[發明專利]便攜式非感應式追蹤的光電和光熱一體化系統

在審

• 申請號: 202010775249.5
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN111895663A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 李杰
• 申請（專利權）人: 李杰
• 主分類號: F24S20/30
• 分類號: F24S20/30;F24S30/425;F24S50/00;F24S50/20;H02S20/32;H02S40/30;H02S40/44
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• 代理人: 暫無信息

本發明涉及新能源領域，具體為便攜式非感應式追蹤的光電和光熱一體化系統。目前便攜式的市場上光電和光熱裝置由于都不具有追日功能，導致發電及集熱效率的低下，而感應式追蹤技術能夠追日，但其成本高體積大因而很難適應于戶外活動的需求，市場上更是缺少光電和光熱系統一體化的技術，因此，如何使得便攜式光電和光熱裝置不僅能夠追日而且又具有實用價值，就成為光電和光熱行業所遇到的一個亟待解決的技術難題。本發明提供了一種分別采用轉盤、箱體、固定或活動的支架的不同組合體，構建成一個1維度或2維度追蹤的光電和光熱系統，很好地解決了上述的技術難題，本發明的發電及集熱效率平均多增加了60%左右。

技術領域

本發明涉及新能源領域，具體為便攜式非感應式追蹤的光電和光熱一體化系統。

背景技術

目前便攜式市場上的光電和光熱裝置由于都不具有追日功能，導致發電及集熱效率的低下，影響到其在市場上的應用，而感應式追蹤技術雖然能夠追日，但其成本高體積大因而很難適應于戶外活動的需求，戶外市場上更是缺少光電和光熱系統一體化的技術，所以在光電轉化率短期內難于有效提高的當下，讓便攜式光電和光熱裝置不僅能夠追日而且具有實用性和一體化性，就成為光電和光熱行業所遇到的一個亟待解決的技術難題。

發明內容

針對上述缺陷，本發明通過提供便攜式非感應式追蹤的光電和光熱一體化系統，使得上述的技術難題得到了解決。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

