CN103034239A - 太阳能平面朝阳自动追踪调节系统 - Google Patents

Abstract

太阳能平面朝阳追踪自动调节系统，它由采集平面、太阳能气体加热器、气压升降器、高压气管这几个主要器官构成，还有少量的连接支架、固定螺丝等附属零件，它们有着不同的分工：采集平面负责提供太阳能采集器的安装位置，太阳能气体加热器负责利用太阳能对气体仓内的气体加热，高压气管负责输送气体，气压升降器负责把内部气体体积的变化变成顶杆的距离升缩，太阳能气体加热器的金属吸光板面垂直地面放置在采集平面边沿下部，每个太阳能气体加热器和采集平面边沿对面的两个气压升降器通过高压气管进行内部气体的连通，这样，当太阳斜照时，一个太阳能气体加热器在阴影中，但对面另一个太阳能气体加热器受到阳光的照射后内部气体被加热彭胀，对面的两个气压升降器内的气体也彭胀把采集平面的对面顶起一定的高度形成朝阳状态。

Description

太阳能平面朝阳自动追踪调节系统

所属的技术领域 

本发明泼及的是一种利用太阳能调节太阳能采集平面尽量垂直太阳光线以增加平面采集太阳光能的自动系统，太阳能平面朝阳自动追踪调节系统中的“朝阳”指的是平面与太阳光线的垂直或接近垂直的位置。 

技术背景

在能源紧张的当今，太阳能作为一种清洁的能源越来越被人们所重视，各种利用太阳能的产品纷纷出产，其中利用最多的是太阳能热水器和太阳能发电池板。无论太阳能热水器或是太阳能发电池板，还是各种太阳能加热、烘干系统都有一个或多个太阳能光能采集平面，这个平面应尽量与太阳光线垂直才能达到最高的采集能量的效果，但是太阳是不断地移动的，这个平面也应该不断地变化才能追踪与太阳光线的垂直位置，这样的追踪调节目前一般是用人工调节，也有的采用电器电动调节，大多数干脆不调节固定地放置。但是，我们利用太阳能的目的是尽量节约能源和人工，太阳能本身是一种能源，为什么不利用太阳能自身的能量进行即时的自动调节呢？ 

太阳能平面朝阳的自动追踪调节，沷及到太阳光能转化成动能的问题，还沷及到光能的变化自动追踪问题，还泼及到风力影响的稳定性问题等等。 

发明内容

为了能利用太阳能的能量自动地调节太阳能采集平面与地面的倾角以达到最好的太阳能采集效果，也为了在太阳能的利用过程中节约人工和电能，我们设计出一种能利用太阳能自动调节太阳光能采集平面与地面角度的装置——太阳能平面朝阳自动追踪调节系统，它能自动追踪太阳能采集平面与太阳光线垂直的位置，它抗风能力大，稳定性强，是太阳能利用的又一大创新。 

本发明解决问题所采取的技术方案是：在太阳能采集平面下部安装几个气体压力升降器作为支撑柱，在采集平面边沿的下边还安装太阳能气体加热器，太阳能气体加热器的气体仓与采集平面边沿对面的气体压力升降器的缸筒用高压气管相连通，这样，当太阳斜照时，采集平面的一边沿下部的气体加热器在阴影中没有对气压升降器产生加气压，但是，对面边沿下部的气体加热器被太 阳光线照射到使仓内气体被加热，仓内气体压强升高，由于连通关系，对面的气压升降器缸筒内的气压也升高将采集平面一边顶起一定高度形成朝阳状态。 

