CN216871083U - 倾斜式单轴跟踪系统 - Google Patents

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杨书华
张建军
安昕
孙继中
陈健
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一种倾斜式单轴跟踪系统,包括:底座,在底座上设置有高度角调节架,高度角调节架与水平面之间的夹角角度可调;方位角调节组件,方位角调节组件包括有调节轴,于调节轴上设置有聚光镜安装架,调节轴可转动地设置于高度角调节架上,于安装架上设置有聚光镜;方位角调节动力装置,用于驱动各个方位角调节组件的安装架沿同一方向联动转动;光热管,光热管用于将太阳能转换成热能,光热管设置于聚光镜的前方并位于聚光镜的聚光焦线处。本实用新型所提供的跟踪系统具有结构简单、建设成本低、易于级联、综合性价比较高等优点。更重要的是,本实用新型所提供的跟踪方式更适用于光热系统中,该模块化跟踪结构能够使得光热系统中的液体管路易于安装。

Description

倾斜式单轴跟踪系统
技术领域
本实用新型属于太阳能应用设备技术领域,更具体地说,特别涉及一种倾斜式单轴跟踪系统。
背景技术
太阳能是一种可再生的清洁能源,在现有技术中,通常是将太阳能转换成热能或者电能供生产、生活使用。
虽然太阳能具有较多的应用优势,但是,由于太阳能存在着密度低、间歇性、光照方向和强度不断随时间变化等问题,尤其是太阳的光照方向和强度不断随时间变化,使得太阳能的利用效率较低。正因此,极大地限制了太阳能的利用效率。
实用新型内容
(一)技术问题
综上所述,如何提高太阳能的利用率,尤其是提高光能利用设备的光能转换效率,成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
(二)技术方案
本实用新型提供了一种倾斜式单轴跟踪系统,该倾斜式单轴跟踪系统包括:
底座,在所述底座上设置有高度角调节架,所述高度角调节架与所述底座铰接、所述高度角调节架与水平面之间的夹角角度手动可调;
方位角调节组件,所述方位角调节组件包括有调节轴,于所述调节轴上设置有聚光镜安装架,所述调节轴可转动地设置于所述高度角调节架上,所述调节轴的轴线与所述高度角调节架的转动轴线垂直,于所述安装架上设置有弧形的、用于聚焦太阳光线的聚光镜,所述方位角调节组件包括有多个,全部的所述方位角调节组件在所述高度角调节架上沿所述高度角调节架的旋转轴线方向排列设置;
方位角调节动力装置,所述方位角调节动力装置包括有动力单元,所述动力单元与各个所述方位角调节组件的调节轴动力连接、用于驱动各个所述方位角调节组件沿同一方向联动转动;
光热管,所述光热管用于将太阳能转换成热能,所述光热管设置于所述聚光镜的前方并位于所述聚光镜的聚光焦线处。
优选地,在本实用新型所提供的倾斜式单轴跟踪系统中,所述高度角调节架的一个长侧边与所述底座铰接,于所述高度角调节架的另一个长侧边设置有与所述底座配合、用于调节所述高度角调节架倾角的倾角调节组件;所述倾角调节组件包括有丝杆以及调节板,所述调节板上设置有长直孔,所述丝杆的一端与所述底座连接,所述丝杆的另一端穿过所述长直孔并通过螺母与所述调节板连接,所述调节板固定设置于所述高度角调节架上。
优选地,在本实用新型所提供的倾斜式单轴跟踪系统中,所述调节板位于所述高度角调节架的另一个长侧边的中点位置上。
优选地,在本实用新型所提供的倾斜式单轴跟踪系统中,所述高度角调节架与所述底座的前端铰接,于所述底座的后端设置有弧形的支撑轨道,所述高度角调节架上设置有可与所述支撑轨道滑动配合的滑块。
