CN2884538Y - 太阳能电池反光型高效收集装置 - Google Patents

Abstract

一种太阳能电池反光型高效收集装置，其特征在于：由太阳能电池收集器[1]和太阳跟踪云台[2]构成；太阳能电池收集器[1]由反射聚焦盆[20]、太阳能电池板[21]和冷却器[19]组成；太阳能电池板[21]由太阳能电池片拼接构成，太阳能电池板[21]的受光面朝向反射聚焦盆[20]的反射盆面[22]，其受光面位于反射盆面[22]的聚焦平面上，太阳能电池板[21]上引出导线输出电信号；在太阳能电池板[21]的背面设置冷却器[19]，冷却器[19]与各太阳能电池片背面接触，以此构成散热结构。本实用新型在同样的光照面积下，节省了太阳能电池片的使用量99％以上，提高了发电效率，大幅降低了制造成本。

Description

太阳能电池反光型高效收集装置

技术领域

本实用新型涉及一种将太阳能转换为电能的装置，特别涉及一种应用太阳能电池的，在太阳能电池上设有聚光结构的转换装置。

背景技术

人口的增长，工业的发展，使得能源消耗越来越大，能源危机已成为21世纪人类将面临的一大挑战。因此人们不得不想方设法地利用可再生能源来替代煤炭、石油等不可再生的能源。太阳能就是一种适用面最广的，取之不尽、用之不竭的、清洁环保的自然可再生能源。

利用太阳能电池(或称光电池)即能将光能转换为电能使用。但是因太阳能电池是以半导体材料制成，单体制造成本高，售价高，其推广应用受到了限制。因此，要想将太阳能电池遍及至千家万户，就必须大幅度地降低其使用成本，和提高光电转换效率。只有当使用太阳能电池的成本可望与普通发电的成本接近时，才能使太阳能电池得到最广泛地应用。

目前，太阳能电池应用时，是将多片太阳能电池片矩阵拼接成电池板，然后根据当地地理位置，按照朝太阳面最大面积原则直接固定安装在室外(屋顶或阳台上)，构成一光电转换装置。现一般太阳能电池片的转换效率一般为13-16％，为达到较大的发电量，光照面积就需增大，就需使用大量的太阳能电池片(例：在阳光直射的条件下，如要发1.5kw/h的电量，就需要10m²左右的太阳能电池片)，对于使用这么多片的太阳能电池带来的高额价格，是普通家庭经济上所无法承受的。

另一方面，为了防风、雨、冰雹和灰尘对太阳能电池本身的损害，现有的太阳能电池片的受光表面上都覆盖有诸如玻璃、透明塑料等制成的防护层，并且为达到一定的防护强度，其防护层还设计得都较厚，这就带来了以下缺陷：透明的防护层会反射和折射掉一部分光线，一般来说，有3-5％太阳能电池片的入射光线会由于防护层而损耗掉，从而降低了效率。

发明内容

本实用新型提供一种太阳能电池反光型高效收集装置，目的一是在同样的光照面积下，减少太阳能电池片的使用量，从而降低制造成本；二是在同样的光照面积下，提高发电效率。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种太阳能电池反光型高效收集装置，由太阳能电池收集器和支撑在太阳能电池收集器底部的太阳跟踪云台构成；

所述太阳能电池收集器由一反射聚焦盆、太阳能电池板和冷却器组成；太阳能电池板由一组太阳能电池片在同一平面拼接构成，太阳能电池板通过支架支撑于反射聚焦盆的上方，并以受光面朝向反射聚焦盆的反射盆面，太阳能电池板的受光面位于反射盆面的聚焦平面上，从太阳能电池板上引出导线输出电信号；

并且，在太阳能电池板的背面设置冷却器，冷却器与太阳能电池板中各太阳能电池片背面接触，以此构成散热结构。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述反射聚焦盆可采用现有的各式反射聚焦盆结构，其反射盆面可以是抛物形曲面等等，具体可在射聚焦盆上涂反光涂层、粘贴反光镜片或抛光制得。当然，其中最佳方案是：所述反射盆面为抛物线镜面，该抛物线镜面由粘贴在反射聚焦盆上的多块反光镜片拼接构成。

