CN104516357B - 一种跟踪太阳运动的支架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跟踪太阳运动的支架，可以用在太阳能光伏发电系统，也可以用在太阳能热利用系统。跟踪太阳运动的支架由底盘(3)用销钉(14)将接收器支架(2)连接一起，接收器支架(2)在电机(7)通过齿轮(8)、(15)和丝杆(13)作用下绕销钉(14)摆动，跟踪太阳的高度变化。在底盘(3)下面有固定转轴(4)和两个转轮(5)，动力箱(6)通过链条(9)驱动其中一个转轮(5)，使得跟踪太阳运动的支架整体作围绕固定转轴4的圆周运动，跟踪太阳由东向西的方位运动。电机(7)和动力箱(6)的启动有一微电脑控制器控制，微电脑控制器内储存以时间为函数的太阳能的方位角和高度角的数值，到设定时间后，控制器开启电机(7)和动力箱(6)，并根据微电脑中储存的方位和高度角的数值，对相应的电磁铁通电充磁，当跟踪太阳运动的支架运动到相应的位置，干簧管吸和，控制器切断电机(7)和动力箱(6)的电源，跟踪太阳运动的支架到达预定位置。

Description

一种跟踪太阳运动的支架

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术，尤其是一种跟踪太阳运动的支架。

背景技术

目前太阳能作为新能源领域最为清洁环保、安全廉价的能源受到世界各国的重视，应用规模迅速扩大。为了最大限度的吸收太阳辐射能，许多系统都采用太阳能接受器(可以是太阳能光伏电池板，也可以是太阳能集热器)跟踪太阳运动，使得受辐射面始终与太阳光线垂直，达到最大限度的吸收太阳的辐射能。但是现有的系统存在两个问题，一是为了充分利用太阳能跟踪器，而将固定太阳能接收器的支架做的很大，不但价格高，还给使用中的保养与维护带来困难；二是现有的跟踪装置精密度高，维护量大，维修困难。因此在小规模的应用中遇到一定困难，尤其是在家庭户用系统中难以普及。

发明内容

本发明将提供一种跟踪太阳运动的支架，可以用来固定太阳能接收器。太阳能接收器可以是太阳能光伏电池板，也可以是太阳能热利用使用的太阳能集热器(本方案图中以太阳能集热器为例)。这种跟踪太阳运动的支架有底盘和接收器支架体。太阳能接收器用活动轴固定在前支架面上，面向太阳。在支架底盘下有固定转轴和两个转轮，固定转轴用来支撑支架同时作为支架水平旋转的轴心。在另一端的两个转轮支撑着支架并可以驮着支架围绕固定转轴转动。这种转动用来跟踪太阳由东往西的运动。接收器支架的后面有支杆固定支撑在支架底盘上，支撑杆由两段组成，下段为一套管，上段为一丝杆，丝杆可以插入套管，在套管上端口有一和丝杆配合的螺母，转动螺母可以调节丝杆插入套管的长度，改变后支杆的总长度，调节前支杆的倾角，跟踪太阳运动高度角的变化。

本发明的运动控制采用时间控制。其实时间就是太阳运动的函数，在不同的季节、不同的时间、不同的地点太阳的方位角和高度角是固定的。

其中：太阳的高度角的表达式：

sinα_s＝sinφsinδ+cosφcosδcosω

式中：α_s为太阳高度角；φ为地理纬度；δ为太阳赤纬；ω为时角。

太阳的方位角的表达式：

式中：γ_s为太阳方位角。

如北纬40°太阳高度角和方位角的日变化如下表：

可以看出，太阳运动引起的高度角和方位角变化，可以准确的计算出来。将太阳高度角和方位角的变化，按每天每间隔一定的时间的平均值以四舍五入的数值列表储存在微电脑控制器的储存芯片中。在微电脑控制器控制下，每隔一定时间控制器将读取一次储存芯片内与该时刻对应的太阳高度角和方位角的数值，并发出指令，启动支架水平旋转电机和支架后支杆驱动电机，支架将同时作水平旋转和仰角转动。这样一套微电脑控制器可以控制若干个支架同时运动，不但大大节约了投资，也减少了损坏的几率，减少了日常维护量。

在固定支架的地面上安装有带角度信号源的电磁铁，电磁铁按每间隔5度(也可以根据精度要求设定不同的角度)固定一个以固定转轴为圆心的弧形轨道上。在当微电脑控制器发出方位角度信号时，与之对应的电磁铁被充磁，支架上有一干簧管。当微电脑控制器根据储存的指令，对支架发出支架旋转的指令，开启旋转驱动电机电源的同时开启对应干簧管的充磁电源，支架旋转到干簧管与被充磁的电磁铁对应时，即支架已达到按时间设定位置，干簧管接收到信号，控制器切断该支架的驱动电源，支架停止运动。

在支架的底盘上设有一个弧形架，在弧形架上同样按每间隔5度(同样可以按精度需要设定度数)设置电磁铁。在接收器支架上设有干簧管。当微电脑控制器根据储存的指令，对接收器支架发出旋转的指令，开启旋转驱动电机电源的同时开启对应干簧管的充磁电源，接收器支架旋转到干簧管与被充磁的电磁铁对应时，即接收器支架已达到按时间设定的位置，干簧管接收到信号，控制器切断该支架的驱动电源，接收器支架停止运动。

