CN100458626C - 太阳跟踪装置及其群 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳跟踪装置及其群。该太阳跟踪装置包括朝阳面板、高度角调节机构、方位角调节机构、赤纬角调节机构、电机、支架；其中，电机直接或通过减速机构驱动方位角调节机构中转轴上的方位齿轮，使与转轴相连的朝阳面板每天旋转一周，高度角每天在0°→180°间变化，赤纬角调节杆驱动朝阳面板，使朝阳面板与垂直于转轴轴心线或面的夹角每年在±23.5°区域变化。

Description

太阳跟踪装置及其群
技术领域
本发明属于清洁能源、光电转换装置制造领域，特别涉及一种太阳跟踪装置及其群。
背景技术
太阳一刻不停地向茫茫宇宙空间辐射着大量的电磁波，向地球输送了大量的光和热。太阳能是人类可以无限使用下去的一种巨大的天然能源，并作为一种清洁的、没有任何污染的能源越来越受到和引起世界各国的关注和极大的兴趣。
人类对太阳能的利用有着悠久的历史，如利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火、利用太阳能来干燥农副产品等等。迄今，太阳能的利用已日益广泛，它包括太阳能的光热利用，太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。
然而，由于技术问题，迄今商业化的光伏发电装置/太阳能电池的价格太高、光电转换效率过低。在城市电力系统中，高昂的一次性投资成本无疑更为光伏发电装置/太阳能电池产品推广增加了难度，大规模开发和利用光伏太阳能发电，提高电池的光电转换效率和降低生产成本成为核心所在。
因此，最大程度利用太阳(能)、提高光电转换效率、降低生产成本、扩大生产规模成为现今开发、生产光伏发电装置/太阳能电池的主题。
中国专利CN94119393.4提出一种太阳跟踪器装置，包括两个随太阳运行的太阳跟踪器及太阳能装置，其特征是：这两个跟踪器以液体或气体作为工作介质的力传递相互连接，当其中的一个跟踪器随太阳运行时，另一个跟踪器也进行相协调的运动。然而，这两个跟踪器的太阳能装置1、1’是通过一个液压式的，采用液体或气体作为工作介质的力传递直接相互连接，当两个跟踪器之一的太阳能装置随太阳运行时，另一个跟踪器太阳能装置也进行相协调的互补性的运动，但不能三维跟踪太阳。
中国专利公开说明书CN01102265.5提出一种主要用于太阳能利用的跟踪太阳的方法及装置。跟踪太阳是等分时间、拟分角度的间隔调整。将地球自转一周时间段和地球公转一周时间段等分为若干个调整时间间隔，将每个调整时间间隔内太阳相对于地球的角度变化各个模拟地分配在模拟赤道的自转角调整齿轮和模拟黄道的俯仰角调整齿轮上，从而产生相对于固定时间间隔的角度间隔，通过伺服机构在各自的每个时间间隔调整一次角度。周期循环调整。并根据该方法给出一个太阳跟踪装置。但该装置不能三维联动跟踪太阳。
中国专利公开说明书CN01124176.4提出一种主要用于太阳能利用的跟踪太阳的方法及装置。并根据该方法给出一个太阳跟踪装置。该太阳跟踪方法包括：A.将平太阳时的一个周日视运动时间段与一个周年视运动时间段各等分为若干个一定合适时长的时间段。B.将太阳与地球表面任一点的连线与这一点的与地轴平行的参考面的夹角变化分解为地球绕太阳公转和地球自转两个夹角变化，前者为仰角变化，后者为自转角变化，对这两个角度变化的跟踪是在这一点的与地轴平行的参考面上进行的。C.将地球公转一个周年视运动时间段等分为若干个调整时间间隔，将每个调整时间间隔内地球公转过太阳的角度变化顺序映射在仰角调整齿轮上，从而产生相对于固定时间间隔的角度间隔，通过与仰角调整齿轮关连的角度调整范围为正负23度26分21秒的伺服机械机构在每个时间间隔调整一次角度，即完成仰角跟踪。D.将地球自转一个平太阳日时间段等分为若干个调整时间间隔，将每个调整时间间隔内地球自转过太阳的自转角视角度变化顺序映射在自转角调整齿轮上，从而产生相对于固定时间间隔的角度间隔，通过与自转角调整齿轮关连的伺服机械机构在每个时间间隔调整一次角度，即完成自转角跟踪。E.将仰角调整齿轮映射地球公转不等角度的时间间隔顺序的真太阳时与平太阳时时差所致自转角角度差弧长辐向顺序映射在仰角调整齿轮侧面上，并通过相对应的关连机械机构反应在自转角调整上，随仰角调整齿轮的调整而调整时差对自转角调整的影响，一周一个时差调整循环，即完成时差调整。F.将仰角跟踪和自转角跟踪及时差调整叠加为一个完整系统，周期循环调整。但该装置不能三维联动跟踪太阳。
