專利名稱：自動跟蹤太陽的太陽能裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機械式自動跟蹤太陽的太陽能裝置。
太陽能的利用由來已久。太陽能電池、太陽能熱水箱、太陽灶都是成功的應用項目。在現(xiàn)有的太陽能設備中，大多缺乏對太陽的自動跟蹤功能，以至隨著太陽每天、每季節(jié)位置的變化，太陽光投射到太陽能設備受光面的角度發(fā)生變化，太陽能利用的效率大受影響。
為解決這一問題，科學家們研究了許多以電子技術和閉環(huán)控制為基礎的自動跟蹤系統(tǒng)。但是這些系統(tǒng)的成本很高，主要應用于一些高技術領域(如人造衛(wèi)星的太陽能電池板)，而難于在大量的民用設備中應用。
本實用新型的發(fā)明目的是為克服上述技術缺陷，開發(fā)一種簡單實用、成本低廉的機械式自動跟蹤太陽的太陽能裝置，能夠簡單方便而又大幅度地提高太陽能的利用效率。
本實用新型的設計原理在于鑒于地球圍繞太陽運動(或者直觀地說太陽的運動)是一個三維立體運動模型，因此，要實現(xiàn)對太陽的跟蹤，必須解決三個方面的問題；1.不同緯度地區(qū)太陽南北方向高度的設置；2.同一地區(qū)，不同季節(jié)太陽南北方向高度變化的相應調(diào)整；3.太陽每天從東方升起，到西方落下的東西方向的自動跟蹤。
對于第一個問題，好在每一個地方的緯度是不變的。只需要在太陽能裝置安裝時，把當?shù)氐木暥茸鳛槟媳眱A角的初始值設置就行了。
對于第二個問題，它是由地球圍繞太陽旋轉的軌道(黃道)與地球的赤道之間有23.5度的夾角造成的，致使每年的春分(3月20日左右)和秋分(9月23日左右)時，太陽光線直射赤道，它在南北方向上與各地地平面法線的夾角(即太陽在南北方向上的傾角)正好等于當?shù)氐木暥?；而在夏?6月21日左右)時，太陽光線直射北回歸線(北緯23.5度)；在冬至(12月22日左右)時，太陽光線又直射南回歸線(南緯23.5度)。它在南北方向上與各地地平面法線之間的夾角(即太陽在南北方向上的傾角)也將在當?shù)鼐暥壬蠝p(或加)23.5度(對于北半球而言，南半球則相反)。對于每天來說，這個變化很小(三個月才23.5度，平均每月不到8度，每周不過2度)。所以人工每周或者半月對太陽能裝置作一次南北傾角的微調(diào)，即足以補償太陽高度隨季節(jié)的變化。
對于第三個問題，本實用新型是采用一個與地球自轉同步的機械時鐘來解決。在機械時鐘的控制下，太陽能裝置圍繞與地球自轉軸平行的轉軸，與地球自轉同步、反向旋轉，從而達到自動跟蹤太陽的目的。
當然，機械時鐘的精度有限，日積月累的系統(tǒng)誤差可能很大。好在對于太陽能裝置而言，晚上是不工作的。可以在第二天早上將太陽能裝置復位，起到重新校表的作用，避免系統(tǒng)誤差的積累。
對于太陽能電池板，只需要按照上面三個方面對它進行設置、微調(diào)、跟蹤，就可以使太陽能電池板的板面與太陽光保持垂直關系，使太陽能電池板的效率保持在最高狀態(tài)。
對于聚焦型太陽能裝置(如太陽能灶)，在使拋物面反射鏡設置、微調(diào)、跟蹤，使拋物面反射鏡的法線與太陽光保持平行的前提下，還要保證在整個過程中，拋物面反射鏡的焦點的空間位置保持穩(wěn)定。這樣才能使太陽光始終聚焦在受熱器(鍋、鍋爐、水壺)的底部，從而獲得穩(wěn)定的、最高的熱效率。
本實用新型的基本技術方案包括太陽能收集裝置1，緯度設置基座2，自動跟蹤平臺3，機械時鐘4，以及通過自動跟蹤平臺的主軸5和副軸6；其中，緯度設置基座2的南北傾角與當?shù)氐牡乩砭暥认嗟?；自動跟蹤平臺3有互相垂直的兩根旋轉軸；與緯度設置基座2機械連接的主軸5及與太陽能收集裝置1機械連接的副軸6，主軸5在機械時鐘4的帶動和控制下，帶動自動跟蹤平臺3和太陽能收集裝置1作東西方向且與太陽轉速同步的勻速轉動。
以下通過實施例來具體描述本實用新型。


圖1所示為本實用新型的一種實施例。
