CN202166898U - 跟踪太阳的机构 - Google Patents

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。该装置包括聚光模块阵列、驱动机构、跟踪控制电路、传感器等，利用一组控制和驱动机构控制驱动数百至数万个太阳光接收装置跟踪太阳，这些接收装置包括聚光或非聚光的光伏电池组件、热能接收装置、太阳光反射镜和折射镜等，用于光伏发电或热能应用，及将太阳光反射或折射到塔上的接收器上用于光伏发电或热能应用等。本实用新型结构简单，不易变形，且有良好的防风能力和较高跟踪精度，成本低廉，可用于各种太阳能利用系统中。

Description

跟踪太阳的机构

技术领域

本实用新型是一种跟踪太阳的机构，属于太阳能利用技术领域。 

背景技术

用低造价，简单的方法对太阳跟踪及聚光对太阳能利用来说至关重要，为此国内外许多人提出了许多种跟踪太阳的方法和机构，这些技术可归结为以下五大类： 

一是用一套控制和传动系统控制一个太阳能接收器，这种方法最简单，但造价很贵； 

二是用一套控制和传动系统控制多个柱面聚光镜聚光，是一种单轴跟踪聚光，此方法聚光区为一条焦线区，不能产生高温，造价中等； 

三是用一套控制和传动系统控制多个聚光镜分散聚光，聚光镜总面积在数十平方米左右，这种多焦点的分散聚光应用成本高，总造价也较高； 

四是用多套控制和传动系统控制多个聚光镜将太阳光聚焦到塔上一点，如塔式聚光和盘式聚光。这种方法可得到高聚光度，但造价很高； 

五是用一套控制和传动系统控制多个接收器或聚光镜，分散或集中聚光，聚光面积可达数十至数千平方米，甚至更大面积，用这种方法成本最低，有许多人提出了许多方案，如：中国专利CN1361397提出了一种由柱面聚光镜、导轨框架、传动和控制装置组成的聚光装置，由一套控制和传动系统控制多个聚光镜聚光，但这种聚光方式为单轴聚光，聚光度低，光、热损耗较多，造价中等。 

中国专利CN101098113提到一种平面网架二维跟踪太阳的光伏发电装置，其方法是：多个光伏发电器一同装在倾斜面摇动支架的平面网架上，用驱动平面转动支架和垂直面转动支架的方法跟踪太阳，这种方法体积庞大，抗风压能力差，造价很高。 

中国专利CN101504199提出了一种用一套控制和驱动系统驱动一个由多个太阳能接收器或反射镜组成的阵列的方案，但说明书中只提出了这种功能设想，实际方案无法实现其功能设想，如其在图1中提出了一个基本的驱动原理图实际上是不可能实现其功能设想的，因为按其图1根本不可能实现有效的转动，连一个方向的有效转动也不可能，在其后提出的方案中没有标明整个阵列如何与地面连结，其如何有效驱动无法看出来，另外在其后的方案中提出用螺杆连杆机构驱动，这样会造成靠近螺杆机构的接收器(或反光板)与远离螺杆机构的接收器或反光板的转动角度不一样，且差距很大，无法有效接收或聚光。 

中国专利200810007285.6(申请号)和中国专利200810182738.9(申请号)，两者都提出了一 种用一套控制和驱动系统驱动一个由多个太阳能接收器或反射镜组成的阵列的方案，其中提出了多种方案，这些方案中有如下严重问题，无法有效实现其提出的功能： 

一是方案中的多套方案都没有标明整个阵列如何与地面连结，以及行列如何互动，不知其如何有效驱动； 

二是方案中提出用螺杆连杆机构驱动，这样会造成靠近螺杆机构的接收器或反射镜与远离螺杆机构的接收器或反射镜的转动角度不一样，且差距很大，无法有效接收或聚光； 

三是行驱动对列驱动相互间造成影响，其实际聚光效果不仅不是空间中的点聚光，就连线聚光都谈不上，而是一个很大的平面，原因是，行列相互影响，每块反射镜的上、下、左、右、前、后方向均有很大差异，每一行和每一列的连杆实际运行后都不在一个平面上，行、列连杆互相扭曲，既不能跟踪太阳，更不可能将太阳光聚焦到空间某点状区域； 

四是专利说明书中没有说明行驱动和列驱动放在什么位置，按说明书的叙述理解应该两者放在一起或相互间很近距离，或至少在同一方向或同一边沿上，这样会造成阵列的驱动不对称，特别在有风压时和大的偏转角时，由于装置的自重等会引起装置的非对称扭转，造成各聚光反射镜的方向混乱； 

五是其中之一方案提到用连杆控制行(或列)跟踪，扭动控制列(或行)跟踪，方案中仅用功能性语言描述了要达到的目的，而没有具体的实施方案和结构，即便如此，这一方案的功能实际上跟早已申请的美国专利US6302099几乎一样，其缺点如下述美国专利一样，不再叙述； 

六是上述专利中提到用角平分线方法补偿达不到真正跟踪聚焦的目的； 

七是没有考虑温度和应力伸缩的影响，实际上对一个大的阵列来说，温度和应力引起的装置的尺寸的伸长和缩短影响非常大，会产生较大的跟踪精度偏差； 

美国专利US6058930提出一种用一个扭转管支撑一排呈水平的矩形的太阳接收面板，扭转管被安放在固定于地面的支柱上，用扭转管的转动使太阳接收面板正对太阳，用连杆机构连接多排这样的扭转管。这种方法的缺点是：一是只能用于一维驱动，二是风压和接收器自重引起扭转力矩使扭转管发生变形，从而影响接收面板的接收角度，三是连杆机构在本身长度较长的情况下会由于环境温度的变化而使得长度发生较大变化，从而使得其驱动扭转管产生较大的角度误差，四是这种方法不能够将太阳光聚焦到一个接收器上。 

