專利名稱：多排聯(lián)動式太陽能均勻聚光跟蹤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能均勾聚光跟蹤裝置，特別是一種多排聯(lián)動式太陽能均勻聚光跟蹤 裝置，屬于太陽能利用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在太陽能利用領(lǐng)域，通常使用反射聚光鏡將太陽光反射聚光到光能轉(zhuǎn)換部件上。如中國 專利CN201110661Y和CN1361397A中采用了軸對稱拋物線型聚光鏡，又如中國專利 CN2090950U中的拋物柱面鏡。
如果反射鏡為連續(xù)的拋物線型柱面鏡，當(dāng)太陽光傾斜照射時，反射鏡的聚焦光斑的光強 分布是非常不均勻的。如圖1所示，圖中x軸的單位是厘米。如果拋物線柱面鏡的焦距為1 米，并且鏡面寬度也是1米，當(dāng)太陽光偏離光軸15度時，如果將10厘米寬的光伏電池放置 在距反射聚光鏡中心0.95米的平面中光強最強的地方。將太陽光近似為平行光，通過計算 可以發(fā)現(xiàn)此處光的強度是非常不均勻的，在有些地方光強可以達到未對太陽光聚光時光強的 120多倍，而有的地方只有幾倍，甚至為零，這不僅會降低太陽能電池的輸出功率(此時電 池的輸出功率僅為均勻照射條件下的80T90%，參看Franklin E. T, Coventry J. S.,五/e故 o/ Zz妙/y wo"-wmybr附 z7/訓(xùn)Zwa"o" cft欲/6Wo" o" e/ec的'ca/ pe ^bmz朋ce so/ar ce//s. Proceedings of Solar 2002 - Australian and New Zealand Solar Energy Society ), 而且更為嚴重的是 光強高的地方溫度也很高，不僅會對電池產(chǎn)生損害，而且可能造成溫度變化大的地方電池的 熱應(yīng)力的急劇增加，使電池斷裂而無法繼續(xù)使用。因此這種連續(xù)型反射聚光鏡不適用于反射 聚光鏡固定不動的系統(tǒng)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多排聯(lián)動式太陽能均勻聚光跟蹤裝置，它可以得到聚光均勻的 光斑，改善光能轉(zhuǎn)換部件上的光強分布的均勻性，從而不損壞電池，不降低光伏電池的輸出功率。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種多排聯(lián)動式太陽能均勻聚光跟蹤裝置，包括若干個規(guī)格相同或相近的反射聚光鏡和 前后兩組傾斜導(dǎo)軌、 一個安裝了光能轉(zhuǎn)換部件的水平框架及傳動裝置，每組傾斜導(dǎo)軌的左右 導(dǎo)軌分列于反射聚光鏡的左右兩側(cè)，傳動裝置帶動水平框架沿傾斜導(dǎo)軌前后移動，其中
所述反射聚光鏡為菲尼爾反射聚光鏡，并且這些規(guī)格相同或相近的菲尼爾反射聚光鏡應(yīng) 該平行或近似平行放置。每一個菲尼爾反射鏡都由若干面細長的平面反射鏡組成。
進一步地
所述的組成菲尼爾反射聚光鏡的每一面平面反射鏡的中心都處在同一個反射聚光曲面 上，并和這個曲面的切面重合。所述的組成線性菲尼爾反射聚光鏡的每一面平面反射鏡都對應(yīng)于同一個反射聚光曲面 的不同切面，并與之重合或平行，在保證任意兩面平面反射鏡之間的夾角不變的前提下，每 一面平面反射鏡沿光軸的上下位置不限定。
所述反射聚光曲面是拋物線型柱面、雙曲線型柱面、橢圓線型柱面、圓柱面之一。
所述組成線性菲尼爾反射聚光鏡的每一面平面反射鏡的寬度相同，其寬度根據(jù)需要確 定如果需要光斑均勻，則每一面平面反射鏡的寬度應(yīng)大于或等于光能轉(zhuǎn)換部件的寬度；如 果需要聚光倍數(shù)高，那么每一面平面反射鏡的寬度應(yīng)小于或等于光能轉(zhuǎn)換部件的寬度。
所述組成線性菲尼爾反射聚光鏡的每一條平面鏡的寬度不相同或不完全相同。
所述的傾斜導(dǎo)軌與地面的夾角等于反射聚光鏡與地面的夾角。
所述傾斜導(dǎo)軌為框架式結(jié)構(gòu)。
每排光能轉(zhuǎn)換部件的長度和對應(yīng)的菲尼爾反射聚光鏡的長度可以相同也可以不同。 本發(fā)明具有以下效果由于可以得到聚光均勻的光斑，因此能改善光能轉(zhuǎn)換部件上的光
