跟蹤太陽的機構和其應用制造技術

本發明專利技術涉及一種自動跟蹤太陽裝置，屬于太陽能利用技術領域。該裝置包括聚光模塊陣列、驅動機構、跟蹤控制電路、傳感器等，利用一組控制和驅動機構控制驅動數百至數萬個太陽光接收裝置跟蹤太陽，這些接收裝置包括聚光或非聚光的光伏電池組件、熱能接收裝置、太陽光反射鏡和折射鏡等，用于光伏發電或熱能應用，及將太陽光反射或折射到塔上的接收器上用于光伏發電或熱能應用等。本發明專利技術結構簡單，不易變形，且有良好的防風能力和較高跟蹤精度，成本低廉，可用于各種太陽能利用系統中。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術是一種跟蹤太陽的機構和其應用，屬于太陽能利用

技術介紹
用低造價，簡單的方法對太陽跟蹤及聚光對太陽能利用來說至關重要，為此國內外許多人提出了許多種跟蹤太陽的方法和機構，這些技術可歸結為以下五大類一是用一套控制和傳動系統控制一個太陽能接收器，這種方法最簡單，但造價很蟲貝；二是用一套控制和傳動系統控制多個柱面聚光鏡聚光，是一種單軸跟蹤聚光，此方法聚光區為一條焦線區，不能產生高溫，造價中等；三是用一套控制和傳動系統控制多個聚光鏡分散聚光，聚光鏡總面積在數十平方米左右，這種多焦點的分散聚光應用成本高，總造價也較高；四是用多套控制和傳動系統控制多個聚光鏡將太陽光聚焦到塔上一點，如塔式聚光和盤式聚光。這種方法可得到高聚光度，但造價很高；五是用一套控制和傳動系統控制多個接收器或聚光鏡，分散或集中聚光，聚光面積可達數十至數千平方米，甚至更大面積，用這種方法成本最低，有許多人提出了許多方案，如中國專利CN1361397提出了一種由柱面聚光鏡、導軌框架、傳動和控制裝置組成的聚光裝置，由一套控制和傳動系統控制多個聚光鏡聚光，但這種聚光方式為單軸聚光，聚光度低，光、熱損耗較多，造價中等。中國專利CN101098113提到一種平面網架二維跟蹤太陽的光伏發電裝置，其方法是多個光伏發電器一同裝在傾斜面搖動支架的平面網架上，用驅動平面轉動支架和垂直面轉動支架的方法跟蹤太陽，這種方法體積龐大，抗風壓能力差，造價很高。中國專利CN101504199提出了一種用一套控制和驅動系統驅動一個由多個太陽能接收器或反射鏡組成的陣列的方案，但說明書中只提出了這種功能設想，實際方案無法實現其功能設想，如其在圖1中提出了一個基本的驅動原理圖實際上是不可能實現其功能設想的，因為按其圖1根本不可能實現有效的轉動，連一個方向的有效轉動也不可能，在其后提出的方案中沒有標明整個陣列如何與地面連結，其如何有效驅動無法看出來，另外在其后的方案中提出用螺桿連桿機構驅動，這樣會造成靠近螺桿機構的接收器(或反光板) 與遠離螺桿機構的接收器或反光板的轉動角度不一樣，且差距很大，無法有效接收或聚光。中國專利200810007285. 6 (申請號)和中國專利200810182738. 9 (申請號)，兩者都提出了一種用一套控制和驅動系統驅動一個由多個太陽能接收器或反射鏡組成的陣列的方案，其中提出了多種方案，這些方案中有如下嚴重問題，無法有效實現其提出的功能一是方案中的多套方案都沒有標明整個陣列如何與地面連結，以及行列如何互動，不知其如何有效驅動；二是方案中提出用螺桿連桿機構驅動，這樣會造成靠近螺桿機構的接收器或反射鏡與遠離螺桿機構的接收器或反射鏡的轉動角度不一樣，且差距很大，無法有效接收或聚4光；三是行驅動對列驅動相互間造成影響，其實際聚光效果不僅不是空間中的點聚光，就連線聚光都談不上，而是一個很大的平面，原因是，行列相互影響，每塊反射鏡的上、 下、左、右、前、后方向均有很大差異，每一行和每一列的連桿實際運行后都不在一個平面上，行、列連桿互相扭曲，既不能跟蹤太陽，更不可能將太陽光聚焦到空間某點狀區域；四是專利說明書中沒有說明行驅動和列驅動放在什么位置，按說明書的敘述理解應該兩者放在一起或相互間很近距離，或至少在同一方向或同一邊沿上，這樣會造成陣列的驅動不對稱，特別在有風壓時和大的偏轉角時，由于裝置的自重等會引起裝置的非對稱扭轉，造成各聚光反射鏡的方向混亂；五是其中之一方案提到用連桿控制行(或列)跟蹤，扭動控制列(或行)跟蹤，方案中僅用功能性語言描述了要達到的目的，而沒有具體的實施方案和結構，即便如此，這一方案的功能實際上跟早已申請的美國專利US6302099幾乎一樣，其缺點如下述美國專利一樣，不再敘述；六是上述專利中提到用角平分線方法補償達不到真正跟蹤聚焦的目的；七是沒有考慮溫度和應力伸縮的影響，實際上對一個大的陣列來說，溫度和應力引起的裝置的尺寸的伸長和縮短影響非常大，會產生較大的跟蹤精度偏差；美國專利US6058930提出一種用一個扭轉管支撐一排呈水平的矩形的太陽接收面板，扭轉管被安放在固定于地面的支柱上，用扭轉管的轉動使太陽接收面板正對太陽，用連桿機構連接多排這樣的扭轉管。