美国专利US6302099提出了一种用一可转动的脊柱支撑在一固定在地面的支柱上，在脊柱上再安放一垂直的旋转轴，在垂直旋转轴上安放太阳收集器，可转动的脊柱和垂直的旋转轴分别由滑轮和缆线连接到一驱动装置上用以提供南北、东西方向的对太阳的角度跟踪，若干个这样的机构组成一个阵列，用一个控制系统和两个驱动系统驱动多个太阳接收器。这种方法有三个很大的缺点：一是这种驱动方式由于太阳接收器的自重及有风时会造成连接太阳接收器的杆(或棒)产生扭转，多个太阳接收器共同作用于脊柱，使脊柱发生扭转，当太阳接收器数量较多时，脊柱会发生较大的扭转角，且每个太阳接收器附近的脊柱的扭转角不一样，从而使各接收器的接收方向发生改变，不能正常接收太阳光，二是由于环境温度是变化的，温度变化使传动缆线的长度发生变化，从而使得各接收器的传动角度不一致，而产生系统误差，三是当太阳接收器面积较大，重量较重时，传动缆线与滑轮之间的摩擦力不足以驱动滑轮运动，很容易发生滑动，从而使得各接收器的传动角度发生混乱，四是由于自重及风压造成的缆线的拉应力伸长，从而使传动角度发生偏差。

实用新型内容

本实用新型的目的是：为克服现有技术中的对太阳光跟踪精度差、各接收器跟踪精度不一致、误差很大、框架阵列装置在风压、自重及温度等影响下易变形、不能有效跟踪太阳，加工误差，安装精度等累积误差较大，造价高等缺点，提供一种结构简洁、造价便宜、具有良好环境适应能力，即能克服风压、温差、重力及加工误差、安装精度等影响，使框架阵列中各太阳光接收装置均有较高跟踪精度的大型的跟踪太阳的框架阵列机构，用于中、大型及超大型的太阳能利用系统，包括分散应用和集中应用系统。 

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种跟踪太阳的机构，包括太阳光跟踪接收模块阵列、驱动模块阵列对准太阳的方位角和高度角的驱动机构、控制方位角和高度角驱动机构的跟踪控制电路、向跟踪控制电路传送信号的太阳光方位角和高度角传感器。其技术特征是：太阳光跟踪接收模块阵列由若干个接收单元模块组合而成，这种组合可用任何一种方式进行，比如将若干个单个单元串联成一排，再将若干这样的排组合成一阵列，或将若干个单个单元组成一单元组合，再将若干个这样的组合单元组合起来成一阵列。每个单个接收单元模块包括：由一段或多段构成的立柱，安装在立柱上的转向构件，安装在立柱上端或中间某处的太阳光接收装置，行、列推拉杆或行、列拉绳，与行、列推拉杆或行、列拉绳相联接的刚性杆或缆绳，刚性杆或缆绳与太阳光接收装置直接或间接相联接。 

上述刚性杆用万向节或其它二维转向构件或用一维转向构件与行、列推拉杆相连接，刚性杆的另一端通过万向节或其它二维转向构件或两个转轴相互垂直的一维转向构件与太阳光接收装置直接连接，或连接到与太阳光接收装置相连接的其他构件上，或者刚性杆的另一端先用万向节或其他二维转向构件或一维转向构件连接到一滑块上或滑环上或其他类似构件上，再用另一根刚性杆用万向节或其他二维转向构件或一维转向构件连接滑块或滑环或其他类似构件，这另一刚性杆的另一端用万向节等二维转向构件连接到太阳能接收装置上或连接到与太阳光接收装置相连接的其他刚性构件上。 

上述滑块或滑环或其他类似构件直接安装在立柱上或其他安装于地面的构件上、或安装于立柱上的滑槽上或其他构件上的滑槽上。 

上述立柱上的转向构件为一单独的二维转向构件，例如万向节，或者是两个一维转向构件组成的构件。 

上述缆绳分别与推拉杆或拉绳上的两处相连接或通过位于推拉杆或拉绳的两个滑轮、且与太阳光接收装置上的两处构件相连接或通过太阳光接收装置上的两个滑轮。 

上述太阳光接收装置和立柱连接的转向构件与太阳光接收装置和另外两刚性杆连接的转向构件在相同转动方向的转动支撑点在同一平面内，或接收装置和立柱连接的转向构件与行、列推拉杆和刚性杆相连接的二维转向构件在相同转动方向的转动支撑点在同一平面内；且上述太阳光接收装置与立柱连接的转向构件与太阳光接收装置连接的另外两个转向构件在相同转动方向的转动支撑点的连线相互垂直。 

上述太阳光跟踪接收模块阵列由单个接收单元模块组合的组合方式至少是下列组合之一： 

1、由若干个单个接收单元模块的行、列推拉杆分别相互连接起来组成。 

2、若干个接收单元模块的行、列推拉杆相互连接组成组合单元，再将若干个这样的组合单元的行、列推拉杆再分别相互连接起来组成框架阵列。 

3、用其他组合方式将若干个接收单元模块的行、列推拉杆相互连接组成框架阵列；上述行、列推拉杆的连接方式是行推拉杆和列推拉杆之间相互分别连接，行、列推拉杆的至少一个端头或靠近端头处用一较宽较厚的承力杆或其他类似构件或其他能承受一定拉压力的结构件相连接，承力杆或类似构件与驱动器相连接，或接收单元模块的行、列拉绳分别相互连接起来组成框架阵列，或若干个接收单元模块的行、列拉绳相互连接起来组成组合单元(行拉绳和列拉绳分别相互连接，下同)，再将若干个组合单元的行、列拉绳分别相互连接起来组成框架阵列，或用其他组合方式将若干个接收单元模块的行、列拉绳分别相互连接起来组成框架阵列，行、列拉绳的两个端头或靠近端头处用一较宽较厚的承力杆或其他类似构件或其他能承受一定拉压力的结构件相连接；连接行、列拉绳的一端或靠近端头处的承力杆的中间位置或其附近分别与驱动器相连接，这种连接可以用刚性杆或用软连接，对应的另一承力杆的中间位置或中间位置附近连接一根或若干根缆绳，或一段为刚性杆，另一段为缆绳，此一根或若干根缆绳的中间某位置分别通过滑轮，缆绳的另一端分别安装重物，此重物的重量或重 对三、四边形或类似形状的基架，基架的相邻两边分别连接在一轴上，此轴的另一端连接到驱动机构的基座上或固定在驱动机构附近的地面上或用其他方式固定，对其他多边形或类似形状的基架其相邻两边分别连接在一轴上，此轴的另一端连接到驱动机构的基座上或固定在驱动机构附近的地面上或用其他方式固定，另外的多个边可自由伸展，至少一部分立柱的下端固定在基架上或立柱被悬挂在水平梁上，水平梁用另外的支撑杆支撑，支撑杆的下端固定在基架上。基架材料的选取只需满足膨胀系数与框架阵列中的推拉杆或拉绳相同或接近即可，这样当温度发生变化时，框架阵列中的杆件尺寸和基架将一同发生相同或近似的变化，从而克服框架阵列中的推拉杆或拉绳伸缩对接收器的倾角影响。 