強分布的均勻性，從而不損壞電池，不降低光伏電池的輸出功率。


圖1是連續(xù)的拋物線型柱面反射鏡的光強分布圖； 圖2是本發(fā)明的裝置構(gòu)成圖； 圖3是線形菲涅爾反射聚光鏡的光強分布圖； 圖4是光電池的冷卻方式或熱電聯(lián)供的實施方式示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖作進一步說明。
請參見圖2。本發(fā)明是一種多排聯(lián)動式太陽能均勻聚光跟蹤裝置，包括若干個線形菲尼 爾反射聚光鏡1和前后兩組傾斜導(dǎo)軌2、 一個安裝了光能轉(zhuǎn)換部件的水平框架3及傳動裝置 (未示)。每組傾斜導(dǎo)軌2的左右導(dǎo)軌分列于線形菲尼爾反射聚光鏡1的左右兩側(cè)，傳動裝 置帶動水平框架3沿傾斜導(dǎo)軌2前后移動。傾斜導(dǎo)軌2采用框架式結(jié)構(gòu)，可以盡量減少對陽 光的遮擋。因傳動裝置屬于公知技術(shù)，故在此不作贅述。
每一個菲尼爾反射聚光鏡由若干面細長的平面反射鏡組成。其中每一面平面反射鏡都對
應(yīng)于同一個反射聚光曲面的不同切面，并與之重合或平行。在保證任意兩面平面反射鏡之間 的夾角不變的前提下，每一面平面反射鏡(沿光軸方向)的位置不限定，可以根據(jù)對聚光效 果的具體要求和制作工藝的難易程度決定。并且這些規(guī)格相同或相近的菲尼爾反射聚光鏡應(yīng) 該平行或近似平行放置。
上述反射聚光曲面是指可以對光進行反射聚光的曲面，如拋物線型柱面、雙曲線型柱面、 橢圓線型柱面、圓柱面等等。
上述每一面平面反射鏡的寬度可以相同，其寬度根據(jù)需要確定，如果需要光斑均勻，則 每一條平面鏡的寬度應(yīng)大于或等于光能轉(zhuǎn)換部件的寬度，如果需要聚光倍數(shù)高，那么每一條 平面鏡子的寬度應(yīng)小于或等于光能轉(zhuǎn)換部件的寬度。
上述每一條平面鏡的寬度也可不相同或不完全相同。
4為了得到聚光均勻的光斑，我們將反射聚光鏡的形式改為線形菲涅爾反射聚光鏡(其焦 距1米，由10面細長的平面反射鏡組成，每一面平面反射鏡的寬度是10厘米)，反射聚光 曲面采用拋物線型柱面，且每一面平面反射鏡都和此拋物線型柱面的切面重合。在和圖1照 射條件相同的情況下，光伏電池上的光強分布如圖3所示(x軸的單位為厘米，太陽能電池 放置在2、2厘米之間。)，這時光強最大處為10倍，最小處為5倍，平均光強為8倍左右， 光強最大的波動范圍為±30%。從圖中可以看出，光斑均勻性有了質(zhì)的飛躍。這種光強分布 不僅不會損壞電池，也不會降低光伏電池的輸出功率。
下面說明其應(yīng)用實施例。
以北半球為例，將數(shù)排相同規(guī)格或相近的線形菲尼爾反射鏡面向南方以相同傾角固定在 地面上，并一年四季保持不動，前后兩排反射鏡的距離，以前排反射鏡不影響后排反射鏡聚 光為宜。傾角的大小應(yīng)該約等于當(dāng)?shù)氐木暥冉牵@樣一年四季都可以得到較好的聚光效果。
如果有某種特殊的季節(jié)需要，例如只需要在冬季得到很好的聚光效果，那么可以將反射 鏡與地面的傾角增加5 15度。相反如果只需要在夏季得到很好的聚光效果，那么可以將反 射鏡與地面的傾角減小5~15度。
將相同排數(shù)的光能轉(zhuǎn)換部件以相同的間隔固定成一個整體框架，與地面平行地放置在傾 斜導(dǎo)軌上，由一套傳動裝置帶動沿傾斜導(dǎo)軌向上(后)或向下(前)移動，用以跟蹤線形菲 尼爾反射鏡所形成的光斑，使光能轉(zhuǎn)換部件始終處于光斑的能量最強處。
每排光能轉(zhuǎn)換部件的長度和對應(yīng)的菲尼爾反射聚光鏡的長度可以相同也可以不同。
這里所說的光能轉(zhuǎn)換部件，既包括用于光電轉(zhuǎn)換的光伏電池，也包括用于光熱轉(zhuǎn)換的各 種集熱管。
當(dāng)用于光電轉(zhuǎn)換時，可以根據(jù)需要，在光伏電池背面增加冷卻系統(tǒng)，既有主動冷卻方式， 也有被動冷卻方式。主動冷卻也可以實現(xiàn)電熱聯(lián)供，圖4為其中一種實施例，其中，在光伏 電池4的背面敷設(shè)一層導(dǎo)熱絕緣層5，然后在導(dǎo)熱絕緣層5后面再設(shè)置冷卻水管6，在冷卻 水管6中通以流動的冷卻水7。這樣，太陽光中的光能不僅可以通過光伏電池轉(zhuǎn)換成電能， 還可通過光伏電池背面的冷卻系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成熱能。各種冷卻方式已在綜述性文獻《聚光光伏系 統(tǒng)的技術(shù)進展》(《太陽能學(xué)報》26巻第4期p597-604)及其所引用的文獻中有較好的說明 和闡釋。