便攜式非感應式追蹤的光電和光熱一體化系統，包含太陽能角度控制器、太陽能電池、集熱裝置、轉盤、托盤、托架、驅動裝置、蓄電池、箱子，所述光伏板類型的太陽能電池，收納時光伏板安裝在箱子內，系統分為1維度或2維度追蹤的兩種不同的模式，根據轉盤和托盤或托架的不同組合，光伏板發電時其分為安裝在箱子內或在箱子外的兩種不同類型，第一種類型的1緯度或2緯度追蹤的模式是分別進行，采用轉盤和托盤的組合，轉盤和托盤的數量都為1個，第二種類型的1緯度和2緯度追蹤的模式是同時進行，是一體化的模式，采用轉盤和托架的組合，轉盤和托架的數量分別為1個和S個，所述第一種類型的2維度追蹤模式當中，分為有驅動裝置或無驅動裝置的兩種類型，兩種類型的的光伏板是水平狀安裝在兩個箱子內，箱子兩端各活動式的安裝有一根梁扣緊在光伏板的上方，光伏板串聯或并聯為蓄電池充電，箱子上安裝有電源接口、開關，活動式的安裝有萬向輪、空氣阻力的分流板，分流板是把箱子托架在行李架上時才需安裝，分流板安裝在朝向車頭的箱體一端，在安裝分流板一端的兩個箱子的內側，上下部分分別固定安裝有一根橫梁，橫梁上開有螺栓孔，螺栓固定分流板，所述分流板為拱形狀，中間高兩端低，截面為帶弧形的多邊形，分流板固定在箱體或龍骨上，所述龍骨是一種支撐架，其形狀與分流板相同也為拱形，其包含縱梁和橫梁，龍骨中部凸起部分是通過支撐桿螺栓固定在箱體上，兩個箱子之間的交接處安裝有合頁和帶有孔洞的支架，以交接處中部為中心，兩個箱子底部按多邊形或圓形的形狀相對應的安裝有Q個螺母或螺栓或子母扣，活動式的安裝子母扣或螺母，在所述有驅動裝置2緯度追蹤當中，在每個箱子內側底部一邊的橫梁上固定安裝有W個子母扣，與其相對應的另一邊安裝有驅動裝置，其余兩側安裝有L型構件的支架，一種頂端帶有鉸接裝置構件或圓環構件的T型空心管，兩根為一組進行鉸接或軸連接形成一個鉸接裝置，共有W個鉸接裝置，鉸接裝置的T型空心管是子母扣，光伏板底部一端安裝有子母扣，鉸接裝置上的子母扣，下端的與箱底的、上端的與光伏板的分別連接形成為一體，光伏板兩側邊框上安裝有子母扣或L型空心管，活動式連接子母扣，所述子母扣，是指由端頭分別帶有凸型或凹形的不同的兩根管或構件所構成的組合體，端頭為凹型的稱為母扣，為凸型的稱為子扣，凸型上開有接口，凹型內有彈簧扣件，外面有按鈕，或者子母扣的兩根管是具有相同的多邊形或圓形的截面，其中截面大的稱為母扣，截面小的稱為子扣，兩者的結構分別與凹凸型的相同，子母扣連接時，子扣插入母扣時，彈簧扣件扣在子扣的接口內把兩者連為一體，按住按鈕則子母扣分開，光伏板另一端與驅動裝置相連，連接的方式有兩種，一種是與其直接連接，光伏板的空心管插入驅動裝置內螺栓固定，另一種是通過一個三角形支架的間接連接，所述三角形支架由2根豎梁和1根T型橫梁所構成，豎梁兩端分別與箱底內側鉸接，和光伏板通過滑槽進行鉸接連接，所述滑槽是安裝在光伏板底部的橫梁，截面為凹型，其兩側邊緣都帶有鉤槽，兩根豎梁的截面和形狀都與滑槽的相同，截面1根寬1根窄，頂端都鉸接連接一個多邊形或圓形的扣件，截面窄的豎梁穿過內側有開口的截面寬的豎梁內，彼此之間交叉形成三角形狀，豎梁頂端的扣件扣在滑槽內，T型橫梁的底端插入驅動裝置內螺栓固定，其頂部帶有多邊形或圓形的扣件兩端分別扣在兩根豎梁的鉤槽內，隨著驅動裝置的升降而沿著鉤槽上下移動的同時，帶動兩根豎梁上下起伏，頂端的扣件在滑槽內左右來回滑動，由此推動三角架以及光伏板的升起或降落，所述驅動裝置是一種可升降的智能電動柱，其柱體主要由多邊形或圓形的螺母、帶有螺紋的軸、空心管所構成，空心管固定在螺母上形成一體，螺母沿著軸上下移動，所述轉盤是一根智能電動柱，其柱體主要由軸、