上述框架阵列的尺寸较大时，一方面相应的杆件尺寸较长，除上述温度变化引起的杆件尺寸变化外，另一方便框架阵列的自重及所受到的风的压力都将较大，从而对框架阵列的推拉杆或拉绳产生较大拉伸或压缩应力，使杆件发生较大的应力伸缩，此时将如同温度一样将对各个太阳接收器的倾角造成较大影响，且对每一个接收器的倾角的影响呈梯度分布，除此之外，还有其他如加工精度等误差，为克服这些影响，在本实用新型中设计了一个连动机构，它可使驱动器驱动行列框架阵列运动时牵引基架一起运动。 

连动机构的机构方案一是：连动机构由一弧形槽、在弧形槽正反两面滑动的互相连接的两个滑块，此两滑块与一刚性杆相连接，刚性杆与一滑块相连接，此滑块与框架阵列的承力杆相连接且放置在一滑槽内，连动机构的底部与基架刚性连接。 

方案二：或用另一种结构即用一滑块与框架阵列的承力杆刚性连接，滑块的另一端与一标准角度状态校正器的刚性杆连接，或与一驱动器连接，所谓标准角度状态校正器即是校正器的刚性杆的运动轨迹与驱动器的驱动轴的运动轨迹相一致，或用另一台驱动器来代替亦可，连动机构的底部与基架刚性连接。 

连动机构方案一的工作原理是：驱动器驱动框架阵列中的推拉杆或拉绳运动，进而推动承力杆运动，承力杆推拉与此相连的滑块运动，滑块运动带动刚性杆运动，进而带动位于弧形滑槽上的正、反两个滑块运动，只需设计好弧形滑槽的形状，使其外形与两滑块在用驱动器近距离直接驱动承力杆时的运动轨迹一致即可。这样弧形滑槽就象一个运动模型一样对承力杆的运动轨迹进行限定，进而限定与承力杆相连的推拉杆或拉绳的运动，且使推拉杆或拉绳与基架连动以矫正温度效应和应力效应。 

连动机构方案二的工作原理是：与工作原理一类似，用标准角度状态矫正器或驱动器来限定承力杆的运动轨迹，且使推拉杆或拉绳与基架连动。 

连动机构的数量至少为两个，分布在与驱动器对称的位置，安装在地面或固定于地面的 物之和大于框架阵列在太阳接收装置在最大倾角时的平行拉绳方向的分力，或上述缆绳通过滑轮后，缆绳的另一端再连接到驱动器上，或上述缆绳的另一端不通过滑轮而是直接连接到另一驱动器上，或其他的缆绳连接和驱动方式。 

上述框架阵列可以为任意形状。 

上述推拉杆或拉绳被限制在若干个圆形孔或方形孔或圆柱副或圆环或方形环或其他类似的用以限制推拉杆或拉绳只在一个方向做平行运动的构件上，此构件的另一目的是起到支撑推拉杆或拉绳的作用。上述圆柱副或圆环或方形环或其他类似功能构件安装在立柱上或地面上或其他构件上。 

立柱的下端安装于地面或其他构件上，或立柱的上端安装于水平梁上，用另外的支撑柱支撑水平梁。 

驱动器分别位于框架阵列的相邻两边(对框架阵列为三角形或四边形或类似形状)或其他非对称的两边(对其他形状的框架阵列)，每边的驱动器可以是一个或若干个的组合，每边的单个驱动器的驱动轴线或多个驱动器的驱动合力线处于框架阵列的对称或基本对称位置。 

两边的驱动器分别通过一根或若干根杆或类似杆的构件或其它能承受一定拉压力的结构件与行、列框架阵列的承力杆直接连接或铰链。两边的驱动器分别安装在地面或其他构件上。 

上述的滑块安装在滑槽内，滑槽安装在立柱上或安装在其他构件上，或滑块直接安装在立柱上或其他构件上，滑槽可以是直线型或弧形或其他任何形状，可以直立安装也可以倾斜安装。 

上述滑环安装在立柱上或安装在其他构件上。 

上述跟踪太阳的装置可以用于一维跟踪聚光，此时只需将行或列其中之一的一维或二维转向构件取消，而改为直接连接，且将框架阵列中的所有的二维转向构件都改为一维转向构件即可。 

上述跟踪太阳的机构可与其他种类跟踪太阳机构组合应用，即行跟踪用上述跟踪太阳的机构，而列跟踪用其他种类的跟踪太阳机构。 

上述框架阵列的尺寸较大时，相应的推拉杆或拉绳的长度都将较长，此时温度的变化将使上述推拉杆或拉绳的长度发生相应的变化，即热胀冷缩效应，此时将对太阳光接收器的倾角造成较大影响，且对每一接收器的倾角的影响不同，为克服这一影响，在本实用新型中设计了一类似本人已申请的中国专利201010526395.0中所述的基架，此基架由若干根杆或管按某种方式排列组合连接而成，若干个固定于地面或其他构件上的限位套限制基架的上、下运动在很小的范围，或基架放置于地面后再在基架上放上沙袋等物体，基架可以为任意形状； 其他构件上。 

上述的框架阵列可以有许多种不同的结构，上述的驱动器与框架阵列的连接方式也有许多种，有些种类将在后面的附图和实施例中做进一步的说明。通过上述的基架和连动机构，可使跟踪太阳的精度进一步提高，也更节省现场安装材料成本和人工成本。 

上述两边的驱动器最好分别只用一个，这样可减少成本。 

上述两边的驱动器的驱动轴的夹角可以为任意一个角度，但最好是夹角为90°，即两个轴相互垂直。 

上述驱动器可由光电控制器控制，也可由时钟方法控制，或用其他方法控制，或用几种方法联合控制，驱动器可以用任何一种驱动机构，如涡轮涡杆式、齿轮连杆式，齿轮链条式、飞轮连杆式、液压式等待。 

上述的太阳光接收装置可以是反射镜、透射镜、光伏电池板、热能接收板或其他任何种类的接收器。接收器可以是一整块，也可以是由若干块组成，这若干块可以是组成平面，或组成一曲面形状。 

