CN103019264A - 一种中小型塔式反射聚光太阳能定日镜场的跟踪系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能集热发电系统技术领域，尤其是一种中小型塔式反射聚光太阳能定日镜场的跟踪系统，由定日镜单体支架、定日镜连动机构和追日跟踪控制驱动机构三大部分组成，所述定日镜连动机构上设有定日镜单体支架、且固定连接，所述定日镜连动机构上还设有追日跟踪控制驱动机构，所述定日镜单体支架布置在定日镜追日跟踪控制驱动机构周围。本发明成本低廉、控制简单、安装调试方便、维修便捷。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能集热发电系统技术领域，尤其是一种中小型塔式反射聚光太阳能定日镜场的跟踪系统。
背景技术
目前，塔式聚光太阳能集热、光热、光伏发电系统正处于初步应用阶段，主要涉及一些大型电站等项目的建设，但是始终无法中小型化，并且存在建设成本较高、维修管理比较复杂等问题，其中关键是定日镜场的建设。
首先，每个定日镜根据安装的地理纬度，以及相对于集热塔的位置，其运动控制程序都是特定独立的；并且依据每年太阳运行轨迹的偏差，需要对运行控制程序进行相应的修正。这就使得定日镜场的整体控制比较复杂、调试维修也很不方便。
其次，由于现今定日镜的驱动跟踪机构是根据太阳轨迹通过大量精密计算，利用步进电机来实现的，是一个开环系统，所以对于机械精度要求相当高。
专利201210205805.0塔式太阳能集热发电系统定日镜自动调整转换控制装置，公开了一种可作旋转运动的平行四边形支架控制装置，这种控制装置利用等边四边形内角随着形状变化的改变而改变，且变化量相等的原理来对目标进行调试。
发明内容
为了克服现有的技术的不足，本发明提供了一种中小型塔式反射聚光太阳能定日镜场的跟踪系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种中小型塔式反射聚光太阳能定日镜场的跟踪系统，由定日镜单体支架、定日镜连动机构和追日跟踪控制驱动机构三大部分组成，所述定日镜连动机构上设有定日镜单体支架、且固定连接，所述定日镜连动机构上还设有追日跟踪控制驱动机构，所述定日镜单体支架布置在定日镜追日跟踪控制驱动机构周围。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述定日镜单体支架至少为1个。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的定日镜单体支架包括反射镜、镜框、俯仰方向旋转轴、连接杆、连接框架、旋转支撑框、固定旋转主轴、反射光线轴、追日跟踪轴、反射定位机构、镜面随动转换滑动机构和追日跟踪连接曲杆，所述的反射镜安装在镜框上，镜框与支撑框通过旋转轴相连，镜框与连接框架通过连接杆相连，框架可旋转地固定在支撑框上，支撑框安装于固定不动的旋转主轴上，反射定位机构依据每个定日镜单体支架与反射目标塔相对位置而固定，反射光线轴与反射定位机构相连，追日跟踪轴和追日跟踪连接曲杆相连。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的定日镜连动机构包括连动主框、南北方位滑动轴、东西方位滑动轴、升降主框和升降滑动轴，所述的定日镜单体支架的追日跟踪连接曲杆均与连动主框连接，连动主框与两个南北方位滑动轴相连，追日跟踪连接曲杆、连动主框和南北方位滑动轴三者构成的联合体与四个东西方位滑动轴相连，追日跟踪连接曲杆、连动主框、南北方位滑动轴和东西方位滑动轴四者构成的联合体安装在升降主框上，该综合体固定在升降滑动轴上。