CN204065838U

CN204065838U - 牵拉式太阳能聚光跟踪装置

Info

Publication number: CN204065838U
Application number: CN201420381117.4U
Authority: CN
Inventors: 王瑞峰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2024-07-11

Abstract

本实用新型提供了一种牵拉式太阳能聚光跟踪装置，包括：反射聚光镜；框架；光能利用部件，光能利用部件设置于框架上并与反射聚光镜对应设置；框架支撑装置，框架支撑装置包括导轨，框架支撑于导轨上；驱动装置，驱动装置包括柔性牵引部件和牵引柔性牵引部件的牵引机构，柔性牵引部件的第一端与牵引机构连接，柔性牵引部件的第二端与框架连接，框架在牵引机构的驱动下沿导轨可平行移动地设置。该牵拉式太阳能聚光跟踪装置可以省去齿轮螺杆传动装置，一方面简化了机械结构，使机械结构更加简单，另一方面由于采用了柔性牵引部件，可以突破齿轮螺杆传动装置只能使框架沿直线移动的束缚，从而实现系统最佳的聚光效果。

Description

牵拉式太阳能聚光跟踪装置

技术领域

本实用新型涉及太阳能利用技术领域，更具体地，涉及一种牵拉式太阳能聚光跟踪装置。

背景技术

由于太阳能取之不尽，用之不竭，并且不会带来任何污染。因此人们希望太阳能能够成为人类未来能源的重要组成部分。

太阳能的利用形式主要有两种：一种是太阳能光热应用，另一种是太阳能光电应用。而太阳能聚光跟踪技术对这两种太阳能应用形式都很重要。对于光热应用领域而言，太阳能聚光跟踪技术可以有效提高光能利用部件上太阳光的能量密度，从而产生更高的温度，并提高系统的热效率，进一步扩大太阳能光热技术的应用范围。对于太阳能光电应用领域而言，在保证发电量不变的情况下，太阳能聚光跟踪技术可以有效地降低光电池的使用量，从而降低每度电的发电成本。因此太阳能聚光跟踪技术已成为太阳能应用领域的一个重要的发展方向。

一个好的太阳能聚光跟踪技术要满足以下两项要求：一是聚光跟踪成本要低，但稳定性要高，且使用寿命要长；二是聚光倍数要尽量高。

为了满足上述两项要求，中国专利ZL200910089694.X公开了一种多排联动式太阳能均匀聚光跟踪装置，该专利所描述的跟踪装置为：将多排线性菲尼尔反射聚光镜固定在地面上，一年四季保持不动，反射聚光镜与地面的夹角等于当地的纬度角，相同排数的光能利用部件固定于一个框架上，框架与地面平行地放置在倾斜导轨上，由一套传动装置带动框架沿倾斜导轨移动，用以跟踪线型菲尼尔反射聚光镜所形成的条形光斑，使光能利用部件始终处于光斑的能量最强处。其中，倾斜导轨与地面的夹角等于反射聚光镜与地面的夹角。然而，该专利中没有公开传动装置的具体实施方式。

中国专利ZL00236798.X还公开了《一种大面积太阳能聚光跟踪装置》，该专利中公开了一种带动框架沿倾斜导轨移动的传动装置。如附图12所示，包括步进电机907，变速箱906，下固定件904，上固定件901固定在倾斜导轨900上，传动螺杆902可转动地设置在上固定件901和下固定件904之间，传动螺杆902上套有传动部件903，传动部件903固定在需要移动的框架上，并带动框架移动。该现有技术的工作原理如下：步进电机907驱动变速箱906带动齿轮905和齿轮908转动，齿轮908固定在传动螺杆902上，并带动传动螺杆902转动，当传动螺杆902转动的时候，即可带动传动部件903并通过传动部件903带动需要移动的框架在倾斜导轨的导向作用下上下移动。

该传动装置中通过控制传动螺杆902的转动来带动框架沿倾斜导轨上下移动，这种方案的优点是控制精度高，误差可以控制在0.1毫米以内。但是这种方法也有如下缺点：

1、机械设计较为复杂。

2、该齿轮螺杆传动装置的机械传动方式只适用于框架沿直线运动的情形而不适用于框架沿某一确定的曲线运动。

3、由于框架的重量通常可以达到一吨以上，而传动螺杆的长度也需要达到二、三米长，这样就容易将传动螺杆压弯，为了避免传动螺杆的弯曲，就必须增加传动螺杆的直径，必然造成传动装置的成本大幅度地上升。

4、并且这种方法是通过传动螺杆的旋转圈数来计算和控制框架的位置，属于典型的开环控制方法，这种方法通常会引起累计误差。时间长了，就会造成光能利用部件无法跟踪上反射聚光镜的光斑，必须定期人工调整，因此在使用期间的维护成本就比较高。

发明内容

本实用新型目的在于提供一种牵拉式太阳能聚光跟踪装置以达到使机械结构更加简单、实现系统最佳的聚光效果的目的。

本实用新型提供了一种牵拉式太阳能聚光跟踪装置，牵拉式太阳能聚光跟踪装置包括：反射聚光镜；框架；光能利用部件，光能利用部件设置于框架上并与反射聚光镜对应设置；框架支撑装置，框架支撑装置包括导轨，框架支撑于导轨上；驱动装置，驱动装置包括柔性牵引部件和牵引柔性牵引部件的牵引机构，柔性牵引部件的第一端与牵引机构连接，柔性牵引部件的第二端与框架连接，框架在牵引机构的驱动下沿导轨可平行移动地设置。