本实用新型的太阳角度跟踪方式是：首先确定立柱和太阳接收装置在某时刻的初始位置，使太阳接收装置正对着太阳或者根据用途使反射镜或透镜或这两者的组合所反射或折射的太阳光照射到位于框架阵列中央某处或边上某处的接收塔上的接收器上，初始位置的确定可以在工厂生产时确定，也可在安装现场确定。太阳跟踪控制器根据太阳在经度和纬度方向的角度即俗称的方位角和高度角的角度信息发出控制指令，驱动器接收控制器的控制指令，推动或拉动承力杆及推拉杆或拉绳运动，推拉杆或拉绳的运动带动太阳接收装置转动角度，太阳接收装置的角度转动量视应用的方式不同而不同，若为分散应用，即每个接收装置为相对独立的光伏电池组件或热能接收器等，需要太阳接收装置正对着太阳，此时太阳接收装置的角度转动量应等于太阳在同样方向上的转动量，这只需调整确定驱动器驱动推拉杆或拉绳的运行距离与太阳接收装置的角度转动量的关系即可；若为集中应用，比如太阳接收装置例如反射镜将太阳光反射到接收塔上的接收器上，则此时在确定太阳接收装置的初始位置后，只需将太阳接收装置在两个方向上的角度偏移量等于太阳在同样两个方向的角度偏移量的二分之一，即可使反射镜将太阳光反射到接收塔上的接收器上，这也只需调整确定驱动器驱动推拉杆或拉绳的运行距离与太阳光反射镜的转动角度量的关系即可，具体方法可通过计算和调整推拉杆或拉绳的运行距离、刚性杆或缆绳的运动轨迹、二维转向机构与太阳光反射镜的相对位置等几何参数确定，集中应用时的各太阳接收装置的初始位置可由各接收装置离接收塔的位置，接收塔的高度等几何参数计算出来，也可现场比对。 

总之，根据不同的用途和需要，可以通过调整驱动器驱动推拉杆或拉绳的运行距离，太阳光接收装置的转动角度量的关系等几何参数确定，调整的方法很多，在此不再一一叙述。 

通过以上设计，即可仅用一套跟踪控制系统和两个一维驱动器控制驱动数千至数万平方米面积的太阳光接收器较精确地跟踪太阳。上述的一维驱动器即单轴驱动器，驱动器驱动一根轴做转动或者驱动器驱动一根轴做平行运动，在本实用新型中需要驱动轴做平行运动，但可将轴的转动转化为平行运动，因此这两种方式均可。当然也可以用二维驱动器来代替上述的一维驱动器，只是这样增加了成本。 

在上述驱动器与推拉杆或拉绳相连结的轴或臂上分别安装有一配重机构和防风调节刹车装置，配重机构的作用是：用与阵列框架及太阳接收装置重量接近的配重块，通过配重装置使两者在任何角度时均处于力矩平衡状态或基本平衡状态，从而大大减少驱动器的驱动功率，防风调节刹车装置的目的是当有超出设计的风速负荷时，防风调节刹车装置将框架阵列中的太阳接收装置调节到与水平面最小的夹角位置，及固定在此位置，以防大风破坏。 

本实用新型相比现有技术具有如下优点： 

1、克服了现有技术中框架阵列中各太阳光接收器在温度和自重、风压及加工、安装等因素的影响下产生的各接收器跟踪精度不一致，跟踪误差很大，跟踪精度差等问题。 

2、框架阵列中的各结构件受力较均匀。 

3、驱动器所需驱动功率较小。 

4、框架阵列包括太阳光接收器贴近地面，风压小，抗风能力强。 

5、仅用一套控制系统和两个一维驱动器即可控制驱动数千至数万平方米面积的太阳光接收器精确跟踪太阳，跟踪和驱动成本低。 

6、框架阵列中的各太阳光接收器不仅可以分散应用，即各接收器各自相对独立为一接收单元；也可集中应用，即各太阳光接收器可用反射镜或透镜或这两者的组合将太阳光聚焦到框架阵列的边沿或中间的接收塔上的接收器上，或将若干个这样的框架阵列中的接收器的光全部集中到一个接收塔上的接收器上，可大规模集中应用。 

7、装置可模块化生产，工厂化安装，减少了运输和现场安装成本。 

8、本实用新型由于有基架，可在基架上放置沙袋等重物，只需将框架阵列和基架放置在地面即可，不需要再将框架阵列固定于地面。因此大量减少了框架阵列的土建安装材料成本和人工成本。 

9、本实用新型的装置可用于多种用途，如平板式光伏电池发电，低倍聚焦光伏发电，高倍聚焦光伏发电，太阳能热发电，太阳能热能利用，如太阳能工业供热，供暖，制冷等等多种用途。 

10、结构材料可用较细的材料，材料用量省，加工容易，安装简单，装置综合成本低 

附图说明

图1是本实用新型的跟踪太阳的机构的总体装置示意图。 

其中图1(a)是3行×3列的跟踪太阳的机构的示意图。 

图1(b)是6行×7列的跟踪太阳的机构并将太阳光反射到位于框架阵列中央某处的接收塔上的接收器上的示意图。 

图2是用刚性杆时的单元结构图，其中图2(a)，图2(b)，图2(c)直至图2(x)为24种不同结构的用刚性杆时的单元结构图。 

图3是用缆绳时的单元结构图，其中图3(a)，图3(b)，图3(c)直至图3(k)为11种不同结构的用缆绳时的单元结构图。 

图4是用拉绳代替推拉杆时的总体框架方案示意图。 

其中图4(a)，图4(b)，图4(c)分别为三种用拉绳代替推拉杆的方案，图4(d)为图4(a)的方案的总体框架示意图。 

图5是几种单元的组合方式，其中图5(a)，图5(b)，图5(c)分别是三种不同的组合方式。 

图6是用两个一维转向构件代替万向节等二维转向构件的示意图，图6(a)和图6(b)分别画出了两种示意图。 

图7是三种连动装置示意图，其中图7(a)，图7(b)，图7(c)分别为三种连动装置的示意图，图7(c)和图7(d)分别为图7(a)和图7(b)中的限位盒和滑槽示意图。 