优选地,在本实用新型所提供的倾斜式单轴跟踪系统中,所述方位角调节动力装置包括有与所述调节轴固定连接的联杆以及与所述支杆铰接用于传递动力的联动杆,所述动力单元与所述联动杆动力连接。
优选地,在本实用新型所提供的倾斜式单轴跟踪系统中,所述动力单元为回转电机、伺服电机、减速电机或者步进电机。
优选地,在本实用新型所提供的倾斜式单轴跟踪系统中,所述聚光镜包括有两个聚光单元,所述聚光单元为弧形的板式结构,两个所述聚光单元对称分设于所述调节轴的两侧。
优选地,在本实用新型所提供的倾斜式单轴跟踪系统中,所述高度角调节架为金属框架。
优选地,在本实用新型所提供的倾斜式单轴跟踪系统中,所述底座为金属制底座。
优选地,在本实用新型所提供的倾斜式单轴跟踪系统中,全部的所述光热管串联。
(三)有益效果
由上述可知,本实用新型提供了一种倾斜式单轴跟踪系统,该倾斜式单轴跟踪系统包括如下组成结构:底座,在底座上设置有高度角调节架,高度角调节架与底座铰接、高度角调节架与水平面之间的夹角角度可调;方位角调节组件,方位角调节组件包括有调节轴,于调节轴上设置有安装架,调节轴可转动地设置于高度角调节架上,调节轴的轴线与高度角调节架的转动轴线垂直,于安装架上设置有弧形的、用于聚焦太阳光线的聚光镜,方位角调节组件包括有多个,全部的方位角调节组件在高度角调节架上沿高度角调节架的旋转轴线方向排列设置;方位角调节动力装置,方位角调节动力装置包括有动力单元,动力单元与各个方位角调节组件的调节轴动力连接、用于驱动各个方位角调节组件上的聚光镜沿同一方向联动转动;光热管,光热管用于将太阳能转换成热能,光热管设置于聚光镜的前方并位于聚光镜的聚光焦线上。本实用新型所提供的跟踪系统具有结构简单、建设成本低、易于级联、综合性价比较高等优点。更重要的是,本实用新型所提供的跟踪方式更适用于光热系统中,该模块化跟踪结构能够使得光热系统中的液体管路易于安装。
通过上述结构设计,本实用新型所提供的倾斜式单轴跟踪系统技术效果如下:高度角可以根据季节手动调整,比水平安装的单轴跟踪系统集热效率更高,在对太阳进行方位跟踪时,倾斜式单轴跟踪系统仅在一维轴向上进行摆动,其摆动幅度小,利于液体管路的安装,一维轴向上的联动结构易于实现且结构简单,可以实现大量模块的联动,降低太阳能系统整体建设成本。
附图说明
图1为本实用新型实施例中倾斜式单轴跟踪系统的结构示意简图。
在图1中,部件名称与附图标记的对应关系为:
底座1、高度角调节架2、聚光镜3、光热管4、丝杆5、支撑轨道6、
动力单元7、调节板8。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
另外,在本实用新型的描述中,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接;可以是直接相连,也可以通过中间部件间接相连,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参考图1,图1为本实用新型实施例中倾斜式单轴跟踪系统的结构示意简图。
在现有技术中,太阳能的利用率较低,如果需要提高太阳能的转换效率,要么增加光照强度,要么设置一套太阳自动跟踪系统来实时跟踪太阳,通过延长光能利用设备正面朝向太阳的时长(光能利用设备正面朝向太阳,能够保持最佳的光能转换工作状态),来提高太阳能的转换效率。
本实用新型提供了一种倾斜式单轴跟踪系统,在该倾斜式单轴跟踪系统中,倾斜是指能够进行光热转换的光热管4以及能够反射并聚拢太阳光的聚光镜3相对于水平面朝向太阳方向倾斜,单轴跟踪是指聚光镜3能够根据太阳的方位角进行角度调整,并可以在一天当中比较长的时间内实时正面朝向太阳,通过倾斜设置以及单轴跟踪结构,能够提高光热管4的太阳能转换率。
