TW201005238A - Rail-type solar tracking system with focusing function - Google Patents

Description

201005238 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種具備聚焦功能的軌道型太陽能追蹤 系統，即關於一種太陽熱之利用，尤指採用追蹤裝置者。 【先前技術】 ❹ 參 太陽能發電疋-種典型的綠色能源，它有許多優點， 如安全可靠、無雜訊、無污染、不受地域限制、利用太陽 旎發電無需消耗燃料、無機械轉動部件、故障率低、維護 方便、可以無人㈣、賴大小隨意和可以方便地傲建築 物相結合等，這些優點都是常規發電和其他發電料所不 及的。它的應㈣於未來解決地球人類可持續發展的能源 問題是-個理想的途徑。世界各國如日本、美國、德國、 荷蘭、義大利、西班牙、瑞士、芬蘭、奥地利、英國、加 拿大等紛紛制定了自己的太陽能光電發展計晝4的世紀 =:晝，以期在綠色新能源研究與應用方面具有 量比==，Γ般固定型太陽能光電系統發電 篁比對研九，研究追日系統每日有效

固定型系統發電效益。目前多為人造衛星：率大:-般 用’能有效提料統效率並減少設備採‘量驗機才等使 目前太陽能追蹤系統常見的形式 I 能板並直接轉㈣設計，此糾如有1核支撐太陽 鏡也必須和太陽能電池―起轉動，也^鏡聚光通常透 J用大鏡面反射集 201005238 中太陽光的系統’以及彈簧式太陽能追縱系統和氣囊式太 陽能追蹤’甚至國外也有研究利用形狀記憶合金使太陽能 電池轉動正對太陽的設計。—般而言利用馬達的太陽能追 蹤系統多半體積較為龐大’而馬達追蹤時消耗的功率大且 需要龐大的空間’因此搬遷安裝較不容易。而不用到馬達 的設計，則可能因為機構或元件本身的限制，使追蹤速度 較缓慢’無法及時達到追蹤位置的缺點。 請參閱美國專利公開us 〇〇6123067A號之太陽能收集 追蹤系統。該追蹤系統之太陽能收集器具有多重透鏡組件❹ 安裝在其前表面。在方位平台裳備上有一水平轴，是中樞 保護機構，用來保護後方表面的太陽能收集裝置的安全。 重要的液歷高度驅動裝置是安裝在方位平台裝備的水平軸 和前端的活塞桿，連接到後方表面的太陽能收集裝置，這 使得它成為燈光投射大約90度之間的垂直經營位置和橫 向的存儲位置。方位平台裝備的軸頸從地面延伸到高塔的 頂端。而管狀支柱則保護最頂端的安全。驅動頭從管狀支 柱上水平延伸’它還有一個樞軸腳延伸向上。一主要和一❾ 次要的方位角液壓驅動裝置上有各自的活塞桿前端耦合到 軸腳上。方位角液廢驅動裝置的反面兩端主要保護方位平 台裝置的内部。液壓動力裝置連接到各自的液壓驅動装 置。電子控制器接收從一個方位編碼器傳感器和海拔編碼 器傳感器傳來的信號，使各自的液壓驅動裝置移動各自内 部及外部的活塞桿，使太陽能收集裝置可旋轉追蹤太陽。 復參閱美國專利公開第US 006363928B1號之太陽能收 201005238 集系統。太陽能追蹤機構是太陽能收集系統中的一部分。 收集系統包括-個光反射殼，用以集中太陽輻射到負^吸 收輻射的管子上’管中帶有傳熱流體。反射殼主要安裝在 -個負責支㈣架子上一個驅動裝置安裝在支揮的支架 及反射殼之間。-個太陽能感測器安裝在一個可見管的深 部，可見管是固定在反射殼上的，可見管中發現的—條線 至少平行於反射殼的光學軸。太陽能感測器生成感測信 號，用來當做驅動控制系統的控制輸入。為此限位開關產 生限制停止信號時，反射殼達到最大值的角位置。驅動控 制系統產生流體流動，以太陽能感測器信號和極限停止= 號為基礎。該方法追蹤太陽，包括提供一個太陽能電池陣 列等。 由於太陽能電池應用時，首重增加發電的效率 ，以及 ^、功率的雜；因此’如何提供—個有效的太陽能追縱 ^ ’減輕系統重量以減少功率的消耗，並增加太陽能電 參^發電效率，實乃本領域技術中亟待解決之課題，因此 本發明的制’將可有效解決上述問題。 【發明内容】 ^於上述習知太陽能追蹤祕之缺憾，發明人有感 於完善’遂㈣心智悉心研究克服，從事該項 累積經驗’進而研發出—種具備聚焦功能的軌 有教iJA•陽％追蹤H叫相無_動笨4的透鏡即可 集太陽能’而減少能量的消耗，進而提高太陽能電 201005238 池的發電效率的目的。 本發明之主要目的在提供一種具備聚焦功能的軌道型 太陽能追蹤系統，其藉著複數個支撐元件、一菲涅耳透鏡、 一軌道平台、一承載平台和一推動裝置，可將該承載平台 上之太陽能電池移動到太陽光經由菲涅耳透鏡而聚焦的一 焦點位置以收集太陽能，致使無須移動笨重的透鏡即可有 效收集太陽能，進而達到減少能量的消乾，提高太陽能電 池的發電效率的目的。 