图8是基架示意图，其中图8(a)为用限位套时的基架示意图，图8(b)为限位套的示意图，图8(c)为用沙袋等重物限制基架运动的示意图。 

图9是本实用新型跟踪太阳的机构与其他种类跟踪太阳的机构的组合应用的三种单元示意图，其中图9(a)，图9(b)，图9(c)分别为不同的组合应用示意图。 

具体实施方式

本实用新型的跟踪太阳的机构的具体实施的总体装置示意图如图1(a)和图1(b)所示，其中图1(a)是3行单元×3列单元的跟踪太阳的机构的示意图，图1(b)是6行单元×7列单元的跟踪太阳的机构并将太阳光反射到位于框架阵列中央某处的接收塔上的接收器上的 示意图，为了绘图简便及表达清楚，图1(a)和图1(b)分别只画出了3行×3列和6行×7列的框架阵列结构，实际上行、列数量可以为任意个，图1(a)中的太阳光接收装置为光伏电池组件，图1(b)中的太阳光接收装置为反射镜，实际上接收装置可以为反射镜或透镜或两者的组合或光伏电池组件或热能接收器等等任何一种。 

图1(a)中的装置包括太阳光接收装置即光伏电池组件1，立柱2，推拉杆3和推拉杆4，位于立柱2上的圆形孔5和圆形孔6，用于支撑推拉杆3和推拉杆4，使其不容易由于自身重量等因素发生形变，图中7为一运动副，8为刚性杆，9为运动副，10为滑环或滑块，11为运动副，12为刚性杆，13为万向节，14为运动副，其中7，9，11，14这四个运动副也可用万向节代替，15为刚性杆，16为万向节，17为万向节(图中由于不好标识没有画)，18为基架，基架由刚性杆或管构成，立柱2与基架18连接，19和20均为承力杆，是较宽较厚的，能承受较大的拉应力而不变形的杆件，承力杆的中央部分宽于两端，呈梯度分布，21为连接承力杆19与连动装置25的连接杆，22为连接承力杆20与另一连动装置25的连接杆，23，24分别为连接基架18与连动装置25的连接杆，25为位于框架阵列两边的两个连动装置，26为连接承力杆31和驱动器28的连接杆，另一个26为连接承力杆32和另一个驱动器28的连接杆，27为配重装置，有两个，分别位于两边，28为驱动器，有两个，分别位于两边，传感与控制系统安装在驱动器上，图中没有画出，29为防风刹车装置，也有两个，分别位于两边，30为连接基架与驱动器28的连接杆，31，32分别为与19，20类似的承力杆，行、列推拉杆分别与各自对应的承力杆连接，其中行推拉杆3与承力杆20和承力杆31相连接，列推拉杆与承力杆19和承力杆32相连接。为了表达清楚，图中只画出了两个完整的单元结构，其他单元没有画出标号7，8，9，10，11，12，13的结构。 

图1(b)中的装置中标号2至标号32与图1(a)中含义一样，只是图1(b)中的标号1为反射镜，33为一塔架，34为安装在塔架33上的太阳光接收器。 

图2为单个单元结构示意图，从图2(a)至图2(x)共画出了24种，实际上还远远不只是这24种，还有许多种类似的单元结构，由于篇幅关系在此不再叙述。 

其中图2(a)为一种单元结构示意图，标号1～18的含义与上述一致，图中A，B，C分别表示万向节17，13和16的转动接触中心点，A，B，C三点位于同一平面上，A，B两点的连接线垂直A，C两点的连接线。 

图2(b)与图2(a)的结构类似，不同之处是万向节16和13位于反射镜1的下方，而图2(a)中是位于反射镜的边缘，其他与图2(a)一样。 

图2(c)与图2(a)类似，不同之处是万向节13和16分别用一弯形刚性杆35和36与 反射镜1相连接，同时万向节17也略微下降高度，以保证A，B，C三点在同一平面上，也即立柱2在万向节17的上部的距离比图2(a)中要长。 

图1及图2(a)至图2(c)中只画出了反射板的示意图，没有画出反射板与立柱是如何连接的结构图，实际上反射板1与立柱2之间应通过类似框架的结构相连接，同样万向节13和16与反射板的连接也应通过类似框架的结构相连接，但为了表述简单明了以及这是任何具有结构概念的工程技术人员都熟悉的事情，因此图中省去了这一部分，在以下的图中均类同。 

图2(d)与图2(a)类似，不同之处在于用滑槽和滑块代替了图2(a)中的滑环或滑块，图2(d)中37为滑块，38为滑槽，滑块37在滑槽38中滑动。 

图2(e)与图2(d)类似，不同之处在于将刚性杆15用滑块和滑槽及刚性杆39，刚性杆40和两个运动副(或万向节)9，11代替。 

图2(f)，图2(g)，图2(h)，图2(i)四幅图中，为了简便只画出了一维运动示意图，图2(f)中41为滑槽，与立柱2成一定角度安装；图2(g)与图2(f)类似，仅仅是滑槽41的安装角度不一样，其中42为支撑杆；图2(h)中43为弧形滑槽，44为弧形滑块；图2(i)中45为弧形滑槽，46为弧形滑块。 

图2(j)中47为刚性杆，48为运动副或万向节。 

图2(k)与图2(j)类似，仅仅是刚性杆15、47和万向节13、16的安装位置不同。 

图2(l)中49为两根杆中间连接一四边形框，目的是避免与立柱发生碰撞和摩擦，其余的类似图2(j)。 

图2(m)中50和51分别为固定于地面的立柱或其他构件上，推拉杆3和4由立柱50和51支撑。 

图2(n)中52和53分别为连接立柱2的支撑杆，推拉杆3和4由支撑杆52和53支撑。 

图2(o)中54为一固定于立柱51的滑槽。 

图2(p)与上述方案类似，只不过将推拉杆3，4等放置在太阳接收装置的上方。 

图2(q)与图2(p)类似，只是用刚性杆15代替了图2(p)中的滑环结构。 

图2(r)，图2(s)，图2(t)，图2(u)与上述方案类似，只是将推拉杆3和4分别放置在太阳接收装置的上方和下方，其中图2(u)中55为一根杆中间连接一四边形框，目的与前述一样是避免与立柱发生碰撞和摩擦。 

