CN204374779U - 极地型太阳能跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型模拟安装在两极地区的状态，使太阳能方位角跟踪转轴与地球南北极轴线平行，方位角调整电机只要以每小时15°的速度匀速顺时针转动，就能准确进行对太阳方位角的跟踪；一只特制的正弦波发生器，其盘面平行于方位角跟踪转轴，距盘中心半径r远处装有一根短桩，短桩顶部安装的小轴承插在一根水平导槽内，导槽两端开孔，孔内穿过两根平行于盘面的滑动杆，滑动杆限制了导槽只能平行于方位角跟踪转轴运动，导槽中间点上系着牵引线，牵引线牵动太阳能面板背面的摆杆，摆杆的半径L等于2.3072r，正弦波发生器园盘每天转动0.9863°，摆杆就能撬动太阳能面板使其法线每天都能准确跟踪太阳的赤纬角变化。

Description

极地型太阳能跟踪装置

技术领域

本实用新型属于新能源开发领域.。

背景技术

世界上煤炭、石油储量正将枯竭，而且大量燃烧煤炭、石油会形成雾霾，对大气造成污染，核电使用又存在许多风险，因此改用风力、水力、和太阳能等清洁能源发电来逐步替代煤炭、石油已经成为当今电力事业的理想追求，但是到目前为止，利用太阳能发电成本还很高，还无力替代传统燃料进行发电，因此如何能大幅度提高太阳能装置的效率，已成为科技界的一个重要课题，分析一下目前传统的太阳能装置的安装方式，我们发现目前太阳能面板都是面对0方位，也就是正南方向，与地面斜交45°固定安装在地面上的，但是在北京，太阳夏至日早晨4：34.6从东方地平面上升起时，方位角是-111.3461°，是在太阳能面板的背后，傍晚19：25.4太阳落到地平面以下去，方位角为+111.3461°，而固定安装的太阳能面板上初见阳光在早上6：08.7，到了下午17：51.3阳光就从面板上消失了，一早、一晚共有3.14个小时太阳能面板都见不到阳光，而其余时间太阳全年几乎每时、每刻都是斜照在太阳能面板上的，计算得知：如果采取跟踪方式，能使阳光从早到晚都一直是垂直照射在太阳能面板上，在北京全年可以提高太阳辐射的照度总量69％，在广州，可以提高78％，再加上斜照时由于太阳辐射的照度过低，光伏电池不能发电，实际上不跟踪年平均每天能发电的时间不超过5个小时，而跟踪则年平均每天能发电的时间可达满满的12小时，跟踪可以使发电能力提高一倍以上，因此跟踪太阳就成为人们新的追求目标，但是到目前为止，国内外许多太阳能跟踪发明都没有摆脱必须配备昂贵的电子计算机进行程序计算才能准确跟踪的困扰，其结果使跟踪设备的投资远远大于收益，失去了推广价值，其主要失误在于这些发明都是把其设备运转的基准面设在与其当地地平面平行所致。

实用新型内容

本实用新型的发明目的是设计一种跟踪装置，不论把它安装到地球的哪个纬度上，不论春、夏、秋、冬太阳怎样变换轨道，都不必配备计算机进行程序计算，就能使太阳能面板时时、刻刻100％的垂直面对阳光射来的方向，时时、刻刻准确跟踪太阳的方位和高度的变化。那就是要把设备模拟安装在南、北极地区一样，使设备运行的基准面平行于地球赤道平面。