进一步地，牵引机构包括：转轴，柔性牵引部件的第一端与转轴连接；驱动电机，驱动电机与转轴传动连接。

进一步地，牵拉式太阳能聚光跟踪装置包括多排反射聚光镜和与多排反射聚光镜一一对应设置的多排光能利用部件，多排光能利用部件设置于同一个框架上。

进一步地，柔性牵引部件为牵引绳，驱动装置还包括与牵引绳配合设置的定滑轮，定滑轮设置于框架支撑装置上，柔性牵引部件的第二端绕过定滑轮后与框架连接；或者，柔性牵引部件为牵引带，驱动装置还包括与牵引带配合设置的带轮，带轮设置于框架支撑装置上，柔性牵引部件的第二端绕过带轮后与框架连接；或者，柔性牵引部件为牵引链，驱动装置还包括与牵引链配合设置的链轮，链轮设置于框架支撑装置上，柔性牵引部件的第二端绕过链轮后与框架连接。

进一步地，导轨为直线型导轨或曲线型导轨。

进一步地，导轨为曲线型导轨，各光能利用部件的移动轨迹是一条以其对应的反射聚光镜的中心为圆心，以反射聚光镜的焦距为半径的圆弧线或与该圆弧线接近的连续性曲线。

进一步地，牵拉式太阳能聚光跟踪装置还包括：测量装置，测量装置用于测量框架相对于导轨的位置；控制装置，测量装置和牵引机构分别与控制装置耦合，控制装置根据测量装置的测量结果控制牵引机构。

进一步地，测量装置包括绝对长度测量装置，绝对长度测量装置包括激光测距仪、超声测距仪或红外测距仪或拉绳式位置传感器。

进一步地，牵引机构包括转轴和驱动电机，柔性牵引部件的第一端与转轴连接，驱动电机与转轴驱动连接；测量装置包括绝对角位置传感器，绝对角位置传感器用于测量转轴的转动角度，控制器根据转动角度控制驱动电机。

进一步地，牵拉式太阳能聚光跟踪装置还包括二次聚光部件，二次聚光部件对应设置于光能利用部件的朝向太阳的一侧且相对于该光能利用部件固定设置，二次聚光部件的反射聚光面包括平面、圆柱面、抛物面、CPC聚光面或圆的渐开线型聚光面。

进一步地，光能利用部件为太阳能光伏电池或太阳能集热管。

根据本实用新型的牵拉式太阳能聚光跟踪装置，牵拉式太阳能聚光跟踪装置包括反射聚光镜、框架、光能利用部件、框架支撑装置和驱动装置。光能利用部件设置于框架上并与反射聚光镜对应设置。框架支撑装置包括导轨，框架支撑于导轨上。驱动装置包括柔性牵引部件和牵引柔性牵引部件的牵引机构。柔性牵引部件的第一端与牵引机构连接，柔性牵引部件的第二端与框架连接，框架在牵引机构的驱动下沿导轨可平行移动地设置。由于采用柔性牵引部件和配套的牵引机构来实现框架的移动，可以省去齿轮螺杆传动装置，一方面简化了机械结构，使机械结构更加简单，另一方面由于采用了柔性牵引部件，可以突破齿轮螺杆传动装置只能使框架沿直线移动的束缚，从而实现系统最佳的聚光效果。

进一步地，由于设置了框架位置测量装置及与之相适应的控制装置，牵拉式太阳能聚光跟踪装置能够在光能利用部件长期跟踪反射聚光镜光斑的过程中不出现累计误差，从而克服了现有技术的传动装置中易产生累计误差的缺点。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型第一实施例的牵拉式太阳能聚光跟踪装置的立体结构示意图；