空心管所構成，空心管固定在軸上隨軸一起旋轉而不能上下移動，在所述有驅動裝置2緯度追蹤當中的托盤分為多邊形或圓形或十字型，所述多邊形或圓形的托盤是活動式安裝有N個腳和Q根支撐桿的多邊形或圓形的托盤，托盤邊緣的周邊有N個子母扣或接口，托盤底端中心固定安裝有個多邊形或圓形的螺母，活動式安裝在螺母上的空心管與轉盤的空心管連接，每個腳或支撐桿的頂端或底端的子母扣與托盤邊緣的子母扣連接或直接插入托盤的接口螺栓連接，腳的底部是活動式的安裝萬向輪，支撐桿頂端的子母扣與箱底的Q個子母扣連接或采用螺母固定在螺栓上，托盤隨同轉盤旋轉的同時，其N個腳將繞著轉盤做圓周運動；所述十字型托盤，是由底部空心管直徑不同的兩根T型支柱所構成，每根T型支柱的兩端安裝有螺絲孔或子母扣，兩根T型支柱通過螺栓或子母扣活動式的連接為一體后，插入或套在轉盤內或頂端螺栓或子母扣固定，隨著轉盤同時轉動，兩個箱子架在十字型托盤上螺栓或子母扣固定，轉盤底部活動式的固定在墊板上，墊板采用地栓或倒U型構件固定在地面上，所述無驅動裝置2緯度追蹤，其結構與上述有驅動裝置2緯度追蹤的相同，區別在于每個箱子內無鉸接裝置和驅動裝置，取而代之的是增加了驅動組合，驅動組合主要由管狀電機、轉輪、空心管所構成，轉輪連接在管狀電機的轉軸上并固定于空心管內側，管狀電機安放在空心管內，通過電機座固定于箱壁上，空心管的另一端通過緊固構件固定于箱壁上，光伏板是直接固定在空心管上隨著空心管的旋轉而轉動，所述第一種類型的1維度追蹤的光伏發電系統的結構與上述有驅動裝置2緯度追蹤的相同，只是沒有驅動裝置和三角形支架，在三角形支架的豎梁處分別安裝一根支撐桿，支撐桿一端與箱底鉸接連接，另一端是活動，工作時將其扣在光伏板的底部，撐起光伏板與箱底形成傾斜狀態，所述第二種類型的箱子內側只有L型構件的支架，光伏板托放在支架上，箱子兩端各活動式的安裝有一根梁扣緊在光伏板的上方，組合中的每個托架主要由空心管、基座、多邊形或圓形的盤所構成，基座是一個多邊形或圓形的柱體，其中心有個圓形的接口，四周安裝有K個腳，每個腳都連接有萬向輪，空心管頂端連接多邊形或圓形的盤，下端插入基座的接口內活動式地固定在基座上，多邊形或圓形的盤的邊緣四周安裝有子母扣或接口，底部中心處有個內側帶有螺紋的圓孔，圓孔活動式地與空心管螺紋連接，每個托架上與轉盤間活動式連接有一根橫梁，托架隨著轉盤的轉動，繞轉盤做圓規運動，在第二種類型當中的2維度追蹤模式中，光伏板是通過所述的鉸接裝置安裝在轉盤的頂端，光伏板底部固定安裝一個子母扣，與鉸接裝置的子母扣連接為一體，一根驅動裝置，其一端連接在光伏板底部的端部，另一端固定在轉盤上，上述的智能電動柱的柱體都是固定在機座上，其的驅動將采用智能電動柱內的電機和機械傳動機構的組合體來進行，由此構成一個2維度追蹤的光伏發電系統；所述第二種類型的1維度追蹤系統，是無驅動裝置的追蹤模式，光伏板是安裝在轉盤和一個托架之間，光伏板一端活動式的固定在托架的多邊形或圓盤上，另一端通過一個三角形支架活動式的固定在轉盤上，在上述的追蹤系統上再加裝上集熱裝置，就變成為一個光電和光熱的一體化追蹤系統，所述的光熱系統是一種太陽能爐，所述太陽能爐，其分為多管和單管兩種不同類型，各種類型太陽能爐的底部安裝有子母扣或空心管，所述單管型太陽能爐，其分為四方形和長方形兩種不同的類型，太陽能爐的安裝方式，在第一種類型的追蹤模式當中，各種類型太陽能爐的子母扣或空心管與光伏板邊框上的子母扣或L型空心管相連接，并且太陽能爐與光伏板平行；在第二種類型的一體化追蹤模式當中，各種類型的太陽能爐的子母扣與多邊形或圓形的盤的子母扣或接口固定連接，并且水平地安放在托架上，光伏發電系統或