[發明專利]軌道型非感應式追蹤的光電和光熱一體化系統

在審

• 申請號: 202010775314.4
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN111750545A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 李杰
• 申請（專利權）人: 廣西圣井新能源科技有限公司
• 主分類號: F24S30/00
• 分類號: F24S30/00;F24S50/20;F24S30/40;F24S10/40;F24S10/70;F24S20/30;F24S70/60;F24S23/70;H02S20/32
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• 代理人: 暫無信息

本發明涉及新能源領域，具體為軌道型非感應式追蹤的光電和光熱一體化系統。目前貧困地區人們的日常生活多是采用燃煤等非環保的方式進行，這對環境造成了很大污染的同時，也容易引起火災，在無電無明火的情況下，如何解決人們日常生活所需，不僅是關系到環保的問題，更是生活在這些區域里人們的生存問題，碟式太陽能爐，由于成本高、體積大以及集熱效率低的缺陷，難以滿足人們日常生活的需求，本發明提供了一種分別采用軌道裝置、多邊形或圓形平臺，構建成一個非感應式1維度或2維度追蹤的光伏發電或光電和光熱一體化的系統的解決方案，使得光電的發電和光熱的集熱效率平均提高了60%左右，在無明火無電情況下解決了人們吃飯和用電的難題。

技術領域

本發明涉及新能源領域，具體為軌道型非感應式追蹤的光電和光熱一體化系統。

背景技術

目前貧困地區人們的日常生活多是采用木材或燃煤等非環保的方式進行，這對環境造成了很大污染的同時，也很容易引起火災，在無電無明火的情況下，如何解決人們日常生活以及野外作業所需的用電及吃飯問題，不僅是關系到環保的問題，更是生活在這些區域里人們的生存問題，光伏發電的固定支架發電效率低下，而感應式追蹤技術成本的高昂，導致這兩種光伏發電技術的性價比低下，碟式太陽能爐，由于成本高、體積大以及集熱效率低的缺陷，也難以滿足人們日常生活的需求，所以在光電和光熱的轉換率難以大幅度提高的當下，提供一種為市場所接受、能夠廣泛推廣應用的光電和光熱一體化技術，就是當下光電和光熱領域內所遇到的亟待解決的技術難題。