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的追日跟踪控制驱动机构包括追日跟踪驱动曲杆、追日跟踪矩形框、追日跟踪光电探头及控制器、旋转驱动矩形框、旋转驱动减速机构、俯仰直线驱动机构、硅太阳能电池板、高倍聚光太阳能电池板和追日跟踪控制驱动机构支架，所述的追日跟踪驱动曲杆与定日镜连动机构的连动主框连接，追日跟踪矩形框装于追日跟踪驱动曲杆上，追日跟踪光电探头及控制器、硅太阳能电池板和高倍聚光太阳能电池板均安装在追日跟踪矩形框顶端，旋转驱动矩形框前端穿过追日跟踪矩形框，追日跟踪矩形框、旋转驱动矩形框组成的联合内装有俯仰直线驱动机构，旋转驱动矩形框末端和旋转驱动减速机构相连，俯仰直线驱动机构旋转驱动减速机构安装在追日跟踪控制驱动机构支架上。
本发明的有益效果是，首先，本发明通过追日跟踪光电探头及控制器的光电信号，识别太阳光线的俯仰角和方位角，来控制追日跟踪控制驱动机构中的旋转减速机构和俯仰直线驱动机构进行相应的运行操作，可实现追日跟踪矩形框与阳光平行。其次，本发明通过追日跟踪驱动曲杆和驱动连动主框，从而带动追日跟踪连接曲杆，使定日镜支架阵列中每个支架的追日跟踪轴与阳光平行，再根据角度转换装置的原理使得定日镜支架阵列的各个反射镜的反射光线都汇聚于目标塔上，可实现高倍反射聚光效果。综上，本发明具有成本低廉、控制简单、安装调试方便、维修便捷的特点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明定日镜单体支架示意图；
图3是本发明定日镜的连动机构示意图；
图4是本发明定日镜的追日跟踪控制；
图中1、反射镜，2、镜框，3、俯仰方向旋转轴，4、连接杆，5、连接框架，6、支撑框，7、旋转主轴，8、反射光线轴，9、追日跟踪轴，10、反射定位机构，11、镜面随动转换滑动结构，12、追日跟踪连接曲杆，13、连动主框，14、南北方位滑动轴，15、东西方位滑动轴，16、升降主框，17、升降滑动轴，18、追日跟踪驱动曲杆，19、追日跟踪矩形框，20、追日跟踪光电探头及控制器，21、旋转驱动矩形框，22、旋转驱动减速机构，23、俯仰直线驱动机构，24、硅太阳能电池板，25、高倍聚光太阳能电池板，26、追日跟踪控制驱动机构支架，27、定日镜单体支架、28、定日镜连动机构、29、追日跟踪控制驱动机构。
具体实施方式
如图1是定日镜单体支架示意图，一种中小型塔式反射聚光太阳能定日镜场的跟踪系统，由定日镜单体支架27、定日镜连动机构28和追日跟踪控制驱动机构29三大部分组成，所述定日镜连动机构28上设有定日镜单体支架27、且固定连接，所述定日镜连动机构28上还设有追日跟踪控制驱动机构29，所述定日镜单体支架27布置在定日镜追日跟踪控制驱动机构29周围。定日镜单体支架27数目至少为1个。
如图2所示，所述的定日镜单体支架27包括反射镜1、镜框2、俯仰方向旋转轴3、连接杆4、连接框架5、旋转支撑框6、固定旋转主轴7，反射光线轴8、追日跟踪轴9、反射定位机构10、镜面随动转换滑动机构11和追日跟踪连接曲杆12。所述的反射镜1安装在镜框2上，镜框2与支撑框6通过旋转轴3相连，使得镜框2可以进行俯仰运动。镜框2与连接框架5通过连接杆4相连，框架5可旋转地固定在支撑框6上，当连接框架5进行俯仰运动时，带动镜框2也进行相同的等角度俯仰运动。支撑框6安装于固定不动的旋转主轴7上，支撑框6相对于旋转主轴7进行旋转运动。反射定位机构10依据每个定日镜单体支架与反射目标塔相对位置而固定，反射光线轴8与反射定位机构10相连，可相对于反射光线做旋转。根据角度转换装置（已申请专利201210205805.0和201220292782.7，专利201210205805.0可见于背景技术，专利201220292782.7尚未公开，此处不作赘述）的原理,反射光线轴8、追日跟踪轴9、反射定位机构10和镜面随动转换滑动机构11构成入射光线-反射光线-镜面法线之间夹角相等的关系。追日跟踪轴9和追日跟踪连接曲杆12相连。这样，定日镜单体支架27的旋转和俯仰运动就直接由追日跟踪连接曲杆12来控制。
