一种能减少占地面积增加发电量的跟踪式光伏发电装置，主要由方位角旋转轴、仰角旋转轴、多个光伏电池组件、用于固定光伏电池组件的光伏支架、用于支撑光伏支架的旋转平台、两排或者两排以上平行安装的光伏电池组件阵列和太阳跟踪控制器组成。本方案将一个较高的光伏电池组件阵列分成两个或者两个以上较矮的光伏电池组件阵列，所有的光伏电池组件阵列共享一个方位角跟踪装置，所有的光伏电池组件阵列配备有独立的仰角跟踪装置，每排光伏电池组件阵列也可以通过连杆传动结构共享一个仰角跟踪驱动源。此方案可以延长太阳跟踪时间、减少占地面积、降低基础和维护成本，同时提高抗风能力和可靠性，克服了传统双轴太阳跟踪技术的经济性问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种跟踪式光伏发电装置，特别是一种能减少占地面积增加发电量的跟踪式光伏发电装置。
技术介绍
光伏发电是目前全世界积极发展的一种可再生能源，它是人类未来能源的希望。由于光伏材料，特别是高纯多晶硅的价格昂贵，目前光伏发电设备的投入成本依然高于化石能源，光伏发电的设备回收期较长。为了提高光伏发电技术的实用性和经济性，科学家和工程师设法提高光伏发电装置的发电效率、发电量、提高光伏发电设备的可靠性、减少占地面积和降低建设成本。为了提高平板光伏电池组件的发电量，人们专利技术了太阳跟踪器，使光伏电池组件的受光面一直朝向太阳以减少余弦效应、增加发电量。理论计算显示，双轴跟踪式的光伏发电装置在北纬地区的年发电量最高，比水平方向固定的光伏发电装置高出 50%，比单轴跟踪式的光伏发电装置高15 20%。然而，增加双轴跟踪功能是要付出代价的，其中的经济技术问题包括I.双轴跟踪器增加了设备成本，一般为5 6元/Wp ;2.由于涉及两个自由度的旋转，而且两个转轴是互相垂直的，因此传统的双轴跟踪器是在空中旋转一个装着光伏电池组件的大平面，在跟踪的过程中，双轴跟踪光伏发电设备的影子是比较长、在地面投影的范围比较宽，因此在安装多台双轴跟踪光伏发电设备时，相邻的双轴跟踪光伏发电设备(前后左右，或者东西南北方向)必须保持一定的间距(纬度越高间距越大)，大幅度的增加了土地的使用面积。按传统的双轴跟踪光伏发电站的土地使用率为50m2/Wp，相比固定平板光伏发电站的20m2/Wp，土地的成本增加了 250%。另一方面，在空间有限的情况下，比如屋顶电站，传统的双轴跟踪光伏发电设备也限制了光伏发电站的装机容量。3.如上所述，传统的双轴跟踪光伏发电设备在空中旋转大面积的平板，由于机械结构的原因，需要考虑采取更加坚固、能减少变形量的设计，这将导致基础和结构成本增力口。在我国，许多阳光资源很好的地方，往往其风资源也比较丰富(风大有利光伏发电，因为光伏电池板得到很好的散热，光伏电池板的温度越高发电效率越低)，比如内蒙古的草原，甘肃敦煌的荒漠，设备的抗风能力更加需要加强。4.为了减少土地的占用面积，传统的双轴太阳跟踪系统的布局以牺牲一些跟踪时间(即早晨较早的时段和下午较晚的时段)，以缩小双轴太阳跟踪器之间的间距。在春、夏和秋天的时候，特别是在夏天，这个被牺牲的时段的潜在发电量其实还是相当可观的，理论计算显示这时段有5 10%的电量增益潜能。5.在屋顶光伏发电的应用中，房顶的风压比较大，光伏发电装置的支撑架和基础应当加强，然而房顶不适合安装大型水泥基础，因此不适合安装结构高大的跟踪式光伏发电装置，传统设计一般使用固定式、贴着屋顶安装的光伏发电装置。