專利名稱：一種無間歇實時跟蹤的太陽能采光驅動機構及其工作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能采光驅動機構，特別是一種無間歇實時跟蹤的太陽能采光驅動機構及其工作方法。
(二)
背景技術：
自從地球上出現人類以來，人類和能源就發(fā)生了不可分割的關系。然而人類一直使用的能源除柴草、動植物油和水力可以再生外，其他如煤和石油等都不可再生，然而柴草和動植物油己遠遠不能滿足當今生產力不斷發(fā)展的需要，水力的應用也有一定限度，而煤和石油仍然是人類目前主要使用的能源，但是這些能源已經面臨枯竭；另外上述所有能源的使用，都會對地球環(huán)境造成嚴重污染和破壞，危害到人類和所有生物的生存。
當今世界上已經出現了嚴重的能源危機，因此，世界各主要國家都把目光放在開發(fā)可再生清潔能源上，例如太陽能、風能、潮汐能、波浪能、車輛對地面擠壓的能量等等。特別是太陽能，是一切能量的根源，然而，對地球來說，太陽能的密度是很低的，大概每平方米面積在最好的條件下只能產生lkw的功率，要實現大規(guī)模的利用很困難。世界上開始研究太陽能利用以來，對要求不高的太陽能設備，采光裝置一般都固定不動，但太陽能轉換效率很低；對要求較高的太陽能設備，采光裝置都需要跟蹤太陽，以便獲得盡可能多的太陽能。
但在跟蹤太陽的方法方面，普遍采用的都是所謂"二維驅動法"，這個方法從理論上說，不能說是錯誤的，但其形成主要是受到人類觀察周圍事物習慣的影響。看起來這個方法比較容易理解，但實際上卻把問題搞復雜了。所謂"二維驅動法"，是用一個水平旋轉的驅動機構，使太陽能采光裝置每天從東方轉向南方，再轉向西方，跟著太陽方位走(所謂"方位角驅動")，但是日出和日落時，太陽都在地平線上，位置很低，而中午太陽到了頭頂，位置最高，這就需要使采光裝置每天從低到高，再從高到低來回俯仰轉動(所謂"俯仰角驅動")，這樣就必須時時刻刻從X軸和Y軸兩個方向去跟蹤太陽。
目前國內外研究太陽能開發(fā)的設計方案基本上都是采用這個模式。他們采用了 GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)、傳感器和微機程序控制等方法來實現跟蹤的準確性。這乍看起來似乎很科學，很嚴密，但事實上卻使問題復雜化了，不但加大了成本，增加了制造難度，同時使用時操作難度也相當大，不是一般老百姓能夠掌握的，而且實際跟蹤精度也不高。有些資料上說他們的精度可以控制到每次跟蹤誤差不超過O.Ol度(也就是O. 6分)，實際上這是很困難的，因為減速機的"回差"要達到不超過l分已經很困難了，何況還有許多中間環(huán)節(jié)，進一步加大了誤差。更嚴重的是作為驅動原件的減速機無法達到使采光裝置與太陽的視覺運行軌道完全同步， 一般都是比太陽運行速度快得多，因此不得不采用"間歇跟蹤"方法，當太陽能采光裝置偏離太陽一定角度后才啟動跟蹤裝置，使采光裝置趕上太陽，然后停下來，等再偏離一個角度，待傳感器感覺到該誤差以后，再啟動跟蹤裝置，使采光裝置再一次趕上太陽。因此，跟蹤裝置不得不經常不斷地間歇啟動。由于在每次啟動和停止時都會產生很大的沖擊力，這就使跟蹤機構特別是
減速機很容易損壞，造成太陽能設備不能正常運行；同時，也是由于扭矩過大，不得不將減速機設計得非常龐大，而且水平轉動和垂直轉動必須分別設計減速機，因此極大地加大了制造成本和運行維護費用，而設備制造成本過高，維護費用偏高，使每千瓦小時的費用大大高于目前火力發(fā)電和水力發(fā)電的水平，這是阻礙太陽能發(fā)電推廣使用的主要原因。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種無間歇實時跟蹤的太陽能采光驅動機構及其工作方法，它采用全部齒輪傳動結構，能夠無間歇地實時精確跟蹤太陽，完全避開了采用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)、傳感器和微機程序控制等進行間歇跟蹤的繁瑣模式，跟蹤精度高，大大簡化了整體結構，而且大幅度降低了太陽能設備的造價和維護費用。
