專利名稱：線傳動式連動跟蹤光線方法及其反射聚光光伏發(fā)電的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能自動跟蹤及其聚光光伏領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽能利用系統(tǒng)采用跟蹤技術(shù)可以增加產(chǎn)能降低投資，而且對于聚光的太陽能利 用方案跟蹤是必須的，另外，太陽能發(fā)電隨著成本下降將得到普遍推廣，而發(fā)電系統(tǒng)采用跟 蹤后可以延長每天的發(fā)電高峰時間，在夏天還可以延長每天的發(fā)電時間，可以緩解對電網(wǎng) 穩(wěn)定的沖擊，因此低成本高精度跟蹤技術(shù)對普遍利用太陽能有著極其重要意義。然而目前 太陽能領(lǐng)域的跟蹤技術(shù)主要模式依然是基于“方位角+升角”控制的雙軸雙電機(jī)的獨(dú)立跟 蹤控制方式，跟蹤控制成本一直高居不下，常常通過增大電池板或聚光鏡面的面積降低單 位功率的跟蹤成本，卻增大了抗風(fēng)難度與施工及維護(hù)成本，對降低太陽能利用成本效果不 明顯。近幾年有一些太陽能跟蹤領(lǐng)域的新技術(shù)新理論的提出，但是對降低太陽能利用的綜 合成本沒有實(shí)質(zhì)性突破。申請?zhí)枮?00810182738. 9的發(fā)明專利申請《低成本太陽能跟蹤聚光發(fā)電方法》提 出了連桿連動式太陽能反射聚光方法，是對跟蹤理論的根本突破，反射鏡按角平分線式定 向反射原理安裝，只需控制角平分線式定向反射機(jī)構(gòu)中的跟蹤搖桿與太陽光線同步偏轉(zhuǎn)就 可以實(shí)現(xiàn)按設(shè)定方向的定向反射。全部反射鏡陣列通過連桿機(jī)構(gòu)互相連接統(tǒng)一連動，一個 陣列的控制系統(tǒng)只需控制兩個電機(jī)實(shí)現(xiàn)二維跟蹤聚光(而傳統(tǒng)的方法需要控制全部反射 鏡數(shù)量的二倍的電機(jī))，可望大幅度降低跟蹤成本。但是，連桿連動的跟蹤方式使太陽能利 用裝置的偏轉(zhuǎn)空間有所局限，而連桿重量即增加跟蹤電耗也影響控制精度，因此太陽能跟 蹤方案仍有很大的改進(jìn)空間。跟蹤聚光技術(shù)的一個重要用途是太陽能聚光光伏，一般需要對電池有良好散熱， 目前技術(shù)方案主要采用水冷或空冷效果有限不適合較高倍率聚光，采用普通熱管冷卻雖有 提出可是因技術(shù)難度與成本的因素沒有實(shí)用的方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的大幅度降低降低太陽能跟蹤成本及太陽能利用成本。本發(fā)明的技術(shù)方案利用太陽光線偏轉(zhuǎn)很慢及一般在士90°左右的范圍內(nèi)有限 偏轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，通過低成本的鋼絲繩傳動、鏈傳動或帶傳動等線傳動裝置，利用線與輪組合可 實(shí)現(xiàn)任何空間角度拉動傳動的特點(diǎn)，正反向分別都采用拉動傳動拖動太陽能利用裝置跟蹤 光線偏轉(zhuǎn)或者返回復(fù)位。線傳動即可以控制單獨(dú)的太陽能利用裝置也可以通過互相串連、 并聯(lián)或串連與并聯(lián)相結(jié)合的連動的方式實(shí)現(xiàn)太陽能利用裝置陣列式連動跟蹤，尤其采用鋼 絲繩傳動時可徹底降低跟蹤成本。為實(shí)現(xiàn)線傳動式跟蹤反射聚光低成本方案，采用改進(jìn)的角平分線式定向反射原 理，角平分線式定向反射機(jī)構(gòu)的跟蹤搖桿的轉(zhuǎn)軸按與地球極軸平行的方式安裝，即跟蹤搖 桿采用極軸跟蹤方式，在一些特殊位置，采用平行連桿機(jī)構(gòu)的等效跟蹤搖桿滿足跟蹤機(jī)構(gòu)各部件自由的工作空間。