在本实用新型中,该倾斜式单轴跟踪系统的基本结构如下:包括有底座1、方位角调节组件、方位角调节动力装置以及光热管4。其中,底座1是本实用新型的基础结构,用于本实用新型其他组成结构的安装,在底座1上设置有高度角调节架2,用于实现光热管4的倾斜设置。方位角调节组件与方位角调节动力装置用于实现单轴跟踪。光热管4为能够将太阳能转换成热能的装置,光热管4为由透明硬质材料制成的真空管,在真空管内设置有用于流体介质(被加热的流体介质,一般为水)流通、吸热的换热管。
进一步地,在本实用新型中,光热管4设置有多个,全部的光热管4串联,这样能够提高集热量。
底座1由金属板材制造而成,优选为不锈钢板,通过焊接而成。底座1包括有四个立面,四个立面形成一个具有一定的长度和宽度,高度较小。底座1内部中空,在投入使用前,可以就地取材对底座1进行填充(例如装入沙袋等),从而使得底座1在使用状态下非常沉,提高倾斜式单轴跟踪系统设置的稳定性。
在使用状态下,底座1通过水平仪找平为水平放置状态,底座1的上侧面为平面(与水平面平行),在底座1上设置有高度角调节架2,高度角调节架2与底座1铰接,高度角调节架2可以放平在底座1的上侧面上,也可以相对于底座1进行翻转,高度角调节架2与底座1通过铰链结构进行铰接,高度角调节架2与水平面(也可以理解为是与底座1的上侧面)之间的夹角角度可调。
高度角调节架2的高度角调节是通过人工手动调节的。具体地,高度角调节架2为长方形框架结构,高度角调节架2由金属制成,例如不锈钢管焊接而成。高度角调节架2包括有两条长侧边以及两条宽侧边(高度角调节架2的长度与底座1的长度相同,高度角调节架2的宽度与底座1的宽度相同),高度角调节架2的一个长侧边与底座1(底座1对应的长侧边)铰接,于高度角调节架2的另一个长侧边设置有与底座1配合、用于调节高度角调节架2倾角的倾角调节组件。其中,倾角调节组件包括有丝杆5以及调节板8,调节板8为一个金属制的长方形板材,在调节板8上设置有长直孔,长直孔位于调节板8的长中线上,丝杆5的一端与底座1连接,丝杆5的另一端穿过长直孔并通过螺母与调节板8连接,调节板8固定设置于高度角调节架2上。
丝杆5用于与底座1连接的一端为方轴结构,穿过方轴结构设置有一个丝杆5的轴线垂直的铰接孔,在底座1用于安装丝杆5的位置设置有两个间隔合适的夹板,丝杆5上的方轴结构设置在两个夹板的中间并通过销轴与夹板连接,从而实现在底座1上的铰接。丝杆5的另一端穿过夹板设置,在丝杆5上设置了螺母,松开螺母能够对调节板8在丝杆5上的位置进行调节,拧紧螺母则能够保持调节板8的当前位置,完成对高度角调节架2的仰角角度调节。
进一步地,调节板8位于高度角调节架2的另一个长侧边的中点位置上。
本实用新型在高度角调节架2上会再设置其他结构,例如方位角调节组件、光热管4以及反射镜等,这就要求高度角调节架2在仰角角度调节好以后,必须要保持结构的稳定性。为此本实用新型提供了支撑轨道6,用于对高度角调节架2的另一长侧边进行支撑(高度角调节架2的一个长侧边与底座1铰接)。高度角调节架2与底座1的前端铰接,于底座1的后端设置有弧形的支撑轨道6(支撑轨道6设置在底座1的后端,并朝向底座1的前端方向弯曲,支撑轨道6为一条平滑的曲线型结构),高度角调节架2上设置有可与支撑轨道6滑动配合的滑块,滑块与支撑轨道6之间也设置有锁定结构,在需要对高度角调节架2的仰角进行调节时,打开锁定结构,在对仰角角度调节完成后,再锁死锁定结构。
方位角调节组件适用于实现聚光镜进行方位角角度(在主视视角下,用于调节反射镜的左右摆动)的调节。
在本实用新型中,聚光镜是一个母线为抛物线的曲面板式结构,即母线为抛物线,母线沿直线运动的运动轨迹即为反射镜的形状。聚光镜的上述结构设计,能够使得太阳光被反射后能够聚焦成一条光带,本实用新型定义该区域为聚光带(聚光焦线)。
