專利名稱：一種光伏發電中電池板傾斜角自動跟蹤太陽光裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及太陽能應用中二維自動跟蹤太陽光的裝置的，特別涉及一種光伏發電中電池板在傾斜角自動跟蹤太陽光的裝置。
背景技術：
開發利用以太陽能為代表的新能源已經成為人類解決能源危機的有效方法之一， 也已作為我國可持續發展戰略的能源基本決策。太陽能光伏發電已經成為其廣泛應用的途徑之一。但是由于太陽光大小及方向隨著時間做周期性變化，為了提高太陽能利用率，最普遍的方式就是配備二維方向的自動跟蹤系統。雖然在自動控制技術發展到今天，實現自動跟蹤太陽光并非難事。但是，由于自動跟蹤系統及傳動機構所處的室外惡劣的工作環境，要在低成本條件下保證其工作可靠性則是有很大困難的。所以研制根據光伏發電本身特點配備低成本高可靠性的二維自動跟蹤系統，有效的提高太陽能利用率意義重大。高精度的二維跟蹤系統對于太陽能聚光器是必備的，但是考慮到成本和實際效果等因素，在許多大規模光伏發電場合不得不更多采用一維(方位角)自動跟蹤方式，這樣一來就降低了太陽能利用率。實際上方位角變化周期(一天)是傾斜角的變化周期(一年) 的365倍，所以如果能夠以根據這個特點與某個因素(如氣候溫度)的對應關系，尋找一種簡單有效的傾斜角方向自動跟蹤裝置代替目前普遍使用的根據采集太陽光信號、處理以及驅動組成的復雜系統，在有效的降低成本和提高可靠性的情況下，與方位角自動跟蹤部分組成二維自動跟蹤系統，又保證了光伏發電達到了理想的工作狀態。2010年9月27日，申請的“一種光伏發電中電池板傾斜角方向自動跟蹤太陽的裝置”，申請號201010293214. 4但是在實際使用過程中發現針對不同的使用場合，其具體要求的參數是不一樣的。例如，相同結構的太陽電池板在不同緯度的地方活塞位移要求不一樣；而各種大小規格的太陽能電池板需要的推力也不相同；而且應用在熱發電系統中線聚光的反射式或者透射式聚光體的傾斜角自動跟蹤中，也是最佳選擇。因為在線聚光中不需要東西方向(即經度)自動跟蹤，但是也同樣存在以上問題。所以如果能夠根據實際需要在不改變該裝置結構的前提下可以通過方便的操作實現推力、位移大小等參數的調節以及穩定性能和密封性能的完善，那么對于實踐中中推廣應用意義巨大。

發明內容
本發明的目的在于根據光伏發電對于自動跟蹤系統的跟蹤精度相對于太陽能聚光器中的自動跟蹤系統要求相對可以比較低的特點，提供了一種低成本、高可靠性并能夠實現推力、位移大小等參數調節的光伏發電中電池板傾斜角自動跟蹤太陽光裝置。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是包括支架以及安裝在支架上的旋轉軸，在旋轉軸上安裝有光伏電池板，在支架上位于光伏電池板的下端設置有帶有揩油調整口的密閉腔，在該密閉腔內下部填充有液面高度大于密閉腔出口的液體，上部充有氣體，密封腔的出口處設置有活塞，杠桿安裝在轉軸上，杠桿的一端與活塞鉸接，另一端與光伏電池板的背面相接觸。所述的密閉腔呈圓柱形腔體容積大而出口小，由外面的金屬腔體、中間的保溫層以及里面的軟密封體組成。所述的光伏電池板的背面位于旋轉軸的下端安裝有滑動曲面，杠桿與該滑動曲面相接觸。所述的與光伏電池板背面相接觸的杠桿的端部設置有滾輪。所述的旋轉軸的固定線位于光伏電池板高度的中點以上位置。所述的氣體采用熱膨脹系數較大的氣體。本發明根據太陽光入射傾斜角度與氣候溫度相對應的以及變化緩慢的特點，把氣候溫度間接作為太陽光入射傾斜角度，利用封閉體中氣體和液體的熱脹冷縮以及固定在旋轉軸上的光伏電池板的水平分力相互巧妙配合，形成推挽式動力源，再經過杠桿把活塞的位移放大后直接實現對光伏電池板傾斜角度的調節。用以代替目前普遍使用的傾斜角自動跟蹤裝置，再與方位角自動跟蹤裝置一起組成二維自動跟蹤系統，達到提高自動跟蹤系統性價比的目的，通過揩油調整口對密閉腔進行調節，從而實現推力、位移大小等參數調節。


