CN1095613C - 一种同步跟踪太阳的方法及能源站 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用时间同步跟踪时角，修正正弦函数跟踪赤纬角δ的跟踪方法。包括时钟机构1、构架2、修正正弦机构3、支架等，机构1跟踪时角，机构3跟踪赤纬角δ，一个电机驱动实现免维护自动跟踪时角和赤纬角。太阳能源站包括跟踪系统、接收装置4、接口5等，接口5用于输出能量；相应的接收装置与接口组合可制造太阳能电站、热源站、光源站，用以发电、供热、制冷、采光。用于各种接收元件，特别是适用高倍聚光和大规模系统。
Description
本发明公开一种同步跟踪太阳的方法及能源站，涉及太阳能应用技术领域，特别是太阳跟踪技术领域，制造太阳能电站、热源站和光源站，用于发电、供热、制冷和照明等。
现有的太阳跟踪方法有时角跟踪和光电限位等方法，例如中国专利局1991年10月30日公开的91103247.9可自动跟踪太阳的聚能装置和美国专利局1981年公开的244515太阳跟踪系统等。这些专利申请提出了很好的技术方案，有实用价值，但是存在如下特点：悬臂结构，抗风能力弱、抖动大、承载小、精度差；或手动跟踪赤纬角及储能，不能实现免维护自动跟踪；或者光电限位双系统跟踪，控制环节多、功耗大、成本高。
本发明的任务是提供一种同步跟踪太阳的方法及能源站，一个电机驱动实现免维护自动跟踪太阳的时角和赤纬角，解决了现有技术抗风能力弱、抖动大、承载小、精度差、功耗大、控制环节多和成本高等问题。
本发明的技术方案：包括用时间同步的方法驱动构架跟踪太阳的时角，其特征是：a、三点支承使构架的转轴与地轴平行；b、用时间的修正正弦函数按地球绕太阳的运行轨迹，驱动接收装置同步跟踪太阳的赤纬角；c、通过按口输出能量。如图1所示，实现上述方法的跟踪系统包括时钟机构1、构架2、修正正弦机构3、支架6和南支架6s等，其中：支架6和南支架6s三点支承使构架2的轴线A与地轴平行；时钟机构1驱动构架2同步跟踪太阳的时角；构架2上的修正正弦函数机构3驱动转臂及上的接收装置4同步跟踪太阳的赤纬角δ。时钟机构1包括通用频率的时钟电源、电机和传动副等；其中：传动副的总减速比i＝86400×f÷m，时钟频率f的优选值为50Hz、60Hz和64nHz，n为正整数；m为电机的减速比，电机为步进电机或同步减速电机。修正正弦函数机构3包括与南支架6s联动的传动副、曲柄滑块装置、固定滑道、连杆和转臂及联接铰链等；南支架6s的固定轴相对构架2的转动，经传动副减速驱动曲柄滑块装置的滑道在构架2上的固定滑道中滑动构成时间的正弦机构，将其用铰链与连杆和转臂联接构成修正正弦函数机构3；曲柄半径r、连杆长度h、转臂半径R、轴线A与B的中心距a和轨迹线C与轴线D的距离l，决定接收装置4的轨迹，其中r＝R×Sin23°26＇21″，当转臂半径R、中心距a确定，用作图法和计算法可求出连杆长度h和距离l，其条件是保证接收装置4运行中的春分点和秋分点与地球的实际位置对应。传动副的减速比i＝365.2422，优选值为59×130÷21、163×121÷54，最佳值为331×32÷29。
用这种方法制造的太阳能源站，包括跟踪系统、接收装置4和接口5等，相应的接收装置4与接口5组合可制造不同的太阳能源站，如太阳能电站、热源站和光源站，用于发电、供热、制冷和照明等。
本发明与现有技术比较有以下优点：一个电机驱动实现兔维护同步跟踪太阳的时角和赤纬角，无传感元件控制环节，功耗小、准确可靠、自动化程度和跟踪精度高、造价低；三点支承，承载大、抗风能力强、抖动小、稳定性好；接口结构简单，容易制造。例如修正正弦函数机构的减速比按59×130÷21设计，其100年的赤纬角跟踪积累误差为0.16°；按331×32÷29设计，其100年的积累误差为0.032°。再如：一个100平方米的太阳能光源站，其驱动功耗不大于30瓦；按70％的转换效率用于照明，相当于910千瓦的白炽灯。
图1为本发明的原理图；
图2为本发明的实施例之一太阳能电站的整体图；图2-1为图1的局部视图的视图，图2-2为图2-1的A-A剖视图；
图3为本发明的实施例之二太阳能热源站；
图4为本发明的实施例之三太阳能光源站。
参照图2、图2-1、图2-2，图3，图4说明本实现发明三个实施例的跟踪原理：支架6和南支架6s三点支承使构架2的轴线A与地轴平行，时钟机构1驱动构架2跟踪太阳的时角。构架2上的修正正弦函数机构3驱动接收装置4跟踪太阳的赤纬角δ。
本发明实施例之一：太阳能电站，包括：跟踪系统，接收装置4、接口5、电枢7、软管8、连接管9和冷却装置10及导管等，如图2、图2-1和图2-2，其中：聚光电池用导电胶固定在每段铜质八角管的聚光面上，各段八角管的轴向有密封环绝缘密封，导电网箔串接相邻八角管上聚光电池的电极；八角管置于聚光元件的焦点，并与聚光元件、端盖、接口、固定螺栓和固定架等构成接收装置4；八角管的内腔与连接管9、软管8、接口5和导管5和导管及冷却装置10构成强制负压冷却回路，以使聚光电池的工作温度低于50℃；电能经导线和电枢7输出。接口5包括固定在构架上的转动管、固定在支架6或6s上的固定管及两管中间的环槽内有一密封环；电枢7包括导电环、电刷、绝缘座等；连接管9用接口将各个接收装置4连接成平行四边形机构，使其保持同步；聚光元件是槽式抛物面反射镜或条式菲涅耳透镜。