本發(fā)明的技術方案 一種無間歇實時跟蹤的太陽能采光驅動機構，其特征在于它是由采光裝置、驅動機構、減速機、電動機、能量輸出機構、能量輸出管線及基座組成的；其中，所說的驅動機構一端與采光裝置相連接，另一端與減速機相連接；減速機另一端與電動機相連接；驅動機構安裝于可調節(jié)整個機構傾角的基座上；用于將獲得的能量從連續(xù)旋轉的采光裝置輸送出去的能量輸出機構置于驅動機構上；能量輸出管線一端連接能量輸出機構，另一端連接到相應的與地平面連接的固定設備上。
上述所說的采光裝置是由采光器件、正向調節(jié)指針及曲柄組成；其中，所說的采光器件包括采光平面板，采光平面板上有用于調節(jié)采光器件以使其對準太陽的正向調節(jié)指針，正向調節(jié)指針垂直安裝于采光器件的釆光平面板上；所說的用于調節(jié)采光平面板俯仰角度的曲柄的上端與采光平面板下端固定連接在一起，且曲柄始終保持與采光平面板呈約150度的夾角。
上述所說的采光裝置中的采光器件的采光平面板上可以選裝有用于加強采集太陽光線的聚光透鏡，用于傳輸光線的光纖或電熱用的集熱器的一種，或選裝用于光伏發(fā)電用的光敏電池。
上述所說的用于驅動和調節(jié)采光裝置的驅動機構是由銷軸、調節(jié)連桿、可調節(jié)驅動桿、調節(jié)螺母、滾動軸承、外殼、傳動軸及安裝地腳組成的；其中，所說的可調節(jié)驅動桿一端通過銷軸與采光裝置中的采光器件相鉸接，另一端插入到用于驅動整個太陽能采光驅動機構全部運動的傳動軸上，并通過調節(jié)螺母與傳動軸固定連接在一起；所說的調節(jié)連桿一端通過銷軸與采光裝置中曲柄的下端相連接，另一端通過銷軸連接到可調節(jié)驅動桿上的用于使銷軸在其上來回移動的滑槽處；所說的用于保持傳動軸位置并使其靈活轉動的滾動軸承位于傳動軸上，傳動軸下端連接減速機，傳動軸外部包裹有用于保護滾動軸承和傳動軸不受雨雪風沙侵襲的外殼，外殼通過安裝地腳安裝在用于使傳動軸及可調節(jié)驅動桿與地平面的傾斜度均等于當地緯度的基座上。
上述所說的電動機采用恒定轉速電動機，其功率根據太陽能設備的大小通過計算決定，其功率大小與扭矩和轉速的乘積成正比；所說的用于帶動驅動機構以同速度回轉從而驅動采光裝置的減速機速比為(60分鐘X24(即每日24小時)X電動機轉速)1，以上關于電動機轉速和減速機速比的定量關系決定采光器件保持為精確的每天1轉。
一種上述無間歇實時跟蹤的太陽能采光驅動機構的工作方法，其特征在于它包括以下工作步驟
(1) 設備安裝對本太陽能采光驅動機構進行安裝，保證該機構中的
傳動軸的中心線與地平面的傾角a與當地緯度相同，并平行于當地經度，其低端靠近赤道方向，高端遠離赤道方向；
(2) 調整本太陽能采光驅動機構中的采光裝置使之正對太陽即精確
調整采光裝置，可在白天有陽光的任一時段調整，先松開螺母，轉動可調節(jié)驅動桿，使采光裝置面向太陽方向，鎖緊螺母，再松開可調節(jié)驅動桿滑槽中的銷軸上的螺母，移動銷軸，當正向調節(jié)指針下面沒有陰影時，鎖緊螺母，使該機構中的傳動軸的中心線與采光平面板的中心線間的夾角卩與
太陽從赤道偏移的角度值相同，保證采光裝置正對太陽；
(3) 啟動電動機進行驅動啟動電動機及相連接的減速機，使電動機和減速機共同保證輸出轉速正好為每天一轉；(4) 能量輸出該機構中的能量輸出機構和能量輸出管線將獲得的能量從連續(xù)旋轉的采光裝置輸送至與地面連接的固定裝置處，并根據具體需要再傳送至不同的設備；
(5) 誤差處理該機構運行中可能產生由于天象變化造成的誤差和機械傳動誤差，對上述兩種誤差應分別進行微調操作，恢復到步驟(2)的狀態(tài)。
上述所說的步驟(1)中當本太陽能采光驅動機構安裝在北半球時，安裝時要保證其低端在南，高端在北；當本太陽能采光驅動機構安裝在南半球時，安裝時要將其旋轉180度，即保證其低端在北，高端在南。
