一种太阳能电池装置.pdf

本发明系太阳能电池装置，特别是涉及一种能自动跟踪太阳光照角度的太阳能电池装置。一种太阳能电池装置，包括由太阳能电池片组成的电池板(8)，安装电池板(8)的平面框架(2)以及安装在框架(2)上的光电传感器(6)，所述框架(2)由下部的支承架(1)支撑，所述的支承架(1)由一端高另一端低的立柱构成；所述电池板(8)呈长条矩形，至少有两块，电池板(8)的上下两端由转轴(7)固定在框架(2)的上下横杆上。电池板(8)的宽度与所述间隙距离之比为0.49至0.73。本发明的电池板(8)减少一个方向的旋转变动，既有很好的太阳能采光效果，较强的抗风能力，结构简单，便于维护维修，又大大降低了制作成本，是一项实用性强的技术方案。

1.  一种太阳能电池装置，包括由太阳能电池片组成的电池板(8)，安装电池板(8)的平面框架(2)以及安装在框架(2)上的光电传感器(6)，其特征在于：
所述框架(2)由下部的支承架(1)支撑，所述的支承架(1)由一端高另一端低的立柱构成；
所述电池板(8)呈长条矩形，至少有两块，电池板(8)的上下两端由转轴(7)固定在框架(2)的上下横杆上。