本实用新型由纬度修正、方位角跟踪和赤纬角跟踪三个部分组成：在底盘上安装一个纬度修正盘，盘面垂直于当地地面，盘的一侧边缘上装有轴套，垂直于轴套固结了一块平板底座，轴套内插入方位角跟踪转轴，转动纬度修正盘使方位角跟踪转轴平行于地球的南、北极轴线，即完成了本装置的基准面设置，方位角跟踪转轴上安装有涡轮，蜗杆由安装在平板底座上的方位角跟踪电机带动，转轴上方装有一个“S”形支架，太阳能面板通过一根水平转轴安装在”S”形支架的上、中段之间的拐点上，”S”形支架的端部安装了一个牵引线的上滑轮，太阳能面板背面的中点，垂直固结着一根摆杆，摆杆端部为以水平转轴为中心的弧形面，纬度修正盘的上方平板上还安装了一只专司赤纬角跟踪的正弦波发生器，正弦波发生器的盘面平行于方位角跟踪转轴，盘的周边装有涡轮，其蜗杆受一只同轴棘轮的带动，使正弦波发生器每年旋转一周， 涡轮的边缘上装有一根短桩，短桩顶部安装了一个小轴承，小轴承插在一根水平导槽内，水平导槽的两端开孔，孔内穿过两根平行于正弦波发生器盘面的滑动杆，滑动杆的两端是固结在正弦波发生器底座上的，因此滑动杆限制了导槽只能平行于方位角跟踪转轴作往复运动，导槽的中间点上、下各系着一根牵引索，上牵引索的上端系在摆杆弧形面的上端，下牵引索通过上、下滑轮系在摆杆弧形面的下端，牵引索牵动太阳能面板背面的摆杆，摆杆撬动太阳能面板作仰、俯运动。

首先要把纬度修正盘盘面调整到与当地的子午线平行，然后调整方位角跟踪转轴，使之与地球的南北极轴线平行，在北半球，其顶端是正好指向北极星的，此时太阳能面板的法线应该是正对着当地正南方向的，在南半球则正相反，此时太阳能面板的法线应该是正对着当地正北方向的，方位角跟踪电机带动方位角跟踪转轴以均匀的速度每小时顺时针旋转15°，就能准确的对太阳的方位角进行跟踪；赤纬角跟踪电机带动正弦波发生器也是以均匀速度每天旋转0.9863°，每年旋转一周，设计时使太阳能面板水平转轴与摆杆弧面之间的距离L＝2.3072r，式中r为正弦波发生器上短桩到转盘中心的距离，摆杆撬动太阳能面板做每年一个来回的仰、俯运动，就能使太阳能面板的法线每天都能准确跟踪太阳的赤纬角变化。

本实用新型可以用于安装光伏电池发电装置，在南、北纬度23.43°以上地区也可以直接用于生产热水的装置，在南、北纬度23.43°之间地区，对水箱进行适当的改造，也可用于生产热水的装置。

利用沙漠、石漠、荒山秃岭、荒岛、海滩、沼泽湿地建立大规模跟踪式太阳能发电站时，可以采用多板组合型极地型太阳能跟踪装置以替代火力发电站，可以有效的降低温室气体排放、改善大气环境，是今后电力生产的发展方向之一。其构造为多块太阳能面板每两块一组排列在方位角跟踪转轴的两侧，方位角跟踪转轴的下轴承安装在底座盘面铰接的一个平板底座上，方位角跟踪转轴由安装在平台底座上的方位角调整电机同轴的蜗杆带动，匀速的、顺时针、每小时旋转15°，每对面板之间由一根水平转轴穿过方位角跟踪转轴，方位角跟踪转轴的断面是矩形的，穿过处中间开槽，在槽里水平转轴上固结了一跟垂直于太阳能面板的扁平形断面的摆杆，摆杆的尾部开槽，方位角跟踪转轴的上轴承支撑在两根人字形纬度调整支杆上，支杆下端装有底座，三个底座呈“品”字形排列，整个装置的中心线与当地子午线平行，在北半球且需把底座调到对准正南方向，在南半球底座对准正北方向，每根纬度调整支杆由两根钢管套接而成，接头处装有束紧装置，调整支杆底座的位置或支杆的长度，使方位角跟踪转轴与地球的南北极轴平行，在北半球，使方位角跟踪转轴的顶端指向北极星，其正弦波发生器安装在方位角跟踪转轴中间的后部，其导槽中间上、下铰接的不是牵引索而是一根矩形断面的连杆，连杆中间开槽，相对于各对太阳能板后面伸出的摆杆位置，各插有一根φ10销钉，摆杆尾部的开槽就卡在销钉上，连杆与方位角跟踪转轴平行，同样连杆与太阳能面板水平转轴之间的距离L＝2.3072r，r为正弦波发生器圆盘上短桩到圆盘中心的距离。