當(dāng)用于光熱轉(zhuǎn)換時，光熱轉(zhuǎn)換部件既可以為各種集熱管，也可以為各種空腔式集熱器。 各種集熱管的介紹參見《太陽能利用技術(shù)》(羅運俊，何梓年，王長貴編著，化學(xué)工業(yè) 出版社2005)中第三章；空腔式集熱器的介紹參看張耀明，張文進，張振遠，孫利國，劉 曉暉等人發(fā)明的專利《空腔式太陽能接收器》(申請?zhí)?00610039125.0),以及該發(fā)明說明 書中所引用的美國專利。
權(quán)利要求
1.一種多排聯(lián)動式太陽能均勻聚光跟蹤裝置，包括若干個反射聚光鏡和前后兩組傾斜導(dǎo)軌、一個安裝了光能轉(zhuǎn)換部件的水平框架及傳動裝置。每組傾斜導(dǎo)軌的左右導(dǎo)軌分列于反射鏡的左右兩側(cè)，傳動裝置帶動水平框架沿傾斜導(dǎo)軌前后移動，其特征在于所述反射聚光鏡為線性菲尼爾反射聚光鏡，每一個菲尼爾反射聚光鏡都由若干面細長的平面反射鏡組成。
2. 如權(quán)利要求1所述的多排聯(lián)動式太陽能均勻聚光跟蹤裝置，其特征在于 所有菲尼爾反射聚光鏡都要平行或近似平行放置。
3. 如權(quán)利要求1所述的多排聯(lián)動式太陽能均勻聚光跟蹤裝置，其特征在于 所述的組成菲尼爾反射聚光鏡的每一面平面反射鏡的中心都處在同一個反射聚光曲面上，并和這個曲面的切面重合。
4. 如權(quán)利要求3所述的多排聯(lián)動式太陽能均勻聚光跟蹤裝置，其特征在于 所述的組成菲尼爾反射聚光鏡的每一面平面反射鏡都對應(yīng)于同一個反射聚光曲面的不同切面，并與之重合或平行，在保證任意兩面平面反射鏡之間的夾角不變的前提下，每一面 平面反射鏡沿光軸的上下位置不限定。
5. 如權(quán)利要求4所述的多排聯(lián)動式太陽能均勻聚光跟蹤裝置，其特征在于 所述反射聚光曲面是拋物線型柱面、雙曲線型柱面、橢圓線型柱面、圓柱面之一。
6. 如權(quán)利要求1至5之一所述的多排聯(lián)動式太陽能均勻聚光跟蹤裝置，其特征在于-所述每一面平面反射鏡的寬度相同，其寬度根據(jù)需要確定如果需要光斑強度均勻，則 每一面平面反射鏡的寬度應(yīng)大于或等于光能轉(zhuǎn)換部件的寬度；如果需要聚光倍數(shù)高，那么每 一面平面反射鏡的寬度應(yīng)小于或等于光能轉(zhuǎn)換部件的寬度。
7. 如權(quán)利要求i至5之一所述的多排聯(lián)動式i:陽能均勻聚光跟蹤裝置，其特征在于所述每一條平面鏡的寬度不相同或不完全相同。
8. 如權(quán)利要求1所述的多排聯(lián)動式太陽能均勻聚光跟蹤裝置，其特征在于 所述的傾斜導(dǎo)軌與地面的夾角等于反射聚光鏡與地面的夾角。
9. 如權(quán)利要求1或8所述的多排聯(lián)動式太陽能均勻聚光跟蹤裝置，其特征在于 所述傾斜導(dǎo)軌為框架式結(jié)構(gòu)。
10. 如權(quán)利要求1所述的多排聯(lián)動式太陽能均勻聚光跟蹤裝置，其特征在于 所述各個菲尼爾反射聚光鏡的規(guī)格相同或相近。
全文摘要
本發(fā)明是一種多排聯(lián)動式太陽能均勻聚光跟蹤裝置，包括若干個反射聚光鏡和前后兩組傾斜導(dǎo)軌、一個安裝了光能轉(zhuǎn)換部件的水平框架及傳動裝置，每組傾斜導(dǎo)軌的左右導(dǎo)軌分列于反射聚光鏡的左右兩側(cè)，傳動裝置帶動水平框架沿傾斜導(dǎo)軌前后移動。所述反射聚光鏡為由多面細長的平面反射鏡組成的線形菲尼爾反射聚光鏡。其中每面平面反射鏡都對應(yīng)同一個反射聚光曲面的不同切面，并與之重合或平行，在保證任意兩面平面鏡之間的夾角不變的前提下，每一面平面反射鏡的沿光軸的上下位置不限定。本發(fā)明可以得到聚光均勻的光斑，改善光能轉(zhuǎn)換部件上的光強分布的均勻性，從而不損壞電池，不降低光伏電池的輸出功率。
文檔編號G05D3/00GK101609853SQ20091008969
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日
發(fā)明者王瑞峰 申請人:王瑞峰