這種方法的缺點是一是只能用于一維驅動，二是風壓和接收器自重引起扭轉力矩使扭轉管發生變形，從而影響接收面板的接收角度，三是連桿機構在本身長度較長的情況下會由于環境溫度的變化而使得長度發生較大變化，從而使得其驅動扭轉管產生較大的角度誤差，四是這種方法不能夠將太陽光聚焦到一個接收器上。美國專利US6302099提出了一種用一可轉動的脊柱支撐在一固定在地面的支柱上，在脊柱上再安放一垂直的旋轉軸，在垂直旋轉軸上安放太陽收集器，可轉動的脊柱和垂直的旋轉軸分別由滑輪和纜線連接到一驅動裝置上用以提供南北、東西方向的對太陽的角度跟蹤，若干個這樣的機構組成一個陣列，用一個控制系統和兩個驅動系統驅動多個太陽接收器。這種方法有三個很大的缺點一是這種驅動方式由于太陽接收器的自重及有風時會造成連接太陽接收器的桿(或棒)產生扭轉，多個太陽接收器共同作用于脊柱，使脊柱發生扭轉，當太陽接收器數量較多時，脊柱會發生較大的扭轉角，且每個太陽接收器附近的脊柱的扭轉角不一樣，從而使各接收器的接收方向發生改變，不能正常接收太陽光，二是由于環境溫度是變化的，溫度變化使傳動纜線的長度發生變化，從而使得各接收器的傳動角度不一致，而產生系統誤差，三是當太陽接收器面積較大，重量較重時，傳動纜線與滑輪之間的摩擦力不足以驅動滑輪運動，很容易發生滑動，從而使得各接收器的傳動角度發生混亂， 四是由于自重及風壓造成的纜線的拉應力伸長，從而使傳動角度發生偏差。
技術實現思路
本專利技術的目的是為克服現有技術中的對太陽光跟蹤精度差、各接收器跟蹤精度不一致、誤差很大、框架陣列裝置在風壓、自重及溫度等影響下易變形、不能有效跟蹤太陽， 加工誤差，安裝精度等累積誤差較大，造價高等缺點，提供一種結構簡潔、造價便宜、具有良好環境適應能力，即能克服風壓、溫差、重力及加工誤差、安裝精度等影響，使框架陣列中各太陽光接收裝置均有較高跟蹤精度的大型的跟蹤太陽的框架陣列機構，用于中、大型及超大型的太陽能利用系統，包括分散應用和集中應用系統。 為了實現上述目的，本專利技術的技術方案是一種跟蹤太陽的機構，包括太陽光跟蹤接收模塊陣列、驅動模塊陣列對準太陽的方位角和高度角的驅動機構、控制方位角和高度角驅動機構的跟蹤控制電路、向跟蹤控制電路傳送信號的太陽光方位角和高度角傳感器。 其技術特征是太陽光跟蹤接收模塊陣列由若干個接收單元模塊組合而成，這種組合可用任何一種方式進行，比如將若干個單個單元串聯成一排，再將若干這樣的排組合成一陣列， 或將若干個單個單元組成一單元組合，比如3X3個單個單元的單元組合，再將若干個這樣的組合單元組合起來成一陣列。每個單個接收單元模塊包括由一段或多段構成的立柱， 安裝在立柱上的轉向構件，安裝在立柱上端或中間某處的太陽光接收裝置，行、列推拉桿或行、列拉繩，與行、列推拉桿或行、列推拉繩相連接的剛性桿或纜繩。上述剛性桿用萬向節或其它二維轉向構件或用一維轉向構件與行、列推拉桿相連接，剛性桿的另一端通過萬向節或其它二維轉向構件或兩個轉軸相互垂直的一維轉向構件與太陽本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種跟蹤太陽的機構，包括太陽光跟蹤接收模塊陣列、驅動模塊陣列對準太陽的方位角和高度角的驅動機構，控制方位角和高度角驅動機構的跟蹤控制電路，向跟蹤控制電路傳送信號的太陽光方位角和高度角傳感器。其有如下特征：ａ）太陽光跟蹤接收模塊陣列由若干個單個接收單元模塊組合而成；ｂ）每個單個接收單元模塊包括：由一段或多段構成的立柱，安裝于立柱上的轉向構件，安裝于立柱上端或中間某處的太陽光接收裝置，行、列推拉桿，或行、列拉繩，與行、列推拉桿或行、列拉繩相連接的剛性桿或纜繩。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：邱定平，
申請(專利權)人：邱定平，
類型：發明
國別省市：51