中国专利CN02222766.0提出一种微功耗定时太阳跟踪装置，由一个步进式驱动的机械传动机构和微电脑控制电路部分组成。步进式驱动的机械传动机构由步进电机、蝸轮和蝸杆组成。微电脑控制电路部分由MOSFET步进电机驱动电路、光电位置传感器电路、单片机芯片、实时时钟芯片和键盘显示电路组成。它利用地球以每小时自转15度的规律，通过微电脑控制系统和步进式驱动的机械传动机构使太阳射线以接近0度的入射角进入太阳能装置，提高太阳能装置的太阳能转换效率。但该装置需较高造价。
中国专利公开说明书CN03109488.0提出一种单驱动太阳跟踪系统，包括定支架、自转角跟踪机构、仰角调整机构和时差调整机构。利用单驱动实现太阳的自转角跟踪、时差调整和仰角跟踪，减化了结构；自转角跟踪机构包括主工作轴、减速机构、伺服电机和系统控制器，系统控制器的输出端连接伺服电机，伺服电机输出轴与减速机构的输入端同轴连接，减速机构的输出端与主工作轴同轴连接，主工作轴转动支承在定支架上并与地轴平行，自转角跟踪机构一个工作循环为平太阳时的24小时转动1周，连续驱动主工作轴随动于太阳日视运动时角变化；所述的自转角跟踪机构的一个循环所用步数的每步步时长为一个平太阳日的整除步数时长，调整主工作轴间歇、匀速地随动于太阳日视运动时角变动；所述的时差调整机构包括螺杆、时差调整模块环、时差调整杆和时差传动副，时差调整模块环由多个时差调整模块活动连接而成，每一时差调整模块的外侧面有沿时差调整模块环面并与所述螺杆啮合的圆弧螺纹槽；在所述时差调整模块环的内环侧面有沿环面的时差调整槽，每块时差调整模块上的时差调整槽对应该模块调整时间区间的平太阳时与真太阳时的时差在太阳跟踪系统中所反映的时角弧长曲线，各时差调整模块的时差调整槽是连续、闭合和不重复的，整个时差调整槽对应一回归年的平太阳时与真太阳时时差在太阳跟踪系统中所反映的时角弧长曲线；所述的时差调整杆固定在定支架上，其外端垂直插入所述的时差调整槽内；时差调整机构一个工作循环为1回归年，螺杆驱动时差调整模块环转动1周，连续调整1回归年的平太阳时与真太阳时的时差；所述的自转角跟踪机构的系统控制器、伺服电机、减速机构和时差调整机构的螺杆、时差调整模块环、时差传动副的主动锥齿轮和从动锥齿轮均转动支承于动支架上，动支架绕主工作轴微动，所述的螺杆轴向为主工作轴的径向。但该装置结构不易保证该装置平滑准确跟踪太阳。
中国专利公开说明书CN200510094900.8公开了一种基于跟踪姿态反馈的太阳跟踪装置及跟踪方法，装置包括受光面板与控制器电连接的传感器、电机，所说受光面板经铰链与支撑杆、高度角调节杆连接，支撑杆的另一端与立柱连接，所说控制器为单片机的模/数端口分别与高度角传感器和方位角传感器电连接、数/模端口分别与高度角驱动电机控制端口和方位角驱动电机控制端口电连接；跟踪方法包括利用经度、纬度和日期时间计算当地当日太阳赤纬和时差，根据经度、纬度、太阳赤纬、时差和时刻实时计算太阳方位角和高度角，利用闭环控制实现实时跟踪；其控制器为单片机的模/数端口分别与高度角传感器和方位角传感器电连接、数/模端口分别与高度角驱动电机控制端口和方位角驱动电机控制端口电连接。但该装置造价并不能低廉。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳跟踪装置及由至少两个太阳跟踪装置组成的群，以克服现有制造技术的不足。
本发明的显著优点是：本发明提供的太阳跟踪装置、其群的结构简单，造价低廉，可以大规模工业化生产。
本发明的另一个显著优点是：本发明提供的太阳跟踪装置为三维联动太阳跟踪装置，可以平滑准确跟踪太阳。