上述所說的步驟(2)中精確調整采光裝置的具體操作過程為先將可調節(jié)驅動桿與傳動軸連接處的調節(jié)螺母松開，轉動可調節(jié)驅動桿，使采光裝置面向太陽，將調節(jié)螺母鎖緊，然后將驅動機構中的位于可調節(jié)驅動桿上滑槽處的銷軸上的螺母松開，手動微調以控制銷軸沿可調節(jié)驅動桿上的滑槽上下移動，進而帶動與該銷軸相連接的調節(jié)連桿來回活動，待采光裝置中的采光器件上的正向調節(jié)指針正對太陽，且正向調節(jié)指針下沒有陰影時，擰緊該銷軸上的螺母，將該銷軸的位置固定；
上述所說的歩驟(3)中的電動機及相連接的減速機是帶動傳動軸及其上面的機件以相同速度轉動，且保持每天24小時不停止，無需回位及定時啟動動作，次日天明采光裝置自然對準太陽。
上述所說的步驟(4)中的能量輸出管線可以是電能輸出線路、液體輸送管道或光能輸出光纖。
上述所說的步驟(5)微調操作中的天象誤差微調，其操作過程可為手動或機動，當本太陽能采光驅動機構應用于小型太陽能設備時，采取手動微調，其操作過程為將驅動機構中的位于可調節(jié)驅動桿上滑槽處的銷軸上的螺母松開，手動微調以控制銷軸沿可調節(jié)驅動桿上的滑槽上下移動，帶動與該銷軸相連接的調節(jié)連桿來回活動，進而帶動與調節(jié)連桿相連接的采光裝置中的曲柄上下轉動，從而使與曲柄固定在一起的采光裝置中的采光器件上下擺動以調節(jié)俯仰角度，待采光裝置中的采光器件上的正向調節(jié)指針正對太陽，且正向調節(jié)指針下沒有陰影時，即可擰緊該銷軸上的螺母，將該銷軸的位置固定；當該機構應用于大型的群體發(fā)電站時，采用工業(yè)自動化控制方法微調，即采用速比為(365.2563657X60分鐘X24 (即每日24小時)X電動機轉速)1的減速控制裝置進行微調操作。
上述所說的步驟(5)微調操作中的機械誤差微調，其操作過程為手動，手動微調操作過程為將可調節(jié)驅動桿與傳動軸連接處的調節(jié)螺母松開，轉動可調節(jié)驅動桿，進而帶動與可調節(jié)驅動桿相連接的采光裝置中的采光器件左右轉動，直到采光裝置上的正向調節(jié)指針下面沒有陰影，即可擰緊調節(jié)螺母，使釆光裝置正對太陽。
本發(fā)明的工作原理為該太陽能采光驅動機構不是按傳統(tǒng)的觀念采用"二維驅動法"，即不用水平旋轉機構加垂直旋轉機構從X軸和Y軸兩個方向同時去跟蹤太陽的方法，而是使采光裝置的旋轉軸心完全平行于太陽視覺運行軌道的軸心。按相對運動原理，以地球中心為參考點，從地球上觀察太陽，其運行軌道就是一個以地球中心為圓心的圓。這樣，當采光裝置圍繞其軸心旋轉時，其掃描的平面就和太陽視覺運行軌道處在同一平面內，如果采光裝置旋轉的速度和太陽的視覺運行速度相同，采光裝置自然就永遠正對太陽，實現最大限度采集陽光的目的；由于太陽視覺運行軌道的直徑非常大，采光裝置所處位置與太陽視覺運行軌道圓心之間的偏差就顯得微乎其微，可以忽略不計。由于地球在圍繞太陽公轉時，地球的軸心在不斷擺動，使得太陽光線照射地球的角度不斷變化，每年從南諱23度26分15.67秒到北緯23度26分15.67秒來回擺動一次，這就形成太陽的視覺位置對北半球來說，冬至最低，夏至最高，其高低相差角度為46.875372度。當地球旋轉軸心傾斜某一角度時，太陽的視覺位置也偏離赤道同一角度。在每天中午當采光裝置正對太陽時，采光裝置與太陽的連線在南北方向上的法線與地平面的傾斜角度等于采光裝置所在位置的緯度減去太陽光線向北偏移的角度，而每天午夜采光裝置與太陽的連線在南北方向上的法線與地平面的傾斜角度等于采光裝置所在位置的緯度加上太陽光線向北偏移的角度，在晨昏這兩段時間，該法線與地平面的傾斜角度正好處在這兩個角度的中間位置，也就是設備當時所處的緯度。如果要使采光裝置永遠正對太陽，不發(fā)生偏差，采光裝置除了必須每天自傳一周之外，上述法線還必須在以兩倍于太陽從赤道北移角度為圓錐角的圓錐面上旋轉擺動，而圓錐的中心線與地平面的傾角也正好等于當地的緯度。
