CN102393750A - 利用温度变化自动跟踪太阳能的方法 - Google Patents

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Abstract

利用温度变化自动跟踪太阳能的方法涉及太阳能跟踪支架领域，其特征是利用接收地太阳能的周期性变化，作用于控制用的温敏介质，形成温敏介质温度的周期性变化，使温敏介质产生热胀冷缩，并通过温度位移转换器将该热胀冷缩的变化量转化为位移量，实现对所连接的太阳能接收面的俯仰角或方位角调节，实现对太阳能的非精确跟踪。其中，利用太阳能的年周期性变化所形成的接收地环境温度的周期性变化，通过温度位移转换器的位移量实现太阳高度角跟踪；利用太阳每日东西向的周期性变化，通过温度位移转换器的位移量实现太阳方位角跟踪。

Description

利用温度变化自动跟踪太阳能的方法
技术领域
本发明属于太阳能跟踪支架领域，适应于太阳能非精确自动跟踪。
背景技术
为提高太阳能接收面效率，常采用固定倾角、水平轴跟踪、固定倾角方位跟踪、斜单轴(或极轴)跟踪、双轴跟踪等方式来减小接收面光线入射角度。大部分跟踪系统通过电力电子实现自动控制，系统相对复杂且造价及维护成本较高。
发明内容
本发明旨在提出一种利用温度变化自动跟踪太阳能的方法。
本发明的技术方案是：利用接收地太阳能的周期性变化，作用于控制用的温敏介质，形成温敏介质温度的周期性变化，使温敏介质产生热胀冷缩，并通过温度位移转换器将该热胀冷缩的变化量转化为位移量，实现对所连接的太阳能接收面的俯仰角或方位角调节，实现对太阳能的非精确跟踪。其中，利用太阳能的年周期性变化所形成的接收地环境温度的周期性变化，通过温度位移转换器的位移量实现太阳高度角跟踪；利用太阳每日东西向的周期性变化，通过温度位移转换器所产生的位移实现太阳方位角跟踪。不同旋转自由度的跟踪即可单独应用，也可共同应用。
所述温敏介质可以是流体或双金属片等，流体为气体或膨胀系数较高的液体，或其组合，且不会在所应用的温度范围发生状态转变，如乙醇；温度位移转换器可以是压力缸和活塞、弹簧管、波纹筒之类的具备一定容积的温度位移转换器或双金属片等，可根据调节角度和承载力设计；流体介质封装于转换器中，或封装于和转换器相连通的容器中，或封装于能将体积变化传递于转换器的容器中，从而通过温度的变化引起体积的变化并转化为位移量，可根据需要设计泄压孔等安全措施。
所述太阳高度角跟踪，可利用上午时段进行光照补偿来减小吸热迟滞，以减小跟踪误差。
所述太阳方位角跟踪，其温度位移转换器由太阳能双面吸热器和带齿条的活塞组成，太阳能双面吸热器由采光面背对的两个相互隔热的封闭热腔组成，热腔中均封装了流体温敏介质，利用太阳每日东西向的周期性变化，使两个吸热面在不同阳光角度出现温差，在热腔间形成压差，推动与之联通的带齿条的活塞产生位移，来实现对方位角自动跟踪；吸热面东西向固定，亦可增加东西向跟踪面以进行补偿。
为实现不同形式的太阳能接收面的自动跟踪，可设置机械关节或轴承。
有益效果：本发明利用液压装置、气压装置、双金属片等温度位移转换器替代了电力电子系统，实现了对太阳能的非精确自动跟踪，有效提高了太阳能利用效率，系统组成及其维护均较简单，造价及维护成本均较低。
附图说明
图1为本发明在太阳能极轴跟踪的改进和应用示意图；
图2为2的局部图；
图3为5和10的局部图；
图4为本发明对太阳能接收面为固定倾角时的改进应用。
图中：1.太阳能接收面，2.带活塞杆的支架，3.流体介质，4.普通支架，5.太阳能双面吸热器，6.向东采光面，7.向西采光面，8.热腔内的流体介质，9.隔热层，10.带齿条的活塞，11.机械关节，12.旋转采光面。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本发明做进一步说明。如图1-3所示，随着接收地每年太阳的季节性周期变化，封闭的流体温敏介质3的体积随环境温度变化而变化，引起带活塞杆的支架2的活塞杆位移，带动太阳能接收面1以普通支架4为支点进行一定角度的旋转，从而实现对太阳高度角的自动跟踪。太阳方位角的跟踪由太阳能双面吸热器5和带齿条的活塞10共同完成，太阳能双面吸热器5由采光面背对的两个相互隔热的封闭热腔组成，向东采光面6和向西采光面7因每日太阳方位的不同，造成对应热腔内的流体介质8吸热不同而形成压差，压差推动相之联通的带齿条的活塞10产生位移，齿条带动极轴旋转一定角度直到压差平衡，从而实现方位角的跟踪，为减小误差，还可增加旋转采光面12用于补偿方位角跟踪偏差。
无论是光伏设备还是光热设备，固定倾角布置的太阳能接收面应用最为广泛，本发明为此类应用引入高度角自动跟踪，如图4所示，将太阳能接收面的短支架改进为带活塞杆的支架2，并将支架连接改为机械关节11，其调节和极轴的太阳高度角的自动跟踪类似。为减小吸热迟滞，可利用上午时段进行光照补偿，以减小跟踪误差。
由于温度会受多种因素影响，且因介质吸放热需要一定时间，因此和太阳能的周期性变化并不完全同步，跟踪精度会受到影响，但由于小角度误差对效率影响较小，因此本发明所述技术方案仍然能有效提高太阳能利用效率，且系统相对简单，造价和维护成本均较低。
本发明对不同旋转自由度的跟踪既可单独应用，也可组合应用。
具体实施方案不局限于实施方式所述内容，相关工作人员完全可以在不偏离本发明的技术思想的范围内进行多样性变更及修改。