圖1是本發明的整體結構示意圖。 圖2是光伏電池板傾斜角變化原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。參見圖1，本發明包括安裝在旋轉軸2上的光伏電池板1，所述的旋轉軸2的固定線位于光伏電池板1高度的重點以上位置，光伏電池板1的背面且位于旋轉軸2的下端安裝有滑動曲面3，在光伏電池板1的下端設置有密封腔12，密封腔的腔體容積大而出口小， 該密閉腔內下部填充有液面高度大于密閉腔出口的液體9，上部為熱膨脹系數較大的氣體 8。另外密封腔內設置有彈性軟密封體10和保溫層11，密封腔的左側設置有揩油調整口 13，密封腔的右出口處設置有活塞7，杠桿5安裝在轉軸6上，杠桿的一端與活塞7鉸接，另一端安裝有滾輪4并于光伏電池板1的滑動曲面3接觸。本發明要求一定容積的密封腔和小直徑的活塞以保證活塞移動對于溫度變化的敏感性。本發明要求密閉腔內下部填充有液面高度大于密閉腔出口的液體，上部為熱膨脹系數較大的氣體，而且利用揩油調整口可方便的根據需要變換氣體和液體的比例。活塞移動量的大小取決于密閉腔內液體和氣體對其施加的壓力。通過氣體的可壓縮性和氣體所占整個密閉腔的比例的方式改善傾斜角的變化特性，改善電池板傾斜角方向自動跟蹤太陽光的準確度。液體位于氣體下面且液面高度大于密閉腔出口和調整口高度，能保證更好的密封效果。軟的彈性密封體形狀完全隨密封腔內形狀而變化，而且密封體內的流體由氣體和液體二部分組成，并且自然形成上部分所充氣體為熱膨脹系數較大的氣體，下部分是密封性能良好的液體，而且利用調整口可方便的根據需要變換氣體和液體的比例。保溫良好的保溫性能以便將每天氣溫的變化引起的熱脹冷縮現象盡量過濾掉；
內部放置的柔軟的彈性密封體不但具有良好的密封性能，保證氣體長時間不外泄，而且要求彈性系數比較小。作為位移放大器的杠桿的動力臂以鉸鏈方式與活塞端頭相連接，阻力臂端頭安裝有滑輪與滾動曲面相接觸，阻力臂與動力臂之間的長度比取決于固定在光伏電池板表面的滾動曲面與旋轉軸的距離等因素，距離越大，雖然需要的力量越小，但是要求其比值越大。旋轉軸固定線位于光伏電池高度的中點以上某位置，要求必須在正常工作條件下能夠依靠本身重力在水平方向的分力保證其穩定的靠在阻力臂端頭的滑輪上，并由此決定了光伏電池板的傾斜角度；滾動曲面固定于光伏電池表面與旋轉軸距離大小與阻力臂的推力以及位移等數據有關，而且試驗證明，滾動曲面的表面是一個曲面形狀時效果更好。其具體工作過程如下因為太陽光入射傾斜角度變化緩慢以及與氣候溫度變化相對應的特點，利用氣體和液體熱脹冷縮特性和固定在旋轉軸上的光伏電池板的水平分力相互巧妙配合，形成推挽式動力源，再經過杠桿結構對其位移進行放大后實現對固定在旋轉軸上的光伏電池板傾斜角度的有效調節，達到在傾斜角度方向對太陽光的自動跟蹤效果。在圖2中，對于北半球來說，“冬至”時太陽光線入射角d最小，隨著入射光線傾斜角的逐步增大，平均氣溫也在緩慢上升，而密封圈腔中的氣體和液體隨著氣溫升高而導致其體積增大，并推動活塞向右運動，通過杠桿將其位移放大后形成阻力臂端頭的滑輪向左運動，從而使光伏電池板下端相應的向左移動而使得傾斜角變大，與太陽光線入射角度變化趨勢一致，從而保證太陽光線能夠垂直照射在光伏電池板上。