图2(v)，图2(w)，图2(x)与上述方案类似，只不过将万向节17的位置放在了立柱2的稍下方位置，其中56，57分别为与推拉杆3，4相连接的支撑杆。 

在上述图2(a)至图2(x)这24种方案中，图中A，B，C三点在一个平面上，且A，B两 点的连线与A，C两点的连线相互垂直，A，B，C三点与前述一样，为万向节13，16，17的转动支撑点。 

上述图2(a)至图2(x)这24种方案的工作原理是：光电传感器接收太阳光的经、纬度的角度信息→控制电路给出控制指令→驱动器动作→驱动推拉杆3或4运动→推拉杆3或4带动与之相铰链的刚性杆运动→刚性杆运动带动太阳接收装置1转动角度或刚性杆运动带动滑环或滑块运动，滑环或滑块运动再带动另一刚性杆运动，再通过此刚性杆带动太阳接收装置1转动角度。 

图3也是单个的单元结构示意图，与图2不同之处在于图3中用缆绳58，59等代替了图2中的刚性杆12，15等。其中：图3(a)中58，59分别为缆绳，60，61为滑轮，62为缆绳58，59绕过滑轮60和61后的部分。工作原理是：推拉杆3在驱动器的驱动下运动，带动缆绳59，60，62运动，缆绳运动带动太阳接收装置1转动角度，为方便表述，图中只画出了一维转动示意图，二维转动与一维转动相似。 

图3(b)与图3(a)类似，不同之处在于将滑轮60和61置放到太阳接收装置下方附近，图中63，64为滑轮。 

图3(c)与图3(b)类似，不同之处在于将滑轮63，64置放到太阳接收装置1靠近立柱2的位置。 

图3(d)与图3(a)类似，不同之处在于缆绳58，59与太阳接收装置1的连接位置不同，前者靠近立柱2。 

图3(e)中65为缆绳，66，67分别为刚性杆，68，69，70分别为运动副。 

图3(f)中71，72分别为滑轮，73，74为缆绳。 

图3(g)与前述类似，但需满足下列条件，即r＝h＝AB/2，且AC＝BD。 

图3(h)与图3(g)类似，也需满足r＝h＝AB/2，且AC＝BD的条件。 

图3(i)中75，76为缆绳。 

图3(j)与图3(i)类似，但去掉了图3(i)中的缆绳75，其中AD＝BC，AC＝BD。 

图3(k)中77为滑轮，78，79为缆绳。 

图3(b)至图3(k)的工作原理与图3(a)类似，在此不再叙述。 

图4是用拉绳代替推拉杆3或4时的几种方案。 

图4(a)，图4(b)，图4(c)分别给出了用拉绳代替推拉杆时的三种方案。 

图4(a)为驱动器驱动一拉绳拉动排成一排的若干个刚性杆或缆绳以带动太阳接收装置转动角度的示意图，图中为了表述简洁，没有画出如图2和图3中的单元结构全图，只画出 了与推拉杆及拉绳相连接的刚性杆或缆绳80，此处用标号80表示，相当于图2中的标号为8，15，40，47，49等刚性杆和图3中标号为58，59，73，74，76等缆绳，图4(a)中81为承力杆，类似于图1中的承力杆，82为驱动器，类似于图1中的驱动器，83为拉绳，84为滑轮，滑轮84安装在地面，也可安装在其他构件上，85为重物，重物85的重量大于跟踪太阳机构的框架阵列，包括太阳接收装置的总重量之和，86为地面，87为承力杆，类似图1中的承力杆，88为支撑杆，支撑滑轮84，89为拉绳，90为承力杆81与驱动器82之间的连接杆。为了简洁，图4(a)中只画出了一排太阳接收单元装置的示意图，重物和滑轮也只画了一个，实际上它们均可为任意排和任意个。 

图4(a)中方案的工作原理是：驱动器82驱动承力杆81运动，进而带动拉绳83运动，再带动刚性杆或缆绳80运动，再带动与刚性杆或缆绳80相关联的太阳接收装置转动角度，从而跟踪太阳。 

图4(b)与图4(a)类似，不同之处是用另一个驱动器代替了图4(a)中的滑轮89和重物85的结构。 

图4(c)与图4(a)类似，不同之处是去掉了图4(a)中的重物85，而将拉绳83绕过滑轮84后再连接到驱动器82上。 

图4(d)为用图4(a)中的方案的总体框架方案示意图，图中画出了5行×6列的总体框架示意图，为简洁，图中没有画出如图1所示的单元结构的其他部分。 

上述用拉绳代替推拉杆3或4的方案也可有多种代替组合，第一种是行、列推拉杆均用上述的拉绳代替，第二种是行或列推拉杆之一用拉绳代替。 

图5为单元的几种组合方式。 

其中图5(a)为若干个排成一排的单个单元组合成一行的结构示意图，组合方式是将这若干个单个单元装置的行推拉杆3和基架18在行方向相互连接起来，将若干个上述排成一排的列结构的列推拉杆4和基架18在列方向相互连接起来即可组成一大框架阵列。 

图5(b)为另一种单个单元的组合方式构成一个组合单元，将若干个这样的组合单元再排成若干行和若干列，并将它们的行、列推拉杆分别像图1一样相互连接，以及基架18在行、列方向上相互连接即构成一大的框架阵列。 

图5(c)为又一种单元的组合方式，其再组合方式与图5(a)和图5(b)的方式类似，其中91，92，93分别为连接三个单元的连接杆。 

上述只给出了3种单元组合方式，实际上可以有无数个单元组合方式，限于篇幅，不再详述。 

图6为用两个一维转向构件代替万向节等二维转向构件的示意图。 

图6(a)中94，95分别为单向转向支架，图6(b)中96，97分别为一圆形副，实际上有许多种一维转向构件可用来代替二维转向构件，在此不再详述。 

图7为推拉杆或拉绳与基架连动装置25的示意图。其中图7(a)为其中之一连动方案的正视图，图7(a)中，98为限位弧形滑槽，99为双面弧形滑块，滑块99可在滑槽中自由滑行，100和101均为刚性杆，两者固定连接，这两者也可用一根刚性杆代替，102为刚性板，103为滑块，104为限位盒，105为连接承力杆19或20与滑块103的连接杆，18为基架。 