本发明的再一个显著优点是：本发明提供的太阳跟踪装置群仅由一个电机直接或通过减速机构驱动，使太阳跟踪装置群中各太阳跟踪装置同步运动、准确地进行随阳方位、高度和赤纬的三维连动跟踪。
本发明涉及的太阳跟踪装置包括朝阳面板、高度角调节机构、方位角调节机构、赤纬角调节机构、电机、支架；其中，电机直接或通过减速机构驱动方位角调节机构中转轴上的方位齿轮，使与转轴相连的朝阳面板每天(24小时内)旋转一周(360°)，转轴旋转过程中，转轴上端的高度角蜗杆和/或齿轮同时运动并驱动高度角调节机构的高度调节杆，由高度调节杆驱动朝阳面板，使朝阳面板与平行于转轴轴心线或面的夹角(高度角)每天(24小时内)在0°→180°间变化，同时赤纬角蜗杆和/或齿轮同时运动并驱动赤纬角调节机构的赤纬角调节杆，由赤纬角调节杆驱动朝阳面板，使朝阳面板与垂直于转轴轴心线或面的夹角(赤纬角)每年在±23.5°区域变化；实现太阳跟踪装置由一个电机直接或通过减速机构驱动，同时进行随阳方位、高度和赤纬的三维连动跟踪；
本发明涉及的太阳跟踪装置群包括一个如上所述的太阳跟踪装置和至少一个不带电机的、但其它结构或机构完全相同于或相似于如上所述的太阳跟踪装置的太阳跟踪装置组合群(I)；其中如上所述的太阳跟踪装置的电机直接驱动该装置运动，同时通过链条、蜗杆和/或齿条带动另外不带电机的太阳跟踪装置中方位角调节机构同步运动，完成方位角、高度角和赤纬角的调节，进行太阳跟踪；或
包括至少两个不带电机的太阳跟踪装置的组合群(II)；其中各太阳跟踪装置的方位齿轮通过链条、蜗杆和/或齿条连接，由一个电机直接或通过减速机构驱动，使各太阳跟踪装置同步运动进行随阳方位、高度和赤纬的三维连动跟踪。
本发明涉及的太阳跟踪装置及其群中的高度角调节机构包括至少一根高度调节杆、相应的机械滑动和/或转动部件。赤纬角调节机构包括至少一根赤纬调节杆、相应的机械滑动和/或转动部件。
本发明涉及的太阳跟踪装置及其群的传动是由电驱动，所用电机包括恒速电机、变速电机、换向电机、伺服电机或步进电机。为减低造价，可以不采用伺服电机或步进电机。
本发明涉及的太阳跟踪装置进而可包括方位角、高度角和/或赤纬角刻度标记。
本发明涉及的太阳跟踪装置及其群中的朝阳面板是任何形状的一维或多维的物体、支撑物、组合物、带光吸收部件物体、带部分或整个光电转换装置物件、带望远镜物、带照相和/或录像装置物、带探测器物、带光反射/折射物的物体。
本发明涉及的太阳跟踪装置可以通过简单的电开关，如普通开关、控制开关来控制，也可以进而通过包括含时间继电器、时间控制器、位置控制器、可编程器、单片机和/或微机的控制装置系统来控制。
本发明涉及的太阳跟踪装置包括或不包括由控制系统指令电机在日没时/后运转使太阳跟踪装置加速回到0°方位或次日日出时状态后停运，次日日出时再自行启动运作的功能。
本发明涉及的太阳跟踪装置群包括或不包括链条、蜗杆或齿条松紧调节装置。
附图说明
图1是本发明所涉及的太阳跟踪装置的示意图。
图2是本发明所涉及的由链条带动的太阳跟踪装置群的示意图。
图3是本发明所涉及的由链条带动及由一个独立电机驱动的太阳跟踪装置群的示意图
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步说明本发明，但本发明并不限于在实施方式说明范围内。
实施方式1
本发明实施例1(参照图1)：如图1所示的本发明涉及的太阳跟踪装置包括朝阳面板(1)、高度角调节机构(20)、方位角调节机构(6和7)、赤纬角调节机构(30)、电机(11)、支架(5)；其中，电机(11)直接或通过减速机构(未图示)驱动方位角调节机构(6和7)中转轴(6)上的方位齿轮(7)，使与转轴(6)相连的朝阳面板(1)每天(24小时内)旋转一周(360°)，转轴(6)旋转过程中，转轴(6)上端的高度角蜗杆(3)和/或齿轮(4)同时运动并驱动高度角调节机构(20)的高度调节杆(2)，由高度调节杆(2)驱动朝阳面板(1)，使朝阳面板(1)与平行于转轴(6)轴心线或面的夹角(高度角)(未图示)每天(24小时内)在0°→180°间变化，同时赤纬角蜗杆(9)和/或齿轮(10)同时运动并驱动赤纬角调节机构(30)的赤纬角调节杆(8)，由赤纬角调节杆(8)驱动朝阳面板(1)，使朝阳面板(1)与垂直于转轴(6)轴心线或面的夹角(赤纬角)(未图示)每年在±23.5°区域变化；实现太阳跟踪装置由一个电机(11)直接或通过减速机构(未图示)驱动，同时进行随阳方位、高度和赤纬的三维连动跟踪；