由于地球除了自轉之外，還圍繞太陽公轉，地球自轉一圈后，已圍繞太陽公轉了一個角度，地球上原來正對太陽中心的點已偏離太陽中心。由于地球自傳一周(360度)需時23小時56分4.1秒，即等于1436.06833333…分，而地球一恒星年(即地球繞太陽公轉一周)的時間為365.2563657天，按此計算，地球必須比自轉一周多轉一個角度，地球上的某觀察點才能再一次正對太陽中心。這個多轉的角度是360/365.2563657= 0.9856091058度。這時地球應該自轉的角度就是360.9856091058度，所需時間為1436.0683333333 X 360.9856091058 / 360= 1440分，
正好是24小時。這就是太陽的視覺運行速度。太陽能采光裝置圍繞自己軸心旋轉的速度如果正好等于這個速度，采光器就可以永遠正對太陽。為了保證減速機輸出轉速正好是lrpd (每天一轉)，減速機的速比應為1440X電動機轉速，例如當電動機的轉速為準確的1500rpm時，減速機的速比就是1440X1500 = 2160000，那么晝夜不停地運轉，采光裝置就能準確無誤地對準太陽，沒有偏差。
由于地球從南回歸線到北回歸線來回擺動的影響，太陽光線照射地球的角度每年從南到北，再從北到南擺動一次。要使采光裝置無論冬夏都能正對太陽，就必須用一臺輸出轉速為lrpn (每年一轉)的減速機帶動一套往復運動機構，驅動采光裝置每年來回擺動一次。又由于地球圍繞太陽公轉一圈(即1恒星年)需要365.2563657天，減速機的速比應為365.2563657X1440X電動機轉速，當電動機的轉速為準確的1500rpm時，減速機的速比就應該是365.2563657X1440X1500 = 788953749.9。由于地球每年從南緯23度26分15.67秒到北緯23度26分15.67秒來回擺動一次，擺動的總角度為2X46.875372 = 93.750744度，地球圍繞太陽公轉一圈(即1恒星年)所需時間為365.2563657天，因此太陽每天高度的變化為93.750744 +365.2563657 —0.2566711度。這個角度很小，對于一些小型的太陽能設備來說，每5天到10天手動微調一次就可以了，不需要采用機械傳動；但在大型的數百兆瓦級以上的群體發(fā)電站方面就很需要了，否則，手動調節(jié)不但麻煩，還會增加管理費用。
嚴格講，在無限長的宇宙長河中，太陽和地球的運行軌道和運行速度是會變化的，但在短短的幾萬年的時間中，對整個宇宙來說，僅僅是一瞬間，可以認為，它們的運行軌道和運行速度是穩(wěn)定不變的。因此用這個方案來解決跟蹤太陽的問題，就應該是非常準確的，無需再使用傳感器和微機控制等方法來彌補跟蹤產生的誤差。
根據以上分析，本發(fā)明中速比為1440X電動機轉速的減速機，其輸出
轉速為精確的每天1轉，帶動驅動機構以同速度回轉，用安裝基座使驅動機構的回轉軸與地平面的傾角等于設備所在緯度，太陽能設備(包括太陽能發(fā)電以及太陽能加熱和照明)整體的旋轉中心與地面的傾角應等于安裝該設備所在地的緯度ot，而采光器回轉中心與地平面的傾角是隨時變化的，除時間等于零的一瞬間外，全部時間都不等于當地緯度。如上所述，采光裝置與太陽的連線在南北方向上的法線是在兩倍于太陽從赤道偏移的角度P為圓錐角的圓錐面上旋轉擺動，而太陽在一年中，其視覺高度是不斷變化的，因此，太陽與赤道偏移的角度也在不斷變化，因此該圓錐角也在不斷變化。太陽與赤道偏移的角度每天的變化量為
93.750744+365.2563657 — 0.2566711度
這個角度很小，對于一些小型的太陽能設備來說，每5天到10天手動微調一次就可以了，不需要采用機械傳動。