连动装置的工作原理是：驱动器使滑块103运动，并进而带动刚性杆100和101及滑块99在滑槽98内运动，可根据驱动器的驱动行程与太阳接收装置1的转动角度关系设计滑块103和刚性杆100，101及滑块99的行程和几何形状，以及滑槽98的几何形状，使得驱动器与太阳接收装置1的行程和转动角度关系与滑块99在滑槽98中滑行的行程和角度一一对应，这样可消除或减少拉应力及风压等造成的误差影响，基架18在有温差时推拉刚性板102伸缩，使基架18与上面的推拉杆及连接杆105等一起运动，可消除温差对推拉杆和基架的伸缩影响。 

图7(b)为另一连动方案的正视图，图7(b)中106为连接承力杆19或20与滑块103的刚性杆或缆绳，其他标号与前述一致，即84为滑轮，89为缆绳等等，工作原理与图7(a)的方案类似。 

图7(c)为又一连动方案的正视图，图7(c)中107为一两端开孔的长方形盒，108为刚性杆，109为标准状态校正器，此校正器是根据驱动器驱动轴的行程与太阳接收装置的转动角度的关系设计的角度行程校正器，可有许多种结构，在此不做详述。图7(c)的工作原理与图7(a)和图7(b)类似。 

图7(d)为限位盒104的俯视图，其中110为一开口。 

图7(e)为限位弧形滑槽98的俯视图，其中111为一对穿开口槽，滑块99在此开口槽中滑动。 

图8为基架18的示意图，图8(a)为一种基架示意图，其中图8(a)中112为刚性杆，基架由刚性杆纵横连接或以其他方式连接而成，113为限位套。 

图8(b)为限位套示意图，图中限位套与地面或与其他构件连接，限位套的作用是限制基架的上、下运动，基架可以在限位套中做前、后、左、右的移动，但其上、下运动限制在很小的范围，比如毫米或厘米量级，这只需使限位套的高度略大于基架杆的厚度(高度)即可。 

图8(c)为另一种基架示意图，结构与图8(a)类似，不同之处在于用重物115代替了 图8(a)中的限位套113，重物115可以是石块或沙袋或其他重物，重物115的作用与图8(a)中的限位套113类似，目的是限制基架18的上、下运动，但可以在地平面附近伸缩。 

基架18的作用主要有三种，一种是可使位于基架上方的推拉杆3或4及拉绳的温差效应消除或减少，第二种是可大量节省立柱等的安装材料和人工费用，第三种是可对框架结构进行工厂化，标准化和模块化加工和组装。 

图9为与其他种类跟踪太阳机构的组合应用的单元结构示意图。 

图9(a)为其中一种，图中标号1，2，3，4，5及10与前述一样，116和117分别为运动副，118为刚性杆，119和120分别为运动副，121为刚性杆，122为运动副，123为运动副，124为一维转向支架或运动副，将若干个上述单元结构组合起来即可构成一跟踪太阳机构的框架阵列，组合方式与前述的类似。其中驱动推拉杆3的驱动器安装在一维转向支架上，另一边的驱动器固定在地面。 

图9(b)为另外一种组合应用单元结构，与上述图9(a)类似，不同之处在于图9(b)将列推拉杆4放在行推拉杆3的上方，另外将运动副122换成了万向节125，应用方法与前述的图9(a)类似，其中两边的驱动器均固定于地面或固定于与地面相连接的构件上。 

图9(c)为又一种组合应用单元结构，与图9(b)类似，不同之处在于将推拉杆4放在了滑块10的上方，其他与图9(b)类似。 

本实施例的工作原理是：太阳相对于地球的入射角可用太阳在地球的经度方向和纬度方向的角度来表示，通常称这两个角度分别为方位角和高度角，这两个角度可将其投影分解到任意两个呈一定角度的方向，在本实施例中，为了方便，这两个方向分别为行推拉杆和列推拉杆方向，它们的角度相互垂直，即成90°夹角，将太阳的角度分解到行、列推拉杆方向，若将行、列推拉杆分别放置在经度和纬度方向，则太阳投射到行、列推拉杆方向的角度分别为太阳相对于地球的经度方向和纬度方向的角度。本实施例的工作原理的具体实施方法是：通过太阳光跟踪接收传感系统(模块)和控制电路控制驱动器28的运动，驱动器28驱动与之相连的承力杆31和32等，进而带动推拉杆3和4等运动，推拉杆3，4运动再带动刚性杆运动并进而带动太阳接收装置1转动角度，或推拉杆3，4运动带动刚性杆运动，此刚性杆再带动滑块10运动，滑块10再带动另一与太阳接收装置用万向节连接的刚性杆运动，并进而带动太阳接收装置转动角度。 

在前面已叙述了可用多种单元结构及可用缆绳代替刚性杆还可用拉绳代替推拉杆，在此不再详述。 

只需计算设计适当的驱动器28的驱动行程和立柱2的高度，刚性杆在推拉杆3或4中的 相对位置，以及刚性杆与太阳接收装置的相对位置等参数，即可准确计算出驱动器的驱动行程与太阳接收装置转动角度的一一对应关系。上述参数可根据需要做任意调整，即通过调整上述参数即可使太阳接收装置准确跟踪太阳，或将太阳光反射到设定的位置，例如接收塔上的接收器上。 

太阳接收装置的初始角度的确定：根据用途有不同的初始角度，如果为分散应用，即太阳接收装置为平板光伏电池组件或聚光光伏电池组件或热能接收器等等，则需要将太阳接收装置至始至终对准太阳，因此这类应用时的初始角度必须正对太阳，初始角度的设定需要根据当地地理位置即经度、纬度确定。如果为集中应用，即将太阳接收装置例如反射镜接收到的太阳光全部集中反射到位于框架阵列中或框架阵列边上的太阳光接收塔上的接收器上，则此时太阳接收装置1的初始角度应调整到能将太阳光集中反射到太阳光接收塔上的接收器上的角度，这一角度可根据太阳光接收塔上的接收器离地面的高度和某个太阳光接收装置1离太阳光接收塔底部的距离计算出来，这是简单的几何计算，不做详述。 

驱动器和推拉杆的行程计算： 

对分散应用即太阳接收装置1需要始终对准太阳的情况，行、列推拉杆的行程需保证太阳接收装置转动的角度等于太阳在相同方向的转动角度，适当选取上述各项参数不难做到这一点。 