如图3是定日镜的连动机构示意图。所述的定日镜的连动机构28包括连动主框13、南北方位滑动轴14、东西方位滑动轴15、升降主框16和升降滑动轴17。所述的定日镜单体支架27的追日跟踪连接曲杆12均与连动主框13连接，连动主框13与两个南北方位滑动轴14相连，使连动主框13可做南北方向的平移运动。追日跟踪连接曲杆12、连动主框13和南北方位滑动轴14三者构成的联合体与四个东西方位滑动轴15相连，可做东西方向的平移运动。追日跟踪连接曲杆12、连动主框13、南北方位滑动轴14和东西方位滑动轴15四者构成的联合体安装在升降主框16上，该综合体固定在升降滑动轴17上，可做上下平移运动。
如图4是定日镜的追日跟踪控制驱动机构29示意图。所述的追日跟踪控制驱动机构29包括追日跟踪驱动曲杆18、追日跟踪矩形框19、追日跟踪光电探头及控制器20、旋转驱动矩形框21、旋转驱动减速机构22、俯仰直线驱动机构23、硅太阳能电池板24、高倍聚光太阳能电池板25和追日跟踪控制驱动机构支架26。所述的追日跟踪驱动曲杆18与定日镜连动机构28的连动主框13连接。追日跟踪矩形框19装于追日跟踪驱动曲杆18上。追日跟踪光电探头及控制器20、硅太阳能电池板24和高倍聚光太阳能电池板25均安装在追日跟踪矩形框19顶端。旋转驱动矩形框21前端穿过追日跟踪矩形框19，追日跟踪矩形框19、旋转驱动矩形框21组成的联合体内装有俯仰直线驱动机构23，俯仰直线驱动机构23可将直线运动转换成夹角运动，根据角度转换装置（已申请专利201210205805.0/201220292782.7）的原理，追日跟踪矩形框19、旋转驱动矩形框21和俯仰直线驱动机构23构成入射光线-反射光线-镜面法线之间夹角相等的关系。旋转驱动矩形框21末端和旋转驱动减速机构22相连，其中，旋转驱动减速机构22可做旋转运动。旋转驱动减速机构22安装在追日跟踪控制驱动机构支架26上。旋转驱动减速机构22和俯仰直线驱动机构23此二者的联合运动可致使追日跟踪光电探头及控制器20对阳光进行跟踪。其中，旋转驱动减速机构22可以是涡轮涡杆减速机构、行星摆线针轮减速机构、谐波减速机构、齿轮减速机构等。俯仰直线驱动机构23可以是丝杠螺母直线运动机构、气缸活塞直线运动机构、同步带直线运动机构等。硅太阳能电池板24和高倍聚光太阳能电池板25可以同时安装，也可以只安装其中1种太阳能电池板。同时，硅太阳能电池板24和高倍聚光太阳能电池板25的所用功率需与驱动单元相匹配。这样，该定日镜的追日跟踪控制驱动机构在有阳光的情况下就可独立运行，无需外接动力源。
本发明的整体工作原理如下：定日镜的追日跟踪控制驱动机构29是定日镜单体支架27的动力源和动力输出机构，定日镜单体支架27和定日镜连动机构28是从动机构。每个定日镜单体支架27的追日跟踪连接曲杆12和追日跟踪控制驱动机构29的追日跟踪驱动曲杆18，均与定日镜连动机构28的连动主框13相连。根据追日跟踪控制驱动机构29的追日运动，使得追日跟踪驱动曲杆18带动连动主框13做南北-东西-上下三个方位的平移运动，再通过追日跟踪连接曲杆12，从而使得每个定日镜单体支架27的追日跟踪轴9与太阳光线平行，由此，定日镜单体支架27中的每个反射镜1将阳光反射到一个目标塔上。
其中，定日镜单体支架的数量是根据下列原则确定的：
(A).定日镜单镜支架的重量；
(B).连动主框13所用材料的形变对每个定日镜单体支架的追日跟踪轴9与太阳光线平行产生的误差影响在许可范围之内；
(C).定日镜的追日跟踪控制驱动机构中驱动部分的功率大小；
(D).定日镜支架阵列与目标塔的相对地理位置；
(E).工程项目对聚光倍数的要求。