按本發(fā)明制造的太陽能設備，可以日夜不停地轉動，使采光器永遠正對太陽，雖然夜間采光面被地球遮擋，不能接收陽光，但太陽剛出地平線，采光面就已經正對太陽，并繼續(xù)跟隨太陽運動。因此就沒有回歸原位和準時啟動的麻煩，不僅可以省去回歸和啟動必須的復雜機構和控制原件，而且由于運動部件只向一個方向運動，不存在回差間隙的影響，傳動機件的精度要求也無需太高。同時，由于是連續(xù)運動，不是間歇傳動，不存在沖擊問題。眾所周知，電動機在啟動時，其啟動電流比正常運轉時大6 7倍，甚至更大。目前所有跟蹤機構都是間歇傳動，每幾分鐘就啟動一次，有的"精密跟蹤系統(tǒng)"甚至在非常短的時間內就頻繁啟動，電動機基本上是在遠遠超過正常運轉電流的狀態(tài)下運行；其次，由于啟動和停止時產生的沖擊扭矩非常大，常常將傳動機構一特別是減速機一一撞壞，造成事故，(在某些場合，是絕對不允許意外停電的，否則會帶來極大的破壞)，因此不得不將減速機和整個傳動系統(tǒng)設計得非常龐大，這就是太陽能設備造價高昂，維護費用很高的重要原因。按照本發(fā)明的方案，由于上述問題不存在，減速機和傳動系統(tǒng)可以設計得非常輕巧，又由于速比特別大，用很小的電機就可以產生非常巨大的扭矩，因此雖然是晝夜不停地轉動，其耗電量比目前普遍采用的方案還會降低很多。
本發(fā)明的優(yōu)越性在于1、本采光驅動機構能夠連續(xù)不斷無間歇跟蹤太陽，導致最充分釆光，且跟蹤精度非常高，只需將減速機的速比定為1440X電動機轉速，采光面就永遠正對太陽，無論任何時候都不會產生偏差；若電動機存在微小誤差，則可通過調節(jié)連桿和可調節(jié)驅動桿進行微調，以使采光平面在任何時間，任何地點均可調整到正對太陽的位置；2、采光角度的調節(jié)方法簡單易行，不用俯仰調節(jié)驅動系統(tǒng)，成本低廉，適于在家庭及其他小規(guī)模用電場合推廣使用；對于大型的群體發(fā)電站，則需要一套速比為365.2563657X1440X電動機轉速的減速機構來驅動采光裝置，使其自動永遠正對太陽；3、由于減速機速比非常大，在電動機功率非常小的情況下就可以產生極大的輸出扭矩，因此驅動系統(tǒng)可以設計得非常小巧，不僅可以省電，而且可以大幅度降低制造成本；4、由于是連續(xù)運轉，耗電量比斷 續(xù)驅動小得多，同時不存在沖擊負荷，設備不易損壞，壽命比間歇傳動大 大延長，適合于太陽能電站長期穩(wěn)定運轉的需要；5、與以往設備相比，售 價和運行費用均大幅度降低，加速太陽能利用的推廣，對推廣可再生清潔 能源，改變當前危機四伏的能源結構極為有利，有希望成為今后解決能源 問題的主要方向；特別是在高山、沙漠、草原和遠離海岸的海島等不易架 設高壓電網的地方，采用小型太陽能發(fā)電或其它功能的設備，作為家庭或 其他小型場所的能源，極其方便且有利；6、本發(fā)明是一項環(huán)保、節(jié)能的能 源采集設備，值得廣泛推廣應用。
(四)


附圖1為本發(fā)明所涉的一種無間歇實時跟蹤的太陽能采光驅動機構的 整體結構示意圖。
附圖2為本發(fā)明所涉的一種無間歇實時跟蹤的太陽能采光驅動機構的 工作原理流程示意圖。
附圖3為本發(fā)明所涉的一種無間歇實時跟蹤的太陽能采光驅動機構的 工作原理結構示意圖。
其中，l為采光器件；2為正向調節(jié)指針；3為銷軸；4為調節(jié)連桿；5 為調節(jié)螺母；6為滾動軸承；7為外殼；8為傳動軸；9為安裝地腳；10為 減速機；11為電動機；12為可調節(jié)驅動桿；13為能量輸出機構；14為能 量輸出管線；15為基座；16為地平面；17為曲柄。
(五)
具體實施例方式
實施例 一種無間歇實時跟蹤的太陽能采光驅動機構(見附圖1)，其 特征在于它是由采光裝置、驅動機構、減速機IO、電動機ll、能量輸出 機構13、能量輸出管線14及基座15組成的；其中，所說的驅動機構一端 與采光裝置相連接，另一端與減速機10相連接；減速機10另一端與電動 機ll相連接；驅動機構安裝于可調節(jié)整個機構傾角的基座15上；用于將 獲得的能量從連續(xù)旋轉的采光裝置輸送出去的能量輸出機構13置于驅動機 構上；能量輸出管線14一端連接能量輸出機構13,另一端連接到相應的與 地平面16連接的固定設備上。
