CN104850135A - 一种无电机全自动太阳追踪装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无电机全自动太阳追踪装置，包括：集热管遮光控制器，集热管，导管，驱动气缸，可调式太阳能利用设备安装控制架。本发明，通过集热管遮光控制器控制集热管吸收太阳能，对集热管内的封闭气体加热，引起集热管内气体膨胀，通过导管将膨胀的气体导入驱动气缸内，推动气缸活塞运动，从而带动可调式太阳能利用设备安装控制架追踪太阳光入射角，实现对太阳能的高效利用。本发明的有益效果是：不需要电机及控制电路，结构简单，成本低，追踪效果好，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及太阳追踪设备领域，尤其涉及一种无电机全自动太阳追踪装置。
背景技术
近年来随着材料科技的进步，太阳能光电光热利用装置的转化效率不断提高，但是由于太阳能光电光热利用装置的效率受太阳入射角的影响很大，而一天中太阳光对地球上某一点的入射角度在不断变化，所以就需要太阳能光电光热利用装置能够有效追踪太阳入射角。目前市场上的太阳追踪设备大部分都是利用单片机或PLC系统控制驱动电机，通过丝杠或齿轮齿条或链条传动带等带动太阳能光电光热利用装置来追踪太阳角度。现有的太阳追踪设备由于控制系统、驱动电机、传动系统导致结构复杂，成本较高，使用寿命较短，维护维修难度大。
发明内容
本发明针对现有的太阳追踪设备的缺点和不足，提供了一种无电机全自动太阳追踪装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：一种无电机全自动太阳追踪装置，包括：集热管遮光控制器，集热管，导管，驱动气缸，可调式太阳能利用设备安装控制架。所述集热管遮光控制器与集热管呈上下平行的方式固定安装在可调式太阳能利用设备安装控制架的太阳能利用设备安装面板框的侧面，可随太阳能利用设备安装面板一起转动；所述集热管遮光控制器能够根据太阳入射角自动控制集热管接受到的太阳辐射值；所述集热管为一端封闭一端开口的太阳能集热管；所述导管的一端与集热管的开口端连通，另一端与驱动气缸的进气端连通；驱动气缸的两个连接端分别连接在可调式太阳能利用设备安装控制架的两个可以绕同一转轴相对转动的部件之间，驱动两个部件绕同一转轴相互转动从而调整太阳能利用设备的视日角度，所述可调式太阳能利用设备安装控制架为通用的双轴可调太阳能利用设备安装控制架。
所述集热管遮光控制器是一种能够阻挡一定角度的阳光穿过而在其背后特定区域形成阴影的装置，其能够根据太阳入射角自动控制平行安装在其下面的集热管可接收到的光照值，其有两种结构形式：一种是单片式遮光板，另一种是由多条相互平行的遮光带组成的光栅；当采用单片式遮光板作为集热管遮光控制器时，集热管遮光控制器的单片式遮光板平面需与太阳能利用设备安装面板平行，当采用光栅作为集热管遮光控制器时，集热管遮光控制器的光栅的遮光带平面应与太阳能利用设备安装面板成直角或接近直角；集热管遮光控制器可分为俯仰角追踪集热管遮光控制器和水平角追踪集热管遮光控制器两种，俯仰角追踪集热管遮光控制器平行安装在太阳能利用设备安装面板的上边框的侧面并与之平行，水平角追踪集热管遮光控制器平行安装在太阳能利用设备安装面板的右边框的侧面并与之平行。
