CN201014797Y - 大型自动跟踪太阳装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种自动跟踪太阳装置，属于太阳能利用技术领域。该装置包括方位角跟踪机构、高度角跟踪机构、控制方位角跟踪机构和高度角跟踪机构跟踪太阳运动的跟踪控制电路，方位角跟踪机构由方位角构架及其驱动机构组成，高度角跟踪机构叠加在方位角跟踪机构上，由高度角构架及其驱动机构组成，方位角驱动机构至少有两只滚轮，两只滚轮安装在方位角构架下距其转轴同一半径的圆周上，其中至少一个为主动轮。本实用新型的结构设计合理，驱动灵便，成本低廉，并且防风性能有大幅度提高，性价比具有明显优势，有利于降低定日镜、光伏发电系统的成本，有利于太阳能利用技术的推广。

Description

大型自动跟踪太阳装置
技术领域
本实用新型涉及一种自动跟踪太阳装置，尤其是一种自动跟踪太阳装置的结构改进，属于太阳能利用技术领域。
背景技术
随着世界经济的快速发展，能源短缺和环境污染问题日益突出，加强可再生能源开发利用，是应对日益严重的能源和环境问题的必由之路，也是人类社会实现可持续发展的必由之路。太阳能是资源最丰富的可再生能源，取之不尽，用之不竭，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力，充分利用太阳能有利于保持人与自然、能源与环境的和谐发展。
由于地球在自转的同时也围绕太阳公转，因此从地面上看太阳每天早上自东方升起，中午升至天空的最高点，傍晚从西方落下。其运动轨迹随着季节的变化而变化，使得太阳的入射角总是变化的。另外云雾和大风等大气质量的影响，也会改变太阳的辐射强度。为了使聚光光伏发电、定日镜、蝶形聚光器等各种太阳能利用装置能够在不同的季节、不同的日照时间均能与太阳保持一个最佳的角度和位置，以提高太阳辐射能量的采集率，就需要采用太阳跟踪系统。
专利号为US6123567的美国专利“Solar collector trackingsystem”提出了一种双轴自动跟踪太阳采光装置，该装置包括由多套液压驱动机构组成的双轴跟踪机构、由多个透镜组成的聚光模块阵列及其支撑框架，液压驱动机构驱动聚光模块阵列分别围绕一根方位角中心转轴和一根高度角中心转轴旋转，该装置对于中小型的太阳能采集利用装置有一定的实用价值。但对于大型或者超大型的太阳能采集利用装置来说，由于庞大的聚光模块阵列的重量仅由一根立柱承担，因此支撑框架容易产生变形，驱动也比较困难；而且由于旋转半径过大，即使方位角或高度角中心转轴处一点小小的误差，在远离中心的位置也会被放大得很大，因此很难实现全部聚光模块的精确跟踪；大型聚光模块阵列象一面张开的风帆，在大风吹拂下会产生较强的扭力，由于聚光模块阵列仅围绕一根转轴旋转，因此有可能损坏机械传动机构。专利号为US5169466的美国专利“Two-axis tracking solarcollector mechanism”提出了一种大型自动跟踪太阳装置，该装置包括双轴跟踪机构、轻质支撑框架和由菲涅尔透镜组成的聚光模块阵列，其双轴跟踪机构通过两套主动蜗轮蜗杆机构带动若干从动蜗轮蜗杆机构调整聚光模块阵列的方位角和高度角，该装置不易变形，防风性能较好，且跟踪精度也较高，但是其双轴跟踪机构过于复杂，加工费用昂贵，安装精度要求较高，难于推广应用。
如果大型自动跟踪太阳装置的成本能够大幅下降，则必将有力地推进太阳能利用技术的发展。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：通过对结构和驱动机构的改进，提供一种驱动灵便、抗风能力强的大型自动跟踪太阳装置。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种大型自动跟踪太阳装置，包括采光部件、方位角跟踪机构、高度角跟踪机构、控制方位角跟踪机构和高度角跟踪机构跟踪太阳运动的跟踪控制电路。所述方位角跟踪机构由方位角构架及其驱动机构组成，所述高度角跟踪机构叠加在方位角跟踪机构上，由高度角构架及其驱动机构组成，所述采光部件支撑在高度角构架上。所述方位角驱动机构为滚轮式，即采用至少两只滚轮来驱动大型自动跟踪太阳装置，两只滚轮安装在方位角构架下距转轴同一半径的圆周上，其中至少一个为主动轮。由于本实用新型不通过直接驱动方位角构架转轴驱使方位角构架运动，而是通过距离转轴中心同一定半径距离的滚轮驱动，因此不仅传动轻巧，而且增强了抗风性能。