Claims (4)

1.一种利用温度变化自动跟踪太阳能的方法，其特征是利用接收地太阳能的周期性变化，作用于控制用的温敏介质，形成温敏介质温度的周期性变化，使温敏介质产生热胀冷缩，并通过温度位移转换器将该热胀冷缩的变化量转化为位移量，完成对所连接的太阳能接收面的俯仰角或方位角调节，实现对太阳能的非精确跟踪。
2.根据权利要求1所述一种利用温度变化自动跟踪太阳能的方法，其特征是控制用的温敏介质可以是流体或双金属片，流体为气体或膨胀系数较高的液体，或其组合，且不会在所应用的温度范围发生状态转变；温度位移转换器可以是压力缸和活塞、弹簧管、波纹筒之类的具备一定容积的温度位移转换器或双金属片，可根据调节角度和承载力设计；流体介质封装于温度位移转换器中，或封装于和温度位移转换器相连通的容器中，或封装于能将体积变化传递于转换器的容器中，从而通过温度的变化引起体积的变化并转化为位移量，可根据需要设计泄压孔等安全措施。
3.根据根据权利要求1所述一种利用温度变化自动跟踪太阳能的方法，其特征是利用太阳能的年周期性变化所形成的接收地环境温度的周期性变化，通过温度位移转换器的位移量实现太阳高度角跟踪，可利用上午时段进行光照补偿来减小吸热迟滞，以减小跟踪误差。
4.根据根据权利要求1所述一种利用温度变化自动跟踪太阳能的方法，其特征是温度位移转换器由太阳能双面吸热器和带齿条的活塞组成，太阳能双面吸热器由采光面背对的两个相互隔热的封闭热腔组成，热腔中均封装了流体温敏介质，利用太阳每日东西向的周期性变化，使两个吸热面在不同阳光角度出现温差，在热腔间形成压差，推动与之联通的带齿条的活塞产生位移，来实现对方位角自动跟踪；吸热面东西向固定，亦可增加东西向跟踪面以进行补偿。
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