附图说明

图1.从北极地平面上观测太阳在天球上的变化轨律及以北极地平面为设备基准平面时太阳方位角变化规律图

1-1北极地平面上的天球图

1-2夏至日各时间太阳在北极地平面上的投影图

1-3二分日各时间太阳在北极地平面上的投影图

1-4冬至日各时间太阳在北极地平面上的投影图

图2.从北京地平面上观测太阳在天球上的变化轨律及以北京地平面为设备基准平面时太阳方位角变化规律图

2-1北京地平面上的天球图

2-2夏至日各时间太阳在北京地平面上的投影图

2-3二分日各时间太阳在北京地平面上的投影图

2-4冬至日各时间太阳在北京地平面上的投影图

图3.太阳赤纬角δ变化规律的数学分析图

图4.太阳高度按正弦曲线变化分析图

4-1北极地平面上空的太阳高度

4-2太阳公转轨道，即黄道的模拟园图

4-3在北极地平面上天球上的太阳高度全年正弦曲线变化图

图5.正弦波发生器的工作原理图

图6..正弦波发生器的轴侧投影图

图7安装在灯杆顶端的极地型太阳能跟踪装置夏至日形态图

图8纬度角调整盘局部放大图，

图9.安装在灯杆顶端的极地型太阳能跟踪装置二分日跟踪形态图：

图10安装在灯杆顶端的极地型太阳能跟踪装置冬至日跟踪形态图

图11多板组合型极地型太阳能跟踪装置的立面图，即A向视图

图12、13、14、分别为多板组合型极地型太阳能跟踪装置夏至日、二分日、冬至日的跟踪形态图

图15多板组合型极地型太阳能跟踪装置方位角跟踪动力部分放大图

图16多板组合型极地型太阳能跟踪装置的平面图，即B向视图

图17多板组合型极地型太阳能跟踪装置赤纬角跟踪装置C向轴测投影图

具体实施方式

图1、图2分别为从北极地平面上观测和从北京地平面上观测太阳在天球TQ上的变化轨律以及天球上的太阳位置在两处地平面上的投影变化规律图，北京也代表了除了南、北极以外的所有其他纬度地区。图1、2分别由四幅互相联系的小图：1-1、1-2、1-3、1-4、2-1、2-2、2-3、2-4组成：

两图的图1-1、2-1都是同一个天球TQ的立面图像，只不过图2-1是把南北极线顺时针转动了90°-φ，φ为当地的地理纬度，图中符号：TQ-天球，DQ-地球，CDPM-赤道平面，BJCHX-北京地区的晨昏线，BJTD-北京的天顶，N、S——地球的南北极，XCQ-夏至日赤纬圈、ECQ-二分日赤纬圈、DCQ-冬至日赤纬圈。太阳在天球上运行的轨迹也就是每天的赤纬圈，都是一个个平行于地球赤道平面上的圆圈，太阳在这XCQ和DCQ两个赤纬圈之间作螺旋状运行，所以不论春、夏、秋、冬，从南、北极地面上看：太阳每一天的高度是几乎不变的，而且因为地球的自转速度是匀速的，所以在各个赤纬圈上每一天、每一小时太阳运行的角速度都是相等的，也就是说：以两极地平面为基准面，每小时其方位角的变化都是相等的。但是在两极以外所有其他地区，由于观察者是站在当地地面上的，基准面变为当地地平面，与两极地平面差了一个相当于当地纬度角的角度，所以XCQ、ECQ、DCQ等赤纬圈都是与当地地平面斜交的，所以从图2-1上看：太阳从地平面上升起，中午最高，傍晚又落回到地平面以下去，上下两个半年之中太阳在同一时间的高度没有一天是相同的。

两图下面的图1-2、2-2，1-3、2-3，1-4、2-4为天球上各个季节太阳的位置在各自地平面上的投影，XZR、EZR、DZR分别代表夏至日、二分日和冬至日这些投影点的位置图，这些投影点的连线就是天球上各个季节赤纬圈在地面上的投影，这些赤纬圈的连线与天球的投影圈的交点就是一天之中晨、昏的交点，交点的时间就是这一天的日出和日落时间，图中日出和日落点的时间用大字标出，日出和日落时间点左边的太阳是看得见的，右边的太阳已经落到地平面以下就看不见了，在两极地面上冬季半年的太阳是看不见的。各个赤纬圈投影点旁所注的数字是太阳到达此点的时间，各个投影点与地球中心的连线的方位就是该时间太阳的方位，我们通常是以每天中午12：00的连线的方位为0，其他各个时间的连线与12：00连线之间的夹角为该时间的方位角A，并规定：顺时针A为正，反时针A为负。