此外，本实用新型的方位角构架较为理想的结构为由呈“X”形的钢梁构成，两组采光部件由各自的高度角构架支撑，间隔安装在所述“X”形梁架上。
本实用新型的方位角构架的另一种较为理想的结构为由呈“工”形的钢梁构成，两组采光部件由各自的高度角构架支撑，间隔安装在所述“工”形梁架上。
本实用新型的又一种方位角构架较为理想的结构为由呈“米”字形的梁架构成，三组采光部件由各自的高度角构架支撑，间隔安装在所述“米”字形梁架上。
由于上述  “X”形、“工”形、“米”字形三种钢梁结构均可以用一套方位角构架和方位角驱动机构同时带动多组采光部件，因此明显降低了制造成本。
所述多组采光部件可通过联动机构共用一套高度角驱动机构，或者分别采用各自的高度角驱动机构。
另外，在各组采光部件之间以及每组采光部件中间都留有个较大穿风空档，显著增强了抗风性能。
采用本实用新型上述技术方案，当采光部件是反射镜时构成定日镜；当采光部件是太阳能电池组件阵列或者聚光太阳能电池组件阵列时，构成光伏发电系统。
总之，与现有技术方案相比，本实用新型的结构设计合理，驱动灵便，成本低廉，并且防风性能有大幅度提高，性价比具有明显优势，有利于降低定日镜、光伏发电系统的成本，有利于太阳能利用技术的摊广。
附图说明
下面结合附图和典型实施例对本实用新型做进一步说明。
图1为本实用新型实施例一的总体结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为本实用新型实施例二的结构示意图。
图4为图3的左视图。
图5为图3的右视图。
图6为图3的的方位角结构俯视图。
图7为本实用新型实施例三的结构示意图。
图8为图7的的方位角结构俯视图。
图9为图7的左侧视图。
图10为实施例三中采光部件与方位角转轴的连接示意图
图11为实施例四的方位角结构俯视图。
具体实施方式
实施例一
如图1、图2所示，本实施例的大型自动跟踪太阳装置，包括方位角跟踪机构2、高度角跟踪机构3、控制方位角跟踪机构和高度角跟踪机构跟踪太阳运动的跟踪控制电路。其中方位角跟踪机构由方位角构架及其驱动机构组成，高度角跟踪机构由高度角构架及其驱动机构组成。
如图1、图2所示，方位角跟踪机构2由方位角构架和驱动机构组成。其中，方位角构架由呈“米”字形的钢梁组成，并有一个由钢梁组成的框形结构4与之连成一体，由于此框形结构4只起到加固作用，不承受支撑力，故可简化。钢梁中部安装一可拆卸的立柱5，多条悬挂式钢索6由立柱顶端往外延伸，吊紧钢梁两端。“米”字形机构转动可带动三组采光部件1同时转动，达到同步的效果，提高了各系统之间的配合跟踪精度，并有效的降低了系统成本。方位角驱动机构由一个主动轮7、两个从动轮8、电机9、减速器10组成，主动轮7通过减速器10与电机9联接。当电机9转动时，通过减速器10带动主动轮7转动，进而带动两个从动轮8绕方位角转轴11转动，以此来驱动整个方位角构架运动。本实用新型不是在方位角构架中心位置驱动方位角构架运动，而是通过距离中心有一定距离的滚轮驱动，不仅传动轻巧，而且增强了抗风性能。另外，为了减小轨道的直径，降低制造轨道的难度和成本，保证轨道有良好的平整性，本实施例的3个滚轮不是位于方位角构架钢梁顶端的运动圆弧上，而是安装在各自所在钢梁的中间部位。