所述集热管是一种能够高效吸收太阳辐射能量转化成自身热能，并具有较好的保温隔热效果的圆形或椭圆形或其它合适形状截面的双层中空管，其外层为透光保温层，内层为吸热层，内外层之间的空腔应抽成真空以提高保温效果，集热管一端封闭，另一端开放，开放端和导管连通，集热管内层的空腔充满空气或其它受热易膨胀的气体，当阳光透过集热管的透光保温层照射到吸热层之后，吸热层升温，从而引起内部气体升温膨胀，膨胀的气体通过导管传送到驱动气缸内部，从而促使驱动气缸工作；所述集热管可分为：俯仰角追踪集热管和水平角追踪集热管，俯仰角追踪集热管安装固定在俯仰角追踪集热管遮光控制器的下面并与之平行，水平角追踪集热管安装固定在水平角追踪集热管遮光控制器的下面并与之平行。
所述导管是一种能够密封和传导具有一定温度和压力的气体的可弯曲柔性管，所述导管可分为：俯仰角追踪系统导管和水平角追踪系统导管，俯仰角追踪系统导管的一端与俯仰角追踪集热管的开口端连通，另一端与俯仰角追踪驱动气缸的进气端连通；水平角追踪系统导管一端与水平角追踪集热管的开口端连通，另一端与水平角追踪驱动气缸的进气端连通。
所述驱动气缸采用自复位气缸，可分为俯仰角追踪驱动气缸和水平角追踪驱动气缸；俯仰角追踪驱动气缸的两个连接端分别连接在可调式太阳能利用设备安装控制架的俯仰角转轴连接的两个组件上，水平角追踪驱动气缸的两个连接端分别连接在可调式太阳能利用设备安装控制架的水平角转轴连接的两个组件上。
所述可调式太阳能利用设备安装控制架是一种可以将太阳能利用设备安装在其上，并能够对安装在其上的太阳能利用设备的俯仰角和水平角进行调整的机械装置，所述可调式太阳能利用设备安装控制架包括：水平角转轴，水平可旋转底座，脚轮，俯仰角转轴，重力平衡扭簧，太阳能利用设备安装面板。所述水平角转轴下边设置有固定法兰，水平角转轴通过固定法兰竖直固定到地面或屋顶上；所述水平可旋转底座呈三角型结构，其顶角处设有水平旋转轴套，其两侧边下方安装有脚轮，其通过设在顶角处的水平旋转轴套连接到水平角转轴上，使其可以绕水平角转轴转动；所述太阳能利用设备安装面板通过俯仰角转轴和水平可旋转底座连接，太阳能利用设备安装面板与水平可旋转底座可以绕俯仰角转轴相对转动，以调节太阳能利用设备安装面板的俯仰角；所述重力平衡扭簧安装在俯仰角转轴上，两个簧臂分连接到水平可旋转底座和太阳能利用设备安装面板上，用以平衡太阳能利用设备安装面板及其上安装的太阳能利用设备的重力相对俯仰角转轴形成的扭矩，以降低俯仰角追踪驱动气缸的工作负载；俯仰角追踪驱动气缸的两个连接端分别连接在太阳能利用设备安装面板和水平可旋转底座上，用以调整太阳能利用设备安装面板相对水平可旋转底座的夹角，从而调整太阳能利用设备安装面板的俯仰角；水平角追踪驱动气缸的两个连接端分别连接在水平角转轴的固定法兰和水平可旋转底座的侧边上，用于调整水平可旋转底座的水平转角，进而调整连接在水平可旋转底座上的太阳能利用设备安装面板的水平转角。
本发明的有益效果是：集热管遮光控制器能够根据太阳入射角自动控制集热管能够接收到的太阳辐射量，从而控制集热管内部气体的温度和体积，进而控制驱动气缸的活塞的伸出长度，从而改变太阳能利用设备安装面板的视日角度，实现太阳能利用设备对太阳方位角的追踪。本发明相比目前的基于电机控制的太阳追踪设备，省去了电机和控制电路，极大地降低了成本和复杂程度，保证了可靠性、稳定性和使用寿命。
附图说明
图1为本发明的左后方视角结构示意图；
图2为本发明的左前方视角结构示意图；
图3为本发明的俯仰角追踪原理示意图一；