方位角调节组件包括有调节轴,调节轴为金属长圆轴,调节轴的两段通过止推轴承安装在高度角调节架2的两个长侧边上,这样调节轴就能够相对于高度角调节架2进行转动。于调节轴上设置有安装架,安装架为金属框架,安装架相对于调节轴固定设置,从而能够随调节轴一起转动。
调节轴可转动地设置于高度角调节架2上,调节轴的具体结构如下:调节轴的两端安装在高度角调节架2上,调节轴的轴线与高度角调节架2的转动轴线垂直。
本实用新型在安装架上设置有弧形的、用于聚拢太阳光线的聚光镜3,聚光镜3用于反射光线的一侧面为内凹结构,通过聚光镜3反射的光线能够聚焦在聚光镜3上方的一个区域内(聚焦后会再发散),为了便于结构描述,限定该区域为聚光带。光热管4用于将太阳能转换成热能,光热管4设置于聚光镜3的前上方并位于聚光镜3的聚光带内,能够将聚光镜3反射的大量的太阳光线进行光热转化。设置聚光镜3能够提高光热管4的光热转换效率。
方位角调节组件包括有多个,每一个方位角调节组件都对应设置有一个光热管4。并且,全部的方位角调节组件在高度角调节架2上沿高度角调节架2的旋转轴线方向排列设置。
方位角调节组件用于安装聚光镜3以及光热管4,同时方位角调节组件还能够实现聚光镜3的角度调节(方位角),本实用新型还提供了方位角调节动力装置,方位角调节动力装置用于提供动力。
方位角调节动力装置包括有动力单元7(动力单元7为回转电机、伺服电机、减速电机或者步进电机),动力单元7与各个方位角调节组件的调节轴动力连接、用于驱动各个方位角调节组件的安装架沿同一方向联动转动。
具体地,方位角调节动力装置包括有与调节轴固定连接的支杆以及与支杆铰接用于传递动力的联动杆,动力单元7与联动杆动力连接。动力单元7运转,能够带动连动杆动作,联动杆能够通过支杆带动调节轴转动,从而实现安装架转动,在安装架上设置有聚光镜3,聚光镜3也就能够随安装架转动进行角度调节。
本实用新型还提供了控制装置,控制装置与动力单元7控制连接,根据控制装置的控制程序能够控制动力单元7运行,以实现聚光镜3随太阳的入射角度进行跟踪。
进一步地,聚光镜3包括有两个聚光单元,聚光单元为弧形的板式结构,两个聚光单元对称分设于调节轴的两侧。聚光单元的幅面较小,便于制作。
本实用新型提供了一种倾斜式单轴跟踪系统,该倾斜式单轴跟踪系统包括如下组成结构:底座1,在底座1上设置有高度角调节架2,高度角调节架2与底座1铰接、高度角调节架2与水平面之间的夹角角度可调;方位角调节组件,方位角调节组件包括有调节轴,于调节轴上设置有安装架,调节轴可转动地设置于高度角调节架2上,调节轴的轴线与高度角调节架2的转动轴线垂直,于安装架上设置有弧形的、用于聚焦太阳光线的聚光镜3,方位角调节组件包括有多个,全部的方位角调节组件在高度角调节架2上沿高度角调节架2的旋转轴线方向排列设置;方位角调节动力装置,方位角调节动力装置包括有动力单元7,动力单元7与各个方位角调节组件的调节轴动力连接、用于驱动各个方位角调节组件的安装架沿同一方向联动转动;光热管4,光热管4用于将太阳能转换成热能,光热管4设置于聚光镜3的前方并位于聚光镜3的聚光区域内。
在本实用新型中,动力单元7为回转电机。
为了提高光能利用设备的太阳能转换效率,本实用新型提供了一种倾斜式单轴跟踪系统,该倾斜式单轴跟踪系统(下面简称为跟踪系统)只在方位角进行一维轴向跟踪(在高度角没有自动跟踪,只是根据相应季节手动调整高度角),能够在一天当中根据太阳的方位角度对光能利用设备进行姿态调整(角度调整),使得太阳能聚光镜能够随太阳方位角度的变化而变化,保证太阳能聚光镜能够时刻面朝向太阳。本实用新型所提供的跟踪系统具有结构简单、建设成本低、易于级联、综合性价比较高等优点。更重要的是,本实用新型所提供的跟踪方式更适用于光热系统中,该模块化跟踪结构能够使得光热系统中的液体管路易于安装。