2、上述方案中，所述“太阳跟踪云台”也称跟日机，是指能自动跟踪太阳转动的架体结构，它具体可以的采用现有的太阳跟踪技术制成的架体。

但最佳方案为：所述太阳跟踪云台由一架体、转盘、水平转动驱动机构、垂直摆动驱动机构和跟踪控制电路组成，转盘处于水平方向并通过轴承转动支承在架体上，太阳能电池收集器支承在转盘上，并在垂直平面上与转盘转动连接；

所述水平转动驱动机构设置在架体上，它包括水平转动电机和蜗轮蜗杆机构，转盘本体为一齿轮或蜗轮，水平转动电机输出轴连接第一蜗杆，第一蜗杆与第一蜗轮啮合传动，该第一蜗轮经同轴连接的齿轮驱动转盘水平转动，或通过第二蜗杆驱动转盘水平转动；

所述垂直摆动驱动机构整体设在一座体上，座体与转盘在垂直平面上转动连接；垂直摆动驱动机构中包括垂直摆动电机、蜗轮蜗杆机构和丝杆螺母机构，垂直摆动电机输出轴连接第三蜗杆，第三蜗杆与第三蜗轮啮合传动，该第三蜗轮固定套接在一丝杆上，对应丝杆在太阳能电池收集器上设有一螺母，该螺母与反射聚焦盆在垂直平面上转动连接，螺母与丝杆以螺纹副配合连接，以此驱动太阳能收集器在垂直平面上摆动；

所述跟踪控制电路由光传感器和控制电路组成，光传感器设置在反射聚焦盆的反射盆面的中心位置上，光传感器输出电信号经控制电路控制水平转动电机和垂直摆动电机动作。

3、上述方案中，所述光传感器具体可采用以下方案：光传感器由一直管和两片及两片以上的感光元件组成，所述直管设置在反射聚焦盆的反射盆面的中心位置，并垂直于反射盆面，直管的顶端封口，其封口壁中央开设有一通光孔，直管内底部沿周向均布设置两片及两片以上的感光元件，各感光元件上引出导线与控制电路连接。感光元件的数量可以是两个、三个或四个，最佳为四个。

4、上述方案中，所述控制电路可采用现有的各式控制技术，如电子电路控制或程序控制；最佳可采用以下较为简单实用的方案：控制电路主要由比较器和电子放大器组成，感光元件输出接比较器，比较器输出接电子放大器，电子放大器的输出控制水平转动电机或垂直摆动电机。

5、上述方案中，所述反射聚焦盆的底部向下设置三角支架，转盘的顶部向上设置一支撑板，所述三角支架的底端中央与支撑板的顶端中央铰接；设有垂直摆动驱动机构的座体设置在转盘的边沿处，该座体与支撑板也铰接。

6、上述方案中，本收集装置的太阳能电池片可与后续的蓄电池连接，发出的电能被蓄电池存储起来，这些都是现有技术，这里不再赘述；而太阳跟踪云台可直接采用该蓄电池供电，即本实用新型发出电量的一小部分反供本实用新型的太阳跟踪云台部分使用，这样既节能又方便。

7、上述方案中，所述太阳跟踪云台的控制部分中还可包括一自动复位电路，当太阳落山后，光传感器采集不到光线时，自动复位电路控制垂直摆动电机动作，使太阳能电池收集器从朝西自动复位至朝东状态；这里的自动复位电路很简单，是现有技术，这里也不再赘述。

本实用新型设计原理是：按现有理论及实验数据证明：当光照度增加时，太阳能电池的光电子数会随之增加，太阳能电池的光电转换效率会有明显提高；但是温度的上升，却会限制光电转换效率的提高。

应用以上理论，本实用新型还对太阳能电池收集器进行了改进，在小面积的太阳能电池块上加设反射聚焦盆结构，反射聚焦盆设计得较大，以反射聚焦盆将大面积的光照汇聚至小面积的太阳能电池板上，并在太阳能电池板后设置冷却器强制散热，一方面减少了太阳能电池板的面积，节省了太阳能电池片的使用量；另一方面，因反射聚焦盆的聚光作用，太阳能电池片上的光照度增强了几百倍，冷却器快速散热限制了温度的上升，以此使太阳能电池片的光电转换效率提高20％-30％，(如当太阳聚焦后照度增加了三百倍，太阳能电池片的发电量可增加到三百八十倍左右)。

并且，本实用新型还以太阳跟踪云台支撑着太阳能电池收集器，使太阳能电池收集器全天随着太阳运动，阳光一直直射在反射聚焦盆上，经反射聚焦盆汇聚至太阳能电池片的受光面上，使受光面采集到更多的光能，从而提高发电量。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1、由于本实用新型的太阳能电池收集器采用了反射聚焦盆结构，同样的光照面积下节省太阳能电池片99％以上，大大降低了制造成本；

2、同样由于本实用新型的太阳能电池收集器采用了反射聚焦盆结构，同样的光照面积下发电效率提高20-30％；

3、由于本实用新型采用了太阳跟踪云台，在全天整个日出时间内，太阳能电池收集器始终朝向着太阳高效率工作着，提高了整体工作效率，在同样成本投资下，大大提高了发电量；

4、由于本实用新型的太阳能电池收集器采用了反射聚焦盆结构，太阳能电池板的受光面朝向反射聚焦盆设置，是朝下而不是朝上的，冰雹、雨水对其受光面表面破坏度降低，因此只要采用一般厚度的防护层即可，使太阳能电池的表面折射率和反射率降低，在一定程度上提高发电效率。

附图说明

附图1为本实用新型的结构示意图一，图中表示正午时分太阳能电池收集器朝上水平时的状态；

附图2为本实用新型的结构示意图二，图中表示日出时分太阳能电池收集器朝东时的状态；

附图3为太阳跟踪云台的第一种水平转动驱动机构的传动示意图；

附图4为太阳跟踪云台的第二种水平转动驱动机构的传动示意图；

附图5为太阳跟踪云台的垂直摆动驱动机构的传动示意图；

附图6为光传感器的主视示意图；

附图7为附图6的俯视示意图；

附图8为太阳跟踪云台的跟踪控制电路的框图。

以上附图中：1、太阳能电池收集器；2、太阳跟踪云台；3、架体；4、转盘；5、水平转动驱动机构；6、垂直摆动驱动机构；7、轴承；8、水平转动电机；9、第一蜗杆；10、第一蜗轮；11、齿轮；12、第二蜗杆；13、垂直摆动电机；14、第三蜗杆；15、第三蜗轮；16、丝杆；17、螺母；18、光传感器；19、制冷器；20、反射聚焦盆；21、太阳能电池板；22、反射盆面；23、直管；24a、感光元件；24b、感光元件；24c、感光元件；24d、感光元件；25、通光孔；26、三角支架；27、支撑板；28、蓄电池；29、座体；30、支架。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例：参见附图1～2所示，一种太阳能电池反光型高效收集装置，由太阳能电池收集器1和支撑在太阳能电池收集器1底部的太阳跟踪云台2构成；所述太阳能电池收集器1由一反射聚焦盆20、太阳能电池板21和冷却器19组成；太阳能电池板21由一组太阳能电池片在同一平面拼接构成，太阳能电池板21通过支架30支撑于反射聚焦盆20的上方，并以受光面朝向反射聚焦盆20的反射盆面22，太阳能电池板21的受光面位于反射盆面22的聚焦平面上，从太阳能电池板21上引出导线接蓄电池28输出电信号。