以下对现有技术的几种类型的跟踪式光伏发电装置作评论。图I给出类一型的双轴跟踪器的结构，这种结构也被称为T型的双轴跟踪器，其主要部件包括一个光伏电池组件阵列I、一个方位角旋转轴2、一个仰角旋转轴3、和一个基础10。方位角旋转轴与天顶方向z轴9平行，旋转轴3和地平线5平行，整体的结构如一个T字插在地面(N北，S南，E东，W西)4上。图10给出太阳26相对于地面4的坐标，由太阳方位角As 27和太阳高低角as 28来表述。在进行太阳跟踪的时候，方位角旋转轴(转角SAh) I转到Ah等于太阳方位角As的位置，仰角旋转轴(转角为βΗ)2转到光伏电池组件阵列倾角βΗ 6等于90°减去太阳高低角^13的位置，βΗ = 90° _as。美国专利申请公开号US2011/0041834A1给出了这类跟踪器的典型例子。其缺点是I.其光伏电池组件阵列高度H 8太高，重心落在接近方位角旋转轴顶部的位置，侧风力对基础形成的倾覆力矩大，要求基础10做的大而坚固，基础成本高，同时受侧风影响时，结构的变形量较大，整体抗风能力较差；2.其光伏电池组件阵列高度H 8太高，造成对周边地面的投影范围广阔，在多台跟踪器的应用中，要求的占地面积大，造成土地成本高； 3.其光伏电池组件阵列高度H 8太高，安装时需要用吊车，安装成本高，清扫和维护成本也高。图2给出类二型的双轴跟踪器的结构，这种结构是对类一型进行改进，滚轮12和地面轨道13的结合应用加强了整体结构的强度，允许安装更大面积的光伏电池组件阵列1，特别是增加光伏电池组件阵列宽度17。其缺点是I.其光伏电池组件阵列高度H 8太高，造成对周边地面的投影范围广阔，在多台跟踪器的应用中要求的占地面积大，土地成本高；2.其光伏电池组件阵列高度H 8太高，安装时需要用吊车，安装成本高，维护成本也闻。3.露天(不密封)的滚轮12和地面轨道13容易因为泥土或者其他外来物将滚轮卡死或者增加摩擦力，引起方位角旋转轴2的电机过载烧坏，影响跟踪系统的可靠性。图3给出类三型的单轴跟踪器的结构，这是类一型双轴跟踪器的加强型简化版本，采用方位角单轴跟踪结构，其方位角旋转轴2采用筋骨支撑结构的方式加固了，整体的抗风能力加强了。其缺点是I.其光伏电池组件阵列高度H 8太高，重心落在接近方位角旋转轴顶部的位置，侧风力对基础形成的倾覆力矩大,要求基础10做的大和坚固；2.其光伏电池组件阵列高度H 8太高，造成对周边地面的投影范围广阔，在多台跟踪器的应用中要求的占地面积大，土地成本高；3.其光伏电池组件阵列高度H 8太高，安装时需要用吊车，安装成本高，维护成本也闻。图4给出类四型的双轴跟踪器的结构，这是一种级向跟踪方式的跟踪器，其跟踪轴分别是极向轴11和太阳倾角旋转轴15 ;极向轴11指向北极星，其轴向和地球的旋转轴平行(与地平线5构成的夹角Φ为当地纬度)；太阳倾角旋转轴15和极向轴11垂直；跟踪太阳时，太阳倾角旋转轴的转角\30等于太阳的倾角Ss，极向轴11的转角ω等于太阳时。美国专利号US7554030B2给出了这种类型跟踪器的技术方案。其缺点是I.在纬度高的地区其光伏电池组件阵列高度H 8比较大，地面投影的范围也相对增加，对占地面积的要求虽然比类一型至四型小但比固定平板组件大；2.这种结构只适合用于装机容量小的光伏发电装置，比如< 2kWp的系统。图5给出类五型的单轴跟踪器的结构，其结构简单，抗风能力好，基础要求小，占地面积小。