图4为本发明的俯仰角追踪原理示意图二；
图5为本发明的水平角追踪原理示意图一；
图6为本发明的水平角追踪原理示意图二。
图中标号：1-俯仰角追踪集热管遮光控制器；2-俯仰角追踪集热管；3-俯仰角追踪系统导管；4-俯仰角追踪驱动气缸；5-水平角追踪集热管遮光控制器；6-水平角追踪集热管；7水平角追踪系统导管；8-水平角追踪驱动气缸；9-水平角转轴；10-水平可旋转底座；11-脚轮；12-俯仰角转轴；13-重力平衡扭簧；14-太阳能利用设备安装面板；15-太阳光示意线。
具体实施方式
本发明提供了一种无电机全自动太阳追踪装置，下面结合附图说明和具体实施方式对本发明做进一步说明：
如图1和2所示：俯仰角追踪集热管遮光控制器1安装在太阳能利用设备安装面板14的上边框的侧面，并与太阳能利用设备安装面板14的上侧边框平行，俯仰角追踪集热管2平行安装在俯仰角追踪集热管遮光控制器1的下边，本实施例中对称安装了两根俯仰角追踪热管2，其开口端均朝向中间，俯仰角追踪系统导管3的一端和俯仰角追踪集热管2的开口端连通，另一端和俯仰角追踪驱动气缸4的进气端连通，俯仰角追踪驱动气缸4的两个连接端分别连接在水平可旋转底座10的横梁上和太阳能利用设备安装面板14的背面铰接点上，太阳能利用设备安装面板14通过俯仰角转轴12和水平可旋转底座10相铰接，以上部件共同构成了俯仰角追踪系统。
如图1和2所示：水平角追踪集热管遮光控制器5安装在太阳能利用设备安装面板14的右边框的侧面，并与太阳能利用设备安装面板14的右侧边框平行，水平角追踪集热管6平行安装在俯仰角追踪集热管遮光控制器5的下边，本实施例中对称安装了两根水平角追踪集热管6，其开口端均朝向中间，水平角追踪系统导管7的一端和水平角追踪集热管6的开口端连通，另一端和水平角追踪驱动气缸8的进气端连通，水平角追踪驱动气缸8的两个连接端分别连接在水平可旋转底座10的侧边和水平角转轴9底部的法兰上，水平角转轴9通过其底部的法兰固定到地面或屋顶上，水平可旋转底座10通过其顶角处的轴套和水平角转轴9连接，以上部件共同构成了水平角度追踪系统。
如图3所示为俯仰角追踪集热管2和俯仰角追踪集热管遮光控制器1的工作原理示意图，俯仰角追踪集热管2和俯仰角追踪集热管遮光控制器1安装在太阳能利用设备安装面板14的上边框的侧面，图3中采用光栅作为俯仰角追踪集热管遮光控制器1，俯仰角追踪集热管遮光控制器1的光栅的遮光带平面与太阳能利用设备安装面板14成直角或接近直角，当太阳入射的俯仰角度小于图中所示角度时，俯仰角追踪集热管2完全被太阳能利用设备安装面板14和俯仰角追踪集热管遮光控制器1遮挡而无法直接接受到太阳的入射光线，此时俯仰角追踪集热管2处于保温状态，整个俯仰角追踪系统处于暂时静止状态，当太阳入射的俯仰角度增大时(上午太阳入射角的俯仰角度逐渐增大)，太阳的入射光线从俯仰角追踪集热管遮光控制器1的光栅间隙投射到俯仰角追踪集热管2上，俯仰角追踪集热管2吸收太阳辐射热量，对封闭在其内部空腔的气体进行加热，促使气体温度上升，体积膨胀，膨胀的气体通过俯仰角追踪系统导管3进入到俯仰角追踪驱动气缸4内，驱动俯仰角追踪驱动气缸4的活塞伸长，带动太阳能利用设备安装面板14绕俯仰角转轴12转动，从而实现对太阳入射俯仰角度的追踪。当太阳入射的俯仰角度减小时(下午太阳入射角的俯仰角度逐渐减小)，俯仰角追踪集热管2较长时间接受不到太阳光的照射，由于其自身不断缓慢散热，导致其内部的气体温度降低，体积缩小，进而引起气缸活塞收缩，带动太阳能利用设备安装面板14绕俯仰角转轴12转动，从而实现对太阳俯仰角度的追踪；晚上时没有阳光的照射整个系统自动缓慢复位。