图2是图1中A部的局部放大结构示意图；

图3是图1中B部的局部放大结构示意图；

图4是本实用新型第二实施例的牵拉式太阳能聚光跟踪装置的立体结构示意图；

图5是图4中C部的局部放大结构示意图；

图6是本实用新型第一实施例的牵拉式太阳能聚光跟踪装置的第一种替代实现方式的局部立体结构示意图；

图7是本实用新型第一实施例的牵拉式太阳能聚光跟踪装置的第二种替代实现方式的局部立体结构示意图；

图8是本实用新型第一实施例的牵拉式太阳能聚光跟踪装置的第三种替代实现方式的局部立体结构示意图；

图9是本实用新型各实施例的牵拉式太阳能聚光跟踪装置在一天内的控制流程图；

图10是本实用新型牵拉式太阳能聚光跟踪装置在光能利用部件上增加二次聚光部件的光能利用原理示意图；

图11是本实用新型第一实施例和第二实施例中光能利用部件相对于反射聚光镜的运动轨迹对比示意图；

图12是现有技术中一种带动整体框架沿倾斜导轨直线移动的传动装置的结构示意图。

图中各附图标记代表：

10、反射聚光镜支架；20、反射聚光镜；25、框架；30、光能利用部件；35、二次聚光部件；50、转轴；60、测量装置；60a、激光测距仪；60b、激光挡板；101、第一支座；102、第二支座；201、第一钢丝绳；202、第二钢丝绳；601、北侧第一导轨支架；602、北侧第二导轨支架；603、南侧第二导轨支架；604、南侧第一导轨支架；611、角度传感器；612、减速传动装置；701、北侧第一导轨；702、北侧第二导轨；701-A和702-A、工字形滚轮；703、南侧第二导轨；703-A、水平滚轮；703-B、侧面滚轮；704、南侧第一导轨；801、第一定滑轮；802、第二定滑轮；F、反射聚光镜的焦点；PP′、当导轨为直线型导轨时，光能利用部件中心的运动轨迹；MM′、当导轨为曲线型导轨时，光能利用部件中心的运动轨迹；d、PP′到反射聚光镜聚光中心的距离；900、直线型导轨；901、上固定件；902、传动螺杆；903、传动部件；904、下固定件；905、传动齿轮；906、减速箱；907、步进电机；908、传动齿轮。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于″包含″和/或″包括″时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1至图11所示，本实用新型的牵拉式太阳能聚光跟踪装置包括反射聚光镜20、框架25、光能利用部件30、框架支撑装置和驱动装置。光能利用部件30设置于框架25上并与反射聚光镜20对应设置。框架支撑装置包括导轨，框架25支撑于导轨上。驱动装置包括柔性牵引部件和牵引柔性牵引部件的牵引机构。柔性牵引部件的第一端与牵引机构连接，柔性牵引部件的第二端与框架25连接，框架在牵引机构的驱动下沿导轨可平行移动地设置。

由于采用柔性牵引部件和配套的牵引机构来实现框架的移动，可以省去齿轮螺杆传动装置，一方面简化了机械结构，使机械结构更加简单，另一方面由于采用了柔性牵引部件，可以突破齿轮螺杆传动装置只能使框架沿直线移动的束缚，从而实现系统最佳的聚光效果，并且可以进一步降低太阳能聚光跟踪装置的成本。

以下结合图1至图3对本实用新型第一实施例进一步作出详细说明。

第一实施例以位于北半球的牵拉式太阳能聚光跟踪装置为例。如图1所示，第一实施例中有三排反射聚光镜20面向南方，平行地固定在三排反射聚光镜支架10上，所有反射聚光镜支架10都固定在同一个平面内。此处的“面向南方”并不严格要求正南方，可以有一定的偏差。每一面反射聚光镜20与地面的夹角都相等，该夹角大体等于当地的纬度角(可以有正负数度的差异)。反射聚光镜20及其反射聚光镜支架10都是固定的，且一年四季不动。每一排光能利用部件30都对应一排反射聚光镜20，且和反射聚光镜20的轴线平行并处于每一排反射聚光镜20所形成的光斑处。每一排光能利用部件30随框架25移动来跟踪其对应的反射聚光镜20的光斑。

框架25制成一个整体，始终和其上固定有反射聚光镜支架10的平面平行。在框架25上，东西向安装有光能利用部件30，光能利用部件30的排数与反射聚光镜20的排数相对应，也是三排，并且与反射聚光镜20平行。

如图1所示，本实施例中框架支撑装置包括四个导轨支架和由四个导轨支架分别支撑四个直线型导轨。四个导轨支架分别是北侧第一导轨支架601、北侧第二导轨支架602、南侧第一导轨支架604和南侧第二导轨支架603。四个直线型导轨分别是北侧第一导轨701、北侧第二导轨702、南侧第一导轨704和南侧第二导轨703。四个直线型导轨设置在框架25的周围用于支撑框架25，并限制框架25只能沿四个直线型导轨限定的路径移动，在本实施例中移动路径为四个直线型导轨的延伸方向。

转轴50由第一支座101和第二支座102支撑，并可以在第一支座101和第二支座102支撑下转动。第一支座101和第二支座102既可以和四个导轨支架中各导轨支架601至604固定在同一个平面内，也可以固定在其中两个导轨支架上。本实施例中，第一支座101固定连接在了北侧第一导轨支架601上，而第二支座102固定连接在了北侧第二导轨支架602上。

本实施例中柔性牵引部件为牵引绳，牵引绳可以由任何符合强度要求的材料制成，但优选地采用钢丝绳。在本实施例中，在牵拉式太阳能聚光跟踪装置的北侧设置了一对分设于框架两端的第一钢丝绳201和第二钢丝绳202。