并且，在太阳能电池板1的背面设置冷却器19，冷却器19与太阳能电池板21中各太阳能电池片背面接触，以此构成散热结构；这里的冷却器19为水冷器。

所述太阳跟踪云台2由一架体3、转盘4、水平转动驱动机构5、垂直摆动驱动机构6和跟踪控制电路组成，转盘4处于水平方向上并通过轴承7转动支撑在架体3顶部，太阳能电池收集器1的底部向下设置三角支架26，转盘4的顶部向上设置一支撑板27，三角支架26的底端中央与支撑板27的顶端中央在垂直平面上铰接。

所述水平转动驱动机构5设置在架体3上，参见附图3所示，它由水平转动电机8、蜗轮蜗杆机构和齿轮对组成，转盘4本体为一齿轮，水平转动电机8输出轴连接第一蜗杆9，第一蜗杆9与第一蜗轮10啮合传动，该第一蜗轮10经同轴连接的齿轮11驱动转盘4水平转动。

上述水平转动驱动机构5还有一种形式为：参见附图4所示，它由水平转动电机8和两套蜗轮蜗杆机构组成，转盘4本体为一蜗轮，水平转动电机8输出轴连接第一蜗杆9，第一蜗杆9与第一蜗轮10啮合传动，该第一蜗轮10经与之啮合的第二蜗杆12驱动转盘4水平转动。

所述垂直摆动驱动机构6整体设在一座体29上，经座体29与转盘4的支撑板27在垂直平面上铰接；参见附图5所示，垂直摆动驱动机构6中包括垂直摆动电机13、蜗轮蜗杆机构和丝杆螺母机构，垂直摆动电机13输出轴连接第三蜗杆14，第三蜗杆14与第三蜗轮15啮合传动，该第三蜗轮15固定套接在一丝杆16上，对应丝杆16在太阳能电池收集器1上设有一螺母17，该螺母17与三角支架26在垂直平面上转动连接，螺母17与丝杆16以螺纹副配合连接，以此驱动反射聚焦盆20在垂直平面上摆动。

所述跟踪控制电路由光传感器18和控制电路组成，光传感器18垂直设置在反射聚焦盆20的反射盆面22的中心位置上；参见附图6、7所示，所述光传感器18由一直管23和四片感光元件24a、24b、24c、24d组成，所述直管23垂直设置在反射聚焦盆20的反射盆面22的中心位置上，直管23的顶端封口，其封口壁中央开设有一通光孔25，直管23内底部沿周向均布设置四片感光元件24a、24b、24c、24d，各感光元件24a、24b、24c、24d上引出导线与控制电路连接。参见附图8所示，控制电路主要由比较器和电子放大器组成，感光元件24a、24b、24c、24d分别经两控制电路控制，一是感光元件24a、24b输出接比较器，经比较器接电子放大器，电子放大器的输出控制水平转动电机8；另一路是感光元件24c、24d输出接比较器，经比较器接电子放大器，电子放大器的输出控制垂直摆动电机13。

工作时，当反射聚焦盆20的反射盆面22对准太阳时，光线直射在反射盆面22上，光线从通光孔25射至直管23底部中央，其光点正位于四感光元件24a、24b、24c、24d的中心位置上，感光元件24a、24b发出的电信号相同比较器无信号输出，感光元件24c、24d发出的电信号相同比较器无信号输出，因此水平转动电机8和垂直摆动电机13不运转；当太阳运动时，光线发生倾斜，光线从通光孔25射至直管23底部，其光点就偏向了四个感光元件24a、24b、24c、24d中的某一个，如光点远离了感光元件24b，偏向了感光元件24a，感光元件24a和24b经比较器比较输出电信号，该信号经电子放大器放大，直接驱动垂直摆动电机13运转，反射聚焦盆20在垂直平面上随太阳摆动。

Claims (6)

