一种太阳光聚光装置的制作方法

本发明涉及光伏发电领域，特别是涉及一种太阳光聚光装置。

背景技术：

在太阳能发电系统中，太阳光双轴跟踪系统可大幅提高太阳能电池板表面照度，增加太阳能电池板的发电量。但双轴跟踪系统需要承载太阳能电池板重量，使得系统重量大，跟踪过程中能量消耗较大。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种太阳光聚光装置，降低跟踪过程中的能量消耗。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种太阳光聚光装置，包括：主控制器、太阳能电池板、均匀分布在所述太阳能电池板边缘的至少两个阳光传感器以及均匀分布在所述太阳能电池板边缘的多个双轴聚光反射镜；所述阳光传感器用于检测太阳光的入射角；每个所述阳光传感器的输出端均与所述主控制器的信号输入端连接；所述主控制器的控制输出端与各所述双轴聚光反射镜的控制输入端连接；所述主控制器用于根据所述入射角控制各所述双轴聚光反射镜的旋转角度。

可选的，所述阳光传感器包括阳光检测器、弧形面朝上的半圆形基体、沿圆周方向均匀分布在所述半圆形基体弧形面的多个光敏电阻以及罩设在所述半圆形基体和所述光敏电阻外的透明保护罩；每个所述光敏电阻的输出端均与所述阳光检测器的输入端相连；所述阳光检测器的输出端与所述主控制器的信号输入端连接；所述光敏电阻用于将光信号转换成电信号；所述阳光检测器用于根据各个光敏电阻的电信号的强度确定太阳光的入射角。

可选的，至少两个所述阳光传感器的检测面相互垂直。

可选的，所述双轴聚光反射镜包括反射镜片、反射镜边框、竖直旋转电机和水平旋转电机；所述反射镜片安装在所述反射镜边框内；所述竖直旋转电机位于所述反射镜边框下方，所述水平旋转电机位于所述反射镜边框的左右两侧；所述竖直旋转电机用于驱动所述反射镜边框绕竖直轴旋转；所述水平旋转电机用于驱动所述反射镜边框绕水平轴旋转。

可选的，所述竖直旋转电机和所述水平旋转电机均为磁悬浮旋转电机。

可选的，所述磁悬浮旋转电机包括磁悬浮动子、磁悬浮定子、第三线圈和第四线圈；

所述磁悬浮定子包括第一磁铁、第二磁铁、隔磁材料、第一导磁臂、第二导磁臂、第一线圈、第二线圈；

所述第一磁铁和所述第二磁铁磁极同向且平行设置；所述隔磁材料嵌在所述第一磁铁和所述第二磁铁之间；

所述第一导磁臂包括第一弧形臂、第二弧形臂和第一连接部；所述第二导磁臂包括第三弧形臂、第四弧形臂和第二连接部；所述第一弧形臂的一端连接到所述第一磁铁的n极，所述第二弧形臂的一端连接到所述第二磁铁的n极，所述第一弧形臂的另一端和所述第二弧形臂的另一端分别连接到所述第一连接部的两端；所述第三弧形臂的一端连接到所述第一磁铁的s极，所述第四弧形臂的一端连接到所述第二磁铁的s极，所述第三弧形臂的另一端和所述第四弧形臂的另一端分别连接到所述二连接部的两端；所述第一弧形臂、所述第二弧形臂、所述第三弧形臂和所述第四弧形臂的圆心与所述磁悬浮定子的中心同轴；

在所述第一弧形臂与所述第二弧形臂之间存在间隙，在所述第三弧形臂与所述第四弧形臂之间存在间隙；所述磁悬浮动子贯穿所述第一弧形臂与所述第二弧形臂之间的间隙以及所述第三弧形臂与所述第四弧形臂之间的间隙；

所述第一线圈缠绕在所述第一连接部上，所述第二线圈缠绕在所述第二连接部上；

在所述磁悬浮动子上正对所述第一导磁臂的位置开设有相互平行的第一长方形孔和第二长方形孔；在所述磁悬浮动子上正对所述第二导磁臂的位置开设有相互平行的第三长方形孔和第四长方形孔；所述第一长方形孔、所述第二长方形孔、所述第三长方形孔和所述第四长方形孔依次排列；所述第三线圈缠绕在所述第一长方形孔和所述第二长方形孔上；所述第四线圈缠绕在所述第三长方形孔和所述第四长方形孔上；