這樣，因?yàn)闃O軸跟蹤的特點(diǎn)，跟蹤搖桿的方位角跟蹤為與地球自轉(zhuǎn) 對應(yīng)的勻速旋轉(zhuǎn)規(guī)律，而高度角為與地球公轉(zhuǎn)對應(yīng)的一年只有在士23. 5°范圍變化一個周 期，所有反射鏡的跟蹤搖桿都同步工作。顯然，即使每個反射鏡的跟蹤搖桿都直接采用電機(jī) 控制也比傳統(tǒng)的復(fù)雜的控制方案有實(shí)質(zhì)性優(yōu)勢，而用線傳動方式取代平行連桿式使連動跟 蹤無論投資成本還是跟蹤性能都是實(shí)質(zhì)性突破。在低倍反射聚光領(lǐng)域，線傳動式跟蹤系統(tǒng)按時鐘控制的開環(huán)方式就可以滿足跟蹤 精度要求而不需要增加傳感器反饋系統(tǒng)，是最經(jīng)濟(jì)的跟蹤方式，而低倍聚光最主要的用途 是低倍聚光光伏。采用光伏電池背板散熱措施滿足電池聚光下正常工作，可充分發(fā)揮線傳 動式連動跟蹤方法的低成本優(yōu)勢而使太陽能發(fā)電成本大幅度下降。線傳動式跟蹤的具體解決方案靈活多樣，具體將結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1.提出最簡單的以鋼絲繩為主要方式的線傳動式連動跟蹤解決方案將徹底降低 太陽能跟蹤成本。2.充分發(fā)揮線傳動的低成本優(yōu)勢，可盡可能采用大半徑傳動，減小構(gòu)件應(yīng)力，增加 太陽能利用裝置的跟蹤穩(wěn)定性及抗風(fēng)性能。3.以并聯(lián)方式為主的連動方式，而且母線可采用鋼筋鋼管等剛性件，可避免誤差 與變形累積，確保太陽能跟蹤陣列有足夠的穩(wěn)定性與跟蹤精度。4.提供了從普通太陽能裝置到反射聚光系統(tǒng)，從屋頂?shù)降孛娴母鞣N線傳動式跟蹤 的完全解決方案，具有普遍的適用性。5. 一個連動跟蹤陣列可以做到單軸跟蹤只須有一個電機(jī)或者雙軸跟蹤只須兩個 電機(jī)，整個陣列除主動輪外無需減速機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)無油潤滑直接傳動，更容易適應(yīng)荒漠地 區(qū)，抗風(fēng)沙壽命長傳動效率高。6.充分發(fā)揮了連動跟蹤的超低成本優(yōu)勢，將對太陽能產(chǎn)業(yè)包括各種太陽能光伏發(fā) 電(如普通光伏的單軸或雙軸跟蹤、低倍及高倍聚光光伏等)、中高溫甚至低溫太陽能熱利 用及太陽能熱發(fā)電等各領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響。


圖1是單臺太陽能利用裝置采用半輪式線傳動跟蹤原理圖；圖2是單列雙母線并聯(lián)方式的線傳動式連動跟蹤原理圖；圖3是多列雙母線并聯(lián)方式的線傳動式連動跟蹤原理圖；圖4與圖5是兩種線傳動導(dǎo)向輪安裝方式；圖6是兩種單母線并聯(lián)方式的線傳動式連動跟蹤原理圖；圖7是一種多列單母線并聯(lián)方式原理圖；圖8是一種串聯(lián)方式的線傳動式連動跟蹤的示意圖；圖9與圖10是按豎直拉驅(qū)動方式的線傳動式連動跟蹤兩種位置圖；圖11是豎直拉傳動方式的線傳動式連動跟蹤的雙母線連接驅(qū)動原理圖；圖12是斜直拉驅(qū)動方式的線傳動式跟蹤原理圖；圖13是斜直拉驅(qū)動方式的幾何計(jì)算分析圖；圖14是斜直拉驅(qū)動方式的凸輪式張緊補(bǔ)償原理圖15是太陽能利用裝置上增加了線支撐架的兩種工作狀態(tài)示意圖16是采用斜直拉驅(qū)動的太陽能利用裝置線作用點(diǎn)高于受光面的示意圖
圖17與18是可用于線傳動極軸式雙軸跟蹤的懸臂斜軸支架示意圖19是懸臂斜軸與三腳支架結(jié)合處采用銷軸連接的偏心旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)示意圖