上述两个运动每间隔可以设定为5分钟(或10、15、20分钟)进行一次。当然以需要加以控制，间隔缩短，跟踪精度高。只要改变微电脑控制器内存储的方位角和高度角数值，并改变在水平弧形轨道上和垂直弧形架上的干簧管的布置密度即可。这样可以使得太阳能接收器适时的跟踪太阳的运动，最大限度的接受太阳辐射能量。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细说明。

1.图1是本发明一种跟踪太阳运动的支架的侧视图；

2.图2是本发明一种跟踪太阳运动的支架的俯视图；

3.图3是本发明一种跟踪太阳运动的支架的后视图；

4.图4是本发明一种跟踪太阳运动的支架组成的集热器阵列早上的位置图；

5.图5是本发明一种跟踪太阳运动的支架组成的集热器阵列中午的位置图；

6.图6是本发明一种跟踪太阳运动的支架组成的集热器阵列下午的位置图。

具体实施方式

图1是本发明一种跟踪太阳运动的支架的侧视图。该跟踪太阳运动的支架底盘3和接收器支架2用销子14连接。当电动机7转动，带动齿轮组8转动，与齿轮8啮合的另一齿轮15亦跟随转动。齿轮15的内孔带有丝扣与丝杆13配合，齿轮15做正反转动，将带动丝杆13做伸缩运动，支撑接收器支架2围绕销子14摆动，适应太阳的高度变化。在接收器支架一侧有固定在底盘上的弧形架11，在弧形架上面有若干个电磁铁12，电磁铁安装在一销子14为圆心的弧线上，每个电磁铁之间的度数根据设计精度确定。在接收器支架的侧边上与电磁铁对应处安装有一个干簧管，当某个电磁铁12被通电充磁后，接收器支架2在做围绕销子14的摆动时，当干簧管对应到被充磁的电磁铁是，干簧管即吸和接通，控制器立即切断电动机7的电源，接收器支架2停止运动。

该跟踪太阳运动支架的底盘由固定转轴4与另一侧的两个转轮5支撑。固定转轴4是跟踪太阳运动支架转动的轴心，而另一侧的两个转轮5则驮着整个支架围绕着转轴4转动。跟踪太阳运动支架的转动由动力箱6输出，通过链条9带动其中一个转轮5转动，使得跟踪太阳运动的支架以转轴4为轴心转动。

图2是本发明一种跟踪太阳运动的支架的俯视图。在底盘的地面上有一条以转轴4为圆心的弧形轨道，在弧形轨道上安装有若干电磁铁17，电磁铁的间距根据精度确定，图2上标注的为间隔5度，相当于大约13分钟内太阳运动的角度。在底盘的下方安装有一端部安装有干簧管的直杆16，直杆16的运动轨迹和装有干簧管的弧形轨道重合。跟踪太阳运动的支架在控制器的控制下开始运动，当直杆16运动到与被充磁的电磁铁17对应后，直杆端部的干簧管在电磁铁磁场的作用下吸合导通，控制器周期接收到此信号后，切断动力箱6的电源，跟踪太阳运动的支架停止运动。

图3是本发明一种跟踪太阳运动的支架的后视图。

图4是本发明一种跟踪太阳运动的支架阵列早上自动排列的阵型。

图5是本发明一种跟踪太阳运动的支架阵列正午自动排列的阵型。

图6是本发明一种跟踪太阳运动的支架阵列傍晚自动排列的阵型。

Claims (2)

1.一种跟踪太阳运动的支架，在其底盘(3)上有销钉(14)连接的可以摆动的接收器支架(2)，其特征在于：在底盘(3)上有丝杆(13)与接收器支架(2)连接，在丝杆(13)上有与丝杆(13)配合带内丝的齿轮一(15)，与齿轮一(15)啮合的齿轮二(8)固定在电机(7)的输出轴端，当电机(7)通电转动时，通过齿轮二(8)驱动齿轮一(15)，齿轮一(15)旋转时其内丝驱动丝杆(13)做上升或下降运动，从而使得接收器支架(2)做以销钉(14)轴线为轴心的摆动，跟踪太阳的高度变化；底盘(3)上安装有弧形架(11)，在弧形架(11)的上面安装有等间隔的电磁铁一(12)，电磁铁一(12)排列在以销钉(14)为圆心的弧线上，间隔距离根据控制精度确定，接收器支架(2)在做摆动时，安装在其侧面的干簧管能够和安装在弧形架(11)上的电磁铁一(12)逐一对应；底盘(3)的一侧下方装有端部带有干簧管的直杆(16)，当跟踪太阳运动的支架围绕固定转轴(4)转动时，直杆(16)的轨迹是一条以固定转轴(4)为圆心的一条弧线，在这条弧形线上安装若个电磁铁二(17)，这些安装在这条弧形线上的电磁铁二(17)形成了一条弧线轨道，当跟踪太阳运动的支架转动，直杆(16)端部的干簧管能够和安装在弧形架(11)上的电磁铁二(17)逐一对应。

2.按照权利要求1所述的一种跟踪太阳运动的支架，在其底盘(3)上有支撑底盘(3)的固定转轴(4)和两个转轮(5)，其特征在于：固定转轴(4)固定在地面上，支撑底盘(3)的一侧，在底盘(3)的另一侧有两个转轮(5)支撑着，两个转轮(5)中的位于底盘(3)后边的一个转轮通过链条(9)与动力箱(6)连接，当动力箱(6)通电，输出轴通过链轮(9)带动位于底盘(3)后边并与链轮(9)连接的转轮(5)转动时，底盘(3)即做围绕固定转轴(4)的转动，跟踪太阳由东向西的运动。