本发明利用太阳能对有一定质量和压强的气体进行加热产生明显的体积变化提供太阳能平面进行朝阳追踪调节的动力，这种气体必需是化学性质比较稳定的。我们可以采用空气，也可采用二氧化碳气体或其它较易获得的稳定性的气体。气压升降器是实现把气体压力的变化变成距离的变化的器械，在太阳能采集平面朝阳追踪的调节中，我们需要的就是这样的一个上下的距离变动。我们这什么不用液体呢？理由很简单，一定液体的体积随温度的变化不大、不明显。但是气压升降器组成的支撑系统由于过于灵敏也容量受到风力的影响而产生波动，虽然这种波动和变化在风力停下后又恢复平衡，但我们还是要努力减少这样的波动，例如，一个太阳能采集平面设罢多个气压升降器，一般设置四个以上的气压升降器，这样它的稳定性和抗风能力就很强了。但是，四个以上气压升降器作为支撑柱是很难确保顶部的四个支撑点在同一个平面上，因为气压升降器受气体加热器的影响是不断地受到强弱变化的阳光的照射而产生变化，这样就会把采集平面扭坏，这不象三个点的关系，三个点无论怎样变化都在一个平面内。这又怎么办呢？为了解决这个问题，我们采用了同一边沿两部气压升降器的气体缸筒相连通的办法，这两部气压升降器的缸筒又都和对面边沿的同一个气体加热器的气体仓相连通，这样，无论怎样变化，两部气压升降器内的气压都是相同的，另外两部也一样，都是两部同时升降，在一个平面内变化，不会独自升降以发生扭坏平面象。 

本发明中的气体加热器是实现快速地利用太阳光能把气体加热的装置，它有一个金属吸光板，板面粗糙均匀并且被喷涂成黑色以利于吸收太阳光能，吸光板的另一面伸出很多金属热传导棒或传导片进入气体仓内，这些热传导棒或传导片增加了仓内气体和金属吸光板的接触面积以利于金属吸光板把热量传递给气体升高温度。金属板的高密度性使其有快速的热传递性质。气体加热器也是利用太阳能，为了不影响采集平面的位置，我们把它安装在采集平面的边沿下部使气体加热器的金属光能吸收板面与地面垂直，这样的安装也刚好能使它利变化的太阳能合适地为我们工作：当太阳光线斜照时，它的金属板接收面接收到的太阳光照面积大、温度容易升高，内部气压也升的高，随着太阳的升高，太阳光线逐渐与金属板面平行，金属板面的受光强度减少使它吸收太阳的光能难以填补从它表面和各处散失的热量，这样它的温度慢慢降低，内部气压也慢慢降低。但是，如果我们需要太阳能采集平面自动朝阳运动，那么太阳能气体加热器受斜照光线的一面是我们需要基本静止的，阴影中的另一面才是我们需要升高的，这又怎么办呢？为了解决这个难题，我们采用了很多种方法，其中 包括机械传动法、液压传动法等，最终确定一个最简单、效果最好的方法，即气体对面输送法：我们把受太阳斜照光的一面的气体加热器的气体仓和对面的阴影中的气压升降器的缸筒用高压气管连通起来，这样受日照一面的气体加热器就能气压传递给阴影一面的气压升降器使阴影一面逐渐升高或逐渐降低形成采集平面朝阳状态。 

本发明的有益效果是：使太阳能采集平面能自动地追踪与太阳光线基本垂直位置，增加平面采集太阳能量，本发明装置本身也利用太阳能且不占用采集平面的位置，抗风能力强、稳定性好。 

附图说明

图1是本发明的太阳能平面朝阳自动追踪调节系统的主要器官平面布局剖面图。 

图2是本发明的太阳能平面朝阳自动追踪调节系统的太阳能气体加热器和气压升降器的连通关系直立剖面图。 

图3是本发明的太阳能平面朝阳自动追踪调节系统的侧面表面图。 

图4是图3的太阳能平面朝阳自动追踪调节系统左转九十度角后的表面图。 

图中，1太阳能气体加热器，2气压升降器，3高压气管，4太阳能采集平面，5隔热层，6金属吸光板，7热传导棒或传导片，8气体仓，9缸筒，10活塞，11橡胶活塞环，12润滑油层，13顶杆，14卡轴，15卡槽，16转轴连接处，17连接支架，18升降固定螺丝，19气嘴。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的太阳能平面朝阳追踪自动调节系统进行进一步说明。 

任何一个系统都是由不同功能的器官分工工作以达到某一个共同的目的，本发明系统是由太阳能气体加热器(1)、气压升降器(2)、高压气管(3)、采集平面(4)这几个器官构成，它们有着不同的工作：太阳能气体加热器(1)负责把气体加热使气体压强升高；高压气管(3)负责在加热器和升降器中输送气体；气压升降器(2)负责把气体的体积变化变成顶杆的伸缩变化；采集平面(4)提供安放太阳能采集器(太阳能热水器或太阳能发电板)，它们工作的共同目的是进行采集平面朝阳的即时追踪以更多地采集太阳能。图1是本发明系统的几个主要器官的平面布局图，图中的采集平面(4)是一个正方体，我们也可以按需求改变一下高压气管(3)的长度使采集平面(4)是一个长方体。图1中的四个气压升降器(2)组成的支撑柱分布在采集平面的四个角落，两个气体加热器(1)分开对应放置在平面(4)下部边沿的气压升降器(2)中间。从图1中我们看到，每一个气体加热器(1)并不是和相邻的气压升降器(2) 有连通关系而是和对面的两个气压升降器(2)通过两条高压气管(3)进行共同连通，由于这样的连通关系，每个气体加热器(1)和对面的两个气压升降器内部的气体压强是一样的。图中的各个器官的太小都是一样的，如果我们把图1中的两个气体加热器(1)都注入相同温度和体积的气体，那么这个太阳能采集平面(4)是平面水平位置的状态，但是，如果这个系统受到太阳的斜照，一个气体加热器(1)在阴影中，另一个太阳能加热器(1)受到光照而进行气体加热，对面的两个气压升降器(2)开始升高，这个平面的水平状态很快变成了朝阳状态。 

本发明系统中的气体加热器(1)是怎样利用太阳能实现对气体快速加热呢？它和气压升降器(2)又是怎样分工合作的呢？图2是气体加热器(1)和气压升降器(2)的连通关系直立剖面图。图1中的扁箱体形气体加热器(1)有一块金属吸光板(6)，吸光板外表面粗糙均匀并且被喷涂成黑色，这使它不能反射光线，这表明这吸光板不仅吸收太阳直射光也能吸收空中的散射光，这有利于它能高效吸收光线转化成热能；图1中吸光板(6)的另一面伸出很多金属热传导棒或传导片(7)进入到气体仓(8)中，这些传导棒或传导片(7)使金属吸光板(6)和气体的接触面积增大了几十倍，这有利于金属吸光板(6)把热量快速地传递给气体使气体升高温度。气体仓(8)内的气体由于升高了温度而体积彭胀，于是部分气体会通过高压气管(3)进入到气压升降器(2)的缸筒(9)中使缸筒内的气体体积增加，增加的体积由活塞(10)和顶杆(13)的向上移动完成。图2中的活塞(10)上还有橡胶活塞环(11)和润滑油层(12)，这样的活塞(10)在缸筒(9)存在微量的热胀冷缩时也能不漏气。图2中除金属吸光板(6)和顶杆(13)没有隔热层(5)外其它器官外表面都有隔热层(5)，隔热层(5)采用聚氨酯泡沫塑料，这样能隔热又能防雨水。图2中的气体加热器(1)还有加减气体用的气嘴(19)。 

图3是本发明太平面朝阳追踪自动调节系统的侧面表面图，这个图中的左面的气压升降器(2)的顶杆(13)已经把采集平面(4)升起，使平面成朝阳状态。图3中采集平面(4)与顶杆(13)有连接关系，这种连接关系一边是固定转轴连接处(16)另一边是活动的卡轴(14)与卡槽(15)连接处，这样采集平面(4)可以各种角度的升缩。图2中由于气压升降器(2)的遮挡，气体加热器没有出现。图2还展示出了一些连接支架(17)，原来，前两个图中，为了不混淆高压气管(3)，我们并不把连接支架(17)展示出来。图3中的采集平面(4)的边沿伸出很多，这样使它在接近中午时，虽然太阳还稍为斜照，但它下部的太阳能气体加热器已经没有受到阳光的照射，这使吸光板(6)有一个散热的机会，为采集平面(4)向水平状态发展提供下部的相同条件。图中的 气压升降器(2)上还有一个升降固定螺(18)，当发生破坏性的风暴时，旋紧这个升降固定螺丝(18)使整个系统不再受气压控制，避免风暴的可能性破坏。但这样的固定也是有限度的，风暴过后如果忘记旋松，猛烈的阳光使这个系统产生强大的气压使顶杆(13)克服升降固定螺丝(18)的压迫磨擦向上顶起，有时还可能胀破高压气管(3)产生泄露气体，要更换气管(3)了，这样情况发生的可能性很小。 