由于赤纬圈是地球匀速自转形成的，所以在图1的四幅图上反映出在两极地面上，不论春、夏、秋、冬每一天、各个赤纬圈都是与极地地面平行的，而且每一个小时太阳的方位角变化都是相等的，但是在图2下面的三幅图中，反映出在北京、在两极以外的其他所有地区，不论春、夏、秋、冬每一天、每一小时这些连线的夹角都是不相等的，也就是说太阳方位角的变化都是不相等的，夏至日日出的最早，而日落的最晚，太阳在天的时间最长，而冬季日出的最晚，日落的最早，太阳出现在天空中的时间最短；在不同纬度地区纬度越高的地区，这种夏季日长夜短、冬季日短夜长的现象越甚，在南、北极点上，白天和黑夜各占半年时间，但是不论春、夏、秋、冬太阳的方位角变化都一样长

为什么会出现如此大的悬殊，其原因就在于两极地区是平行于地球赤道平面的，而站在两极以外的其他所有地区去看太阳，等于观察的基准面与地球赤道平面相差了φ度所 致，数学分析出太阳的高度角h与方位角A是：φ、δ、t三个变量的函数

h＝Sin^-1(Sinφ＊Sinδ+Cosφ＊Cosδ＊Cos t)...................(1) 

A＝Sin^-1(Sin t＊Cosδ/Cos h).......................................(2) 

式中：φ-当地的地理纬度；

δ-当天的赤纬角；

t-当地的时角，以当地子午线为0，反时针方向为负，顺时针方向为正，每小时15°。

上述公式说明：以两极以外的任何地区地平面为基准面，太阳的高度角和方位角都要考虑当地地理纬度值φ和当地时间t变化的因素，这就说明了过去许多发明者以当地地平面为设备基准面设计的跟踪设备必然甩不掉昂贵的计算机配备。

而在两极地区则大不相同：当把φ＝±90°代入两个公式后得：

h＝δ...................(3)

A＝t...................(4)

(3)式说明：在两极地区太阳的高度角随时都等于当时的赤纬角：而太阳的赤纬角每天的变化是很小的，所以每天只要调一个很小的角度即可；

(4)式说明：在两极地区太阳的方位角随时都等于当时的时角，时角每小时变化15°的速度是不变的，所以跟踪太阳的方位角，只要等速度每小时转过15°即可。

所以本实用新型设计：不论把设备安装到任何地理纬度上，都要把设备的基准面调整到与地球南、北极地平面平行，使方位角跟踪转动轴与地球的南、北极轴线平行，在北半球让时角跟踪转轴的顶端指向北极星，就能使方位角跟踪变为等速转动，高度角跟踪只跟踪当天的赤纬角即可，这正是本发明的第一个突破。

图3为太阳赤纬角δ变化规律的数学分析图，图中D为地球，DZ为地球的自转轴线，CDPM为赤道平面，是地球的自转平面，HDPM为黄道平面，是地球绕太阳旋转轨道的公转平面，经测定赤道平面CDPM与黄道平面HDPM的交角为23.43°，夏至日赤纬角为δx＝+23.43°，冬至日的赤纬角为δx＝-23.43°，黄道园HDY是天球TQ与黄道平面的交线，也就是太阳在黄道平面上运行的轨迹园，办道平面CDPM与黄道平面HDPM有交线，C、Q两点分别是天球与此交线的两个交点，太阳转到C点时正是地球上的春分日，转到Q点时正是地球上的秋分日，从北半球看太阳是沿着黄道园HDY顺时针旋转的，每年365天旋转一圈，每天转动(360/365)＝0.9863°，今假设太阳从春分日C点上开始沿着黄道园HDY经过T天转到T点，其转过的角度，αt＝0.9863°＊T，点A及G分别为T在亦道平面和赤、黄两道交线GQ线上的两个垂直投影点，从地球D点上看太阳T点，TA就是当天的太阳高度，∠TDA就是当天的太阳赤纬角δ，在两个直角三角形ΔTDA与ΔTGA中，TA是共同边，TA＝TD*Sinδ，同时TA＝TG*Sinδx，所以TD*Sinδ＝TG*Sinδx，而TD为天球半径R，所以R*Sinδ＝TG*Sinδx，而在另一个直角三角形ΔTGD中：∠TGD是直角，所以TG＝TD*Sin(180°-αt)＝TD*Sinαt＝R*Sinαt，所以R Sinδ＝R*Sinαt*Sinδx，而Sinδx＝Sin23.43°＝0.3977，所以：RSinδ＝0.3977R＊Sinαt    (1) 