其跟踪轴只有一根南北向旋转轴16，在跟踪的时候其转角为P H，即能使太阳矢量和光伏电池组件的法线所构成的面始终和光伏电池组件的面保持垂直。其缺点是发电效率比双轴跟踪系统低，也比类三的方位角单轴跟踪器的发电效率低(理论年发电量比水平向固定平板光伏发电装置高30%，类三的为40% )。图6给出类六型的单轴跟踪器的结构，其结构简单，抗风能力好，基础要求小，占地面积小。其跟踪轴只有一根东西向旋转轴17，在跟踪的时候其转角为βΗ和太阳高低角%成90°的互补角关系，βΗ = 90° -as。其缺点是发电效率比双轴跟踪系统低，也比类三和类五的单轴跟踪器的发电效率低。本专利技术针对类一型至类六型所述的现有技术的缺点进行改进，克服了所有的缺 点，可以实现占地面积小、基础要求小、机械结构牢固可靠、发电效率(发电量)高而且结构简单的技术方案，如图7所述。图7给出一种能减少占地面积增加发电量的跟踪式光伏发电装置，其主要组成部件包括一个方位角旋转轴2、多个仰角旋转轴3、用于固定光伏电池组件的光伏支架、用于支撑光伏支本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种能减少占地面积增加发电量的跟踪式光伏发电装置，其中主要部件包括方位角旋转轴、仰角旋转轴、多个光伏电池组件、用于固定光伏电池组件的光伏支架、用于支撑光伏支架的框架和太阳跟踪控制器，所述的太阳跟踪控制器根据时间计算太阳的位置并控制传动装置驱动方位角旋转轴和仰角旋转轴，使所述的光伏电池组件的面朝向太阳，达到太阳跟踪的目的，其特征是：所述的方位角旋转轴与所述的框架的中部作垂直连接，形成一个由中央单点支撑和驱动的旋转平台，所述的光伏支架和光伏电池组件组成两排或者两排以上的光伏电池组件阵列安装在旋转平台上，相邻的光伏电池组件阵列之间按一定的间距d平行安装；每排光伏电池组件阵列连接到一个仰角旋转轴上，仰角旋转轴与所述的旋转平台平行、与方位角旋转轴垂直。
【技术特征摘要】
1.一种能减少占地面积增加发电量的跟踪式光伏发电装置，其中主要部件包括方位角旋转轴、仰角旋转轴、多个光伏电池组件、用于固定光伏电池组件的光伏支架、用于支撑光伏支架的框架和太阳跟踪控制器，所述的太阳跟踪控制器根据时间计算太阳的位置并控制传动装置驱动方位角旋转轴和仰角旋转轴，使所述的光伏电池组件的面朝向太阳，达到太阳跟踪的目的，其特征是所述的方位角旋转轴与所述的框架的中部作垂直连接，形成一个由中央单点支撑和驱动的旋转平台，所述的光伏支架和光伏电池组件组成两排或者两排以上的光伏电池组件阵列安装在旋转平台上，相邻的光伏电池组件阵列之间按一定的间距d平行安装；每排光伏电池组件阵列连接到一个仰角旋转轴上，仰角旋转轴与所述的旋转平台平行、与方位角旋转轴垂直。2.根据权利要求I所述的一种能减少占地面积增加发电量的跟踪式光伏发电装置，其特征是关于所述的仰角旋转轴，每个仰角旋转轴的运动由独立的传动装置实现。3.根据权利要求I所述的一种能减少占地面积增加发电量...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭寿，林晨星，林文汉，卢育发，李倩，
申请(专利权)人：安徽天柱绿色能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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