通过上述结构设计,本实用新型所提供的倾斜式单轴跟踪系统技术效果如下:
1、高度角可以根据季节手动调整,比水平安装的单轴跟踪系统集热效率高;
2、在对太阳进行方位跟踪时,倾斜式单轴跟踪系统仅在一维轴向上进行摆动,其摆动幅度小,利于液体管路的安装;
3、一维轴向上的联动结构易于实现且结构简单,可以实现大量模块的联动,降低太阳能系统整体建设成本;
4、建设成本低,易于级联,液体管路易于安装,综合性价比较高;
5、适宜于在房屋或山坡等倾斜面进行安装和级联,可以有效降低安装成本。
由技术常识可知,本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此,上述公开的实施方案,就各方面而言,都只是举例说明,并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。

Claims (9)

1.一种倾斜式单轴跟踪系统,其特征在于,包括:
底座(1),在所述底座上设置有高度角调节架(2),所述高度角调节架与所述底座铰接、所述高度角调节架与水平面之间的夹角角度手动可调;
方位角调节组件,所述方位角调节组件包括有调节轴,于所述调节轴上设置有聚光镜安装架,所述调节轴可转动地设置于所述高度角调节架上,所述调节轴的轴线与所述高度角调节架的转动轴线垂直,于所述安装架上设置有弧形的、用于聚焦太阳光线的聚光镜(3),所述方位角调节组件包括有多个,全部的所述方位角调节组件在所述高度角调节架上沿所述高度角调节架的旋转轴线方向排列设置;
方位角调节动力装置,所述方位角调节动力装置包括有动力单元(7),所述动力单元与各个所述方位角调节组件的调节轴动力连接、用于驱动各个所述方位角调节组件沿同一方向联动转动;
光热管(4),所述光热管用于将太阳能转换成热能,所述光热管设置于所述聚光镜的前方并位于所述聚光镜的聚光焦线处。
2.根据权利要求1所述的倾斜式单轴跟踪系统,其特征在于,
所述高度角调节架的一个长侧边与所述底座铰接,于所述高度角调节架的另一个长侧边设置有与所述底座配合、用于调节所述高度角调节架倾角的倾角调节组件;
所述倾角调节组件包括有丝杆(5)以及调节板(8),所述调节板上设置有长直孔,所述丝杆的一端与所述底座连接,所述丝杆的另一端穿过所述长直孔并通过螺母与所述调节板连接,所述调节板固定设置于所述高度角调节架上。
3.根据权利要求2所述的倾斜式单轴跟踪系统,其特征在于,
所述调节板位于所述高度角调节架的另一个长侧边的中点位置上。
4.根据权利要求1所述的倾斜式单轴跟踪系统,其特征在于,
所述高度角调节架与所述底座的前端铰接,于所述底座的后端设置有弧形的支撑轨道(6),所述高度角调节架上设置有可与所述支撑轨道滑动配合的滑块。
5.根据权利要求1所述的倾斜式单轴跟踪系统,其特征在于,
所述动力单元为回转电机、伺服电机、减速电机或者步进电机。
6.根据权利要求1所述的倾斜式单轴跟踪系统,其特征在于,
所述聚光镜包括有两个聚光单元,所述聚光单元为弧形的板式结构,两个所述聚光单元对称分设于所述调节轴的两侧。
7.根据权利要求1所述的倾斜式单轴跟踪系统,其特征在于,
所述高度角调节架为金属框架。
8.根据权利要求1所述的倾斜式单轴跟踪系统,其特征在于,
所述底座为金属制底座。
9.根据权利要求1至8任一项所述的倾斜式单轴跟踪系统,其特征在于,
全部的所述光热管串联。
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