CN2192845Y - 自动跟踪式太阳能集能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于自动跟踪式太阳能集能器，它由 安装架、与安装架可转动连接的集能器主体、与集能 器主体固定连接的传动轮、安置在传动轮和执行器上 的传动件、安装在集能器主体上的偏转角传感器、控 制器、调整偏转角的执行器组成，本设计的装置具有 驱动功率小，可以利用太阳能作为驱动源，自动跟踪 太阳的偏转和倾斜，使太阳光焦点固定。

Description

本实用新型属于自动跟踪式太阳能集能器。

太阳能取之不尽、清洁安全、无污染、不用运输，具有良好的应用前景，由于太阳能的能量密度低，不便应用，因此为了很好利用太阳能，需要把光能聚焦并使焦点固定。要使焦点固定，必须使太阳能集能器能够随着太阳的偏转角及倾角的改变而改变。尤其是一天中偏转角的改变比较大，需要有自动跟踪能力。现有的具有自动    跟踪功能的太阳能集能器其驱动功率一般都比较大，不可能以太阳能作为电源，而且结构也较复杂。

本实用新型的目的是要设计需要较小驱动功率的自动跟踪式太阳能集能器，能够利用太阳能作为工作电源。

本实用新型设计的自动跟踪式太阳能集能器包括安装架、与安装架可转动连接的集能器主体、与集能器主体固定连接的传动轮、安置在传动轮和执行器上的传动件、安装在集能器主体上的偏转角传感器、控制器、调整偏转角的执行器。集能器主体包括一对连接件、安装在连接件相对两侧、跨接在连接件上的太阳能集能器和换热器支架。

为了减少安装架与连接件之间的摩擦力，中间可加设轴承。

为了使太阳能集能器兼具自动跟踪太阳倾角变化的能力，自动跟踪式太阳能集能器还包括固定安装件、安装在安装件一端的调整倾角的执行器、安装在执行器上的传动轮、安装在安装架一端的另一传动轮、安装在两个传动轮上的传动件、安装在安装架上的倾角传感器。固定安装件在另一侧与安装架可转动连接。

本实用新型设计的自动跟踪式太阳能集能器具有如下优点：

1.驱动功率小。由于集能器和换热器支架设置在连接件相对的两侧，这样就容易实现集能器和换热器支架内的换热器相对于连接件转动的力矩之和为零的关系，从而可保证以最小的驱动功率驱动集能器作偏转角调整的动作。另外，采取一侧将安装件和安装架可转动的连接在一起及在另一端设置倾角驱动力的作用点的倾角驱动结构，同样可使驱动功率减小。

2.可以利用太阳能作为驱动力的电源，因此适合无电能地区使用，既可利用其发电为广大无电或缺电地区的照明和文化娱乐活动提供廉价电源，又可作为供热装置，单独作为供热装置时，可用来供应热水或用作烧、炒、蒸、煮多种用途。

图1是本实用新型设计的一种自动跟踪式太阳能集能器的结构图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1的侧视图。