所述第一线圈与所述第二线圈的电流方向相反，所述第三线圈与所述第四线圈的电流方向相反；

所述磁悬浮定子用于使所述磁悬浮动子悬浮，所述第三线圈和所述第四线圈用于驱动所述磁悬浮动子绕所述磁悬浮定子的中心处的转轴转动。

可选的，在所述磁悬浮定子的中心处固定设置有编码器；所述编码器用于检测所述磁悬浮动子的旋转角度和旋转角速度。

可选的，所述磁悬浮旋转电机还包括第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器和第四驱动器；所述第一驱动器的输出端连接到所述第一线圈的两端，所述第二驱动器的输出端连接到所述第二线圈的两端，所述第三驱动器的输出端连接到所述第三线圈的两端，所述第四驱动器的输出端连接到所述第四线圈的两端；所述第一驱动器、所述第二驱动器、所述第三驱动器和所述第四驱动器的控制输入端均与所述主控制器的控制输出端连接。

可选的，所述太阳能电池板的形状为矩形；所述阳光传感器的数量和所述双轴聚光反射镜的数量均为四个；四个所述阳光传感器分布在所述太阳能电池板的四个角，四个所述双轴聚光反射镜分布在所述太阳能电池板的四条边。

可选的，其中两个所述阳光传感器检测太阳光的水平入射角，另外两个所述阳光传感器检测太阳光的竖直入射角。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明所公开的太阳光聚光装置，通过在太阳能电池板四周布设双轴聚光反射镜将太阳光反射至太阳能电池板，从而只需要通过控制双轴聚光反射镜转动即可将太阳光汇聚到太阳能电池板，控制双轴聚光反射镜转动相对于直接控制太阳能电池板转动能够有效减小驱动目标的重量，降低驱动过程中产生的能量消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明太阳光聚光装置实施例的整体结构图；

图2为本发明太阳光聚光装置实施例的平面结构图；

图3为本发明太阳光聚光装置实施例的阳光传感器的结构图；

图4为西侧的双轴聚光反射镜角度调整示意图；

图5为东侧的双轴聚光反射镜角度调整示意图；

图6为本发明太阳光聚光装置实施例的双轴聚光反射镜的结构图；

图7为本发明太阳光聚光装置实施例的磁悬浮旋转电机的结构图；

图8为本发明太阳光聚光装置实施例的磁悬浮定子的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种太阳光聚光装置，降低跟踪过程中的能量消耗。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明太阳光聚光装置实施例的整体结构图。

图2为本发明太阳光聚光装置实施例的平面结构图。

参见图1和图2，该太阳光聚光装置，包括：主控制器1、形状为矩形的太阳能电池板2、分布在所述太阳能电池板2四个角的四个阳光传感器3以及分布在所述太阳能电池板2四条边的四个双轴聚光反射镜4；所述阳光传感器3用于检测太阳光的入射角；每个所述阳光传感器3的输出端均与所述主控制器1的信号输入端连接；所述主控制器1的控制输出端与各所述双轴聚光反射镜4的控制输入端连接；所述主控制器1用于根据所述入射角控制各所述双轴聚光反射镜4的旋转角度。

四个双轴聚光反射镜4分别位于东西南北四个方向。以图1中x方向为由西向东方向，y方向为由南向北反向，z方向为竖直向上。则图1中与西侧的双轴聚光反射镜4相邻的两个阳光传感器3检测太阳光在东西方向上的入射角，与位于东西的双轴聚光反射镜4相邻的两个阳光传感器3检测太阳光在南北方向上的入射角。位于东西侧的两个双轴聚光反射镜4的旋转轴为y轴和z轴。位于南北侧的两个双轴聚光反射镜4的旋转轴为x轴和z轴。主控制器1根据东西方向的入射角控制东西侧的双轴聚光反射镜4的y轴旋转角度和南北侧的双轴聚光反射镜4的z轴旋转角度，可选的，还可以根据南北方向的入射角控制东西侧的双轴聚光反射镜4的z轴旋转角度和南北侧的双轴聚光反射镜4的x轴旋转角度。

