传感器的信号，通过比较不同部位的太阳能转化器件的电流、电压值 和/或光亮度值，由计算机或单片机来调整电机的运动实现的跟踪。
9.根据权利要求1-8所述的任一太阳能线性变焦单向跟踪光伏发电系统，其特征是 至少有多个太阳能光伏电池板设置为一个阵列，每个阵列由多组太阳能镜、跟踪系统、支架 系统、太阳能光伏电池板组成，对同一排和/或同一列的太阳能光伏电池板，共用一个动力 驱动设备，每个阵列可以设置在一个共同的平台上或设置在一个地面和/或建筑物的区 域。
10.根据权利要求8所述太阳能线性变焦单向跟踪光伏发电系统，其特征是在每个阵 列上设置多排、列太阳能光伏电池板，每一个阵列上的每排或列太阳能光伏电池板通过热 管进行散热器和换热。
全文摘要
本发明公布了一种太阳能线性变焦单向跟踪光伏发电系统，采用线聚焦光学镜以及单轴单向的跟踪系统共同实现聚焦光伏发电，将太阳能电池板设置在光学镜的焦线区域内，并使得保持静止状态，这样通过驱动太阳镜运行实现将太阳能镜的焦线位于太阳能电池板的区域，实现太阳能电池板的聚焦光伏发电。本发明采用焦线不运动的结构设计，将太阳能电池板设置在焦线区域内，同时采用热管最为散热器件，从而实现太阳能光伏与光热的综合的利用。本发明提供了其阵列结构，适合于不同规模的系统，同时也适合于大规模的利用太阳能，特别是太阳能的光伏发电以及热利用。
文档编号H01L31/042GK101841269SQ200910301040
公开日2010年9月22日 申请日期2009年3月22日 优先权日2009年3月22日
发明者李建民 申请人:北京智慧剑科技发展有限责任公司