实施例之二：太阳能热源站，包括跟踪系统，构架2上的接口及导管、接收装置4和接口5等，如图3，是在纬度大于23.5°地域的立式安装结构，卧式结构与太阳能电站的安装结构相同。其中：真空管内有底端相通的两半圆形导管构成集热器，将其置于聚光元件的焦点处与聚光元件、固定架、导管构成接收装置4；接收装置4、构架2上的接口及导管、接口5及工作装置组成工质循环回路，传热工质经由循环回路向工作装置提供100℃以上热能。其接口5和聚光元件的结构与电站的接口相同。
实施例之三：太阳能光源站，包括跟踪系统、接收装置、角平分机构11和接口5等，其中：固定在聚光元件焦点附近的聚光透镜与聚光元件、固定架构成接收装置4，轴线D处有一反光镜置于角平分机构11的等角杆上并使其中心轴与轴线D同轴，太阳光由聚光元件聚焦射到焦点附近的聚光透镜上并透过聚光透镜还原成平行的聚光光束，反光镜使平行的聚光光柬始终反射在接口5的中心，光能由接口5输出。角平分机构11包括绕轴线D分别在构架2和接收装置4上两等长点构成的摆杆、两等臂的连杆、等角杆和滑杆及连接铰链等，接收装置4在构架2上按轴线D转动时通过两连杆拉动滑杆使等角杆始终处于两摆杆夹角的平分线上；接口5包括：透光玻璃密封固定在导光管的垂直端面上，并固定在支架6上；聚光元件是回转抛物面反射板或菲涅耳透镜。
本发明的方法可用于各种接收装置，设计制造太阳能源站，特别是用于大规模供热、制冷系统及高倍聚光的砷化镓电池发电系统。也是改变能源结构，保护环境的最佳方法之一。
Claims (7)
1、一种同步跟踪太阳的方法，其特征在于：a、按太阳的视运行轨迹，驱动一构架同步跟踪太阳的时角轨迹；b、用时间的修正正弦函数跟踪太阳的赤纬角轨迹；c、实现同步跟踪的条件是跟踪时角的运行轴线与地轴平行，跟踪赤纬角的运行轴线与地轴和太阳的时角垂直。
2、实现权利要求1所述方法的能源站，其特征在于：a、在支架(6)、南支架(6s)上支承有构架(2)，使其轴线A与地轴平行；b、在支架(6)上设有时钟机构(1)与构架(2)构成传动付，同步跟踪太阳的时角，c、接收装置(4)的一端用轴连接在构架(2)上，一端与安装在构架(2)上的曲柄摆杆装置通过铰链和连杆联接构成运动付，形成修正正弦函数机构(3)驱动接收装置(4)同步跟踪太阳赤纬角。
3、根据权利要求2所述的能源站，其特征在于：时钟机构(1)由通用频率的时钟电源、电机和传动付组成，传动付的总减速比i＝86400×f÷m，时钟频率f的优选值为50Hz、60Hz、64nHz，n为整数；m为电机的减速比，电机为步进减速电机或同步减速电机。
4、根据权利要求2、3所述的能源站，其特征在于：曲柄滑块装置、固定滑道、连杆和转臂用铰链联接，南支架(6s)的固定轴相对构架(2)的转动经定比减速构成传动付，经传动付减速驱动曲柄滑块装置的滑道在构架(2)上的固定滑道中滑动构成时间的修正正弦机构(3)；传动付的减速比为i＝365.2422，优选值59×130÷21和121×163÷54，最佳值为32×331÷29。
5、根据权利要求2、3 或4所述的太阳能电站，其特征在于：聚光电池用导电胶固定在八角管的聚光面上，八角管的轴向有密封环绝缘密封，导电网箔串接聚光电池的电极，八角管置于聚光元件的焦点；八角管的内腔与软管(8)、连接管(9)、接口(5)和导管及冷却装置(10)构成强制负压冷却回路，以使聚光电池的工作温度低于50℃；电能经导线和电枢(7)输出；连接管(9)用接口将各个接收装置联接成平行四边形机构，使其保持同步；接口(5)包括转动管与固定管之间的环槽内有一密封环；电枢(7)包括导电环、电刷、绝缘座和密封环。
6、根据权利要求2、3或4所述的太阳能热源站，其特征是：接收装置(4)、构架(2)上的接口及导管、接口(5)和工作装置组成工质循环回路，传热工质经由循环回路向工作装置提供100℃以上的热能；接口(5)包括转动管与固定管之间的环槽内有一密封环。
7、根据权利要求2、3或4所述的太阳能光源站，其特征是：轴线(D)处有一反光镜置于角平分机构(11)的等角杆件上并使其中心与轴线D同轴，使聚光光束始终反射在接口(5)的中心；角平分机构包括两等长的摆杆、等长的连杆、等角杆和滑杆及铰链，接收装置(4)在构架(2)上按轴线D转动时通过两连杆拉动滑杆使等角杆始终处于两摆杆夹角的平分线上；光能由玻璃密封固定在导光管垂直端面构成的接口(5)输出。
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