本发明在实际应用中，相对于传统塔式聚光太阳能集热、光热、光伏发电系统，定日镜单体支架重量较轻且重量分布均匀，特别适用于屋顶、大棚上进行安装。而且，因为本发明安装了太阳能电池板无需外接动力源的特点，所以塔式聚光太阳能的定日镜场的基础设施建设费用大大降低。此外，由于本系统无需外接动力及控制线路，所以如果要对系统进行数据采集和有关主动控制，可以采用区域无线控制或者通讯网络等方式来进行操作。
Claims (5)
1.一种中小型塔式反射聚光太阳能定日镜场的跟踪系统，由定日镜单体支架（27）、定日镜连动机构（28）和追日跟踪控制驱动机构（29）三大部分组成，其特征是，所述定日镜连动机构（28）上设有定日镜单体支架（27）、且固定连接，所述定日镜连动机构（28）上还设有追日跟踪控制驱动机构（29），所述定日镜单体支架（27）布置在定日镜追日跟踪控制驱动机构（29）周围。
2.根据权利要求1所述的一种中小型塔式反射聚光太阳能定日镜场的跟踪系统，其特征是，所述定日镜单体支架（27）至少为1个。
3.根据权利要求1所述的一种中小型塔式反射聚光太阳能定日镜场的跟踪系统，其特征是，所述的定日镜单体支架（27）包括反射镜(1)、镜框(2)、俯仰方向旋转轴(3)、连接杆(4)、连接框架(5)、旋转支撑框(6)、固定旋转主轴(7)、反射光线轴(8)、追日跟踪轴(9)、反射定位机构(10)、镜面随动转换滑动机构(11)和追日跟踪连接曲杆(12)，所述的反射镜(1)安装在镜框(2)上，镜框(2)与支撑框(6)通过旋转轴(3)相连，镜框(2)与连接框架(5)通过连接杆(4)相连，框架(5)可旋转地固定在支撑框(6)上，支撑框(6)安装于固定不动的旋转主轴(7)上，反射定位机构(10)依据每个定日镜单体支架与反射目标塔相对位置而固定，反射光线轴(8)与反射定位机构(10)相连，追日跟踪轴(9)和追日跟踪连接曲杆(12)相连。
4.根据权利要求1所述的一种中小型塔式反射聚光太阳能定日镜场的跟踪系统，其特征是，所述的定日镜连动机构（28）包括连动主框(13)、南北方位滑动轴(14)、东西方位滑动轴(15)、升降主框(16)和升降滑动轴(17)，所述的定日镜单体支架（27）的追日跟踪连接曲杆(12)均与连动主框(13)连接，连动主框(13)与两个南北方位滑动轴(14)相连，追日跟踪连接曲杆(12)、连动主框(13)和南北方位滑动轴(14)三者构成的联合体与四个东西方位滑动轴(15)相连，追日跟踪连接曲杆(12)、连动主框(13)、南北方位滑动轴(14)和东西方位滑动轴(15)四者构成的联合体安装在升降主框(16)上，该综合体固定在升降滑动轴(17)上。
5.根据权利要求1所述的一种中小型塔式反射聚光太阳能定日镜场的跟踪系统，其特征是，所述的追日跟踪控制驱动机构（29）包括追日跟踪驱动曲杆(18)、追日跟踪矩形框(19)、追日跟踪光电探头及控制器(20)、旋转驱动矩形框(21)、旋转驱动减速机构(22)、俯仰直线驱动机构(23)、硅太阳能电池板(24)、高倍聚光太阳能电池板(25)和追日跟踪控制驱动机构支架(26)，所述的追日跟踪驱动曲杆(18)与定日镜连动机构（28）的连动主框(13)连接，追日跟踪矩形框(19)装于追日跟踪驱动曲杆(18)上，追日跟踪光电探头及控制器(20)、硅太阳能电池板(24)和高倍聚光太阳能电池板(25)均安装在追日跟踪矩形框(19)顶端，旋转驱动矩形框(21)前端穿过追日跟踪矩形框(19)，追日跟踪矩形框(19)、旋转驱动矩形框(21)组成的联合体内装有俯仰直线驱动机构(23)，旋转驱动矩形框(21)末端和旋转驱动减速机构(22)相连，俯仰直线驱动机构(23)旋转驱动减速机构(22)安装在追日跟踪控制驱动机构支架(26)上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |