CN103439978A

CN103439978A - 一种太阳跟踪装置

Info

Publication number: CN103439978A
Application number: CN2013103487217A
Authority: CN
Inventors: 孙川; 舒水明
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2013-08-12
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2033-08-12
Also published as: CN103439978B

Abstract

本发明公开了一种太阳跟踪装置，包括：热胀冷缩元件，为空心圆筒结构，在阳光照射下，热胀冷缩元件的向阳面可相对于背阳面延长，从而使热胀冷缩元件的端面发生倾斜；导向盘，固定在热胀冷缩元件的端面上，可随热胀冷缩元件的端面的倾斜而倾斜，从而使导向盘的最低点落在热胀冷缩元件的背阳面；滑轮，与连接件固连，并位于所述导向盘上，可随导向盘最低点位置的变化，沿导向盘上与热胀冷缩元件同心设置的圆形轨道运动，从而始终停留在导向盘的最低点；滑轮可带动连接件转动，从而使与连接件固连的需要跟踪太阳的外接设备转动，实现太阳跟踪。该装置灵敏度和精度较高，可实现无人值守，受外界环境影响小，可靠性强，体积小，结构简单，成本低。

Description

一种太阳跟踪装置

技术领域

本发明属于太阳能利用领域，更具体地，涉及一种太阳跟踪装置。

背景技术

太阳能取之不尽用之不竭，利用形式简单多样，技术已非常成熟，在可再生能源发展中优势明显，应用也最为广泛，对太阳进行实时跟踪，可有效地提高太阳能利用率。

目前的太阳跟踪技术主要分为按照太阳运行规律进行跟踪的主动式和实时探测太阳位置控制跟踪的被动式。主动式跟踪技术主要有控放式、时钟式和计算机控制式。时钟式和计算机控制式均需要外接电源带动电机，并通过控制电机转速或使用精确的计算机程序控制跟踪，装置建造和运行成本均过高，且电路长期暴露在外容易出现故障。被动式跟踪技术主要有压差式和光敏元件比较式。光敏元件比较式控制精确，但设备造价昂贵，且需要用到外接电源驱动电机。

主动式跟踪技术中的控放式和被动式跟踪技术中的压差式均为纯机械跟踪方式，不需要任何用电设备，没有暴露室外的电线与电机，可实现零能耗跟踪，但跟踪精度偏低，灵敏度不高，部分装置的结构复杂，严重影响了这类装置的大规模使用。

例如，申请号为90203146.5的专利申请文件公开了一种控放式太阳跟踪装置，需在每天清晨装、调好灌水装置，通过将水均匀灌入桶内，利用桶重量的变化带动跟踪装置转动，跟踪精度较低，无法自动复位，需要每天进行一次人工操作。专利号为ZL200620117542.8的专利文件公开了一种压差式的太阳跟踪装置，在太阳利用设备的四周布置四个感温包，感温包内封装有压力能随温度变化的感温剂，使用遮光物使感温包仅接受来自特定方向的太阳光照射。不同位置感温包在白天的温升不同，内部压力不同，压力差通过管道传导至液压缸，产生动力，带动跟踪装置转动。由于不同位置感温包的温差并不大，产生的压力差较小，动力不足，难以推动跟踪装置转动，跟踪灵敏度和精度较低，此外，该装置零部件多，结构较复杂。

此外，还产生了一些其它的纯机械式太阳跟踪装置，但仍然难以克服控放式和压差式跟踪装置的上述缺陷。例如，申请号为201010210882.6的专利申请文件公开了一种利用材料热胀冷缩性质进行太阳跟踪的装置，使用了一个填充有热胀冷缩材料的胶囊，利用一天中胶囊温度变化产生的体积变化，作为动力源，推动多级杠杆，带动太阳能利用设备转动。该装置根据单个胶囊在一天中的温度变化间接判断太阳位置，精度极低，一旦日平均气温变化，胶囊的形变即无法对应太阳位置，必须对该装置进行多次手动调节。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种太阳跟踪装置，跟踪灵敏度和精度较高，可实现无人值守，受外界环境影响小，可靠性强，装置体积小，结构简单，成本低。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种太阳跟踪装置，包括：热胀冷缩元件，为空心圆筒结构，在阳光照射下，所述热胀冷缩元件的向阳面可相对于背阳面延长，从而使所述热胀冷缩元件的端面发生倾斜；导向盘，固定在所述热胀冷缩元件的端面上，可随所述热胀冷缩元件的端面的倾斜而倾斜，从而使所述导向盘的最低点落在所述热胀冷缩元件的背阳面；滑轮，与连接件固连，并位于所述导向盘上，可随所述导向盘最低点位置的变化，沿所述导向盘上与所述热胀冷缩元件同心设置的圆形轨道运动，从而始终停留在所述导向盘的最低点；所述滑轮可带动所述连接件转动，从而使与所述连接件固连的需要跟踪太阳的外接设备转动，实现太阳跟踪。

优选地，所述热胀冷缩元件包括多个热胀冷缩单元，热胀冷缩单元紧密排列成空心圆筒。

优选地，所述热胀冷缩单元为柱状。

优选地，所述热胀冷缩元件由固体热胀冷缩材料构成。

优选地，所述热胀冷缩元件由装有液体热胀冷缩材料的容器构成。

优选地，还包括主轴，位于所述热胀冷缩元件的中心，与所述热胀冷缩元件竖直固定在支撑基座上，用于与所述连接件共同支撑需要跟踪太阳的外接设备。

优选地，所述主轴上装有至少一根弹簧。

优选地，所述连接件为空心圆筒，在所述主轴外且与所述主轴同心布置。

优选地，所述连接件布置在所述主轴的一侧。

优选地，所述连接件为柱状。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、利用外接设备自身的重力将热胀冷缩元件引起的作用力失衡放大，带动外接设备转动，具有较高的跟踪灵敏度。

2、热胀冷缩元件包括多个柱状热胀冷缩单元，热胀冷缩单元紧密排列成空心圆筒，可精确感知太阳入射光方向的变化，提高了跟踪精度。

3、只要有太阳光照射，便能在装置的向阳面和背阳面产生温差，驱动跟踪装置旋转，全自动地实现太阳跟踪，可实现无人值守，便于长期稳定地利用太阳能。

4、纯机械式，不需要任何用电设备，没有暴露在室外的电线与电机，受外界环境影响小，可靠性强，装置体积小，结构简单，成本低。

附图说明

图1是本发明一个实施例的太阳跟踪装置示意图；

图2是本发明又一个实施例的太阳跟踪装置示意图；

图3是本发明实施例的太阳跟踪装置作用于外接设备的工作示意图。

所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件，其中：1-连接件，2-主轴，3-导向盘，4-热胀冷缩元件，5-支撑基座，6-滑轮，7-外接设备，8-受光面。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明的太阳跟踪装置基于热胀冷缩原理，利用热胀冷缩元件形变产生的作用力失衡带动太阳跟踪装置上方的外接设备转向。热胀冷缩元件包含多个绕主轴一圈布置的热胀冷缩单元，在阳光照射下，向阳面温度最高，背阳面温度最低，不同位置的热胀冷缩单元热胀冷缩幅度不同，相应地，产生形变的程度不同，向阳面对应热胀冷缩元件的最高处，背阳面对应热胀冷缩元件的最低处，随着太阳的移动，热胀冷缩元件的最高处和最低处相应改变，热胀冷缩元件上方物体在重力和支撑力的作用下始终向最低点移动，即围绕主轴转动，并最终停留在最低处，即背阳面，实现对太阳的跟踪。

如图1所示，本发明一个实施例的太阳跟踪装置包括连接件1、主轴2、导向盘3、热胀冷缩元件4、支撑基座5和滑轮6。热胀冷缩元件4包括多个柱状热胀冷缩单元，热胀冷缩单元紧密排列成空心圆筒，主轴2位于热胀冷缩元件4的中心，与热胀冷缩元件4均竖直固定在支撑基座5上，导向盘3穿过主轴2，固定在热胀冷缩元件4的端面上，滑轮6位于导向盘3上，在外力作用下可沿导向盘3上与热胀冷缩元件4同心布置的圆形轨道作圆周运动，连接件1为空心圆筒，与滑轮6固连，在主轴2外且与主轴2同心布置。

主轴2与连接件1共同支撑需要跟踪太阳的外接设备，保护热胀冷缩元件4不被外接设备压坏，并保证外接设备水平。主轴2上装有至少一根弹簧，弹簧可布置在主轴2的底部、顶部或中部，使主轴2的高度可变，主轴2对外接设备的支撑力随弹簧的长度变化。热胀冷缩元件4可以由固体热胀冷缩材料构成，也可由装有液体热胀冷缩材料的容器构成。连接件1与外接设备固连，滑轮6绕主轴2滚动的同时，通过连接件1带动外接设备转动。

夜晚无太阳时段，热胀冷缩元件4的各部分温度近似，热胀冷缩元件4保持直立，导向盘3处于水平状态，滑轮6保持静止。当早晨太阳升起，阳光照射到热胀冷缩元件4上后，热胀冷缩元件4的向阳面因受到阳光照射，温度较背阳面高，受热胀冷缩作用，热胀冷缩元件4的向阳面高于背阳面，使导向盘3向背阳面倾斜。由于连接件1将上方连接设备的一部分重量传导到滑轮6上，滑轮6在倾斜的导向圆盘上由于重力和圆盘支撑力的合力大于摩擦力，而绕主轴2滚动，最终滑轮6停在导向圆盘的最低点，即背阳面。滑轮6在滚动时通过连接元件1带动外接设备转动，保证外接设备的受光面朝向太阳光照射方向。

在白天的其它时刻，随着太阳相对位置的变化，热胀冷缩元件4的向阳面和背阳面相应改变，导向盘3倾斜的最低点也相应改变，滑轮6在重力和圆盘支撑力的共同作用下，始终保持在导向圆盘3的最低点，滑轮6通过连接元件1带动外接设备转动，使外接设备的受光面始终跟踪太阳光入射方向，完成整个白天的太阳跟踪过程。

图2是本发明又一个实施例的太阳跟踪装置，连接件1为柱状，与滑轮6固连，布置在主轴2的一侧，滑轮6绕主轴2滚动的同时，通过连接件1带动外接设备转动。更一般地，连接件1可以为柱状之外的其它形状。

如图3所示，连接件1与外接设备7固连，主轴2与外接设备7固连或活动连接，在太阳光的照射下，滑轮6跟随太阳的移动始终停留在太阳的背光面，滑轮6通过连接件1带动外接设备7转动，使外接设备7的受光面8始终正对太阳光。

本发明的太阳跟踪装置利用外接设备自身的重力将热胀冷缩元件引起的作用力失衡放大，带动外接设备转动，具有较高的跟踪灵敏度；本发明的太阳跟踪装置的热胀冷缩元件包括多个柱状热胀冷缩单元，热胀冷缩单元紧密排列成空心圆筒，可精确感知太阳入射光方向的变化，提高了跟踪精度；本发明的太阳跟踪装置只要有太阳光照射，便能在装置的向阳面和背阳面产生温差，驱动跟踪装置旋转，全自动地实现太阳跟踪，可实现无人值守，便于长期稳定地利用太阳能。本发明的太阳跟踪装置为纯机械式，不需要任何用电设备，没有暴露在室外的电线与电机，受外界环境影响小，可靠性强，装置体积小，结构简单，成本低。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种太阳跟踪装置，包括：

热胀冷缩元件，为空心圆筒结构，在阳光照射下，所述热胀冷缩元件的向阳面可相对于背阳面延长，从而使所述热胀冷缩元件的端面发生倾斜；

导向盘，固定在所述热胀冷缩元件的端面上，可随所述热胀冷缩元件的端面的倾斜而倾斜，从而使所述导向盘的最低点落在所述热胀冷缩元件的背阳面；

滑轮，与连接件固连，并位于所述导向盘上，可随所述导向盘最低点位置的变化，沿所述导向盘上与所述热胀冷缩元件同心设置的圆形轨道运动，从而始终停留在所述导向盘的最低点；

所述滑轮可带动所述连接件转动，从而使与所述连接件固连的需要跟踪太阳的外接设备转动，实现太阳跟踪。

2.如权利要求1所述的太阳跟踪装置，其特征在于，所述热胀冷缩元件包括多个热胀冷缩单元，热胀冷缩单元紧密排列成空心圆筒。

3.如权利要求2所述的太阳跟踪装置，其特征在于，所述热胀冷缩单元为柱状。

4.如权利要求1所述的太阳跟踪装置，其特征在于，所述热胀冷缩元件由固体热胀冷缩材料构成。

5.如权利要求1所述的太阳跟踪装置，其特征在于，所述热胀冷缩元件由装有液体热胀冷缩材料的容器构成。

6.如权利要求1至5中任一项所述的太阳跟踪装置，其特征在于，还包括主轴，位于所述热胀冷缩元件的中心，与所述热胀冷缩元件竖直固定在支撑基座上，用于与所述连接件共同支撑需要跟踪太阳的外接设备。

7.如权利要求6所述的太阳跟踪装置，其特征在于，所述主轴上装有至少一根弹簧。

8.如权利要求6或7所述的太阳跟踪装置，其特征在于，所述连接件为空心圆筒，在所述主轴外且与所述主轴同心布置。

9.如权利要求6或7所述的太阳跟踪装置，其特征在于，所述连接件布置在所述主轴的一侧。

10.如权利要求9所述的太阳跟踪装置，其特征在于，所述连接件为柱状。