实施方式2
本发明实施例2(参照图2)：如图2所示的本发明涉及的太阳跟踪装置群包括一个带电机的太阳跟踪装置(11，7b)和4个不带电机的、但其它结构或机构完全相同于或相似于太阳跟踪装置(11，7b)的太阳跟踪装置组合群(未图示)；太阳跟踪装置(11，7b)的电机(11)直接驱动该装置运动，同时通过链条(13)带动另外不带电机的太阳跟踪装置中方位角调节机构中齿轮(7)同步运动，完成方位角、高度角和赤纬角的调节，进行太阳跟踪。太阳跟踪装置群包括链条松紧调节装置(12)。
包括至少两个不带电机的太阳跟踪装置的组合群(II)；其中各太阳跟踪装置的方位齿轮通过链条、蜗杆和/或齿条连接，
实施方式3
本发明实施例3(参照图3)：如图3所示的本发明涉及的由链条带动及由一个独立电机(11)驱动的太阳跟踪装置群，太阳跟踪装置群包括4个不带电机(11)的、但其它结构或机构完全相同于或相似于太阳跟踪装置(11，7b)的太阳跟踪装置组合群(未图示)。太阳跟踪装置组合群由一个电机(11)直接驱动，通过链条(13)带动各太阳跟踪装置中方位角调节机构中齿轮(7)同步运动，完成方位角、高度角和赤纬角的调节，进行太阳跟踪。太阳跟踪装置群包括链条松紧调节装置(12)。

Claims (9)

1、太阳跟踪装置群，其特征在于：该群包括
a)一个太阳跟踪装置，该太阳跟踪装置包括朝阳面板、高度角调节机构、方位角调节机构、赤纬角调节机构、电机、支架；其中，电机直接或通过减速机构驱动方位角调节机构中转轴上的方位齿轮，使与转轴相连的朝阳面板每天旋转一周，转轴旋转过程中，转轴上端的高度角蜗杆和齿轮同时运动并驱动高度角调节机构的高度调节杆，由高度调节杆驱动朝阳面板，使朝阳面板与平行于转轴轴心线或面的夹角每天在0°→180°间变化，同时赤纬角蜗杆和齿轮同时运动并驱动赤纬角调节机构的赤纬角调节杆，由赤纬角调节杆驱动朝阳面板，使朝阳面板与垂直于转轴轴心线或面的夹角每年在±23.5°区域变化；实现太阳跟踪装置由一个电机直接或通过减速机构驱动，同时进行随阳方位、高度和赤纬的三维连动跟踪；
b)至少一个不带电机的、但其它结构或机构相同于如a)所述的太阳跟踪装置；其中所述的太阳跟踪装置的电机直接驱动如a)所述的太阳跟踪装置运动，同时通过链条、蜗杆或齿条带动另外不带电机的太阳跟踪装置中方位角调节机构同步运动，完成方位角、高度角和赤纬角的调节，进行太阳跟踪。
2、根据权利要求1所述的太阳跟踪装置群，其特征在于：所述的高度角调节机构包括至少一根高度调节杆、相应的机械滑动或转动部件。
3、根据权利要求1所述的太阳跟踪装置群，其特征在于：所述的赤纬角调节机构包括至少一根赤纬调节杆、相应的机械滑动或转动部件。
4、根据权利要求1所述的太阳跟踪装置群，其特征在于：所述的电机包括恒速电机、变速电机、换向电机、伺服电机或步进电机。
5、根据权利要求1所述的太阳跟踪装置群，其特征在于：所述的太阳跟踪装置进而包括方位角、高度角和赤纬角刻度标记。
6、根据权利要求1所述的太阳跟踪装置群，其特征在于：所述的朝阳面板是任何形状的一维或多维的物体。
7、根据权利要求1所述的太阳跟踪装置群，其特征在于：所述的太阳跟踪装置进而包括含控制开关、时间继电器、时间控制器、位置控制器、可编程器、单片机或微机的控制装置系统。
8、根据权利要求1所述的太阳跟踪装置群，其特征在于：所述的太阳跟踪装置进而包括由控制系统指令电机在日没后运转使太阳跟踪装置加速回到0°方位或次日日出时再自行启动运作的功能。
9、根据权利要求1所述的太阳跟踪装置群，其特征在于：所述的太阳跟踪装置群进而包括链条、蜗杆或齿条松紧调节装置。
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