圖中，1是太陽能收集裝置，2是緯度設置基座，它的南北傾角與當?shù)氐牡乩砭暥纫恢?。例如成都市的緯度?1度，則緯度設置基座2的傾角即為31度。在春分和秋分時節(jié)，太陽直射赤道，在成都市中午看見的太陽就出現(xiàn)在正南方的31度的地方。當圖中太陽能收集裝置1采用聚焦型(如太陽灶)時，還必須考慮在跟蹤過程中，太陽能收集裝置1的焦點應保持不變的問題。若圖中的太陽能收集裝置1為拋物面反射鏡，它將太陽光聚焦，則F是它的焦點。拋物面反射鏡1被三條鋼筋分別連接到自動跟蹤平臺3的副軸6上。拋物面反射鏡1可以圍繞副軸6作南北方向的旋轉，對太陽在不同季節(jié)的高度進行人工跟蹤。由于副軸6是通過焦點F的，因此旋轉是以焦點F為圓心進行的，所以，不論旋轉到什么地方，拋物面反射鏡1都是聚焦在焦點F上。顯然，它的調(diào)整范圍是正負23.5度。這就解決了第1、2兩個問題。至于跟蹤太陽每天從東向西的轉動，則通過固定于緯度設置基座2上的核心部件機械時鐘4來實現(xiàn)。機械時鐘4通過傳動齒輪7去帶動并控制主軸5，并通過副軸6帶動拋物面反射鏡1從東到西與太陽同步轉動。這個轉軸6因通過焦點F，所以在轉動過程中，拋物面反射鏡1始終聚焦于F處。拋物面反射鏡1轉動和機械時鐘4走動的動力來自重錘8的重力。重錘8的重力通過轉輪9來帶動主軸5，進而帶動自動跟蹤平臺3和拋物面反射鏡1以及機械時鐘4的轉動。為減少拋物面反射鏡1轉動的力矩，在主軸5上懸吊了平衡重物10來平衡拋物面反射鏡1的重量。
在不采用本實用新型進行自動跟蹤時，太陽能裝置的受光面只有在中午時分才正對太陽，效率最高。而在其他時間，其受光面的法線與太陽光之間都有一個夾角θ(負90度到正90度)，太陽能利用的效率是cosθ，日平均效率值為∫-π/2π/2cosθdθπ=0.6366]]>即每天平均只能利用太陽能的不到64％。
利用本實用新型后，太陽能裝置的受光面能全天對準太陽，效率始終為1，所以，日平均效率提高了36％。
在已有技術中，雖然太陽灶可通過人工調(diào)整拋物面反射鏡的東西方向，使其法線對準太陽，但因太陽每小時旋轉15度，若拋物面反射鏡的焦距為50CM，則焦點將偏離13.1CM，所以必須經(jīng)常進行人工調(diào)整，且不能保證其準確度。而本實用新型能夠準確地自動跟蹤太陽，與人工調(diào)整相比，更加實用、高效、精確。
權利要求1.一種自動跟蹤太陽的太陽能裝置，包括太陽能收集裝置1，其特征在于還包括緯度設置基座2，自動跟蹤平臺3，機械時鐘4，以及通過自動跟蹤平臺的主軸5和副軸6；其中的緯度設置基座2的南北傾角與當?shù)氐牡乩砭暥认嗟?；自動跟蹤平臺3有互相垂直的兩根旋轉軸與緯度設置基座2機械連接的主軸5，及與太陽能收集裝置1機械連接的副軸6；主軸5在機械時鐘4的帶動和控制下，帶動自動跟蹤平臺3和太陽能收集裝置1作東西方向且與太陽轉速同步的勻速轉動。
2.如權利要求1所述的一種自動跟蹤太陽的太陽能裝置，其特征在于所述的太陽能收集裝置圍繞副軸6，在南北方向正負23.5度范圍轉動。
3.如權利要求1或權利要求2所述的一種自動跟蹤太陽的太陽能裝置，其特征在于所述的主軸5與副軸6都通過太陽能收集裝置的焦點。
4.如權利要求1所述的一種自動跟蹤太陽的太陽能裝置，其特征在于所述的機械時鐘4固定于緯度設置基座2上，機械時鐘4通過傳動齒輪7帶動并控制主軸5，通過副軸6帶動拋物面反射鏡1從東到西與太陽同步轉動。
5.如權利要求1或權利要求4所述的一種自動跟蹤太陽的太陽能裝置，其特征在于所述的拋物面反射鏡1轉動的動力和機械時鐘4走動的動力來自重錘8的重力，該重力通過轉輪9帶動主軸5，進而帶動自動跟蹤平臺3和拋物面反射鏡1以及機械時鐘4的轉動。
6.如權利要求1所述的一種自動跟蹤太陽的太陽能裝置，其特征在于主軸5上懸吊減少拋物面反射鏡1轉動力矩的平衡重物10。
專利摘要一種自動跟蹤太陽的太陽能裝置,包括太陽能收集裝置1,其特征在于還包括緯度設置基座2,自動跟蹤平臺3,機械時鐘4,以及通過自動跟蹤平臺的主軸5和副軸6;其中的緯度設置基座2的南北傾角與當?shù)氐牡乩砭暥认嗟?自動跟蹤平臺3有互相垂直的兩根旋轉軸;與緯度設置基座2機械連接的主軸5、與太陽能收集裝置1機械連接的副軸6;主軸5在機械時鐘4的帶動和控制下,帶動自動跟蹤平臺3和太陽能收集裝置1作東西方向且與太陽轉速同步的勻速轉動。
文檔編號F24J2/38GK2397447SQ9924114
公開日2000年9月20日 申請日期1999年9月17日 優(yōu)先權日1999年9月17日
發(fā)明者彭炳忠, 黃忠, 李向陽 申請人:彭炳忠, 黃忠, 李向陽