如图4所示为俯仰角追踪集热管2和俯仰角追踪集热管遮光控制器1工作原理的另一个示意图，图4中采用单片式遮光板作为俯仰角追踪集热管遮光控制器1，俯仰角追踪集热管遮光控制器1的单片式遮光板平面与太阳能利用设备安装面板14平行。当太阳入射的俯仰角度小于图中所示角度时，俯仰角追踪集热管2完全被太阳能利用设备安装面板14和俯仰角追踪集热管遮光控制器1遮挡而无法直接接受到太阳的入射光线，此时俯仰角追踪集热管2处于保温状态，整个俯仰角追踪系统处于暂时静止状态，当太阳入射的俯仰角度增大时(上午太阳入射的俯仰角度逐渐增大)，太阳的入射光线从俯仰角追踪集热管遮光控制器1的单片式遮光板的上侧投射到俯仰角追踪集热管2上，俯仰角追踪集热管2吸收太阳辐射热量，对封闭在其内部空腔的气体进行加热，促使气体温度上升，体积膨胀，膨胀的气体通过俯仰角追踪系统导管3进入到俯仰角追踪驱动气缸4内，驱动俯仰角追踪驱动气缸4的活塞伸长，带动太阳能利用设备安装面板14绕俯仰角转轴12转动，从而实现对太阳俯仰角度的追踪；当太阳入射的俯仰角度减小时(下午太阳入射的俯仰角度逐渐减小)，俯仰角追踪集热管2较长时间接受不到太阳光的照射，由于其自身要不断缓慢散热，导致气内部的气体温度降低，体积缩小，进而引起气缸活塞收缩，带动太阳能利用设备安装面板14绕俯仰角转轴12转动，从而实现对太阳俯仰角度的追踪，晚上时没有阳光的照射整个系统自动缓慢复位。
如图5所示为水平角追踪集热管6和水平角追踪集热管遮光控制器5的工作原理示意图，水平角追踪集热管6和水平角追踪集热管遮光控制器5安装在太阳能利用设备安装面板14的右边框的侧面，图5中采用光栅作为水平角追踪集热管遮光控制器5，水平角追踪集热管遮光控制器5的光栅的遮光带平面与太阳能利用设备安装面板14成直角或接近直角，当太阳入射的水平角度小于图中所示角度时，水平角追踪集热管6完全被太阳能利用设备安装面板14和水平角追踪集热管遮光控制器5遮挡而无法直接接受到太阳的入射光线，此时水平角追踪集热管6处于保温状态，整个水平角追踪系统处于暂时静止状态，当太阳入射的水平角度增大时，太阳的入射光线从水平角追踪集热管遮光控制器5的光栅间隙投射到水平角追踪集热管6上，水平角追踪集热管6吸收太阳辐射热量，对封闭在其内部空腔的气体进行加热，促使气体温度上升，体积膨胀，膨胀的气体通过水平角追踪系统导管7进入到水平角追踪驱动气缸8内，驱动水平角追踪驱动气缸8的活塞伸长，带动太阳能利用设备安装面板14绕水平角转轴9转动，从而实现对太阳水平角度的追踪，晚上时没有阳光的照射整个系统自动缓慢复位。
如图6所示为水平角追踪集热管6和水平角追踪集热管遮光控制器5的工作原理的另一个示意图，水平角追踪集热管6和水平角追踪集热管遮光控制器5安装在太阳能利用设备安装面板14的右边框的侧面，图6中采用单片式遮光板作为水平角追踪集热管遮光控制器5，水平角追踪集热管遮光控制器5的单片式遮光板平面与太阳能利用设备安装面板14平行，当太阳入射的水平角度小于图中所示角度时，水平角追踪集热管6完全被太阳能利用设备安装面板14和水平角追踪集热管遮光控制器5遮挡而无法直接接受到太阳的入射光线，此时水平角追踪集热管6处于保温状态，整个水平角追踪系统处于暂时静止状态，当太阳入射的水平角度增大时，太阳的入射光线从水平角追踪集热管遮光控制器5的单片式遮光板的右侧投射到水平角追踪集热管6上，水平角追踪集热管6吸收太阳辐射热量，对封闭在其内部空腔的气体进行加热，促使气体温度上升，体积膨胀，膨胀的气体通过水平角追踪系统导管7进入到水平角追踪驱动气缸8内，驱动水平角追踪驱动气缸8的活塞伸长，带动太阳能利用设备安装面板14绕水平角转轴9转动，从而实现对太阳水平角度的追踪，晚上时没有阳光的照射整个系统自动缓慢复位。
