CN102589156A - 自动跟踪太阳的小型槽式集热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动跟踪太阳的小型槽式集热器；包括基架，槽式集热管，反射镜，还包括主梁、基架与主梁连接，基架一端设有电机和控制柜，电机和控制柜电连接，电机输出端与主梁联接，主梁上设有槽架和支架，反射镜设在槽架上，槽式集热管设在支架上，反射镜把太阳光聚焦到槽式集热管上，所述控制柜的内部设有实现槽式集热器实时跟踪太阳的控制系统模块。反射镜通过电机绕主梁旋转、实时跟踪太阳，以使照射在反光镜上的太阳光始终聚焦到槽式集热管上；具有聚光器跟踪精度高、集热效率高，投入成本低的优点，适于大规模推广普及。

Description

自动跟踪太阳的小型槽式集热器

技术领域

本发明涉及太阳能集热器技术领域，尤其涉及一种自动跟踪太阳的小型槽式集热器。

背景技术

随着社会的发展进步，人们对于太阳能热利用的意识渐渐增强，在食品加工，塑料加工，玻璃加工，化学工业，造纸工业，木材加工，合成橡胶，纺织工业等需求蒸汽的行业中利用太阳能取热的设备逐渐增加。现阶段利用太阳能主要是采用可安装于屋顶的太阳能小型槽式系统作为热源给水加热以得到所需蒸汽，这种技术和设备存在的缺点是：集热器的布置方式单一、不能适应不同走向的房屋；采用日踪传感器，无法达到聚光器所需的跟踪精度；采用液压传动系统成本过高，不利于推广普及。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术的太阳能集热器存在的的布置方式单一、不能适应不同走向的房屋要求，以及跟踪精度低、使用成本高、不能推广普及的问题；提出了一种自动跟踪太阳的小型槽式集热器；具有聚光器跟踪精度高、集热效率高，投入成本低的优点，适于大规模推广普及。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自动跟踪太阳的小型槽式集热器，包括基架，槽式集热管，反射镜，主梁，基架与主梁连接，基架一端设有电机和控制柜，电机和控制柜电连接，电机输出端与主梁联接，主梁上设有槽架和支架，反射镜设在槽架上，槽式集热管设在支架上，反射镜把太阳光聚焦到槽式集热管上，所述控制柜的内部设有实现槽式集热器实时跟踪太阳的控制系统模块。反射镜通过电机绕主梁旋转、实时跟踪太阳，以使照射在反光镜上的太阳光始终聚焦到槽式集热管上。

所述控制柜的控制系统模块包括PLC电源，PLC控制器，断路器，过热保护器，交流接触器，电机驱动器，交流电源，交流电源与断路器连接，断路器与过热保护器连接，PLC控制器通过电机驱动器控制电机的正转、反转、停转及转速。其中过热保护器用来在电机功率过大或电机接线相序错误时使接触器开路、保护电机。

所述电机输出端与主梁通过减速机联接。

所述基架上设有轴承座，轴承座内设有轴承，主梁通过轴承与轴承座连接。

小型槽式集热器根据安装地点，选择聚光器南北地轴、南北水平、东西水平三种布置方式，进行单轴多方式跟踪。通过PLC控制器和电机减速机组合，保证入射光线位于主光轴和焦线平面，使小型槽式集热器最大限度的获取太阳辐射能。

所述PLC控制器的跟踪程序按照集热器的不同布置方式，根据天文学公式进行更改，实现达到太阳的实时跟踪。

所述天文学公式为：

南北地轴跟踪：

cosθ＝cosδ；

南北水平跟踪：

东西水平跟踪：

$\cos \mathrm{\θ}=\cos \mathrm{\δ}{[{\cos }^2\mathrm{\ω}+{\tan }^2\mathrm{\δ}]}^{\frac{1}{2}};$

式中，θ：入射角 ω：时角 δ：赤纬角

纬度。

本发明工作原理：本发明包括控制部分和传动部分，控制部分分为手动和自动，手动控制通过正转，反转，急停按钮，来实现集热器的正转，反转，急停，可在安装调试、意外故障、恶劣天气及紧急状态时使用；自动控制根据太阳的高度角和方位角，采用PLC控制器调整输出脉冲，通过电机驱动器来控制电机的转速，对太阳轨迹进行定位。日落后，小型槽式集热器根据PLC控制器设定程序用于自动回位至下一个工作日太阳升起时的接收位置。传动部分采用机械传动系统，由电机和减速机来带动太阳能小型槽式集热器主梁的旋转以调整集热器聚光镜的跟踪角度，使集热器聚光镜接收的入射光线位于主轴和焦线平面，保证集热器最大限度的获得太阳辐射能。