光電和光熱一體化追蹤系統的角度調節，是調節光伏板或箱子的角度，將由安裝有嵌入式的角度傳感器的太陽能角度控制器，來進行控制，所述太陽能角度控制器，是利用時間計時來控制光伏板或箱子的角度發生改變的一種智能控制裝置，其主要有主芯片、角度傳感器、GPS衛星定位或電子指南針、時鐘芯片、藍牙、電機驅動的模塊，主芯片通過讀取實時的時鐘及角度數值，根據不同的時間段來控制光伏板或箱子角度的變化，時鐘芯片在太陽能角度控制器接通電源后，將自動采用GPS或藍牙進行時間的校對，光伏板或箱子角度調節的工作原理為，太陽能角度控制器與光伏板或箱子安裝在同一個水平面上，當時間到達預設的調節時刻時，太陽能角度控制器接受到一個調節角度的信號，則通過控制電機控制模塊來使角度檢測模塊做出轉動動作，以使得光伏板或箱子完成水平或傾斜動作，此時的智能電動柱將隨著電機的轉動完成水平或伸或縮的運動，推動光伏板或箱子轉動到預定位置的同時，角度傳感器輸出的模擬量經過模擬數字轉換器轉換后送入主控制器，主控制器再根據此輸入來判定光伏板或箱子是否已經轉動到預定的角度，并據此來控制電機的控制模塊，由此完成一次角度的調節，電子指南針調節方位角的具體實施方式為，在電子指南針的刻度上，北面是在刻度為0度之處，東面是在刻度為90度之處，南面是在刻度為180度之處，西面是在刻度為270度之處，東西南北4個方面的方位角度值和模擬電壓值分別為90°、θ伏；270°、ζ伏；180°、β伏；0°、η伏，把東面或西面的角度及模擬電壓值預先輸入到控制器的儲存模塊當中，則在上午或下午時段，方位角在0°~180°或180°~360°，模擬電壓值在η~β或β~θ的區間變化時，根據輸入的方位角度值或模擬電壓值，就能夠調節方位角時刻朝向東面或西面；在傾角1日之內的多次調節模式當中，每次新調節的角度值，在上午時段為ψ-J*ψ/F；正午時段，傾角固定不變，在下午時段為γ+ψ/F，把計算出每次所需調節的傾角角度值跟與其相對應的模擬電壓值或調節時刻一起預先輸入到控制器的儲存模塊當中，具體的實施方式為，當角度傳感器處于水平位置角度為0°時，輸出端Vo輸出的為A伏的模擬電壓，當角度傳感器與水平面成最大傾角的角度值ψ時，此時輸出的是B伏的模擬電壓，當角度傳感器在0°~ψ或ψ~180°的區間變化時，輸出端Vo輸出的電壓將從A伏依此變化到B伏或B伏依此變化到A伏的模擬電壓信號，因此通過測定角度傳感器輸出端Vo電壓的大小，就能夠確定水平面間的夾角，其特征在于：不需要光電傳感裝置，分別采用轉盤、箱體、固定或活動的支架的不同組合體，構建成一個1維度或2維度追蹤的光電和光熱一體化系統，方位角和傾角的調節將采用時間計時，采用太陽能角度控制器來進行控制，所述太陽能角度控制器是根據時間計時，通過控制智能電動柱智能驅動光伏板或箱子方位角水平朝東或朝西方向移動或傾角從東面到西面進行轉動，由此調節光伏板或箱子的方位角或傾角跟隨時間的變化而發生改變的方法，調節的順序為方位角調節在先，傾角在后，所述方位角的調節由太陽能角度控制器根據GPS或電子指南針模塊輸出的信號控制其朝東或朝西轉動，所述傾角的調節為輸入法，所述輸入法是采用最大傾角算術平均法計算得出的所需調節的傾角角度值跟與其相對應的調節時刻一起預先輸入到控制器的儲存模塊當中，所述最大傾角算術平均法是對上午和下午光伏板所能形成的最大夾角，按調節的次數進行算術平均的方法，所述時間計時是一日之內三次或多次，2維度追蹤的調節時間段分為上午、正午、下午三個時段，一日之內的三次調節，上午時段，光伏板面朝東面，傾角最大，正午時段，光伏板是水平狀；下午時段，光伏板面朝西面，傾角最大，所述的多次調節，是指在上午或下午兩