三组高度角跟踪机构3安装在“米”字形方位角构架的一根钢梁上(如图2上的I、II、III位置)，每组高度角跟踪机构通过联轴器与该组的两个采光部件1联接，这样一组高度角跟踪机构即可驱动两个采光部件1转动，来达到使同排的2个采光部件1进行同步跟踪。
在各组采光部件之间以及每组采光部件中间都留有个较大穿风空档，从而显著增强了抗风性能。
“米”字型系统中的3组采光部件可以是反射镜，也可以根据整套系统的作用不同而换装成太阳能电池组件阵列或是聚光型太阳能电池组件阵列。体现了大型自动跟踪太阳装置应用范围广的特点。
实施例二
本实施例的大型自动跟踪太阳装置如图3所示，采光部件1为蝶形聚光器。方位角跟踪机构由方位角构架和驱动机构组成。其中方位角构架由呈“Y”形钢梁组成，并有一个由钢管组成的三角加固结构12与之连成一体(参见图4、图5、图6)。由于加固结构12只起到固定作用，不承受支撑力，因此可以酌情简化。
方位角驱动机构由一个主动轮7、两个从动轮8、电机9和减速器10组成，三个滚轮到方位角转轴11的距离相等，构成等半径圆周分布，以确保转动时可以同时落在环行轨道18上。方位角转轴11则安装在中心地基20上。主动轮7通过减速器10与电机9联接，当电机9转动时，通过减速器10带动主动轮7转动，从而带动两个从动轮8绕方位角转轴11转动，以此来驱动整个方位角构架运动。本实施例的三个滚轮分别位于“Y”形钢梁的外端，传递的驱动力矩较大，传动轻巧。
本实施例的高度角跟踪机构由高度角构架和驱动机构组成。其中高度角构架中二根固定钢管40一端固联在方位角构架之上(由2个从动轮8支撑)，另一端固定在立柱13的顶端，立柱14位于方位角构架之上(由主动轮7直接支撑)，立柱31位于方位角转轴11上，立柱32位于立柱31与立柱14之间。4根立柱将采光部件1分成为了1a、1b、1c的3个部分，从而提高了大型自动跟踪太阳装置的抗风性能，增加了装置稳定性。高度角驱动机构采用丝杠螺母运动副30驱动高度角主轴15转动，因为采用丝杠传动，因此传动结构简单、工作连续、平稳、传动精度高，可以满足较高的跟踪精度要求。
实施例三
本实施例的大型自动跟踪太阳装置基本结构如图7所示，方位角跟踪机构如图8所示，由方位角构架和驱动机构组成。其中方位角构架由呈“X”形的钢梁组成，该“X”形钢梁由两组三角形的独立结构组成，两组独立的三角形结构共用一个铰支，整个“X”形钢梁可绕方位角转轴11转动，由于“X”形钢梁只起固定作用，无承受支撑力，故可轻化。方位角驱动机构由2组驱动机构组成，每组方位角驱动机构由一个主动轮7、一个从动轮8、电机9和减速器10组成，主动轮7和从动轮8分别安置在三角形外侧的两个端点上，整个“X”形钢梁由4个滚轮支撑，4个滚轮到方位角转轴11的距离相等，构成同一半径圆周分布，以确保转动时可以同时落在环行轨道18上。方位角转轴11则安装在中心地基20上。主动轮7通过减速器10与电机9联接，当电机9转动时，通过减速器带动主动轮7转动，进而带动从动轮8绕方位角转轴11在环行轨道18上转动，以此来驱动方位角构架运动。由于“X”形钢梁由两组各自独立的三角形结构组成，所以方位角构架的运动为两组驱动机构分别驱动各自的三角形结构绕方位角转轴11转动。
如图7、9所示，高度角跟踪机构由高度角构架和驱动机构组成。其中高度角构架由两根立柱19和方位角转轴11构成，一侧的立柱固定在方位角中三角形结构外侧一条边的中点上，另一侧的立柱19采用两脚叉开，由2个轮子支撑。两组采光部件1与方位角转轴11的联接方式如图10所示，两组采光部件1的轴承座41放置在一个铰链套座42上，其中一组采光部件1的轴承座固定在铰链套座42上，可驱动整个铰链套座42绕方位角转轴11转动，另一组采光部件1的轴承座43可绕铰链套座42转动，从而消除两组采光部件1的方位角跟踪不同步而产生的作用力。高度角驱动机构采用丝杠螺母运动副30驱动高度角主轴15转动。因为采用丝杠传动，因此传动结构简单、工作连续、平稳、传动精度高，可以满足较高的跟踪精度要求。