集热器工作过程为：首先根据集热器地理位置及天文学公式，设定PLC控制器程序。在80℃-200℃中温槽式集热系统工作时，根据已定程序，PLC控制器输出脉冲信号，通过电机驱动器对电机下达转速命令，控制减速机进入工作状态，槽式集热器进入跟踪初始位置，随着太阳高度角与方位角变化，减速机带动集热器主梁跟日转动，将太阳光聚焦收集。当集热器工作时间结束后，槽式集热器在PLC控制程序的带动下，自动恢复到下一个工作日初始位置。在紧急状态下，可手动控制槽式集热器进入保护位置。当集热器的布置方式改变时(为南北地轴跟踪或者东西水平跟踪)，只需根据天文学公式更改PLC可编程逻辑控制器的跟踪程序，即可达到太阳的实时跟踪。

本发明的有益效果：

1.全自动、精确地跟踪太阳运动轨迹，提高小型槽式集热器的集热效率；

2.采用手动和自动控制系统，手动控制可以方便安装调试及故障维修，遭遇恶劣天气时可以快速将集热器的反射镜调整到安全位置，自动控制系统可在日落后使集热器自动返回到早上的初始状态；

3.可以进行单轴多方式布置，进行南北极轴、南北水平、东西水平方式布置，适应不同走势的屋顶，简单灵活；

4.采用电机传动系统，结构简单，在保证跟踪精度的前提下减低成本，利于太阳能小型槽式集热器在工业热利用方面的推广普及。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的主梁部分结构图；

图3为本发明的安装示意图；

图4为本发明控制系统的电气示意图；

图5为本发明南北地轴式的布置方式图；

图6为本发明南北水平式的布置方式图；

图7为本发明东西水平式的布置方式图；

图中，1、槽式集热管，2、支架，3、反射镜，4、槽架，5、基架，6、电机，7、减速机，8、控制柜，9、主梁，10、轴承座。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

实施例1，一种自动跟踪太阳的小型槽式集热器，如图1至图4，图6所示，包括基架5，槽式集热管1，反射镜3，主梁9，基架5与主梁9连接，基架5一端设有电机6和控制柜8，电机6和控制柜8电连接，电机6输出端与主梁9联接，主梁9上设有槽架4和支架2，反射镜3为槽式反射镜、设在槽架4上，槽式集热管1设在支架2上，反射镜3把太阳光聚焦到槽式集热管1上，所述控制柜8的内部设有实现槽式集热器实时跟踪太阳的控制系统模块，反射镜3通过电机6绕主梁9旋转、实时跟踪太阳，以使照射在反光镜3上的太阳光始终聚焦到槽式集热管1上。所述控制柜8的控制系统模块包括PLC电源，PLC控制器，断路器，过热保护器，交流接触器，电机驱动器，交流电源，交流电源与断路器连接，断路器与过热保护器连接，PLC控制器通过电机驱动器控制电机的正转、反转、停转及转速。其中过热保护器用来在电机功率过大或电机接线相序错误时使接触器开路、保护电机。所述电机6输出端与主梁9通过减速机7联接。所述基架5上设有轴承座10，轴承座10内设有轴承，主梁9通过轴承与轴承座10连接。小型槽式集热器根据安装地点，选择聚光器南北地轴、南北水平、东西水平三种布置方式，进行单轴多方式跟踪。通过PLC控制器和电机减速机组合，保证入射光线位于主光轴和焦线平面，使小型槽式集热器最大限度的获取太阳辐射能。所述PLC控制器的跟踪程序按照集热器的不同布置方式，根据天文学公式进行更改，实现达到太阳的实时跟踪。所述天文学公式为：

南北地轴跟踪

cosθ＝cosδ

南北水平跟踪

东西水平跟踪

$\cos \mathrm{\θ}=\cos \mathrm{\δ}{[{\cos }^2\mathrm{\ω}+{\tan }^2\mathrm{\δ}]}^{\frac{1}{2}}$

