[發明專利]用于太陽能板的雙軸式太陽追蹤器系統與裝置

有效

• 申請號: 201010238564.0
• 申請日: 2010-07-19
• 公開（公告）號: CN101997453A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發明（設計）人: 廖恒俊
• 申請（專利權）人: 廖恒俊
• 主分類號: H02N6/00
• 分類號: H02N6/00;G05D3/00
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽

技術領域

本發明關于一種簡化結構且成本較低的雙軸式太陽追蹤器，用于太陽能光電池(photovoltaic，PV)板及太陽能聚光電池(concentrated?photovoltaic，CPV)板上，并用于采用反射聚陽光系統的太陽聚光器及史特靈引擎(Stirling?engine)反射碟上。本發明尤指一種簡化結構且以重力作中心的追蹤結構，該追蹤結構包含單一或兩個低成本的線性驅動器，且該線性驅動器安裝在地柱(ground?post)的一側，可便于以較低的成本進行更換及維修。

背景技術

太陽能光電池板逐漸成為一般住宅區屋頂上的標準配備。照射到屋頂上太陽能板的太陽能多寡，依太陽與太陽能板之間所形成仰角的正弦值(sine)而定。換言之，由于兩者所形成的仰角在日出或日落時最小，所以平放的太陽能板所能收集到的太陽能最少。在緯度大約34度的地區，如果將太陽能板安裝在雙軸式太陽追蹤器上，則相較于水平、固定的太陽能板而言，可以多收集49％的太陽能。但是在住宅區屋頂上的太陽能光電池板加裝太陽追蹤器并不實際。至于對太陽能發電廠而言，如果太陽追蹤器的成本不是其主要的考慮，那么在太陽追蹤器上安裝太陽能板確實是可行的。在太陽能聚光電池系統中，太陽能板及其光學配件必須直接面向太陽，以便集中太陽光束。在太陽能光電池及太陽能聚光電池兩系統中，最主要的成本來自于使用傳統的雙軸式太陽追蹤器。在太陽能光電池系統中，如果太陽追蹤器的成本超出太陽能板成本的三分之一，那么一般就可能不會考慮使用，因為為此進行投資改良并不劃算。此外，相較于太陽追蹤器上的固定零件，可動零件的可靠度較低。另一方面，在太陽能聚光電池系統中，若要使太陽能板妥善運作，則必須強制太陽能板與太陽射線互為垂直方可。

在聚光式太陽熱能發電(concentrated?solar?thermo?power，CSP)的應用方面，太陽追蹤器也被用來反射與集中太陽射線。主要的應用方式為將許多太陽反射器固定在雙軸式太陽追蹤器上以收集太陽能。接著再將所收集到的太陽能集中到裝滿水或熔鹽的加熱箱來進行發電。像這樣大規模的太陽發電廠，通常稱作「反射聚陽光系統」(heliostat)發電廠。在反射聚陽光系統發電廠的總成本中，以太陽追蹤器的成本占最高。另一個可以應用本發電系統是史特靈引擎。太陽熱史特靈引擎亦需使用雙軸式太陽追蹤器來收集聚光太陽射線，再利用太陽射線進行加熱，以便發電。本發明以其安裝方式簡單、組件成本低、維修費低及高耐用性等優勢，將更有益于采用太陽熱集中方式的史特靈引擎。

典型雙軸式太陽追蹤器由地柱(ground?post)組成，該地柱固定在以混凝土作底座的地底結構中。也可以使用對生態較為友善的螺旋形地柱，螺旋形地柱乃直接鉆入地中，而不使用混凝土底座。在地柱的頂端安裝一旋轉驅動器(slewing?drive)以同時支撐太陽能板的重量及水平角旋轉(azimuth?rotation)。在旋轉驅動器的頂端固定一線性驅動器在旋轉驅動器及太陽能板之間，以便將太陽能板朝仰角方向提升。雙軸式太陽追蹤器在水平角及仰角上的移動，可以驅動太陽能板直接面向太陽。

然而傳統的太陽追蹤器有一些缺點：一、旋轉驅動器除了必須支撐太陽能板全部的重量外，還必須承載因太陽能板固定傾斜而產生出來的側向力及力矩，并承載太陽能板上的風載(wind?load)。二、太陽能板的重量以及側向力所產生的力矩，使得旋轉驅動器的大小取決于太陽能板的大小與重量。而且旋轉驅動器的蝸桿(worm?drive)與旋轉齒輪兩組件必須與滾珠軸承(ball?bearing)組裝在一起，其中滾珠軸承承受太陽能板的全部重量以及施加在旋轉驅動器上的力矩。如此一來，旋轉驅動器(slewing?drive)就會變得非常笨重。三、如果遇到旋轉驅動器發生問題而必須修理或更換時，則必須先拆解整塊太陽能板才能繼續進行。四、由于線性驅動器所提供給單一太陽能板的提升機制(lifting?mechanism)的緣故，所以相對于旋轉驅動器的軸心(pivoting?point)，太陽能板的重心經常變動，這樣可能會迫使旋轉驅動器必須承受最大的力矩。因此，在設計旋轉驅動器及線性驅動器時，必須考慮到太陽能板在傾斜時可能會產生的最大力矩及最大側向力。但這樣又會造成傳統的雙軸式太陽追蹤器變得非常笨重，而且價格昂貴。有鑒于此，本發明提出一種簡化的太陽追蹤器，同時具備價格低廉、重量輕且維修成本低的優點，有助于因應即將到來的能源革命。

發明內容