2.  根据权利要求1所述的太阳能电池装置，其特征是所述转轴(7)由传动机构传动。

3.  根据权利要求2所述的太阳能电池装置，其特征是所述传动机构为由电机(3)驱动链条或齿轮组啮合构成。

4.  根据权利要求3所述的太阳能电池装置，其特征是在所述电机(3)和链条或齿轮组之间设置蜗轮减速器(4)。

5.  根据权利要求3或4所述的太阳能电池装置，其特征是所述电机(3)为数控电机，由所述光电传感器(6)、伺服驱动电子系统控制。

6.  根据权利要求1所述的太阳能电池装置，其特征是所述相邻两块电池板(8)之间留有间隙。

7.  根据权利要求6所述的太阳能电池装置，其特征是所述电池板(8)的宽度与所述间隙距离之比为0.49至0.73。

8.  根据权利要求7所述的太阳能电池装置，其特征是所述电池板(8)的宽度与所述间隙距离之比为0.58至0.64。

一种太阳能电池装置
(一)技术领域
本发明系太阳能电池装置，特别是涉及一种能自动跟踪太阳光照角度的太阳能电池装置。
(二)背景技术
太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用中，大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。
太阳能电池的发展，其应用已遍及国民经济的各个领域。在地面应用上.太阳能电池目前特别适用于一些偏远地区.如江河湖海的航标灯，微波中继站，铁路信号，电视差转系统，农业，林业和畜牧业中的光电水泵，牧区的电围栏，林区的红外森林探火仪，以及水文气象地震观测的电源供应等，我国现在已有3个县建起太阳能发电站，效果甚好，由于太阳能有丰富、清洁等优点，每年到达地面的太阳辐射能约为130万亿吨标准煤，以我国为例，目前人均能源占有量不足一吨标准煤，但如果把我国国土上的太阳能全部收集起来，相当于每人每年2000吨标准煤，而且太阳象目前这样的辐射量，还可维持数十亿年，它不用运输，到处都有，既清洁又安全，虽然目前对它的利用还有许多技术上的难题，但到下个世纪它将是又一种理想便宜的新能源。
太阳能的光电转换是指太阳的辐射能光子通过半导体物质转变为电能的过程，通常叫做“光生伏打效应”，太阳电池就是利用这种效应制成的。当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子—空穴对。这样，光能就以产生电子—空穴对的形式转变为电能、如果半导体内存在P-n结，则在P型和n型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向n区，空穴驱向P区，从而使得n区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P-n结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。光生电场的一部分除抵销势垒电场外，还使P型层带正电，n型层带负电，在n区与p区之间的薄层产生所谓光生伏打电动势。若分别在P型层和n型层焊上金属引线，接通负载，则外电路便有电流通过。如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。
制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多。目前，技术最成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。
普通太阳能电池依赖半导体硅吸收太阳光的能量，阳光能激发硅半导体里带负电的电子，留下带正电的空穴，并把电荷输送到电极，这只有很纯净、价格昂贵的硅半导体材料才能做到。一般光伏发电都采用固定式安装或向日自动跟踪系统两种结构，向日自动跟踪系统可提高发电效率20％至30％。
现有技术的自动跟踪太阳能光伏发电装置的主要结构为，在一块面积很大的框架板上平铺安装太阳能电池板，由为了迎合太阳的东升西落，在框架下方配置了一个可以360度全方位旋转的支座，支座一般由沿两个方向分别旋转的球铰方式制作，两个方向分别由两台电机操控，采用光电感应器，接受和判断太阳光的照射方向，由电子线路控制转动支座的球铰，实现跟踪太阳光的目的，基本能够满足了太阳能光伏发电装置的要求。此类的专利有：专利申请号200620084632.1《自动跟踪太阳能装置》，专利申请号200610042437.7《一种自动跟踪太阳能光伏发电装置阵列同步跟踪方法》、专利申请号200620175297.6《实时跟踪太阳能发电装置》和专利申请号200320106570.6《精密跟踪太阳能发电装置》，它们的主要特征是在电路控制方面，但以上的整体装置结构基本类似。
但现有技术也有待继续完善之处，尤其需要改进的是目前光伏发电的成本还太高，推广难度大，利用率太低。成本高的主要原因为两者，一是硅、砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物及高分子材料光电材料的价格和加工费用高，其二是太阳能电池附属装置及其自动跟踪系统的成本代价占有相当比例。目前对光电材料的研究攻关在不断进展，同时对整个系统的结构进行简化，降低制作和维护维修成本，有利走向大规模生产，也是必须重视的课题。由于成本高昂，推广使用困难，可贵的绿色能源得不到应用，难发挥其优势。
同时现有技术的太阳能光伏发电自动跟踪装置的结构庞大，复杂，尤其下部的旋转支座，日常维修很困难，为了保证太阳能发电有一定的功率输出，太阳电池板的面积会很大，(约100WP/M²)。因此当巨大的电池板迎着太阳产生一个角度时，如此头重脚轻的装置抵御风的能力太差，或者需要化很大成本代价增强装置机构的刚性强度，或者不能抵抗较强的风而容易损坏，这些不足之处都是急于要补救改善的。
国外的重点在太阳能电池的材料研究开发中。
(三)发明内容
本发明的目的是，提供一种结构简单，能跟踪太阳光的照射，又能抵御大风的太阳能电池装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种太阳能电池装置，包括由太阳能电池片组成的电池板，安装电池板的平面框架以及安装在框架上的光电传感器，其特征在于：
所述框架由下部的支承架支撑，所述的支承架由一端高另一端低的立柱构成；
所述电池板呈长条矩形，至少有两块，电池板的上下两端由转轴固定在框架的上下横杆上。
所述转轴由传动机构传动；
所述传动机构为由电机驱动链条或齿轮组啮合构成。
在所述电机和链条或齿轮组之间设置蜗轮减速器。
所述电机为数控电机，由所述光电传感器、伺服驱动电子系统控制。
所述相邻两块电池板之间留有间隙。
所述电池板的宽度与所述间隙距离之比为0.49至0.73。
较好的是，所述电池板的宽度与所述间隙距离之比为0.58至0.64。
本发明具有以下优越性和有益效果：
由于太阳能电池装置均是以固定形式安装在使用场地上通过采集太阳光转化为电能的，因此，只要在某个固定的地球纬度地区上使用，太阳的东升西落行走的轨迹在南北方向可以是相对固定的角度，因此没有必要将支架设计制作为南北方向也可以进行调整角度的活动结构，减少一个方向的旋转变动，使驱动机构几乎可以减少近一半的结构和制造成本，经测定，太阳能电池板在南北向改变角度和不改变角度的两种状态下，转换产生的电能效果不大(差别仅在10％以内)，而装置的费用大量下降，此举改变了人们的惯常思维，实用意义重大。尤其是对于我们这样面积广阔经济欠发达的国家，此举实用价值更大。在安装框架的支架时，选用合适高度的前支架和后支架，就可以达到“一劳永逸”的效果了。
由于太阳能电池板由现有技术的整幅大面积改为竖条狭长矩形电池板的拼接，相邻两块矩形电池板之间留有间隙，使得整体电池板的抗风效果得到明显提高，当有较大的风刮起时，可以从相邻电池板的间隔中穿过，减少了整块电池板对风的阻力，风的串流减少了障碍，降低了对装置的强度、刚性要求，既减小了对装置的损坏影响力，又可以节省装置的材料和材质，降低制造成本。
所述相邻两块矩形电池板之间留有间隙还有如下好处，即当矩形电池板在绕转轴迎着太阳旋转，在位于一定的角度时，斜射的阳光会遮挡一部分相邻电池板的受阳面积。由太阳能电池特性可以得知，太阳能电池板若被遮挡住1％，整块太阳能电池板输出电流便只能是1％被遮挡太阳能电池上可输出的电流，发电效率损失极大。称之为‘热斑效应’。因此，科学地设计太阳能电池板的间隔是实现经济和效率最佳统一的关键，经试验测试，电池板的宽度与所述间隙距离之比为0.49至0.73能取得较好采光效果，在0.58至0.64区间内综合评价的经济性更好。
转轴由链条或齿轮相互啮合连接，机构简单，传动直接，同步性好，故障少。
采用蜗轮减速器、乃至多级蜗轮减速箱组合，利用蜗轮传动的自锁特性，有效克服了一般自动跟踪系统稳定性差，抗风能力弱的致命缺点。
总而言之，本发明既有很好的太阳能采光效果，较强的抗风能力，结构简单，便于维护维修，又大大降低了制作成本，是一项实用性强的技术方案。
(四)附图说明
图1是本发明太阳能电池装置，从侧面观察的视图
图2是本发明，从下部顺着电池板向上观察，电池板转动至一个角度状态的视图
图3是本发明，垂直电池板观察的视图
图中，1.支承架、2.框架、3.电机、4.减速器、5.传动机构、6.光电传感器、7.转轴、8.电池板。
(五)具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明作详细说明。
一种太阳能电池装置，由太阳能电池片组成的电池板8，安装电池板8的平面框架2以及安装在框架2上的光电传感器6，框架2由下部的支承架1支撑，支承架1由一端高另一端低的立柱构成。电池板8呈长条矩形有三块，电池板8的上下两端由转轴7固定在框架2的上下横杆上。转轴7由电机3驱动链条构成的传动机构5传动。在电机3和链条之间设置蜗轮减速器4。电机3为数控电机，由光电传感器6、伺服驱动电子系统进行控制。电池板8的宽度为0.85米，两块电池板8之间的间距为1.4米。
本发明既有很好的太阳能采光效果，较强的抗风能力，结构简单，便于维护维修，又大大降低了制作成本，是一项实用性强的技术方案。