個時段內，每間隔E分鐘進行一次方位角的調節，在E分鐘內傾角調節F次，所述輸入法當中的光伏板的最大傾角ψ的角度值按算術平均分成F次，每次調節的角度值為ψ/F，三個時間段內光伏板的朝向與1日之內三次調節的相同，在上午時段，每次新調節的角度值為ψ-J*ψ/F，J是整數的數字系列值，最小值為1，最大值為F；每次新調節的角度值為γ+ψ/F，γ是調節前一時刻的角度值，每次方位角進行調節時，傾角都已經歸位到初始的位置，無驅動裝置的1維度追蹤的太陽能角度控制器水平安裝在箱底，傾角是固定不變，方位角調節的次數，是一日之內所有調節時間的總和，按每間隔D分鐘計算所得，在第二種1維度和2維度為一體化的模式當中，是以2維度追蹤模式的角度調節為主來進行，所述多管型的太陽能爐是指R根真空集熱管，安裝在一個箱子內所形成的太陽能爐，多管型太陽能爐，箱底和壁的內側都是涂有反光材料的板，箱底的底面安裝有子母扣或空心管，箱底的內側四個角上分別固定安裝一個n型或h型的支架，盒子內分隔成多個多邊形或圓形的格子，盒子分為上下兩層，下層固定在支架上，上層活動式安裝稱為蓋子，上下層采用合頁連接，箱壁的底部是鉸接在箱底上，箱壁分為上下兩段，兩段之間采用合頁連接，下段為四邊形、其高度是支架和格子狀盒子的高度之和，上段是梯形或梯形和三角形的組合體，箱壁打開后由桿支撐，桿的兩端分別連接在箱壁的上段以及格子狀的盒子上，使得箱壁與箱底形成傾斜的狀態，有蓋子的內膽是活動式安放于真空集熱管內，多根真空集熱管架在盒子內的多邊形或圓形的格子上固定，所述單管型中的四方形太陽能爐的真空集熱管的形狀為四方形，長方形太陽能爐真空集熱管的形狀為圓形，所述四方形太陽能爐的真空集熱管是安裝在一個箱子的盒子內，箱底和箱壁的結構及安裝方式都與上述多管型的相同，箱子內四方形格子狀的盒子固定在上述的支架上，盒子的蓋子是安裝在側面，其一端通過合頁與盒子壁鉸接連接，另一端通過卡扣扣緊在盒子壁上，內膽的材質為不銹鋼或鋁合金，其為多邊形或圓形的帶有邊框的無蓋的盒子，其側邊有個圓形的接口，接口內帶有螺紋，活動式連接把手，內膽是活動式的安放于四方形真空集熱管內，所述單管型中的長方形的太陽能爐的真空集熱管的形狀為園形，其包含有集光鏡、真空集熱空心管，所述集光鏡是涂有反光材料的板，鏡面有平板型和拋物線型兩種，兩塊拼接合為一體形成一塊三角形或拋物面形的集光鏡，每種類型的鏡面有N塊，每塊的骨架中，有X根骨架凸出于集光鏡邊緣外，其端頭帶有螺紋結構，相對應兩塊集光鏡中的X根骨架位置是相錯的，一根截面為多邊形的管梁，兩側各貫穿有2X個孔，上下面貫穿有M個孔，所述X根骨架每根活動式螺紋連接有空心管，空心管固定在管梁的方式有螺栓固定或非螺栓固定兩種，螺栓固定或非螺栓固定方式的空心管后端帶有固定構件，前端帶有圓孔或彈性扣件，固定構件與圓孔或彈性扣件之間的間距與管梁的寬度相同，兩塊集光鏡拼接時，兩種不同固定方式的空心管是分別插入管梁每側的2X個孔后，螺栓固定或彈性扣件固定在管梁的兩側上，一根真空集熱空心管的M個支架為Y型，其底部空心管的結構以及與管梁固定的方式與X根骨架的空心管相同，但固定構件與圓孔或彈性扣件之間的間距是與管梁的厚度相同，支架空心管插入管梁面上的M個孔內后，螺栓固定或彈性扣件固定在管梁底部上，真空集熱管架在M個支架的頂端，扣緊在支架上，集熱管內部插有一根內膽管，管內分隔成多個格子，管梁兩端活動式安裝子母扣或空心管，所述鉸接裝置的構件是由1塊底板和C塊的多邊形豎板所構成，豎板帶有圓弧的一端帶有孔洞，另外一端焊接固定在底板上，所述鉸接裝置的構件，C=1或2時候，是活動式或螺栓的固定連接，當C＞2時候，是鉸接連接形成一個鉸接裝置。