同樣，一旦“夏至”后太陽入射光線的傾斜角由最大的β開始逐步變小，氣溫也同時隨著降低，這時密封腔中的氣體和液體隨著氣溫降低而導致其體積減小，所以密封液體產生的對活塞的壓力與光伏電池板水平方向分力的動態平衡被打破，通過杠桿作用推動活塞向左運動，從而使光伏電池板下端相應的向右移動而使得傾斜角變小，與太陽光線入射角度變化趨勢一致，同樣實現了太陽光線能夠垂直照射在光伏電池板上的目標。然而實際上具體定量的變化一致則需要詳細的參數計算和試驗修正后才能最后決定。(例子假設密封腔為圓柱體，底面半徑為5cm，長10cm，密封腔出口半徑為2cm。 內充一半氣體，一半液體。假設計算式忽略液體因溫度變化而引起的體積變化。只計算空氣從0°C (冬天)到40°C (夏天)變化時的體積變。不考慮出口處活塞的阻力。則活塞可被向外推出4. 6cm。)另外還要考慮許多影響因素，如地球的氣溫本身就是一個大滯后系統，比如應該說“夏至”的氣溫是最高的，但是實際上在幾十天后的“伏天”才是最熱的。冬天也是一樣， “冬至”并不是氣溫最低的時候等，而必須將這些影響因素考慮以后，通過固定在光伏電池板背面的滾動曲面的專門設計來進行調節和修正，才能達到預期的目標。相對于太陽能聚光器，跟蹤精度要求不那么高的大規模光伏發電組系統中，成千上萬塊光伏電池板可以通過統一的機械結構(如旋轉方式)實現方位角同步自動跟蹤，而每一個光伏電池板的傾斜角則通過此裝置分別實現自動跟蹤；由此組成的二維光伏電池板自動跟蹤太陽系統，既很好的解決了跟蹤系統結構復雜及成本高等制約太陽能推廣應用中的瓶頸問題，又有效的提高了太陽能的利用率，具有很好的使用價值。
權利要求
1.一種光伏發電中電池板傾斜角自動跟蹤太陽光裝置，包括支架以及安裝在支架上的旋轉軸O)，在旋轉軸上安裝有光伏電池板(1)，其特征在于在支架上位于光伏電池板(1) 的下端設置有帶有揩油調整口(π)的密閉腔(12)，在該密閉腔內下部填充有液面高度大于密閉腔出口的液體(9)，上部充有氣體(8)，密封腔的出口處設置有活塞(7)，杠桿(5)安裝在轉軸(6)上，杠桿的一端與活塞(7)鉸接，另一端與光伏電池板(1)的背面相接觸。
2.根據權利要求1所述的光伏發電中電池板傾斜角自動跟蹤太陽光裝置，其特征在于所述的密閉腔(12)呈圓柱形腔體容積大而出口小，由外面的金屬腔體、中間的保溫層以及里面的軟密封體組成。
3.根據權利要求1所述的光伏發電中電池板傾斜角自動跟蹤太陽光裝置，其特征在于所述的光伏電池板(1)的背面位于旋轉軸O)的下端安裝有滑動曲面(3)，杠桿(5)與該滑動曲面相接觸。
4.根據權利要求1所述的光伏發電中電池板傾斜角自動跟蹤太陽光裝置，其特征在于所述的與光伏電池板(1)背面相接觸的杠桿(5)的端部設置有滾輪G)。
5.根據權利要求1所述的光伏發電中電池板傾斜角自動跟蹤太陽光裝置，其特征在于所述的旋轉軸O)的固定線位于光伏電池板(1)高度的中點以上位置。
6.根據權利要求1所述的光伏發電中電池板傾斜角自動跟蹤太陽光裝置，其特征在于所述的氣體(8)采用熱膨脹系數較大的氣體。
全文摘要
一種光伏發電中電池板傾斜角自動跟蹤太陽光裝置，包括支架以及安裝在支架上的旋轉軸，在旋轉軸上安裝有光伏電池板，在支架上位于光伏電池板的下端設置有帶有揩油調整口的密閉腔，在該密閉腔內下部填充有液面高度大于密閉腔出口的液體，上部充有氣體，密封腔的出口處設置有活塞，杠桿安裝在轉軸上，杠桿的一端與活塞鉸接，另一端與光伏電池板的背面相接觸。本發明通過揩油調整口對密閉腔進行調節，從而實現推力、位移大小等參數調節。
文檔編號G05D3/00GK102570911SQ20111036637
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者寧鐸, 張婷, 李斌, 辛登科 申請人:陜西科技大學