Sinδ＝0.3977Sinαt＊    (2) 

因为AD是赤道平面上的线，而在地球上只有两极地面是平行于赤道平面的，所以(2)式中的δ角是以两极地面为基准面的赤纬角，又因为前面所述αt为从春分之日起太阳所转过的角度，所以(2)式说明：从北极地面上看：任何一天太阳的赤纬角δ的正弦函数都与太阳从春分之日起沿黄道所转过的角度αt的正弦函数成正比例，是Sinαt的0.3977倍；

(1)式中，R*Sinδ＝TA，TA就是从北极地平面上看当天天球上的太阳高度，所以(1)式说明：从北极地面上看：任何一天太阳的高度都与太阳从春分之日起沿黄道所转过的角度αt的正弦函数成正比例，是Sinαt的0.3977R倍；

以上两个结论正是本发明的第二个突破。

图4.为太阳高度按正弦曲线变化分析图

图4-1与图2相同，显示北极地平面上空的太阳高度：在天球TQ上，N是北极的天顶，XCQ、ECQ和DCQ和分别是太阳夏至日、二分日和冬至日的赤纬圈，天球的半径为R，图中显示在极地地区太阳每天的高度H是不变的。

图4-2为太阳公转轨道，即黄道的模拟园图，图上的圆圈为太阳公转轨道，即黄道的模拟园，模拟圆的半径r是4-1图上天球半径R的0.3977倍，图上的红点代表太阳，太阳以每天0.9863°的角速度沿着模拟园顺时针匀速移动，第T天转过的角度是αt＝(0.9863T)°，此时红点的纵坐标y＝r Sinαt，因为r＝0.3977R，所以y＝0.3977R Sinαt，与(1)式相比，得：y＝RSinδ，也就是说纵坐标y就是该第T天的太阳高度H。

图4-3为在北极地平面上天球上的太阳高度H全年正弦曲线变化图，本图是根据图4-2绘出的H＝0.3977R Sinαt正弦曲线绘出，其纵坐标代表在北极地平面上看到的天球上的每天的太阳高度H，横坐标为太阳从春分CF之日起沿黄道圈旋转的角度αt，太阳每天转过0.9863°，经历了春分CF、立夏LX、夏至XZ、立秋LQ、秋分QF、立冬LD、冬至DZ、立春LC又回到春分CF，经过了24个节气，经过了365天，从0°转过了360°，太阳的高度-直按照H＝0.3977R＊Sinαt呈正弦曲线变化着，夏至日αt＝90°太阳高度为Hx＝0.3977R＊Sin(90°)＝0.3977R，冬至日αt＝270°，太阳高度为H＝0.3977R＊Sin(-270°)＝-0.3977R。

图5根据图4的分析引导设计出的正弦波发生器的工作原理图，

图6为正弦波发生器的轴侧投影图，正弦波发生器的底座10安装在纬度修正盘3的上方垂直于方位角跟踪转轴4和纬度修正盘盘面的一块平板底座上。

两图显示：正弦波调整器的主体是一只圆盘11，圆盘的周边装有具有73个齿的涡轮，其蜗杆19受一只同轴棘轮20的带动，驱动方位角跟踪转轴4的涡轮5在每天中午12：00和晚上返回时都会碰到一个行程开关，让一只电磁铁吸引一只衔铁，衔铁拨动一个拨齿，拨齿拨动棘轮20转过一个齿，使涡杆带动正弦波发生器的蜗轮每天转过(360/365＝)0.9863°，一年365天转动一周，涡轮的边缘上装有一根短桩12，短桩顶部安装了一个小轴承13，小轴承插在一根水平导槽14内，水平导槽的两端开孔，孔内穿过两根平行于方位角跟踪转轴的滑动杆15，滑动秆的两端是固结在正弦波发生器底座10上的，因此滑动杆限制了导槽只能平行于方位角跟踪转轴作往复运动，短桩跟着圆盘从春分日开始，经历了24个节气等速的一年旋转一周，又回到春分，导槽14也从春分日开始上、下摆动一个来回， 其每天到达的位置相对于春、秋分0线的纵坐标距离就是太阳的每天的高度值H，每天都按αt的正弦曲线变化着。