為達上述目的，本發明之一種具備聚焦功能的軌道型 太陽能追蹤系統’包括有複數個支撐元件，用以支樓一菲 埋耳透鏡(Fresnel lens)之周緣；一轨道平台，係設置於該菲 >圼耳透鏡下方’於該軌道平台之兩側分別設置有一第一軌 道，一承載平台，係設置於該等第一軌道間並可沿該等第 軌道移動，其上承載有一太陽能電池和複數個感測器， 該太陽能電池係用以收集太陽能並轉換為電能，該等感測 器係用以感測太陽光經過該菲涅耳透鏡後所聚焦的一焦點 位置；及一推動裝置，係用以推動該承載平台，使其上之 該太陽能電池能位移到該焦點位置。 藉此’本發明之一種具備聚焦功能的軌道型太陽能追 蹤系統相較於先前技術中所述之結構，可確實達到減少能 量的消耗，進而提高太陽能電池的發電效率的目的。 【實施方式】 為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，兹藉由下述 201005238 ^體之實施例’並配合所附之圖式，對本發明做-詳細說 明’說明如後： 首A利用敕體模概菲埋耳透鏡在太陽底下的聚焦軌 跡，發現所形成的軌跡類似一 v形曲線，之後利用如第一 圖所示之用以模擬太陽運行的機構驗證菲涅耳透鏡的焦 點，當模擬太陽2在模擬運行執道4上由東向西移動時， 產生的焦點也隨著由西向東移動，形成透鏡的聚焦軌跡， 如弟一'圖所示。 鲁 接著，請參考第三圖和第四圖，第三圖係為本發明之 不意圖’第四圖係為本發明的承載平台於該軌道平台上之 不意圖。如圖所示，本發明之一種具備聚焦功能的軌道型 太陽能追蹤系統’包括有複數個支撐元件10、一菲涅耳透 鏡20、一執道平台30、一承載平台40和一推動裝置50。 其中，該等支撐元件1〇係用以支撐該菲涅耳透鏡2〇之周 緣’該菲淫耳透鏡20固定於該等支撐元件10上方，調整 參到焦距位置後便不再變動。該軌道平台30，係設置於該菲 淫耳透鏡1〇下方，於該軌道平台3〇之兩側分別設置有一 第軌道32，該第一軌道32之軌跡係為由太陽光經過該 菲埋耳透鏡所聚焦之焦點位置所形成之聚焦軌跡，係為一 類似V型的曲線，且該等第一軌道32之材質可使用不繡 鋼加強強度’以符合能反覆不斷使用的原則。該承載平台 4〇，係設置於該等第一軌道32間並可沿該等第一軌道32 移動，其上承載有一太陽能電池42和複數個感測器44 , 該太陽能電池42係用以收集太陽能並轉換為電能，該等感 201005238 j二隹係用以感測太陽光經過該菲科透鏡2q後所聚焦 的-=位置。該推動裝置50，係用以推動該承載平台 ’八上之該太陽能電池42能位移到該焦點位置。 兮二本發明之系統可以得知，該太陽能電池42是被 構50帶動而沿著該等第一軌❹移動，僅需驅 動該推動機構50以帶動該承載平台4 :上之太陽能電池42'能有效地收集太陽能。故= 刖技術可大喊少重量及馬達消耗的功率，進而提高太陽 能電池的發電效率。 第五圖係為本發明之一具體實施例之立體圖，該推動 裝置5〇包含有一 U型機構52及-第-馬達54。其中，該 U型機構52、可為銘合金所製成，其上㈣有執跡為垂直方 向之第一軌道51 ’該承載平台4〇亦設置於該等第二執道 51間，並受到該等第二軌道51之拘束。該第一馬達54， 用以推動該U型機構52沿著該第—軌道32之軌跡方向移 動’進而使該承載平台40於該軌道平台3〇上沿著該第一 軌道32移動。為了解決㈣太陽軌道不同而使該焦點位置 產生偏移之_’可將該太陽能電池42收集太陽能之區域 加大，則不論四季太陽軌道不同而使該焦點位置所產生之 偏移6可落入該太陽能電池之收集區域。 第六圖係為本發明之又-實施例之立體圖，該推動裝 置50包含有- U型機構52、一第一馬達％及一第二馬達 56。其中’該U型機構52可為銘合金所製成，其上設置 有軌跡為垂直方向之第二軌道5卜該承載平台4〇亦設置 201005238 於該等第二軌道51間’並受 該第-馬達54，用以推動該軌逼”之拘束。 ”之軌跡方向移動，進而使該承二52:著該第 # # 上沿著第一軌道32孩命▲戰千口 40於該軌道千二 U型機構52 °遠第二馬達56,用以推動 動，進而使；IS: 轨跡方向之垂直方向 參 道”之垂直;^移動口 Γ於該軌道平台3〇上沿著第/ 隹點位置甚斗，移動4 了解決四季太陽執道不同而崔 :方式=多，問題，此一實施例則採用了二維連歡 太陽執道變動時，便利用該第二馬達一 =第馬達54 ’而使得該、型機構52可在二維方0 移動，進一步使得在承載平台4〇上之太陽能電池42於夕 維方向上移動至該焦點位置，而能符合春夏秋 修 ❹ -斗還鏡所產生之隹gj; j 九跡。 太陽能系統形式 丨-— 固定式 追蹤式 10點至14點所收集到 10594 10804 之總能量（mj) 10點至14點所收集到 2. 649xl〇-3 2. 701xl〇'3 之總能量（度） 8點至16點所收集到之 20302 21651 總能量（mJ) 8點至16點所收集到之 2. 538 ----——__ 2. 706 總能量（度） xlO'3 xlO-3 增加比率（10點至14 0 1. 982