牵引机构包括转轴50和驱动电机。第一钢丝绳201和第二钢丝绳202的第一端与转轴50连接，第一钢丝绳201和第二钢丝绳202的第二端与框架25连接。驱动电机与转轴50驱动连接。具体地，驱动电机与转轴50可以直接通过联轴器连接，也可以根据需要通过减速装置连接。由于转轴50的特点是转动速度非常缓慢，但需要的力矩很大，在第一实施例中即采用了通过减速装置连接的方式。优选地在转轴50的一端或中间的某一部位上设置一个减速箱，通过驱动电机带动减速箱工作，而减速箱又带动转轴50旋转。目前通用技术是用回转驱动装置作为减速箱带动驱动转轴50转动。为了降低转轴50的高度，如图1至图3所示，在导轨支架或导轨的顶部安装有第一定滑轮801和第二定滑轮802。第一钢丝绳201从第一定滑轮801上绕过，第二钢丝绳202从第二定滑轮802上绕过。需要指出的是第一定滑轮801和第二定滑轮802并不是必须的，如果将转轴50安置于较高的位置，就可以省去这两个定滑轮。例如，可以实现省去两个定滑轮的要求的方案中可选地有：直接将第一支座101和第二支座102固定在导轨支架或导轨的顶部；或者将第一支座101和第二支座102加高，使转轴50处于导轨支架(本实施例中为北侧第一导轨支架601和北侧第二导轨支架602)和导轨(本实施例中为北侧第一导轨701和北侧第二导轨702)的顶部。

以上结构中，当驱动电机在驱动转轴50转动的时候可以带动框架25沿四个直线型导轨上下移动，从而使每一个光能利用部件30都能够跟踪上其所对应的反射聚光镜20所形成的光斑。

为了克服现有技术中齿轮螺杆传动装置累计误差大的缺陷，在本实施例中，牵拉式太阳能聚光跟踪装置还包括测量装置60和未图示的控制装置。测量装置60用于测量框架25相对于导轨的位置。其中，测量装置60和牵引机构分别与控制装置耦合，控制装置根据测量装置60的测量结果控制牵引机构。

测量装置60可以由位置传感器及其必要的辅助部件组成，用于测量框架25相对于导轨的绝对位置。位置传感器的种类很多，很多位置传感器都可以在该牵拉式太阳能聚光跟踪装置中使用，如：激光测距仪、超声测距仪、红外测距仪、拉绳式位置传感器等等。

在本实施例中以激光测距仪测量框架25的位置。如图2所示，激光测距仪60a固定在北侧第一导轨701的下端，激光挡板60b固定在框架25上，激光挡板60b可随框架25的移动而移动。控制装置可以通过激光测距仪60a测出框架25相对于北侧第一导轨701的绝对位置。

为了防止阳光和风雨对激光测距仪60a的破坏，本实施例优选地，还可以将激光测距仪60a用防晒防水盒保护起来，防晒防水盒上要有防水且透光的窗口，不能阻挡激光束的发射和接收(但宜计入透光窗口引入的误差)。另外，在激光挡板60b固定在框架25上时，激光测距仪60a也可以固定在北侧第一导轨701的上端。还可以是激光测距仪60a固定在框架25上，随框架25的移动而移动，而激光挡板60b固定在北侧第一导轨701的某一端。当然，激光测距仪60a还可以安装于所有导轨中的任意其它导轨上，对应的激光挡板60b安装于框架25上适当的位置以接收和反射激光测距仪60a发射的激光。

由于设置了测量装置60和控制装置，本实施例的牵拉式太阳能聚光跟踪装置能够在光能利用部件30长期跟踪反射聚光镜20的光斑过程中不出现累计误差，从而克服了现有技术的传动装置中易产生累计误差的缺点。

以下结合图4和图5对本实用新型第二实施例进行进一步的详细描述。

第二实施例和第一实施例的一个区别在于，第二实施例中代替第一实施例中四个直线型导轨的是四个曲线型导轨。四个曲线型导轨依次为北侧第一导轨701′、北侧第二导轨702′、南侧第一导轨704′和南侧第二导轨703′。安装有光能利用部件30的框架25沿四个曲线型导轨移动。第二实施例中，曲线型导轨形状的选取原则是，曲线型导轨的曲线形状为以反射聚光镜20的焦距为半径的圆弧线或与该弧线相接近的一条连续曲线，以使每一个光能利用部件30的运动轨迹是一条以其对应的反射聚光镜20的中心为圆心，以反射聚光镜20的焦距为半径的圆弧线或与该弧线相接近的一条连续曲线。

第二实施例中与第一实施例的另一个区别是，第二实施例中测量装置60是以拉绳式位置传感器作为测量元件的，拉绳式位置传感器的一端固定在框架25上，而另一端固定在北侧第一导轨701上。

本实施例中，对拉绳位置传感器的主体也宜做好防晒防水的保护。另外，当然也可以用激光测距仪、超声测距仪等其他类型的位置传感器作为测量元件。

第二实施例中其它未说明的部分可以参照第一实施例的相关内容。

以下结合以上第一实施例和第二实施例，对本实用新型的一些其它具体问题进行更进一步地说明。

本实用新型的第一实施例中的导轨为直线型导轨，而第二实施例中的导轨为曲线型导轨。每一种导轨都会有很多实现形式，如可以是滚轮式导轨，滑块式导轨等。导轨的共同特点是被导轨限制的运动部件只能沿直线型导轨的延伸方向运动或沿曲线型导轨的切线方向运动，而不能沿其它方向运动，例如不能沿垂直于延伸方向或切线方向的方向运动。