Claims (5)
1.一种无电机全自动太阳追踪装置，其特征在于所述无电机全自动太阳追踪装置包括：集热管遮光控制器，集热管，导管，驱动气缸，可调式太阳能利用设备安装控制架；所述集热管遮光控制器与集热管呈上下平行的方式固定安装在可调式太阳能利用设备安装控制架的太阳能利用设备安装面板框的侧面，可随太阳能利用设备安装面板一起转动；所述集热管遮光控制器能够根据太阳入射角自动控制集热管接受到的太阳辐射量；所述集热管为一端封闭一端开口的太阳能集热管；所述导管的一端与集热管的开口端连通，另一端与驱动气缸的进气端连通；驱动气缸的两个连接端分别连接在可调式太阳能利用设备安装控制架的两个可以绕同一转轴相对转动的部件上；所述可调式太阳能利用设备安装控制架为通用的双轴可调太阳能利用设备安装控制架。
2.根据权利要求1所述的集热管遮光控制器是一种能够阻挡一定角度的阳光穿过而在其背后特定区域形成阴影的装置，其能够根据太阳入射角自动控制平行安装在其下面的集热管可接收到的光照值，其有两种结构形式：一种是单片式遮光板，一种是由多条相互平行的遮光带组成的光栅；所述集热管遮光控制器分为：俯仰角追踪集热管遮光控制器(1)和水平角追踪集热管遮光控制器(5)，俯仰角追踪集热管遮光控制器(1)固定安装在太阳能利用设备安装面板(14)的上边框的侧面并与太阳能利用设备安装面板(14)的上边框平行，水平角追踪集热管遮光控制器(5)安装在太阳能利用设备安装面板(14)的右边框的侧面并与太阳能利用设备安装面板(14)的右边框平行。
3.根据权利要求1所述的集热管是一种能够高效吸收太阳辐射能量转化成自身热能，并具有较好的保温隔热效果的圆形或椭圆形或其它合适形状截面的双层中空管；所述集热管分为：俯仰角追踪集热管(2)和水平角追踪集热管(6)，俯仰角追踪集热管(2)安装固定在俯仰角追踪集热管遮光控制器(1)的下面并与之平行，水平角追踪集热管(6)安装固定在水平角追踪集热管遮光控制器(5)的下面并与之平行。
4.根据权利要求1所述的导管是一种能够密封和传导具有一定温度和压力的气体的可弯曲柔性管，所述导管分为：俯仰角追踪系统导管(3)和水平角追踪系统导管(7)，俯仰角追踪系统导管(3)的一端与俯仰角追踪集热管(2)的开口端连通，另一端与俯仰角追踪驱动气缸(4)的进气端连通；水平角追踪系统导管(7)的一端与水平角追踪集热管(6)的开口端连通，另一端与水平角追踪驱动气缸(8)的进气端连通。
5.根据权利要求1所述的驱动气缸为自复位气缸，所述驱动气缸分为：俯仰角追踪驱动气缸(4)和水平角追踪驱动气缸(8)；俯仰角追踪驱动气缸(4)的两个连接端分别连接在可调式太阳能利用设备安装控制架的俯仰角转轴(12)连接的两个组件上，水平角追踪驱动气缸(8)的两个连接端分别连接在可调式太阳能利用设备安装控制架的水平角转轴(9)连接的两个组件上。
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