發明內容

針對上述缺陷，本發明提供一種軌道型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：

軌道型非感應式追蹤的光電和光熱一體化系統，包含軌道裝置、太陽能角度控制器、集熱裝置，追蹤系統分為1維度或2維度追蹤兩種不同的模式，這兩種類型當中又分為1+1和1+N兩種不同的類型，在2緯度追蹤模式的軌道裝置中，主要包含了基座、軌道、支架、滑輪、轉盤、驅動裝置，在一個固定于地基上的圓形基座上安裝有圓形狀的軌道，軌道的截斷面形狀分為L型或多邊形兩種，在每條軌道兩側各預埋有一條圓環狀的凹槽構件，凹槽構件開口部是上窄下寬，在L型截斷面基座的上壁上也預埋有一條圓環狀的凹槽構件，共有三條，而多邊形截斷面的基座只有兩條凹槽形構件，軌道上安裝有一個圓形或三角形的支架，圓形支架下安裝有X個滑輪，而三角形支架的各個角處各安裝有一個滑輪，每個滑輪的軸在滑輪的兩側分別下垂固定安裝有根梁或鏈條，梁或鏈條的下端帶有個圓形或多邊形的構件，把梁或鏈條分別插入軌道兩側的凹槽內，其圓形或多邊形構件卡扣在凹槽內隨著滑輪移動，在L型截斷面軌道上的滑輪，帶有圓形或多邊形構件的一端是扣在軌道上壁的凹槽內，另一端是直接固定或通過鏈條固定在滑輪的軸上，在圓形或三角形支架的中心處固定安裝有一個轉盤，S條梁兩端分別固定在轉盤和圓形或三角形的支架或滑輪的軸上，在圓形或三角形支架的上方固定安裝有一個多邊形或圓形的框架，在多邊形或圓形框架的周邊上固定安裝有Y根T型的托梁，T型托梁中有一邊頂端安裝有鉸接裝置的構件，與其相對應的另一邊還安裝有H套驅動裝置，除了安裝有鉸接裝置的T型托梁之外，其余的頂端都固定安裝一個U型的框，一個多邊形或圓形的平臺架在T型托梁和驅動裝置上，平臺底部的邊框中，一條與T型托梁鉸接形成鉸接裝置，其余的邊框托放在T型托梁的U型框內，驅動裝置的頂端與平臺是螺栓固定連接，所述轉盤是一根可轉動的柱，根據支柱是自轉還是非自轉分為1+1和1+N兩種不同的模式，1+1模式的轉盤是自轉模式，其是一根智能電動柱，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，柱體上安裝有上述的S根梁，所述1+N模式的轉盤為非自轉模式，轉盤的結構及安裝方式與1+1模式的相同，只是機座中沒有驅動電機和機械傳動機構，卻在軸上多增加了一個齒輪，齒輪固定安裝在轉盤的軸上隨同軸一起轉動，N個轉盤的齒輪通過一根閉合的鏈條鏈接為一體，鏈條的一端與機械傳動機構鏈接，1+1模式的轉盤是獨自帶動一個圓形或三角形的支架轉動，而1+N模式則由驅動電機與機械傳動機構共同驅動N個圓形或三角形支架一同轉動，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、T型空心管所構成，T型空心管固定在螺母上形成一體，螺母沿著軸上下移動，上述所有的智能電動柱的柱體固定在機座上，其的驅動將采用固定在機座內的電機和機械傳動機構的組合體來進行，多邊形或圓形平臺上水平安裝有R組大空心管，多邊形或圓形平臺安裝的系統有兩種不同的模式，第一種都是光電系統；第二種是光電和光熱的一體化系統，所述光電系統的每塊光伏板底部安裝有Ⅱ字型梁，其上固定安裝有小空心管，所述光熱系統是安裝有集熱裝置的太陽能爐，所述太陽能爐，其分為多管和單管兩種不同類型，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，光電系統的光伏板的小空心管插入平臺的大空心管內螺栓固定，光電和光熱一體化系統的多管型或單管型太陽能爐通過支架架在光伏板上與其平行并固定在邊框上，所述的1緯度追蹤模式只能調節方位角，其1+1或1+N兩種類型的軌道裝置的結構與上述2緯度追蹤模式的相同，但多邊形或圓形的平臺是直接固定安裝在多邊形或圓形框架上，無驅動裝置和T型托梁，在平臺上安裝有階梯型框架，光電系統的光伏板與地面傾斜采用固定支架安裝在平臺和階梯型框架上，光熱系統的太陽能爐安裝方式與上述2緯度追蹤的相同，光伏發電或光電和光熱一體化系統的角度調節，是調節多邊形或圓形平臺的角度，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多邊形或圓形平臺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多邊形或圓形平臺角度的變化，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，多邊形或圓形平臺角度調節的工作原理為，太陽能角度控制器與多邊形平臺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，以使得多邊形或圓形平臺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，推動多邊形或圓形平臺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多邊形或圓形平臺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，就可以確定多邊形或圓形平臺與水平面間的夾角，其特征在于：不需要光電傳感裝置，分別采用軌道裝置、多邊形或圓形平臺，構建成一個非感應式1維度或2維度追蹤的光伏發電或光電和光熱一體化的系統，光電和光熱系統的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的計時，通過控制智能電動柱或驅動電機智能驅動多邊形或圓形平臺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，由此調節多邊形或圓形平臺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，多邊形或圓形平臺面朝東面，傾角最大，正午時段，多邊形或圓形平臺是水平狀；下午時段，多邊形或圓形平臺面朝西面，傾角最大，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，所述輸入法當中的多邊形或圓形平臺的最大傾角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，三個時間段內多邊形或圓形平臺的朝向與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；在下午時段，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，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，所述多管型的是指多根真空集熱管，安裝在一個箱子內所形成的太陽能爐，所述多管型太陽能爐，箱底和壁的內側都是涂有反光材料的板，箱底的底面安裝有帶有空心管，箱底的內側四個角上分別固定安裝一個n型或h型的托架，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，下層固定在托架上，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、其高度是托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托架上，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太陽能爐，其包含有集光鏡、多邊形或圓形的真空集熱空心管，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，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根骨架的每根后端帶有固定構件，前端帶有圓孔，固定構件與圓孔之間的間距與管梁的寬度相同，兩塊集光鏡拼接時，X根骨架是分別插入管梁每側的2X個孔后，螺栓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根骨架相同，但固定構件與圓孔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管，管梁底部安裝有小空心管，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。