如图1至图3所示，第一实施例中采用的是一种滚轮式的直线型导轨，具体地所采用的滚轮为工字形滚轮。作为框架25和导轨之间的连接部件的四个工字形滚轮，如工字形滚轮701-A(图2所示)和工字形滚轮702-A(图3所示)，通过各自的转轴连接在框架25上。另外，滚轮和导轨的接触面或接触线还可以有弧形、方形、梯形、V形、T形或W形等多种滚轮形式。随着滚轮形式的不同，导轨的形式也将随之变化。

以上工字形滚轮的边缘的内侧容易和导轨的两侧形成滑动摩擦，为了减小摩擦，可以在工字形滚轮边缘的内侧布置若干个滚珠或滚柱，也可以在每一个导轨的两侧可能和滚轮发生摩擦的地方增加一排或数排滚珠。

图6是本实用新型第一实施例的牵拉式太阳能聚光跟踪装置的第一种替代实现形式的局部立体结构示意图。如图6所示，相对于第一实施例，该替代实现形式去掉工字形滚轮代之以水平滚轮703-A，同时在导轨的内侧或外侧(图中为内侧)增加一个或数个侧面滚轮703-B。这些新增加的侧面滚轮的转轴和水平滚轮的转轴优选地可以固定为一体。需要说明的是，图6所示的实现形式中相关结构也适合于第二实施例。

如果导轨为滑块式导轨，需要时可以将滑块通过水平转轴可转动地设置在框架25上。

另外优选地，为了保护滚轮和/或检测装置60，可以根据实际需要在导轨的上方和两侧增加一些硬性或柔性薄板以遮挡雨雪。

第一实施例和第二实施例中，每一个导轨都由上下两副导轨组成，这是从牵拉式太阳能聚光跟踪装置的安全性和稳定性来考虑的，主要是为了防止框架25倾斜，以保护光能利用部件30。如果仅从牵拉式太阳能聚光跟踪装置的运行角度出发，每一导轨中的上导轨都可以省去。

控制装置可以为微型计算机或单片机等电子装置。为了进一步增强系统抵抗风雨破坏的能力，可以将控制装置和驱动电机放置在防护罩内以防止风雨侵蚀和阳光的暴晒。

关于控制方法的说明。根据天文学知识，当地点确定之后，任意一天的任意时刻太阳的方位角是唯一确定的。在实际应用中，太阳的方位角可以有两种方法确定：一种方法是通过太阳敏感器直接测量出太阳的方位角；另一种方法是根据时间和当地的经纬度算出太阳的方位角。然后根据太阳的方位角和反射聚光镜20的具体形状算出光斑的位置，这样就得到了框架25应处的目标位置，由控制装置接收测量装置60测出的框架25相对于导轨的位置，并计算出框架25应该移动的距离。然后控制装置控制驱动电机旋转进而带动转轴50转动，由第一钢丝绳201和第二钢丝绳202带动框架25到达目标位置，使所有的光能利用部件30都处于各个相应的反射聚光镜20所形成的光斑的最强处。其中光斑的东西向移动不必进行跟踪。

本实用新型中，柔性牵引部件并不限于牵引绳，例如，在一个替代实施例中，柔性牵引部件可以为牵引带；此时优选地驱动装置还可以包括与牵引带相配合的带轮，带轮设置于框架支撑装置上，牵引带绕过带轮后与框架25连接。例如，其中牵引带可以为平带或齿形带等，与此对应的，带轮也可以是与平带配合的光面带轮，或者是与齿形带对应的齿轮。再例如，柔性牵引部件还可以为牵引链；此时优选地驱动装置还可以包括链轮，链轮设置于框架支撑装置上，牵引链绕过链轮后与框架25连接。

另外，以上所例举的测量装置60均是以位置传感器作为测量元件，与之相应的测量方式均为测量框架相对于导轨的绝对位置的直接测量方式。但是，只要能测量框架25与导轨的相对位置的测量元件均可在本实用新型中采用。例如，不用直接测量方式，而采用图7，图8所示的间接测量方式实现框架25与导轨的相对位置的测量。

图7是本实用新型第一实施例的牵拉式太阳能聚光跟踪装置的第二种替代实现形式的局部立体结构示意图。因为转轴50的转动角度和框架25的位置存在一一对应的关系，所以知道了转轴50的转动角度就可以知道框架25的位置。如图7所示，这一实现形式给出了一个间接测量方式的具体示例。这一实现形式采用角度传感器611来测量转轴50的转动角度，控制装置再通过该转动角度控制驱动电机的转动量。角度传感器611既可用绝对角位置传感器，也可以用相对角位置传感器(即角位移传感器)，最优地选择绝对角位置传感器。图7所示的测量装置同样适用于第二实施例。

图8是本实用新型第一实施例的牵拉式太阳能聚光跟踪装置的第三种替代实现形式的局部立体结构示意图。由于各角度传感器的量程有差异，为了克服因角度传感器的量程有限而不能始终跟随转轴15的转动因而无法对转轴50的转动角度进行完全测量的问题，如图8所示，第三种实现形式给出了另一个间接测量方式的具体示例。该实现形式相对于第二种替代实现形式，在角度传感器611和转轴50之间增加了减速传动装置612，通过减速传动装置612来使转轴50的转动角度与角度传感器611的量程相匹配。同样地，图8所示的测量装置同样适用于第二实施例。