图3为本发明太阳光聚光装置实施例的阳光传感器的结构图。

参见图3，该阳光传感器3包括阳光检测器(图中未示出)、弧形面朝上的半圆形基体302、沿圆周方向均匀分布在所述半圆形基体302弧形面的多个光敏电阻301以及罩设在所述半圆形基体302和所述光敏电阻301外的透明保护罩303；每个所述光敏电阻301的输出端均与所述阳光检测器的输入端相连；所述阳光检测器的输出端与所述主控制器1的信号输入端连接；所述光敏电阻301用于将光信号转换成电信号；所述阳光检测器用于根据各个光敏电阻301的电信号的强度确定太阳光的入射角。

多个光敏电阻301密集排布，以保证检测角度的精度。所述阳光检测器为智能控制芯片。所述透光保护罩303为玻璃保护罩。

太阳光检测原理为：在太阳直射处的光敏电阻产生的电信号最强，朝向其他方向的光敏电阻产生的电信号相对较弱，距离直射处越远的光敏电阻输出的电信号越弱。通过比较各个光敏电阻的电信号的强弱确定电信号强度最高的光敏电阻即可确定太阳光的入射角。

每个阳光传感器3只能检测对应方向上的太阳光入射角。例如位于西侧的两个阳光传感器只能检测太阳光在东西方向(x方向)上的入射角，位于东西的两个传感器只能检测太阳光在南北方向(y方向)上的入射角，从而得到两个方向上的入射角分量。将两个方向上的入射角分量拟合即可得到实际入射角。

下面以根据东西方向(x方向)上的入射角对东西侧的双轴聚光反射镜进行角度调整的调整方案为例对本发明的角度调整原理进行说明。

图4为西侧的双轴聚光反射镜角度调整示意图。

西侧的双轴聚光反射镜调整的是y轴旋转角度。

以西侧的双轴聚光反射镜沿竖直方向为初始位置，西侧的双轴聚光反射镜的阳光照射点与太阳能电池板的中心的连线即为太阳光反射光线的目标线路。设东西方向的入射角(太阳光线在东西方向上与水平面的夹角)为β，太阳光反射光线的目标线路与水平面的夹角为α。若太阳光反射光沿太阳光反射光线的目标线路照射到太阳能电池板的中心，则需要太阳光入射光线与太阳光反射光线的目标线路之间的夹角平分线与西侧的双轴聚光反射镜的垂线重合，即将西侧的双轴聚光反射镜调整到其垂线位于太阳光入射光线与太阳光反射光线的目标线路之间的夹角平分线的位置。西侧的双轴聚光反射镜的旋转角度即为垂线的旋转角度γ西

图5为东侧的双轴聚光反射镜角度调整示意图。

西侧的双轴聚光反射镜调整的是y轴旋转角度。

以东侧的双轴聚光反射镜沿竖直方向为初始位置，东侧的双轴聚光反射镜的阳光照射点与太阳能电池板的中心的连线即为太阳光反射光线的目标线路。设东西方向的入射角(太阳光线在东西方向上与水平面的夹角)为β，太阳光反射光线的目标线路与水平面的夹角为α，此时太阳光入射光线与太阳光反射光线的目标线路之间的夹角为α+(180°-β)。若太阳光反射光沿太阳光反射光线的目标线路照射到太阳能电池板的中心，则需要太阳光入射光线与太阳光反射光线的目标线路之间的夹角平分线与东侧的双轴聚光反射镜的垂线重合，即将东侧的双轴聚光反射镜调整到其垂线位于太阳光入射光线与太阳光反射光线的目标线路之间的夹角平分线的位置。则旋转角度γ东为

下面以根据南北方向(y方向)上的入射角对南北侧的双轴聚光反射镜进行角度调整的调整方案为例对本发明的角度调整原理进行说明。

南北侧的双轴聚光反射镜调整的是x轴旋转角度。

阳光反射目标点(太阳能电池板的中心)固定，南北侧的双轴聚光反射镜的z轴固定，因此太阳光反射光线的目标线路固定。以南北侧的双轴聚光反射镜的垂线与太阳光反射光线的目标线路重合作为南北侧的双轴聚光反射镜的初始位置。在该初始位置下，太阳光入射光线与太阳光反射光线的目标线路组成的角的角平分线与太阳光反射光线的目标线路之间的夹角大小即为南北侧的双轴聚光反射镜的垂线需转动的角度大小，即为南北侧的双轴聚光反射镜需转动的角度大小。