上述所說的采光裝置(見附圖l)是由采光器件l、正向調節(jié)指針2及 曲柄17組成；其中，所說的采光器件1包括采光平面板，采光平面板上有 用于調節(jié)采光器件1以使其對準太陽的正向調節(jié)指針2，正向調節(jié)指針2垂 直安裝于采光器件1的采光平面板上；所說的用于調節(jié)采光平面板俯仰角度的曲柄17的上端與采光平面板下端固定連接在一起，且曲柄17始終保 持與采光平面板呈約150度的夾角。
上述所說的采光裝置中的采光器件1的采光平面板上可以選裝有用于 加強采集太陽光線的聚光透鏡，用于傳輸光線的光纖或電熱用的集熱器的 一種，或選裝用于光伏發(fā)電用的光敏電池。
上述所說的用于驅動和調節(jié)采光裝置的驅動機構(見附圖1)是由銷軸 3、調節(jié)連桿4、可調節(jié)驅動桿12、調節(jié)螺母5、滾動軸承6、外殼7、傳動 軸8及安裝地腳9組成的；其中，所說的可調節(jié)驅動桿12—端通過銷軸3 與采光裝置中的采光器件1相鉸接，另一端插入到用于驅動整個太陽能釆 光驅動機構全部運動的傳動軸8上，并通過調節(jié)螺母5與傳動軸8固定連 接在一起；所說的調節(jié)連桿4 一端通過銷軸3與采光裝置中曲柄17的下端 相連接，另一端通過銷軸3連接到可調節(jié)驅動桿12上的用于使銷軸3在其 上來回移動的滑槽處；所說的用于保持傳動軸位置并使其靈活轉動的滾動 軸承6位于傳動軸8上，傳動軸8下端連接減速機10，傳動軸外部包裹有 用于保護滾動軸承6和傳動軸8不受雨雪風沙侵襲的外殼7，外殼7通過安 裝地腳9安裝在用于使傳動軸8及可調節(jié)驅動桿12與地平面16的傾斜度 均等于當地緯度的基座15上。
上述所說的電動機11采用轉速恒定為1500rpm的電動機，其功率根據 太陽能設備的大小通過計算決定，其功率大小與扭矩和轉速的乘積成正比； 所說的用于帶動驅動機構以同速度回轉從而驅動采光裝置的減速機10速比 為2160000:1，以上關于電動機轉速和減速機速比的定量關系決定采光 器件l保持為精確的每天l轉。
一種上述無間歇實時跟蹤的太陽能采光驅動機構的工作方法，其特征 在于它包括以下工作步驟-
(1) 設備安裝本太陽能釆光驅動機構安裝在北半球，保證該機構中 的傳動軸8的中心線與地平面16的傾角a與當地緯度相同，并平行于當地 經度，其低端靠近赤道方向，高端遠離赤道方向；
(2) 調整本太陽能采光驅動機構中的采光裝置使之正對太陽即精確 調整采光裝置，可在白天有陽光的任一時段調整，先松開螺母5，轉動可調 節(jié)驅動桿12，使采光裝置面向太陽方向，鎖緊螺母5，再松開可調節(jié)驅動 桿滑槽中的銷軸3上的螺母，移動銷軸3，當正向調節(jié)指針2下面沒有陰影 時，鎖緊螺母，使該機構中的傳動軸8的中心線與采光平面板的中心線間 的夾角(3與太陽從赤道偏移的角度值相同，保證采光裝置正對太陽；(3) 啟動電動機進行驅動啟動電動機及相連接的減速機，使電動機 11和減速機10共同保證輸出轉速正好為每天一轉；
(4) 能量輸出該機構中的能量輸出機構14和能量輸出管線15將獲 得的能量從連續(xù)旋轉的采光裝置輸送至與地面連接的固定裝置處，并根據 具體需要再傳送至不同的設備；
(5) 誤差處理該機構運行中可能產生由于天象變化造成的誤差和機 械傳動誤差，對上述兩種誤差應分別進行微調操作，恢復到步驟(2)的狀態(tài)。
上述所說的步驟(2)中精確調整采光裝置的具體操作過程為先將可 調節(jié)驅動桿12與傳動軸連接處的調節(jié)螺母5松開，轉動可調節(jié)驅動桿12， 使采光裝置面向太陽，將調節(jié)螺母5鎖緊，然后將驅動機構中的位于可調 節(jié)驅動桿12上滑槽處的銷軸3上的螺母松開，手動微調以控制銷軸3沿可 調節(jié)驅動桿12上的滑槽上下移動，進而帶動與該銷軸3相連接的調節(jié)連桿 4來回活動，待采光裝置中的采光器件1上的正向調節(jié)指針2正對太陽，且 正向調節(jié)指針2下沒有陰影時，擰緊該銷軸3上的螺母，將該銷軸3的位 置固定.