导槽的中间点上、下系着两根牵引索16，上面一根牵引索的另一端向上系在太阳能面板背后摆杆17弧面的上面一点上，下牵引索通过上、下两只滑轮18，其另一端系在摆杆17弧面的下面一点上，牵引索牵动摆杆17，摆杆撬动太阳能面板1作仰、俯运动。根据对顶角原理，在北半球，夏至日赤纬圈在赤道平面的上方，所以正弦波发生器的圆盘从春分之日起是向下旋转地。

图7、9、10分别为安装在灯杆顶端的“极地型太阳能跟踪装置”的结构和夏至日、二分日、冬至日的跟踪形态图：。

图8为图7、9、10上的纬度角调整盘的局部放大图。

四幅图显示：纬度角调整盘3由销钉2固定在在灯杆0的顶端，纬度修正盘的一侧边缘装有轴套，垂直于轴套的另一侧固结了一块平板底座，轴套内插入方位角跟踪转轴4，转轴上安装有涡轮5，蜗杆6由安装在平板底座上的方位角跟踪电机7带动，转轴上方装有一根”S”形支架8，太阳能面板1通过一根水平转轴9安装在”S”形支架8的上部拐点上，”S”形支架8的顶端安装有牵引线的上滑轮18，垂直于太阳能面板背面的中点固结着一跟摆杆17，摆杆端部为以水平转轴9为中心的弧形面，纬度修正盘上方平板上还安装了一只赤纬角调整器，即图6所示的正弦波发生器，正弦波发生器的盘面11平行于方位角跟踪转轴，图中：XZR、EFR、DZR、分别为夏至日、二分日、冬至日阳光的入射方向X、C、Q、D分别为夏至日、春分日、秋分日、冬至日太阳能面板法线所指的方向，C、Q的法线方向是与地球赤道平面CDPM平行的，

安装时通过调整纬度角调整盘3使盘面平行于当地的子午线，在北半球并使方位角跟踪转轴4的轴套处于正南的方向，而在南半球应使方位角跟踪转轴的轴套处于正北的方向，然后转动纬度角调整盘面，使指针正好指在当地的纬度值上，在销钉孔21处插入销钉固定后，方位角跟踪转轴中心线就与地球的南北极轴线平行了，在北半球，方位角跟踪转轴的顶端应该是正好指向北极星的，方位角跟踪电机7带动蜗杆6，以每小时15°的角速度推动方位角跟踪转轴4顺时针匀速转动就能准确跟踪太阳的方位角变化，由于设计时就已经设定好上牵引线与太阳能面板水平转轴6之间的距离L＝r/tan(23.43°)＝2.3072r，r为正弦波发生器圆盘上短桩到圆盘中心的距离，则当短机转到正弦波发生器转盘的最下面位置时，L与r所形成的直角三角形中，因为L/r＝2.3072，所以r边所对的锐角δ＝tan^-1(L/r)＝tan^-1(2.3072)＝+23.43°，作为对顶角，此时太阳能面板的法线X正好指在太阳的夏至日赤纬圈上；当短桩转到正弦波发生器转盘的最上面位置时，r边所对的锐角正好就是-23.43°，此时太阳能面板的法线D正好指在太阳的冬至日赤纬圈上；根据图5分析的原理：短桩转到任何位置，太阳能面板的法线都正好指在当天的赤纬圈上，其法线与赤道平面的夹角都一定等于当天的赤纬角δ的角度值。

注1.：实际上在南北极以外地区，太阳并不是每天24小时都在天上运行的，在北半球，太阳在天时间最长的一天是夏至日，图2显示：在北京地区，夏至日从4：34.6日出到19：25.4日落总共是14小时另50.8分钟，所以在日落到日出一段时间内方位角跟踪转轴没有必要再运转，因此可以借助于时钟机 构，北京可以在每天晚上19：26使方位角跟踪电机倒转，使太阳能面板法线返回到早上日出的方位，当第二天时间到了日出时间4：35后，方位角调整电机再重新起动正转，进行新一天的跟踪，对于其他任一个地区返回的时间与启动的时间可以都固定在当地的夏至日的日落、日出时间点上，只不过其他季节时角调整转轴早晚要多运转一些时间而已；