对集中应用，即将若干个太阳接收装置1(反射镜等)的反射光等全部汇聚到太阳光接收塔上的接收器上的情况，此时由于镜面的反射关系，反射镜的角度变化应等于太阳光在相同方向的角度变化的二分之一，此时相应调整驱动器28的行程即可，或对刚性杆及刚性杆相对太阳光接收装置的位置等几何参数做出适当调整即可。 

上述实施例中的万向节均可分别用两个转轴相互垂直且与行、列推拉杆相互平行的一维转向支架或圆柱副或运动副或其他一维转向构件代替。 

上述实施例中的一维转向支架和铰链方式及其它部件可以有许多种，限于篇幅，不再详述。 

以上实施例仅仅是本实用新型的许多种实施例的一部分，限于篇幅，还有许多种实施例不再详述。 

Claims (11)

1.跟踪太阳的机构，包括太阳光跟踪接收模块阵列、驱动模块阵列对准太阳的方位角和高度角的驱动机构，控制方位角和高度角驱动机构的跟踪控制电路，向跟踪控制电路传送信号的太阳光方位角和高度角传感器，其有如下特征：

a)太阳光跟踪接收模块阵列由若干个单个接收单元模块组合而成；

b)每个单个接收单元模块包括：由一段或多段构成的立柱，安装于立柱上的转向构件，安装于立柱上端或中间某处的太阳光接收装置，行、列推拉杆，或行、列拉绳，与行、列推拉杆或行、列拉绳相联接的刚性杆或缆绳，刚性杆或缆绳与太阳光接收装置直接或间接相联接。

2.如权利要求1中所述的跟踪太阳的机构，其特征是：刚性杆用万向节或其他二维转向构件或用一维转向构件与行、列推拉杆相连接，刚性杆的另一端通过万向节或其他二维转向构件或两个转轴相互垂直的一维转向构件与太阳光接收装置直接连接，或连接到与太阳光接收装置相连接的其他构件上，或者刚性杆的另一端先用万向节或其他二维转向构件或一维转向构件连接到一滑块上或滑环上或其他类似构件上，再用另一根刚性杆用万向节或其他二维转向构件或一维转向构件连接滑块或滑环或其他类似构件，这另一刚性杆的另一端用万向节等二维转向构件连接到太阳光接收装置上或连接到与太阳光接收装置相连接的其他刚性构件上。

3.如权利要求2中所述的跟踪太阳的机构，其特征是：滑块或滑环或其他类似构件直接安装在立柱上或其他安装于地面的构件上，或安装于立柱上的滑槽上或其他构件上的滑槽上。

4.如权利要求1中所述的跟踪太阳的机构，其特征是：立柱上的转向构件为一单独的二维转向构件或两个一维转向构件组成的构件。

5.如权利要求1中所述的跟踪太阳的机构，其特征是：缆绳分别与推拉杆或拉绳上的两处相连接或通过位于推拉杆或拉绳的两个滑轮，且与太阳光接收装置上的两处构件相连接或通过太阳光接收装置上的两个滑轮相连接。

6.如权利要求1中所述的跟踪太阳的机构，其特征是：太阳光接收装置和立柱连接的转向构件与太阳光接收装置和另外两刚性杆连接的转向构件在相同转动方向的转动支撑点在同一平面内，或接收装置和立柱连接的转向构件与行、列推拉杆和刚性杆相连接的二维转向构件在相同转动方向的转动支撑点在同一平面内，且上述太阳光接收装置与立柱连接的转向构件与太阳光接收装置连接的另外两个转向构件在相同转动方向的转动支撑点的连线相互垂直。

7.如权利要求1中所述的跟踪太阳的机构，其特征是：太阳光跟踪接收模块阵列及其支撑框架由若干个单个接收单元模块的行、列推拉杆分别相互连接起来组成，或若干个接收单 元模块的行、列推拉杆相互连接起来组成组合单元，再将若干个这样的组合单元的行、列推拉杆再分别相互连接起来组成框架阵列，或用其他组合方式将若干个接收单元模块的行、列推拉杆相互连接组成框架阵列，行、列推拉杆的至少一个端头或靠近端头处用一较宽较厚的承力杆或其他类似构件或其他能承受一定拉压力的结构件相连接，承力杆或类似构件与驱动器相连接，或接收单元模块的行、列拉绳分别相互连接起来组成框架阵列，或若干个接收单元模块的行、列拉绳相互连接起来组成组合单元，再将若干个组合单元的行、列拉绳分别相互连接起来组成框架阵列，或用其他组合方式将若干个接收单元模块的行、列拉绳相互连接起来组成框架阵列，行、列拉绳的两个端头或靠近端头处用一较宽较厚的承力杆或其他类似构件或其他能承受一定拉压力的结构件相连接，连接行、列拉绳的一端或靠近端头处的承力杆分别与驱动器相连接，另一承力杆的中间位置或中间位置附近连接一根或若干根缆绳或一段为刚性杆另一段为缆绳，此一根或若干根缆绳的中间某位置分别通过滑轮，缆绳的另一端分别按照重物，此重物的重量或重物重量之和大于框架阵列在太阳接收装置在最大倾角时的平行拉绳方向的分力，或上述缆绳通过滑轮后，缆绳的另一端再连接到驱动器上，或上述缆绳的另一端不通过滑轮而是直接连接到另一驱动器上，或其他的缆绳连接和驱动方式，上述框架阵列可以为任意形状。

8.如权利要求1中所述的跟踪太阳的机构，其特征是：推拉杆或拉绳被限制在若干个圆形孔或方形孔、圆柱副、圆环、方形环或其他类似的用以限制推拉杆或拉绳只在一个方向做平行运动的构件上，圆柱副、圆环、方形环或其他类似功能构件安装在立柱上或地面上或其他构件上。

9.如权利要求1中所述的跟踪太阳的机构，其特征是：立柱的下端安装于地面或其他构件上，或立柱的上端安装于水平梁上，用另外的支撑柱支撑水平梁。

10.如权利要求7中所述的跟踪太阳的机构，其特征是：驱动器分别位于框架阵列的相邻两边或其他非对称的两边，每边的驱动器可以是一个或若干个的组合，单个驱动器的驱动轴线或多个驱动器的驱动合力线处于框架阵列的对称或基本对称位置。

11.如权利要求7中所述的跟踪太阳的机构，其特征是：驱动器分别通过一根或若干根杆或类似杆的构件与行、列框架阵列的承力杆直接连接或铰链。 

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