3. 686Χ10 22194

11 201005238 點） — _ . 增加比率（8點至16點） 0 6. 645 """9.319 j 表1係為各種類型之太陽能發電系統之電量比較表。 經由表1之比較可以得知本發明之太陽能電池之發電效率 與先前技術相較是最好的，跟固定柄太陽能祕相比， 甚至增加了高達39%的發電量。

C 如上所述，本發明完全符合專利三要件：新顆性、進 步性和產業上的可利雜。崎穎性Μ步性而# 明係藉著複數個支樓元件、—菲料透鏡、=、 -承載平台和-推動裝置，可將該承载平台^ 池移動到太陽光經由菲料透鏡而聚焦的 集太陽能，致使無須移動笨重的透鏡即可右'、对n 能，進而達到減少能量的消耗，提高太 ' 率的日Μ電池的發電效 革的目的，減業上的可利用性而言， 日 的產品，當可充分滿;i目前市場的需求。本發腾何生 本發明在上文中已以較佳實施例揭露，於技 術者應理解的是，該實施例僅用於树本‘，、 讀為限制本發明之範圍。應注意的是， ’、、 效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發=實施例 ,_ 範_内。因此， ^發明之保護㈣當以下文之申料利範園所界定者為 【圖式簡單說明】 的機構之立體 第圖係為本發明用以模擬太陽運行 12 201005238 圖。 第二圖係為本發明的菲涅耳透鏡之聚焦軌跡圖。 第三圖係為本發明之示意圖。 第四圖係為本發明的承載平台於該軌道平台上之示意 圖。 第五圖係為本發明之一具體實施例之立體圖。 第六圖係為本發明之另一具體實施例之立體圖。 ® 【主要元件符號說明】 2 模擬太陽 4 模擬運行軌道 10 支撐元件 20 菲涅耳透鏡 30 軌道平台 32 第一軌道 ❹ 4〇 42 承載平台 太陽能電池 44 感測器 50 推動裝置 51 第二軌道 52 U型機構 54 第一馬達 56第二馬達 13

Claims (1)

1. 201005238 十、申請專利範圍： 1. 一種具備聚焦功能的軌道型太陽能追蹤系統，包括有： 複數個支撐元件，用以支撐一菲涅耳透鏡之周緣； 一軌道平台，係設置於該菲涅耳透鏡下方，於該軌 道平台之兩側分別設置有一第一軌道； 一承載平台，係設置於該等第一執道間並可沿該等 第-軌道移動，其上承載有一太陽能電池和複數個感測 器’該太陽能電池係用以收集太陽能並轉換為電能，該 等感測II係用以感測太陽光經過該菲埋耳透鏡後所聚焦❹ 的一焦點位置；及 推動裝置’係用以推動該承載平台，使其上之該 太陽能電池能位移到該焦點位置。 2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該第-軌道 之軌跡係為由太陽祕軸菲料透賴㈣之焦點位 置所形成之聚焦執跡。 3. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中，該第一軌道 係為一類似V型的曲線。 4·如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該推動裝置 包含有： 一 ϋ型機構，其上設置有執跡為垂直方向之第二軌 道，該承載平台亦設置於該等第二軌道間，並受到該等 第二軌道之拘束；及 一第一馬達，用以推動該！；型機構沿著該第一軌道 之軌跡方向移動，進而使該承載平台於該軌道平台上沿 201005238 著該第一軌道移動。 專利範圍第1項所述之系統，其中，該推〆 该等 、首辞Γ型機構，其上設置有執跡為垂直方向么第 二〜承载平台亦設置於該等第二軌道間，益交到 第一執道之拘束； —第—馬達，用以推動該！1型機構沿著該笫/ 之軌跡方向移動，進而使該承载平台於該軌道肀咨 著第一軌道移動；及 一第二馬達，用以推動該ϋ型機構沿著該第〆軌道 軌跡方向之垂直方向移動，進而使該承载平台於該軌道 平口上沿著該第一執道之垂直方向移動。 6.如申請專利範圍第4或5項所述之系統，其中，該㈣ 機構係為鋁合金所製成。 15