图4是还带有倾角自动跟踪的另一种自动跟踪式太阳能集能器的结构图。

图5是图4的俯视图。

图6是图4的侧视图。

图7是一种偏转角传感器的结构图。其中a为正视图，b为俯视图。

图8是一种倾角传感器的结构图。

图9是一种照度传感器的结构图。

图10是一种控制器的电路框图。

图11是一种控制器的电路图。

下面将结合附图对本实用新型的设计的自动跟踪式太阳能集能器的实施方式及其效果作进一步描述。

图1－图3是本实用新型设计的一种自动跟踪式太阳能集能器的结构图。它由安装架、与安装架可转动连接的集能器主体、与集能器主体固定连接的传动轮、安置在传动轮和执行器上的传动件、安装在集能器主体上的偏转角传感器、控制器、调整偏转角的执行器组成。集能器主体包括一对连接件、安装在连接件相对两侧、跨接在连接件上的太阳能集能器和换热器支架。安装架由横向托板1和与之大致垂直的、固定连接的两根支柱2和2’组成。在每根支柱的上端还固定连接一个轴座3，轴座3内有一个与轴座3大致垂直的轴4，轴座3和轴4可以是整体结构，也可以是固定连接的组合件，也可以是可拆式连接的组合件，可拆式连接的组合件更便于安装、维修。图中所示的是用螺钉5将轴座和轴连成一体的。集能器主体中的一对连接件是套置在每根轴4上的轴套6，以实现安装架和集能器主体的可转动连接。为了减少轴4和轴套6之间的摩擦力，在它们之间可加设轴承13，由压板和螺钉、螺母将它们组装成整体。在一根支柱2的轴座3和轴套6之间的轴4上还套置一个轮盘9，轮盘9与轴套6固定连接，如焊接、粘接、螺钉连接，在安装架的横向托板1上装有调整偏转角的执行器11，它由电机和减速机构组成，轮盘9和执行器由传动件连在一起，轮盘9可以是皮带轮、齿轮、链轮等，传动件则相应的可以是皮带、中间齿轮和链条，图中所示的轮盘9是链轮，因此传动件是链条10。在一对轴套6和6’的相对两侧上跨装有集能器8和换热器支架7。在集能器主体上装有偏转角传感器和控制器12，偏转角传感器的安装平面与集能器的口径平面平行并随其转动而转动。偏转角传感器可以有各种结构。图7是一种偏转角传感器的结构图。它由外壳、安装在外壳内的两对光电池组成。外壳由上罩71和底座72组成。两对光电池安装在与底座72连接的安装板73上，其中一对光电池74、75纵向设置，各光电池平面与底座72的中垂面有相等的夹角α；另一对光电池76、77横向设置，在各光电池上装有进光筒78，各进光筒的轴线与底座72的中垂线有相等的夹角β。上罩71一般采用透明材料如玻璃制成。当太阳光以与上罩（底座）垂直的方向照射到传感器上时，即太阳光始终对准太阳能集能器时，进入两个光电池74、76的太阳光的总和与另两个光电池75、77的太阳光总和是相同的；当太阳光偏离垂直方向时，不管向那个方向偏离，进入两个光电池74、76的太阳光的总和与另两个光电池75、77的太阳光的总和之间就会有差值，这就是偏离的信号。在换热器支架上可根据不同的使用要求放置加热器、换热器或光电池，以实现加热、换热或发电的目的。

使用时，当太阳光发生偏转时，偏转角传感器就会发出偏转信号，通过控制器12向执行器11发出指令，执行器根据该指令使电机动作，带动链条10使轮盘9也随动，由于轮盘9与轴套6固定连接，因此可带动与之跨接的集能器8和换热器支架7一起动作，直到太阳光的偏转角为零，偏转角传感器不发出偏转信号，执行器就停止动作，只要太阳光有偏转，集能器就会自动跟踪随动，达到了焦点固定的目的。实际上太阳光除了东西方向偏转以外，还会有南北方向的倾角变化，由于倾角的变化在一天内才0.26度，所以即使手动调整也极易实现，如一天只调整一次，则其倾角变化也不大。

为了对太阳光的偏转角和倾角都能实现自动跟踪，则可采用图4～图6结构的太阳能集能器。这种太阳能集能器与图1～图3的主要区别是还增加了固定安装件、安装在安装件一端的调整倾角的执行器、安装在执行器上的传动轮、安装在安装架的横向托板一端的另一传动轮、安装在两个传动轮上的传动件、安装在安装架上的倾角传感器。固定安装件在另一侧与安装架的横向托板可转动连接。倾角传感器与控制器电连接。固定安装件由横向基板14和纵向支架17组成，横向基板14和横向托板41在一侧通过支撑轴15、轴套16实现可转动连接。在纵向支架17上安装有调整倾角的执行器18，执行器18包括电机及减速机构，执行器上有滑轮20、横向托板41的端部也有滑轮21、滑轮21外套置牵引钢丝绳22、牵引钢丝绳22的一端固定在纵向支架17上，另一端固定在滑轮20上，在安装架的适当位置上安装倾角传感器19。例如可安装在安装架的轴座43上。倾角传感器的安装平面与集能器的口径平面平行。倾角传感器可以有各种设计结构。图8是一种倾角传感器的结构图，它由外壳、安装在外壳内的一对光电池组成。外壳由上罩814和底座815组成，一对光电池816、817安装在与底座815连接的安装板818上。一对光电池816、817横向设置，在各光电池上装有进光筒819，各进光筒的轴线与底座的中垂线有相等的夹角α。上罩814一般采用透明材料如玻璃制成。当太阳光以与上罩（底座）垂直方向照射时，进入两个光电池816、817的太阳光是相同的，无信号输出；当太阳光有倾斜时，进入两个光电池的太阳光就有差值，这就是倾斜信号。

在使用中当太阳光发生倾斜时，倾角传感器就会发出倾角信号，通过控制器向执行器18发出指令，执行器根据该指令使电机动作，滑轮20卷起牵引钢丝绳22或者反向松开牵引钢丝绳22，由于牵引钢丝绳的一端是固定的，所以它的动作必然会拉起横向托板41或放下横向托板41，即改变横向托板41和横向基板14之间的夹角，从而使太阳能集能器能自动跟踪太阳光倾角的变化。这种装置的优点是能自动对太阳光的偏转角和倾角跟踪调整，使太阳能换能器的焦点实现定位。利用抛面物反射器作为太阳能集能器时，自动跟踪使太阳能聚焦在固定焦点上，其温度可高达1000℃以上，当抛物面反射器口径为1.2米，在换热器支架上放置换热器，每天可生产70公斤以上的饮用开水，在换热器上安装光电池后可利用普通太阳电池进行聚光发电。利用反射器聚光，将太阳光能量密度提高10倍以上，光电池的输出功率也将提高大致10倍以上，其发电量可供彩电和20瓦灯同时工作8小时以上。而本装置的驱动功率仅为0.7瓦。