本实施例的2组采光部件1共用一根方位角转轴，且所用钢材较少，降低了大型自动跟踪太阳装置的成本，进一步实现了大型自动跟踪太阳装置的低成本化，有力地推进太阳能利用技术的发展。
实施例四
本实施例与实施例三大体相同，其主要区别在于方位角的结构有所不同。
本实施例的大型自动跟踪太阳装置的方位角结构如图11所示，其方位角构架由呈“工”形的钢梁组成，该“工”形钢梁由两组“工”形的独立结构组成，“工”形结构共用一个铰支，整个“工”形钢梁可绕方位角转轴11转动，由于“工”形钢梁只起固定作用，无承受支撑力，故可轻化。此外，两组独立的“工”形钢梁分别与2根斜撑加固结构12相联，增加了方位角构架的刚性。
方位角驱动机构由2组驱动机构组成，每组方位角驱动机构由一个主动轮7、一个从动轮8、电机9和减速器10组成，主动轮7和从动轮8分别安置在“工”形外侧一条边的两个端点上，整个“工”形钢梁由4个滚轮支撑，4个滚轮到方位角转轴11的距离相等，构成同一半径圆周分布，以确保转动时可以同时落在环行轨道18上。方位角转轴11则安装在中心地基20上。主动轮7通过减速器10与电机9联接，当电机9转动时，通过减速器带动主动轮7转动，进而带动从动轮8绕方位角转轴11在环行轨道18上转动，以此来驱动方位角构架运动。由于“工”形钢梁由两组各自独立的“工”形结构组成，所以方位角构架的运动为两组驱动机构分别驱动各自的“工”形结构绕方位角转轴11转动。
本实施例方位角构架采用的“工”形结构在满足功能需求的情况下比实施例三中三角形结构的方位角构架所用的钢材量更少，进一步降低了大型自动跟踪太阳装置的成本，进一步实现了大型自动跟踪太阳装置的低成本化，有力地推进太阳能利用技术的发展。
除上述实施例外，本实用新型还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种大型自动跟踪太阳装置，包括采光部件、方位角跟踪机构、高度角跟踪机构、控制方位角跟踪机构和高度角跟踪机构跟踪太阳运动的跟踪控制电路，所述方位角跟踪机构由方位角构架及其驱动机构组成，所述高度角跟踪机构叠加在方位角跟踪机构上，由高度角构架及其驱动机构组成，所述采光部件支撑在高度角构架上，其特征在于：所述方位角驱动机构至少有两只滚轮，所述两只滚轮安装在方位角构架下距其转轴同一半径的圆周上，其中至少一个为主动轮。
2.根据权利要求1所述大型自动跟踪太阳装置，其特征在于：所述方位角构架由呈“X”形的钢梁组成，所述“X”形钢梁由两组相互独立的三角形结构构成，所述两组独立的三角形结构均铰支于方位角转轴。
3.根据权利要求1所述大型自动跟踪太阳装置，其特征在于：所述方位角构架由呈“工”形的钢梁组成，所述“工”形钢梁由两组相互独立的“工”形的独立结构构成，所述两组独立的“工”形结构均铰支于方位角转轴。
4.根据权利要求2所述大型自动跟踪太阳装置，其特征在于：方位角驱动机构由两组驱动机构组成，每组方位角驱动机构由一个主动轮、一个从动轮、电机和减速器组成，主动轮和从动轮分别安置在三角形外侧的两个端点上，整个“X”形钢梁由4个滚轮支撑，4个滚轮到方位角转轴的距离相等，构成同一半径圆周分布，以确保转动时可以同时落在环行轨道上。
5.根据权利要求1所述大型自动跟踪太阳装置，其特征在于：所述方位角构架由呈“米”字形的梁架构成，所述滚轮有三只，分别安置在而是安装在“米”字形梁架的中间部位。
6.根据权利要求5所述大型自动跟踪太阳装置，其特征在于：所述采光部件至少两组，由各自的高度角构架支撑，间隔安装在所述“米”字形梁架上。
7.根据权利要求1所述大型自动跟踪太阳装置，其特征在于：所述方位角构架由“Y”形梁架构成，所述滚轮有三只，分别安置在而是安装在“Y”形梁架的外端。
8.根据权利要求1所述大型自动跟踪太阳装置，其特征在于：所述采光部件之间以及每组采光部件中间留有穿风空档。
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