图6为本发明太阳光聚光装置实施例的双轴聚光反射镜的结构图。

参见图6，该双轴聚光反射镜4包括反射镜片401、反射镜边框402、竖直旋转电机403和水平旋转电机404；所述反射镜片401安装在所述反射镜边框402内；所述竖直旋转电机403位于所述反射镜边框402下方，所述水平旋转电机404位于所述反射镜边框402的左右两侧；所述竖直旋转电机403用于驱动所述反射镜边框402绕竖直轴旋转；所述水平旋转电机404用于驱动所述反射镜边框402绕水平轴旋转。

反射镜片401可以为平面镜。

水平旋转电机404和竖直旋转电机403的驱动方式如图6。竖直旋转电机403的驱动轴上固定连接一个u型架，两个水平旋转电机404分别固定在u型架的开口端。两个水平旋转电机404的驱动轴均与反射镜边框402固定连接。竖直旋转电机403通过驱动u型架沿驱动轴旋转从而实现z轴驱动。水平旋转电机404通过驱动反射镜边框402旋转从而实现水平轴(x轴或y轴)驱动。

所述竖直旋转电机403和所述水平旋转电机404均为磁悬浮旋转电机。

图7为本发明太阳光聚光装置实施例的磁悬浮旋转电机的结构图。

参见图7，该磁悬浮旋转电机包括磁悬浮动子5、磁悬浮定子6、第三线圈7和第四线圈8；所述磁悬浮定子6包括第一磁铁601、第二磁铁602、隔磁材料603、第一导磁臂、第二导磁臂、第一线圈604、第二线圈605。第一导磁臂和第二导磁臂的形状均为由两个弧形臂组成的u形。第一导磁臂、第二导磁臂均为硅钢片加工而成。

所述第一磁铁601和所述第二磁铁602磁极同向且平行设置；所述隔磁材料603嵌在所述第一磁铁601和所述第二磁铁602之间。

所述第一导磁臂包括第一弧形臂606、第二弧形臂607和第一连接部608；所述第二导磁臂包括第三弧形臂609、第四弧形臂610和第二连接部611；所述第一弧形臂606的一端连接到所述第一磁铁601的n极，所述第二弧形臂607的一端连接到所述第二磁铁602的n极，所述第一弧形臂606的另一端和所述第二弧形臂607的另一端分别连接到所述第一连接部608的两端；所述第三弧形臂609的一端连接到所述第一磁铁601的s极，所述第四弧形臂610的一端连接到所述第二磁铁602的s极，所述第三弧形臂609的另一端和所述第四弧形臂610的另一端分别连接到所述二连接部的两端；所述第一弧形臂606、所述第二弧形臂607、所述第三弧形臂609和所述第四弧形臂610的圆心与所述磁悬浮定子6的中心同轴。

在所述第一弧形臂606与所述第二弧形臂607之间存在间隙，在所述第三弧形臂609与所述第四弧形臂610之间存在间隙；所述磁悬浮动子5贯穿所述第一弧形臂606与所述第二弧形臂607之间的间隙以及所述第三弧形臂609与所述第四弧形臂610之间的间隙。

磁悬浮动子5的形状为长方体。磁悬浮动子5的长大于各弧形臂所在圆的直径，宽小于各弧形臂所在圆的半径，高小于或等于两个弧形臂之间间隙的三分之二。所述磁悬浮动子5的中心与各弧形臂所在圆的圆心同轴。

所述第一线圈604缠绕在所述第一连接部608上，所述第二线圈605缠绕在所述第二连接部611上。

本发明的磁悬浮电机的磁路如下：

1、从第一磁铁601的n极发出的第一磁力线沿第一弧形臂606传导，当传导到磁悬浮动子5附近时，穿透第一弧形臂606与磁悬浮动子5之间的间隙进入磁悬浮动子5并沿磁悬浮动子5传导，同时第一弧形臂606对磁悬浮动子5产生磁吸引力。第一磁力线传导到第三弧形臂609附近时，穿透第三弧形臂609与磁悬浮动子5之间的间隙进入第三弧形臂609，同时第三弧形臂609对磁悬浮动子5产生磁斥引力。第一磁力线沿第三弧形臂609向第一磁铁601的s极方向传导，最终回到第一磁铁601的s极构成闭合磁路。