为了进一步减少能耗，加设照度传感器，使装置只在日出后直到太阳落山前太阳光达到工作照度的一段时间内才工作。照度传感器的结构可以有多种，图9是一种照度传感器的结构图。控制器也可以有多种电路图，图10是一种可利用太阳能作为电源的控制器的电路框图，图11是相应的线路图。使用这种线路的控制器及图7～图9的传感器在本装置中的工作过程是这样的。

装置使用的电源为太阳能电源，由太阳能电池和蓄电池组成，以保证装置必要的供电容量。IC1，IC2和IC3等构成振荡器，设定其振荡周期为3分钟，在一个周期内约5秒钟接通电子开关，即振荡器每3分钟发出一次工作指令、工作时间仅5秒钟。S1为偏转角自动跟踪部分的照度传感器，IC5、IC6、IC8－IC10构成偏转角自动跟踪部分中的控制单元，它能保证在有足够阳光照射下，每3分钟调整一次偏转角，调整时间约5秒钟。S2和S3组成偏转角传感器，用于随时检测太阳光和集能器的偏转角，发出的偏转信号经IC7放大。由T1、T2、T7、T8、组成偏转角自动跟踪部分中的功率放大器，分别可控制执行器M1作不同方向的转动。

倾角自动跟踪部分中S4构成照度传感器，信号经IC13放大后送入倾角控制单元。倾角控制单元由IC11、IC12、IC14、IC17、IC15组成，它可以保证在有阳光的情况下每天调整一次，即太阳倾角偏差小于0.13°的情况下及时调整。S5，S6构成倾角传感器，一旦倾角传感器发出倾角偏离信号经IC16放大后即送入倾角控制单元。由T4、T5、T10、T11组成倾角自动跟踪部分中的功率放大器，再控制执行器M2工作。

设太阳能集能器停在向西的位置，当早上日出太阳光照度达到工作照度后照度传感器S1即发出工作照度信号；偏转角传感器中的S2接收到太阳光信号，S3收不到太阳光信号，因而S2信号大于S3的信号，两者的差值就是偏离信号，该信号经IC7放大输出，IC10的输出使电子开关IC8接通，由于IC7为负极性信号，因而T7、T8导通而T1、T2截止，－6V电压使电机M1驱动集能器由西向东转动，直到太阳光和集能器端口平面垂直时即集能器朝向东方时电机M1停止转动。在此之后太阳光不停地向西偏转，IC1－IC3构成的振荡器振荡周期为3分钟，在一个周期内，约5秒钟接通电子开关IC8。此时随着太阳光的偏转，使传感器中S3的信号大于S2的信号，信号经IC8使三极管T1、T2导通，电机M1在＋6V电压作用下驱动集能器由东向西转动。直至跟踪到位停止转动。当下午日落后太阳光照度小于工作照度时，照度传感器S1停止给出工作照度信号，整个装置停止工作。待次日日出时重新按上述过程运行。

倾角跟踪部分的工作过程基本与之相似，照度传感器S4采用细小窄缝结构，使其只有在每日中午发出4到5分钟的工作信号；由于太阳光南北倾斜角度变化较小，一天只需调整一次即可，每次调整时间最长为5秒钟；此时倾角传感器中给出倾角信号即可实现倾角自动跟踪动作。在赤道以北地区夏至到冬至期间太阳高度角日日降低，倾角传感器中S5信号大于S6信号，倾角传感器发出倾斜信号，经功率放大后控制电机M2动作，电机驱动集能器向下倾斜直至跟踪到位，冬至达到最低点。冬至－夏至期间则S6信号大于S5信号，集能器在电机的驱动下使倾角升高。

Claims (3)

1、一种自动跟踪式太阳能集能器，它包括安装架、太阳能集能器主体、执行器和控制器，其特征是：所说的自动跟踪式太阳能集能器还包括与集能器主体固定连接的传动轮、安置在传动轮和执行器上的传动件、安装在集能器主体上的偏转角传感器和控制器、调整偏转角的执行器、所说的集能器主体与安装架可转动连接，所说的集能器主体包括一对连接件、安装在连接件相对两侧、跨接在连接件上的太阳能集能器和换热器支架。

2、根据权利要求1所说的自动跟踪式太阳能集能器，其特征是所说的安装架由横向托板和与之大至垂直的、固定连接的两根支柱组成，在所说的支柱上端固定连接一个轴座，在所说的轴座内设置一与轴座大致垂直的轴，所说的集能器主体中的一对连接件是套置在轴上的轴套，所说的与集能器主体固定连接的传动轮是轮盘。

3、根据权利要求2所说的自动跟踪式太阳能集能器，其特征是所说的轴和轴套之间还有轴承。

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