注2：赤纬角跟踪的动力是一只电磁铁，当时钟运转到每天中午12：00和晚上反转时，都会触到一个电路开关各一次，电磁铁吸引一个拨齿，拨动棘轮20转动各一个齿，棘轮有10个齿，则每5天转动一圈，涡轮有73个齿，则正弦波发生器正好365天即一年转动一圈，当遇到润年时，应在2月29日那天人工手调让棘轮返回两个齿，以便准确的跟踪太阳的赤纬角变化。

图11为多板组合型“极地型太阳能跟踪装置”的立面图，即A向视图

图12、13、14、分别为多板组合型“极地型太阳能跟踪装置”夏至日、二分日、冬至日的跟踪形态图：：

图15为多板组合型“极地型太阳能跟踪装置”方位角跟踪动力部分放大图

图16为多板组合型“极地型太阳能跟踪装置”的平面图，即B向视图

图17为多板组合型“极地型太阳能跟踪装置”赤纬角跟踪装置C向轴测投影图

大型太阳能发电厂需要把许多块太阳能面板集中组合在一个装置里，图11显示：多块太阳能面板1成对的排列在方位角跟踪转轴34的两侧，每对面板之间由一根水平转轴9相连接并穿过方位角跟踪转轴34，方位角跟踪转轴的断面是矩形的，穿过处中间开槽，在槽里水平转轴上固结了一跟垂直于太阳能面板的扁平形断面的摆杆30。

方位角跟踪转轴34的下轴承安装在一个平板底座32上，图15显示：平板底座32通过转轴33铰接在底座35上，底座35的盘面上刻有0到90°的纬度刻度，平板底座32上方装有方位角跟踪电机6，电机同轴装有蜗杆7，蜗杆带动方位角跟踪转轴34转动。

图11、12、13显示：方位角跟踪转轴的上轴承31支撑在两根人字形纬度调整支杆38上，支杆下端都有底座40，平面图16显示：三个底座35、40、40呈“品”字形排列，整个装置的中心线必须与当地子午线平行，在北半球且需要把底座35置于正南S的方向，在南半球把底座35置于正北N的方向。每根支杆38由两根钢管套接而成，杆38的上段有一定的纬度，以保证夏半年方位角跟踪的角幅度需要超过180°时不会阻碍太阳能面板的旋转，接头处装有束紧装置39，可以调节其长度，调整支杆底座40的位置或支杆的长度，使底座32下面的指针所对的底座35上的刻度等于当地的地理纬度值时，方位角跟踪转轴34就与地球的南北极轴平行了，在北半球，此时方位角跟踪转轴的顶端应是直指着北极星BJX的。

从图11、12、13上看：正弦波发生器11是安装在方位角跟踪转轴中间的后部的，图17中显示出其细部情况，正弦波发生器的圆盘11、短桩12、小轴承13、导槽14、滑动杆15、蜗杆19、棘轮20与单板型无异，只是铰接在导槽14上、下的不是牵引索16，而是两根连杆36，每根连杆的中部都设有导向座37，导向座限制了连杆只能平行于方位角跟踪转轴上、下串动，连杆中间开槽，太阳能板后面伸出的摆杆30尾部也开有槽，摆杆30尾部的槽与连杆36中间槽交叉的位置，各插有一根销钉4l，当正弦波发生器圆盘转动时，导槽就带动连杆，销钉拨动摆杆，摆杆撬动各对太阳能面板做仰、俯运动，设计时就设定好：使连杆36与水平转轴9之间的距离L＝r/tan(23.43°)＝2.3072r，r为正弦波发生器圆盘上短桩到圆盘中心的距离，则太阳能面板法线仰、俯运动所形成的最大角度，就正好是夏至日和冬至日亦纬角的角度，全年每一天太阳能面板的法线都会准确的指在当天的太阳赤纬圈上。

Claims (4)