上述所說的步驟(3)中的電動機及相連接的減速機是帶動傳動軸8及 其上面的機件以相同速度轉動，且保持每天24小時不停止，無需回位及定 時啟動動作，次日天明采光裝置自然對準太陽。
上述所說的步驟(4)中的能量輸出管線15采用電能輸出線路。
上述所說的步驟(5)微調操作中的天象誤差微調，其操作過程為將驅 動機構中的位于可調節(jié)驅動桿12上滑槽處的銷軸3上的螺母松開，手動微 調以控制銷軸3沿可調節(jié)驅動桿12上的滑槽上下移動，帶動與該銷軸3相 連接的調節(jié)連桿4來回活動，進而帶動與調節(jié)連桿4相連接的采光裝置中 的曲柄17上下轉動，從而使與曲柄17固定在一起的采光裝置中的采光器 件1上下擺動以調節(jié)俯仰角度，待采光裝置中的采光器件1上的正向調節(jié) 指針2正對太陽，且正向調節(jié)指針2下沒有陰影時，即可擰緊該銷軸3上 的螺母，將該銷軸3的位置固定。
上述所說的步驟(5)微調操作中的機械誤差微調，其操作過程為手動， 手動微調操作過程為將可調節(jié)驅動桿12與傳動軸8連接處的調節(jié)螺母5 松開，轉動可調節(jié)驅動桿12，進而帶動與可調節(jié)驅動桿12相連接的采光裝 置中的采光器件1左右轉動，直到采光裝置上的正向調節(jié)指針2下面沒有 陰影，即可擰緊調節(jié)螺母5，使采光裝置正對太陽。
權利要求
1、一種無間歇實時跟蹤的太陽能采光驅動機構，其特征在于它是由采光裝置、驅動機構、減速機、電動機、能量輸出機構、能量輸出管線及基座組成的；其中，所說的驅動機構一端與采光裝置相連接，另一端與減速機相連接；減速機另一端與電動機相連接；驅動機構安裝于可調節(jié)整個機構傾角的基座上；用于將獲得的能量從連續(xù)旋轉的采光裝置輸送出去的能量輸出機構置于驅動機構上；能量輸出管線一端連接能量輸出機構，另一端連接到相應的與地平面連接的固定設備上。
2、 根據權利要求1所說的一種無間歇實時跟蹤的太陽能采光驅動機 構，其特征在于所說的采光裝置是由采光器件、正向調節(jié)指針及曲柄組成; 其中，所說的采光器件包括采光平面板，采光平面板上有用于調節(jié)采光器 件以使其對準太陽的正向調節(jié)指針，正向調節(jié)指針垂直安裝于采光器件的 采光平面板上；所說的用于調節(jié)采光平面板俯仰角度的曲柄的上端與采光 平面板下端固定連接在一起，且曲柄始終保持與采光平面板呈約150度的 夾角；其中，所說的采光裝置中的采光器件的采光平面板上可以選裝有用 于加強采集太陽光線的聚光透鏡，用于傳輸光線的光纖或電熱用的集熱器 的一種，或選裝用于光伏發(fā)電用的光敏電池。。
3、 根據權利要求1所說的一種無間歇實時跟蹤的太陽能采光驅動機 構，其特征在于所說的用于驅動和調節(jié)采光裝置的驅動機構是由銷軸、調 節(jié)連桿、可調節(jié)驅動桿、調節(jié)螺母、滾動軸承、外殼、傳動軸及安裝地腳 組成的；其中，所說的可調節(jié)驅動桿一端通過銷軸與采光裝置中的采光器 件相鉸接，另一端插入到用于驅動整個太陽能采光驅動機構全部運動的傳 動軸上，并通過調節(jié)螺母與傳動軸固定連接在一起；所說的調節(jié)連桿一端 通過銷軸與采光裝置中曲柄的下端相連接，另一端通過銷軸連接到可調節(jié) 驅動桿上的用于使銷軸在其上來回移動的滑槽處；所說的用于保持傳動軸 位置并使其靈活轉動的滾動軸承位于傳動軸上，傳動軸下端連接減速機， 傳動軸外部包裹有用于保護滾動軸承和傳動軸不受雨雪風沙侵襲的外殼， 外殼通過安裝地腳安裝在用于使傳動軸及可調節(jié)驅動桿與地平面的傾斜 度均等于當地緯度的基座上。
4、 根據權利要求1所說的一種無間歇實時跟蹤的太陽能采光驅動機 構，其特征在于所說的電動機采用恒定轉速電動機，其功率根據太陽能設 備的大小通過計算決定，其功率大小與扭矩和轉速的乘積成正比；所說的用于帶動驅動機構以同速度回轉從而驅動采光裝置的減速機速比為(60 分鐘X24 (即每日24小時)X電動機轉速)1，以上關于電動機轉速和 減速機速比的定量關系決定采光器件保持為精確的每天1轉。