式中，θ：入射角 ω：时角 δ：赤纬角

纬度。

具体地说，结合图6所示，本发明南北地轴式的布置方式图集热器南北水平式布置时以南北方向为轴心，东西方向上旋转。所述小型槽式集热器南北放置(南北水平跟踪)，集热器的开口在东西方向上旋转，所述跟踪系统包括控制系统和传动系统，如图4所示所述控制系统包括PLC电源、PLC控制器、断路器、过热保护器、交流接触器、电机、电机驱动器、交流电源。交流电源与断路器连接，断路器起到电源通断的作用，断路器之后接过热保护器，过热保护器在电机功率过大或电机接线相序错误时使接触器开路，起到保护电机的作用。PLC可编程逻辑通过电机驱动器控制电机的正转、反转、停转及转速。如图1、2、3所示，所述传动系统包括电机6、减速机7、主梁9。具体集热器工作过程为：首先根据集热器地理位置(南北水平跟踪)及天文学公式，设定PLC控制器程序。在80℃-200℃中温槽式集热系统工作时，根据已定程序，PLC控制器输出脉冲信号，通过电机驱动器对电机6下达转速命令，控制减速机7进入工作状态，槽式集热器进入跟踪初始位置，随着太阳高度角与方位角变化，减速机7带动集热器主梁9跟日转动，将太阳光聚焦收集。当集热器工作时间结束后，槽式集热器在PLC控制程序的带动下，自动恢复到下一个工作日初始位置。在紧急状态下，可手动控制槽式集热器进入保护位置。

实施例2，一种自动跟踪太阳的小型槽式集热器，结合图5，图5所示为本发明南北地轴式的布置方式图，集热器南北地轴式布置时，集热器以南北地轴为轴心，东西方向上旋转；其它内容参照实施例1，在此不再赘述。

实施例3，一种自动跟踪太阳的小型槽式集热器，结合图7，图7所示为本发明南北地轴式的布置方式图集热器东西水平式布置时以东西方向为轴心，南北方向上旋转；其它内容参照实施例1，在此不再赘述。

上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种自动跟踪太阳的小型槽式集热器，包括基架，槽式集热管，反射镜，其特征是，还包括主梁，基架与主梁连接，基架一端设有电机和控制柜，电机和控制柜电连接，电机输出端与主梁联接，主梁上设有槽架和支架，反射镜设在槽架上，槽式集热管设在支架上，反射镜把太阳光聚焦到槽式集热管上，所述控制柜的内部设有实现槽式集热器实时跟踪太阳的控制系统模块。

2.如权利要求1所述的自动跟踪太阳的小型槽式集热器，其特征是，所述控制柜的控制系统模块包括PLC电源，PLC控制器，断路器，过热保护器，交流接触器，电机驱动器，交流电源，交流电源与断路器连接，断路器与过热保护器连接，PLC控制器通过电机驱动器控制电机的正转、反转、停转及转速。

3.如权利要求1所述的自动跟踪太阳的小型槽式集热器，其特征是，所述电机输出端与主梁通过减速机联接。

4.如权利要求1所述的自动跟踪太阳的小型槽式集热器，其特征是，所述基架上设有轴承座，轴承座内设有轴承，主梁通过轴承与轴承座连接。

5.如权利要求2所述的自动跟踪太阳的小型槽式集热器，其特征是，小型槽式集热器根据安装地点，选择聚光器南北地轴、南北水平、东西水平三种布置方式，进行单轴多方式跟踪。

6.如权利要求5所述的自动跟踪太阳的小型槽式集热器，其特征是，所述PLC控制器的跟踪程序按照集热器的不同布置方式，根据天文学公式进行更改，实现达到太阳的实时跟踪。

7.如权利要求6所述的自动跟踪太阳的小型槽式集热器，其特征是，所述天文学公式为：南北地轴跟踪：

cosθ＝cosδ；

南北水平跟踪：

东西水平跟踪：

$\cos \mathrm{\θ}=\cos \mathrm{\δ}{[{\cos }^2\mathrm{\ω}+{\tan }^2\mathrm{\δ}]}^{\frac{1}{2}};$

式中，θ：入射角 ω：时角δ：赤纬角

纬度。

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