2、从第二磁铁602的n极发出的第二磁力线沿第二弧形臂607传导，当传导到磁悬浮动子5附近时，穿透第二弧形臂607与磁悬浮动子5之间的间隙进入磁悬浮动子5并沿磁悬浮动子5传导，同时第二弧形臂607对磁悬浮动子5产生磁吸引力。第二磁力线传导到第四弧形臂610附近时，穿透第四弧形臂610与磁悬浮动子5之间的间隙进入第四弧形臂610，同时第四弧形臂610对磁悬浮动子5产生磁斥引力。第二磁力线沿第四弧形臂610向第二磁铁602的s极方向传导，最终回到第二磁铁602的s极构成闭合磁路。

第一导磁臂利用第一弧形臂606和第二弧形臂607对磁悬浮动子5产生的磁吸引力保证磁悬浮动子5悬浮，第二导磁臂利用第上弧形臂609和第二弧形臂610对磁悬浮动子5产生的磁斥引力保证磁悬浮动子5悬浮。

3、从第一线圈604出发的第三磁力线沿第一弧形臂607、磁悬浮动子5和第二弧形臂608构成的回路传导。

4、从第二线圈605出发的第四磁力线沿第三弧形臂609、磁悬浮动子5和第四弧形臂610构成的回路传导。

通过对第一线圈604和第二线圈605的电流大小和方向进行调整可补充弧形臂与磁悬浮动子的吸力或斥力，保证磁悬浮动子处在悬浮状态。

例如当第一线圈604的线圈缠绕方向保证与第一弧形臂607连接的一端为n极，与第二弧形臂608连接的一端为s极时，第一线圈604对磁悬浮动子5产生方向朝向第一弧形臂607的力。当第二线圈605的线圈缠绕方向保证与第三弧形臂609连接的一端为n极，与第四弧形臂610连接的一端为s极时，第二线圈605对磁悬浮动子5产生朝向第三弧形臂609的力。

图8为本发明太阳光聚光装置实施例的磁悬浮定子的结构图。

参见图8，在所述磁悬浮动子5上正对所述第一导磁臂的位置开设有相互平行的第一长方形孔501和第二长方形孔502；在所述磁悬浮动子5上正对所述第二导磁臂的位置开设有相互平行的第三长方形孔503和第四长方形孔504；所述第一长方形孔501、所述第二长方形孔502、所述第三长方形孔503和所述第四长方形孔504依次排列；所述第三线圈7缠绕在所述第一长方形孔501和所述第二长方形孔502上；所述第四线圈8缠绕在所述第三长方形孔503和所述第四长方形孔504上。

所述第三线圈7与所述第四线圈8的电流方向相反。

所述第三线圈7和所述第四线圈8用于驱动所述磁悬浮动子5绕所述磁悬浮定子6的中心处的转轴转动。所述第三线圈7与所述第四线圈8通电后可产生洛伦兹力，洛伦兹力的大小和方向由通过其的电流大小和方向决定。所述第三线圈7与所述第四线圈8通过产生方向相反的洛伦兹力即可驱动磁悬浮动子5转动。

在所述磁悬浮定子6的中心处固定设置有编码器9；所述编码器9用于检测所述磁悬浮动子6的旋转角度和旋转角速度。

所述磁悬浮旋转电机还包括第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器和第四驱动器；所述第一驱动器的输出端连接到所述第一线圈604的两端，所述第二驱动器的输出端连接到所述第二线圈605的两端，所述第三驱动器的输出端连接到所述第三线圈7的两端，所述第四驱动器的输出端连接到所述第四线圈8的两端；所述第一驱动器、所述第二驱动器、所述第三驱动器和所述第四驱动器的控制输入端均与所述主控制器1的控制输出端连接。

主控制器1通过向各驱动器发送驱动指令，使各驱动器按照驱动指令驱动对应的线圈的电流大小和方向从而实现磁悬浮和电机转动。

优选的，各驱动器的型号均为btn7971。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明所公开的太阳光聚光装置，通过在太阳能电池板四周布设双轴聚光反射镜将太阳光反射至太阳能电池板，从而只需要通过控制双轴聚光反射镜转动即可将太阳光汇聚到太阳能电池板，控制双轴聚光反射镜转动相对于直接控制太阳能电池板转动能够有效减小驱动目标的重量，降低驱动过程中产生的能量消耗。同时本发明采用磁悬浮电机进行双轴聚光反射镜的驱动，从而能够避免转轴与电机之间的摩擦，减少摩擦力，进一步降低能量消耗。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。