以上图6、图7和图8所示的各种实现形式中，未说明的部分均可以参考第一实施例的相关描述。

以下结合图9对本实用新型的控制流程进行描述。图9是本实用新型各实施例的牵拉式太阳能聚光跟踪装置在一天内的控制流程图。如图9所示，其中t₁代表一天中牵拉式太阳能聚光跟踪装置工作的开始时间，t₂代表一天中牵拉式太阳能聚光跟踪装置工作的结束时间。由于在一年的不同日期中，太阳升起和落下的时间不同，控制装置中存储的每天的开始时间t₁和结束时间t₂也可以不同。但控制装置的计时装置应一直保持计时状态。当时间达到或超过开始时间t₁时，控制装置控制牵拉式太阳能聚光跟踪装置启动。控制装置读取计时装置的时间，根据读取的时间计算太阳的方位角(或通过太阳敏感器读出太阳的方位角)，并计算太阳光斑相对于导轨的位置x₁，通过测量装置测量框架相对于导轨的位置x₂。然后计算位置x₁与位置x₂的差值的绝对值是否超过允许的最大跟踪误差Δ。如果位置x₁与位置x₂的差值的绝对值超过允许的最大跟踪误差Δ，则根据位置x₁与位置x₂的差值计算驱动电机旋转的圈数和方向并控制驱动电机旋转设定的圈数和方向，使光能利用部件跟踪上反射聚光镜20的光斑，再重复读取时间及后各步骤。如果位置x₁与位置x₂的差值的绝对值未超过允许的最大跟踪误差Δ，则判断时间是否达到或超过结束时间t₂。如果时间未达到或超过结束时间t₂，则延时ΔT后再重复读取时间及后各步骤。ΔT是相邻两次检测调整框架位置的时间间隔，ΔT的数值可以跟据所需的跟踪精度设定。如果时间已达到或超过结束时间t₂，则结束一天的控制流程。

光能利用部件30可以是太阳能光伏电池，也可以是太阳能集热管。太阳能集热管可以是金属吸收体真空管集热管，空腔式太阳能集热器，全玻璃真空集热管，或外表面可以吸收阳光的金属管等多种形式。对于一百度以上的太阳能中、高温利用装置来讲，比较常用的是直通式金属一玻璃真空集热管，有的金属管两侧带有翅片。

如果光能利用部件30为太阳能集热管，为了进一步增加太阳能集热管上的聚光倍数，如图10所示，可以在光能利用部件30的朝向太阳的一侧增设二次聚光部件35。优选地，二次聚光部件35相对于太阳能集热管固定设置。二次聚光部件35的反射聚光面可以包括圆柱面、抛物面、CPC聚光面(Compound Parabolic Concentrators，复合抛物面聚光器)、圆的渐开线型以及它们之间的优化组合等多种形式。增设二次聚光部件35可以有效地提高牵拉式太阳能聚光跟踪装置的产热温度。图10中所示的二次聚光部件35的二次聚光面为圆柱面，如果太阳能集热管为真空集热管，二次聚光部件35既可以设置在真空夹层内，也可以设置在真空夹层外。如果太阳能集热管为空腔式集热器，那么二次聚光部件35应该放置在空腔式集热器开口的两侧。

反射聚光镜20可以有两种形式，一种是线型菲尼尔反射聚光镜，另一种是连续性柱面反射聚光镜。当反射聚光镜20是线型菲尼尔反射聚光镜时，组成该线型菲尼尔反射聚光镜的每一个平面反射聚光镜都对应于同一个反射聚光曲面的不同切面。当反射聚光镜20是连续性柱面反射聚光镜时，反射聚光镜20的聚光曲面可以是抛物线型柱面，双曲线型柱面，椭圆线型柱面或圆柱面中的一种。

为了使反射聚光镜20保持清洁，有较高的反光率，可以在反射聚光镜20上涂上自洁膜；为了保护反射聚光镜20不受雨水侵蚀，可以在其背面涂上防水膜。

为了使第一钢丝绳201和第二钢丝绳202在转轴50上整齐排列，可以在两根钢丝绳和转轴50之间增加两个相同规格的自动排绳器。

在上述第一实施例和第二实施例中，反射聚光镜20、反射聚光镜支架10和光能利用部件30均以三排为例，但在实际应用时，可以根据需要而定。如整体框架较大，可以在南北方向增加数根用以支持光能利用部件30的横梁，并且还可以在适当位置增加若干个导轨来支撑框架25。如果框架25上的支承梁(横梁或纵梁)较长，部分区间出现弯曲，进而影响了光能利用部件30利用阳光的效果，可以在出现弯曲处增加一些垫片，这样就可以使所有光能利用部件30尽可能处于同一个平面上，从而取得较好的效果。

以上实施例中的钢丝绳为两根，如果需要，可以在转轴50和框架25之间增加数根钢丝绳，如果需要定滑轮改变钢丝绳的方向，可以将相应的定滑轮固定在导轨上，或新增加一些立柱，将定滑轮固定在这些立柱上。