1.一种极地型太阳能跟踪装置，其特征为：纬度角调整盘(3)由销钉(2)固定在灯杆(0)的顶端，纬度修正盘的一侧边缘装有轴套，垂直于轴套的另一侧固结了一块平板底座，轴套内插入方位角跟踪转轴(4)，转轴上安装有涡轮(5)，蜗杆(6)由安装在平板底座上的方位角跟踪电机(7)带动，转轴上方装有一根”S”形支架(8)，太阳能面板(1)通过一根水平转轴索(9)安装在”S”形支架(8)的上、中段之间的拐点上，”S”形支架的端部装有一只牵引线的上滑轮(18)，垂直于太阳能面板背面的中点固结着一跟摆杆(17)，摆杆端部做成为以水平转轴(9)为中心的弧形面，纬度修正盘上方平板上安装了一只对太阳赤纬角进行跟踪用的正弦波发生器，正弦波发生器的盘面(11)平行于方位角跟踪转轴，正弦波发生器的周边是涡轮，其蜗杆(19)受一只同轴棘轮(20)的带动，每年旋转一周，涡轮的边缘上装有一根短桩(12)，短桩顶部安装了一只小轴承(13)，小轴承插在一根水平导槽(14)内，水平导槽的两端开孔，孔内穿过两根平行于方位角跟踪转轴的滑动杆(15)，滑动杆限制了导槽只能平行于方位角跟踪转轴作往复运动，，导槽的中间点上、下各系着一根牵引索(16)，上牵引索的上端系在摆杆(17)弧形面的上端，下牵引索通过上、下滑轮(18)系在摆杆(17)弧形面的下端，牵引索牵动太阳能面板背面的摆杆(17)，摆杆撬动太阳能面板(1)作仰、俯运动，时时刻刻让太阳能面板法线都指在太阳当天的赤纬圈上。

2.根据权利要求1所述的极地型太阳能跟踪装置，其特征是：方位角跟踪转轴(4)与地球南、北极轴线平行，在北半球，方位角跟踪转轴的顶端应指向北极星；方位角跟踪转轴跟踪转动的速度是匀速的、顺时针、每小时15°。

3.根据权利要求1所述的极地型太阳能跟踪装置，其特征是：进行赤纬角跟踪的正弦波发生器圆盘盘面(11)与方位角跟踪转轴(4)平行，牵引索(16)或连杆(36)的中心线与方位角跟踪转轴平行，并与太阳能面板水平转轴(9)之间的距离L等于2.3072r，r为正弦波发生器圆盘上短桩(12)到圆盘中心的距离，圆盘每天转动的角度是0.9863°。

4.根据权利要求1所述的极地型太阳能跟踪装置，其特征是：当多块太阳能面板组合安装在一起时，其太阳能面板(1)每两块一组排列在方位角跟踪转轴(34)的两侧，方位角跟踪转轴(34)的下轴承(33)安装在底座(35)盘面铰接的一个平板底座(32)上，方位角跟踪转轴由安装在平台底座(32)上的方位角调整电机(6)同轴的蜗杆(7)带动，匀速的、顺时针、每小时旋转15°，每对面板之间由一根水平的水平转轴(9)穿过方位角跟踪转轴(34)，方位角跟踪转轴的断面是矩形的，穿过处中间开槽，在槽里水平转轴(9)上固结了一跟垂直于太阳能面板的扁平形断面的摆杆(30)，摆杆的尾部开槽，方位角跟踪转轴(34)的上轴承(31)支撑在两根人字形纬度调整支杆(38)上，支杆下端装有底座(40)，三个底座(35、40、40)呈“品”字形排列，整个装置的中心线与当地子午线平行，在北半球且需把底座(35)调到对准正南的方向，在南半球底座(35)对准正北方向，每根纬度调整支杆(38)由两根钢管套接而成，接头处装有束紧装置(39)，调整支杆底座(40)的位置或支杆的长度，使方位角跟踪转轴(34)与地球的南北极轴平行，在北半球，使方位角跟踪转轴的顶端指向北极星，其正弦波发生器安装在方位角跟踪转轴中间的后部，其导槽中间上、下铰接的不是牵引索而是一根矩形断面的连杆(34)，连杆中间开槽，相对于各对太阳能板后面伸出的摆杆位置，各插有一根φ10销钉(41)，摆杆尾部的开槽就卡在销钉上，连杆与方位角跟踪转轴平行，且与太阳能面板水平转轴之间的距离L＝2.3072r，r为正弦波发生器圆盘上短桩到圆盘中心的距离。