5、 一種上述無間歇實時跟蹤的太陽能采光驅動機構的工作方法，其 特征在于它包括以下工作步驟(1) 設備安裝對本太陽能采光驅動機構進行安裝，保證該機構中 的傳動軸的中心線與地平面的傾角(X與當地緯度相同，并平行于當地經度， 其低端靠近赤道方向，高端遠離赤道方向；(2) 調整本太陽能采光驅動機構中的采光裝置使之正對太陽即精 確調整采光裝置，可在白天有陽光的任一時段調整，先松開螺母，轉動可 調節(jié)驅動桿，使采光裝置面向太陽方向，鎖緊螺母，再松開可調節(jié)驅動桿 滑槽中的銷軸上的螺母，移動銷軸，當正向調節(jié)指針下面沒有陰影時，鎖 緊螺母，使該機構中的傳動軸的中心線與采光平面板的中心線間的夾角卩 與太陽從赤道偏移的角度值相同，保證采光裝置正對太陽；(3) 啟動電動機進行驅動啟動電動機及相連接的減速機，使電動 機和減速機共同保證輸出轉速正好為每天一轉；(4) 能量輸出該機構中的能量輸出機構和能量輸出管線將獲得的 能量從連續(xù)旋轉的采光裝置輸送至與地面連接的固定裝置處，并根據具體 需要再傳送至不同的設備；(5) 誤差處理該機構運行中可能產生由于天象變化造成的誤差和 機械傳動誤差，對上述兩種誤差應分別進行微調操作，恢復到步驟(2)的狀 態(tài)。
6、 根據權利要求5所說的一種無間歇實時跟蹤的太陽能采光驅動機 構，其特征在于所說的步驟(1)中當本太陽能采光驅動機構安裝在北半 球時，安裝時要保證其低端在南，高端在北；當本太陽能采光驅動機構安 裝在南半球時，安裝時要將其旋轉180度，即保證其低端在北，高端在南。
7、 根據權利要求5所說的一種無間歇實時跟蹤的太陽能采光驅動機 構，其特征在于所說的步驟(2)中精確調整采光裝置的具體操作過程為 先將可調節(jié)驅動桿與傳動軸連接處的調節(jié)螺母松開，轉動可調節(jié)驅動桿， 使采光裝置面向太陽，將調節(jié)螺母鎖緊，然后將驅動機構中的位于可調節(jié) 驅動桿上滑槽處的銷軸上的螺母松開，手動微調以控制銷軸沿可調節(jié)驅動 桿上的滑槽上下移動，進而帶動與該銷軸相連接的調節(jié)連桿來回活動，待 采光裝置中的采光器件上的正向調節(jié)指針正對太陽，且正向調節(jié)指針下沒有陰影時，擰緊該銷軸上的螺母，將該銷軸的位置固定；
8、 根據權利要求5所說的一種無間歇實時跟蹤的太陽能采光驅動機 構，其特征在于所說的步驟(3)中的電動機及相連接的減速機是帶動傳 動軸及其上面的機件以相同速度轉動，且保持每天24小時不停止，無需 回位及定時啟動動作，次日天明采光裝置自然對準太陽。
9、 根據權利要求5所說的一種無間歇實時跟蹤的太陽能采光驅動機 構，其特征在于所說的步驟(4)中的能量輸出管線可以是電能輸出線路、 液體輸送管道或光能輸出光纖。
10、 根據權利要求5所說的一種無間歇實時跟蹤的太陽能采光驅動機 構，其特征在于所說的步驟(5)微調操作中的天象誤差微調，其操作過 程可為手動或機動，當本太陽能采光驅動機構應用于小型太陽能設備時， 采取手動微調，其操作過程為將驅動機構中的位于可調節(jié)驅動桿上滑槽處 的銷軸上的螺母松開，手動微調以控制銷軸沿可調節(jié)驅動桿上的滑槽上下 移動，帶動與該銷軸相連接的調節(jié)連桿來回活動，進而帶動與調節(jié)連桿相 連接的采光裝置中的曲柄上下轉動，從而使與曲柄固定在一起的采光裝置 中的采光器件上下擺動以調節(jié)俯仰角度，待采光裝置中的采光器件上的正 向調節(jié)指針正對太陽，且正向調節(jié)指針下沒有陰影時，即可擰緊該銷軸上 的螺母，將該銷軸的位置固定；當該機構應用于大型的群體發(fā)電站時，采 用工業(yè)自動化控制方法微調，即采用速比為(365.2563657X60分鐘X24(即每日24小時)X電動機轉速)1的減速控制裝置進行微調操作；所 說的步驟(5)微調操作中的機械誤差微調，其操作過程為手動，手動微 調操作過程為將可調節(jié)驅動桿與傳動軸連接處的調節(jié)螺母松開，轉動可 調節(jié)驅動桿，進而帶動與可調節(jié)驅動桿相連接的采光裝置中的采光器件左 右轉動，直到采光裝置上的正向調節(jié)指針下面沒有陰影，即可擰緊調節(jié)螺 母，使采光裝置正對太陽。
全文摘要
一種無間歇實時跟蹤的太陽能采光驅動機構及其工作方法，其特征在于它是由采光裝置、驅動機構、減速機、電動機、能量輸出機構、能量輸出管線及基座組成的；工作方法為①設備安裝；②調整本太陽能采光驅動機構中的采光裝置使之正對太陽；③啟動電動機進行驅動；④能量輸出；⑤誤差處理；本發(fā)明的優(yōu)越性在于本采光機構能夠連續(xù)不斷無間歇跟蹤太陽；采光角度的調節(jié)方法簡單易行，成本低廉，適于在家庭及其他小規(guī)模用電場合推廣使用；連續(xù)運轉，耗電量比斷續(xù)驅動小得多，不存在沖擊負荷，設備不易損壞，壽命比間歇傳動大大延長；是一項環(huán)保、節(jié)能的能源采集設備，值得廣泛推廣應用。
文檔編號F24J2/38GK101539343SQ200910068468
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月14日 優(yōu)先權日2009年4月14日
發(fā)明者楊天博 申請人:楊天博