1、一种太阳能电池反光型高效收集装置，其特征在于：由太阳能电池收集器[1]和支撑在太阳能电池收集器[1]底部的太阳跟踪云台[2]构成；

所述太阳能电池收集器[1]由一反射聚焦盆[20]、太阳能电池板[21]和冷却器[19]组成；太阳能电池板[21]由一组太阳能电池片在同一平面拼接构成，太阳能电池板[21]通过支架[30]支撑于反射聚焦盆[20]的上方，并以受光面朝向反射聚焦盆[20]的反射盆面[22]，太阳能电池板[21]的受光面位于反射盆面[22]的聚焦平面上，从太阳能电池板[21]上引出导线输出电信号；

并且，在太阳能电池板[21]的背面设置冷却器[19]，冷却器[19]与太阳能电池板[21]中各太阳能电池片背面接触，以此构成散热结构。

2、根据权利要求1所述的太阳能电池反光型高效收集装置，其特征在于：所述太阳跟踪云台[2]由一架体[3]、转盘[4]、水平转动驱动机构[5]、垂直摆动驱动机构[6]和跟踪控制电路组成，转盘[4]处于水平方向并通过轴承[7]转动支承在架体[3]上，太阳能电池收集器[1]支承在转盘[4]上，并在垂直平面上与转盘[4]转动连接；

所述水平转动驱动机构[5]设置在架体[3]上，它包括水平转动电机[8]和蜗轮蜗杆机构，转盘[4]本体为一齿轮或蜗轮，水平转动电机[8]输出轴连接第一蜗杆[9]，第一蜗杆[9]与第一蜗轮[10]啮合传动，该第一蜗轮[10]经同轴连接的齿轮[11]驱动转盘[4]水平转动，或通过第二蜗杆[12]驱动转盘[4]水平转动；

所述垂直摆动驱动机构[6]整体设在一座体[29]上，座体[29]与转盘[4]在垂直平面上转动连接；垂直摆动驱动机构[6]中包括垂直摆动电机[13]、蜗轮蜗杆机构和丝杆螺母机构，垂直摆动电机[13]输出轴连接第三蜗杆[14]，第三蜗杆[14]与第三蜗轮[15]啮合传动，该第三蜗轮[15]固定套接在一丝杆[16]上，对应丝杆[16]在太阳能电池收集器[1]上设有一螺母[17]，该螺母[17]与反射聚焦盆[20]在垂直平面上转动连接，螺母[17]与丝杆[16]以螺纹副配合连接，以此驱动太阳能收集器[1]在垂直平面上摆动；

所述跟踪控制电路由光传感器[18]和控制电路组成，光传感器[18]设置在反射聚焦盆[20]的反射盆面[22]的中心位置上，光传感器[18]输出电信号经控制电路控制水平转动电机[8]和垂直摆动电机[13]动作。

3、根据权利要求2所述的太阳能电池反光型高效收集装置，其特征在于：所述光传感器[18]由一直管[23]和两片及两片以上的感光元件组成，所述直管[23]设置在反射聚焦盆[20]的反射盆面[22]的中心位置上，并垂直于反射盆面[22]，直管[23]的顶端封口，其封口壁中央开设有一通光孔[25]，直管[23]内底部沿周向均布设置两片及两片以上的感光元件，各感光元件上引出导线与控制电路连接。

4、根据权利要求2所述的太阳能电池反光型高效收集装置，其特征在于：所述控制电路主要由比较器和电子放大器组成，感光元件输出接比较器，比较器输出接电子放大器，电子放大器的输出控制水平转动电机[8]或垂直摆动电机[13]。

5、根据权利要求2所述的太阳能电池反光型高效收集装置，其特征在于：所述反射聚焦盆[20]的底部向下设置三角支架[26]，转盘[4]的顶部向上设置一支撑板[27]，所述三角支架[26]的底端中央与支撑板[27]的顶端中央铰接；设有垂直摆动驱动机构[6]的座体[29]设置在转盘[4]的边沿处，该座体[29]与支撑板[27]也铰接。

6、根据权利要求1所述的太阳能电池高效收集器，其特征在于：所述反射聚焦盆[20]的反射盆面[22]为抛物线镜面，该抛物线镜面由粘贴在反射聚焦盆[20]上的多块反光镜片拼接构成。

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