对于光电应用而言，上述光能利用部件30可以是光伏电池。在具体应用中，要将框架25上的光伏电池进行合理的串并联后将其产生的电能引出加以利用。并且在聚光条件下使用光伏电池，需要对光伏电池进行必要的冷却，冷却方式可以为主动冷却也可以为被动冷却。

对于光热应用而言，上述光能利用部件30可以是各种集热管，在具体应用中，要借助循环泵将框架25上的集热管所收集到的热能通过管道汇集起来加以利用，集热管中的传热介质可以是水或导热油。如果是水，可以将产生的热水或蒸汽直接通入锅炉；如果是导热油，需在锅炉中增加一个换热器，用导热油通过换热器将水加热。

图11是本实用新型第一实施例和第二实施例中光能利用部件相对于反射聚光镜的运动轨迹对比示意图。如图11所示，与第一实施例对应的，采用直线型导轨时，光能利用部件30中心的运动轨迹PP′为直线，运动轨迹PP′大致与反射聚光镜20平行，可以供设计者调节的参数为运动轨迹PP′到反射聚光镜中心的距离d。与第二实施例对应的，采用曲线型导轨时，光能利用部件30中心的运动轨迹MM′是一条与曲线型导轨的曲线形状相同的曲线，反射聚光镜的焦点F优选地落在运动轨迹MM′上，这时设计者除了可以调节运动轨迹MM′到反射聚光镜20中心的距离以外，还可以调节曲线MM′的形状，使阳光在任何入射角的情况下，牵拉式太阳能聚光跟踪装置都可以达到最佳的聚光效果。根据以上描述可知，适当设计曲线型导轨的曲线形状，相对于直线型导轨而言，可以更有利于太阳能的利用。

为了说明本实用新型曲线导轨的优点，下面给出一个光热利用的具体示例。该具体示例中，选取的反射聚光镜是焦距为200厘米，宽度也为200厘米的抛物线型反射聚光镜，选取的光能利用部件的吸收体为直径7厘米的直通金属管(即直通式金属一玻璃真空集热管的金属内管)。

表1列出了当导轨为直线型导轨，由于光能利用部件中心(直通金属管中心)的运行轨迹PP′到反射聚光镜中心的距离d不同时，在太阳光不同的入射角下，反射聚光镜聚焦到直通金属管上的聚光倍数。聚光倍数n＝(L/D)×(W′/W)，其中，L是反射聚光镜的宽度，D是光能利用部件的直径，W′是光能利用部件接收到的光能，W是反射聚光镜接收到的光能。

表1中，第一行表示太阳光的入射平面和反射聚光镜的主平面的夹角(简称入射角)；第一列为光能利用部件运动轨迹到反射聚光镜中心的距离；除此之外，表中所列数字均为聚光倍数。其中，f代表反射聚光镜的焦距。

表1

入射角	0度	5度	10度	15度	20度	25度	30度	35度
									d＝f	28.6	28.6	25.2	21.1	17.8	15.1	12.7	10.3
d＝0.98f	28.6	28.6	27.3	22.3	18.8	16.1	13.3	10.8
									d＝0.95f	20.7	25.9	27.1	23.6	20.5	17.2	14.6	12.0

从表1中可以看出，对于相同的反射聚光镜，由于光能利用部件到反射聚光镜中心的距离d不同，聚焦到光能利用部件上的聚光倍数也不同，当距离d等于焦距f时，入射角小时(0至5度)，聚光倍数高，而入射角大时，聚光倍数较低。当距离d等于0.95f时，入射角小时，聚光倍数较d＝f时低，而入射角大时，聚光倍数又比d＝f时高，难以在所有的入射角下都取得最佳的聚光倍数。设计者只能根据用户的需要加以取舍，例如取d＝0.98f。

表2列出了当导轨为曲线型导轨，曲线类型为圆弧型，直通金属管中心的运行轨迹是一段以反射聚光镜的镜面中心为圆心，半径R可调的弧线，在太阳光不同的入射角下，反射聚光镜将阳光聚焦到直通金属管上的聚光倍数。其中，第一行表示入射角；第一列为光能利用部件运行轨迹的半径。除此之外，表中所列数字均为聚光倍数。

表2

入射角	0度	5度	10度	15度	20度	25度	30度	35度
									R＝1.05f	20.6	23.8	21.9	20.0	18.7	17.2	16.0	14.6
R＝1.0f	28.6	28.6	27.1	23.8	21.0	18.8	17.3	16.1
									R＝0.95f	20.7	25.3	25.2	23.9	20.8	18.6	17.1	16.0

从表2中可以看出，当导轨为曲线型导轨时，如果金属管中心运行轨迹是一段以反射聚光镜中心为圆心，以焦距f为半径的弧线时，在入射角较小时，其聚光效果可以和直线型导轨时“d＝f”时的情况相当，在入射角较大时，其聚光效果可以比直线型导轨时“d＝0.95f”时的情况还好。也就是说，无论入射角是大还是小，其聚光效果都能接近最佳值。应当指出：圆弧形导轨只是众多曲线型导轨中的一个特例，曲线型导轨的具体形状可以根据需要加以改变，对于每一个不同的太阳光入射角度，反射聚光镜都有一个最佳的聚光位置，原则上，设计者根据这些最佳的聚光位置可以找到一种光能利用部件的最佳运行轨迹(这种最佳运行轨迹通常不是圆弧形，但接近圆弧形)，这种最佳运行轨迹随反射聚光镜规格的不同而改变，使得不管太阳光的入射角为何种数值，反射聚光镜聚焦到光能利用部件上的聚光倍数都能达到最大值。