如果我们把图3的太阳能平面追踪自动调节系统左转90度角，我们看到了图4的图样。这个图的系统表面朝东还是朝西不必细说明了，这个图除了高压气管被遮挡看不到外其它各器官都出现了半数：一个气体加热器(1)在连接支架(17)的支持下夹在两个柱形气压升降器(2)是中央，但它并不与这两个相邻的气压升降器(2)有气体连通关系，只是固定支架的连接关系。如果太阳斜照，受照射的不仅是金属吸光板(6)，两个气压升降器(2)也被照射到了，但是隔热层(5)阻碍了它们吸热和散热。吸光板(2)表面由于没有隔热层，它也在进行着散失热量，其实有隔热层覆盖的地方也避免不了少量的热量散失，这些热量的散失也正好是我们所需要的，当接近中午的时候，由于太阳光线逐渐平行金属吸光板(6)面而使它吸热减少，这些散失的热量大于它吸收的热量而使气体仓(8)内的气体温度下降，下降的温度与对面气体加热器内的气体温度一样时，采集平面外于水平状态。其实，对面的气体加热器虽然处于阴影中，但是随着太阳的升高，空气中的散射光也加强，空气中的气温也有所升高，这些原因都使它能获得少量的热量而对内部的气体加热，所以这一面的气压升降器(2)也有一点的升高，这两面的升降陪合都促使中午时采集平面向水平状态发展。当太阳向西面偏斜，新的自动朝阳调节又开始了。由于云块、雾气、风力等各种原因，太阳能平面朝阳追踪自动调节系统不一定能使采集平面即时与太阳光线垂直，但是，它总是努力地把采集平面(4)向与太阳光线垂直的位置倾斜为我们收集更多的能量。 

我们把这个太阳能平面朝阳追踪自动调节系统只要用螺丝钉固定在地板上，别忘了将太阳能气体加热器(1)朝东或朝西，我们没有时间理会它了，它就能长年累月地、默默地自动为我们工作。 

Claims (3)

1.太阳能平面朝阳自动追踪调节系统，它是在太阳能采集平面下部安装几个气体压力升降器作为支撑柱，在采集平面边沿的下边还安装太阳能气体加热器，太阳能气体加热器的气体仓与采集平面边沿对面的气体压力升降器的缸筒用高压气管相连通，这样，当太阳斜照时，采集平面的一边沿下部的气体加热器在阴影中没有对气压升降器产生加气压，但是，对面边沿下部的气体加热器被太阳光线照射到使仓内气体被加热，仓内气体压强升高，由于连通关系，对面的气压升降器缸筒内的气压也升高将采集平面一边顶起一定高度形成朝阳状态。

2.根据权利要求1所述的太阳能平面朝阳自动追踪调节系统，其特征是：本发明利用太阳能光能对有一定质量和压强的气体进行加热产生明显的体积变化提供太阳能平面进行朝阳追踪调节的动力，这种气体必需是化学性质比较稳定的气体。

3.根据权利要求1所述的太阳能平面朝阳自动追踪调节系统，其特征是：本发明的气体加热器是实现快速地利用太阳光能把气体加热的装置，它有一个金属吸光板，板面粗糙均匀并且被喷涂成黑色以利于吸收太阳光能，吸光板另一面伸出很多金属热传导棒或传导片进入气体仓内，这些热传导棒或传导片增加了仓内气体和金属吸光板的接触面积以利于金属吸光板把热量传递给气体升高温度。

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