从以上的描述中可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：简化了机械结构，使机械结构更加简单；可以突破齿轮螺杆传动装置只能使框架沿直线移动的束缚，从而实现系统最佳的聚光效果，并且增加了太阳能聚光跟踪装置的设计灵活性；减少了太阳能聚光跟踪装置的成本；能够在光能利用部件长期跟踪反射聚光镜的光斑过程中不出现累计误差。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种牵拉式太阳能聚光跟踪装置，其特征在于，所述牵拉式太阳能聚光跟踪装置包括：

反射聚光镜(20)；

框架(25)；

光能利用部件(30)，所述光能利用部件(30)设置于所述框架(25)上并与所述反射聚光镜(20)对应设置；

框架支撑装置，所述框架支撑装置包括导轨，所述框架(25)支撑于所述导轨上；

驱动装置，所述驱动装置包括柔性牵引部件和牵引所述柔性牵引部件的牵引机构，所述柔性牵引部件的第一端与所述牵引机构连接，所述柔性牵引部件的第二端与所述框架(25)连接，所述框架(25)在所述牵引机构的驱动下沿所述导轨可平行移动地设置。

2.根据权利要求1所述的牵拉式太阳能聚光跟踪装置，其特征在于，所述牵引机构包括：

转轴(50)，所述柔性牵引部件的第一端与所述转轴连接；

驱动电机，所述驱动电机与所述转轴(50)传动连接。

3.根据权利要求1所述的牵拉式太阳能聚光跟踪装置，其特征在于，所述牵拉式太阳能聚光跟踪装置包括多排所述反射聚光镜(20)和与所述多排反射聚光镜(20)一一对应设置的多排光能利用部件(30)，所述多排光能利用部件(30)设置于同一个所述框架(25)上。

4.根据权利要求1所述的牵拉式太阳能聚光跟踪装置，其特征在于，

所述柔性牵引部件为牵引绳，所述驱动装置还包括与所述牵引绳配合设置的定滑轮，所述定滑轮设置于所述框架支撑装置上，所述柔性牵引部件的所述第二端绕过所述定滑轮后与所述框架(25)连接；或者，

所述柔性牵引部件为牵引带，所述驱动装置还包括与所述牵引带配合设置的带轮，所述带轮设置于所述框架支撑装置上，所述柔性牵引部件的所述第二端绕过所述带轮后与所述框架(25)连接；或者，

所述柔性牵引部件为牵引链，所述驱动装置还包括与所述牵引链配合设置的链轮，所述链轮设置于所述框架支撑装置上，所述柔性牵引部件的所述第二端绕过所述链轮后与所述框架(25)连接。

5.根据权利要求1所述的牵拉式太阳能聚光跟踪装置，其特征在于，所述导轨为直线型导轨或曲线型导轨。

6.根据权利要求1所述的牵拉式太阳能聚光跟踪装置，其特征在于，所述导轨为曲线型导轨，各所述光能利用部件(30)的移动轨迹是一条以其对应的反射聚光镜(20)的中心为圆心，以反射聚光镜(20)的焦距为半径的圆弧线或与该圆弧线接近的连续性曲线。

7.根据权利要求1所述的牵拉式太阳能聚光跟踪装置，其特征在于，所述牵拉式太阳能聚光跟踪装置还包括：

测量装置(60)，所述测量装置(60)用于测量所述框架(25)相对于所述导轨的位置；

控制装置，所述测量装置(60)和所述牵引机构分别与所述控制装置耦合，所述控制装置根据所述测量装置(60)的测量结果控制所述牵引机构。

8.根据权利要求7所述的牵拉式太阳能聚光跟踪装置，其特征在于，所述测量装置(60)包括绝对长度测量装置，所述绝对长度测量装置包括激光测距仪、超声测距仪或红外测距仪或拉绳式位置传感器。

9.根据权利要求7所述的牵拉式太阳能聚光跟踪装置，其特征在于，

所述牵引机构包括转轴(50)和驱动电机，所述柔性牵引部件的第一端与所述转轴(50)连接，所述驱动电机与所述转轴(50)驱动连接；

所述测量装置(60)包括绝对角位置传感器，所述绝对角位置传感器用于测量所述转轴(50)的转动角度，所述控制器根据所述转动角度控制所述驱动电机。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的牵拉式太阳能聚光跟踪装置，其特征在于，所述牵拉式太阳能聚光跟踪装置还包括二次聚光部件(35)，所述二次聚光部件(35)对应设置于所述光能利用部件(30)的朝向太阳的一侧且相对于该光能利用部件(30)固定设置，所述二次聚光部件(35)的反射聚光面包括平面、圆柱面、抛物面、CPC聚光面或圆的渐开线型聚光面。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的牵拉式太阳能聚光跟踪装置，其特征在于，所述光能利用部件(30)为太阳能光伏电池或太阳能集热管。