圖20是線傳動式跟蹤系統(tǒng)反饋補(bǔ)償裝置的螺母螺桿執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理圖21與圖22是角平分線式定向反射機(jī)構(gòu)原理圖。
圖23是跟蹤搖桿采用平行連桿結(jié)構(gòu)的等效機(jī)構(gòu)原理圖24是角平分線式定向反射機(jī)構(gòu)的跟蹤搖桿采用極軸式跟蹤示意圖25是具有背板液槽散熱功能的聚光電池組件示意圖26是電池板散熱液槽結(jié)構(gòu)簡圖27是水平軸單軸跟蹤支架上的反射鏡陣列實(shí)現(xiàn)跟蹤聚光示意圖28是圓盤支架采用線傳動式跟蹤示意圖29棘輪機(jī)構(gòu)式線傳動方式示意圖30棘輪機(jī)構(gòu)式線傳動方式連動示意圖31圓盤支架導(dǎo)軌示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1，半輪線傳動式跟蹤及其陣列串并聯(lián)連動如附圖1所示的單臺太陽能利用裝置采用線傳動跟蹤原理圖，太陽能利用裝置1 安裝了大直徑半輪2，由主動輪4通過鋼絲繩3的繞合傳動拖動半輪即拖動太陽能利用裝置 1跟蹤太陽光線偏轉(zhuǎn)，主動輪4與繞合的鋼絲繩直接利用摩擦力傳動，適合任何太陽能利用 裝置的單軸跟蹤。因?yàn)槠涓櫧嵌纫话愣荚谑?0°范圍內(nèi)，太陽能利用裝置采用半輪傳動， 可盡可能增大輪直徑甚至可以超過太陽能利用裝置的寬度，增加減速比減小傳動應(yīng)力且節(jié) 約材料，拖動主動輪的減速電機(jī)成本也大幅下降。半輪并不局限只是180度的圓周，可視傳 動需要大于或小于180度。附圖2是單列雙母線并聯(lián)方式的線傳動式連動跟蹤原理圖，拖動半輪旋轉(zhuǎn)的鋼絲 繩經(jīng)過導(dǎo)向輪5及連接扣6與母線鋼絲繩7連接，與母線并聯(lián)的太陽能利用裝置統(tǒng)一由母 線主動輪8拖動實(shí)現(xiàn)線傳動式連動跟蹤，圖中所示太陽能利用裝置與母線鋼絲繩都是水平 布置的，半輪及其傳動鋼絲繩是豎直平面內(nèi)安裝的。附圖3是多列雙母線并聯(lián)方式的線傳動式連動跟蹤原理圖，支線母線9通過導(dǎo)向 輪與總線母線10連接最終由總母線主動輪11拖動實(shí)現(xiàn)整個陣列的線傳動式連動跟蹤。附圖4與附圖5是兩種導(dǎo)向輪安裝方式，附圖4中導(dǎo)向輪12適合引導(dǎo)太陽能利用 裝置與母線之間的鋼絲繩連接，附圖5適合引導(dǎo)母線與母線之間的連接。附圖6是兩種單母線并聯(lián)方式的線傳動式連動跟蹤原理圖，在下圖的連接方式 中，增大半輪直徑甚至可以不用導(dǎo)向輪，是比較簡單的線傳動模式。通過圖示兩種連接方式 有機(jī)組合，跟蹤陣列的母線可以按“S”形串連，整體可實(shí)現(xiàn)“凹”字形的串連式閉路連動跟
S示ο圖7是一種多列單母線并聯(lián)方式的復(fù)合并聯(lián)原理圖，由主動輪13拖動整個跟蹤陣 列，并聯(lián)可以減少傳動系統(tǒng)累積誤差。
圖8是一種單母線串聯(lián)方式的線傳動式連動跟蹤的示意圖，線和輪(圖中虛線所 示)的繞合中增加了二者鎖定點(diǎn)14，轉(zhuǎn)輪可安裝在太陽能裝置傳動軸上的傳動方式，比較 適合小型或者微型連動跟蹤陣列。本實(shí)施例中以鋼絲繩傳動說明了線傳動跟蹤的特點(diǎn)，事實(shí)上具有線傳動特點(diǎn)的各 種鏈傳動、皮帶傳動等也可以，尤其在連動跟蹤陣列的主動輪傳動機(jī)構(gòu)中采用鏈傳動或者 雙齒條齒輪傳動等可滿足大扭矩需要。而在線傳動式跟蹤系統(tǒng)中的母線直線段，可以采用 鋼管或鋼筋等直線剛性件增加傳動的可靠性。本實(shí)施例所述的線傳動式單軸跟蹤方法，不僅適合光伏領(lǐng)域也適合光熱領(lǐng)域，如 太陽能熱水器的低溫光熱及槽式聚光的中高溫光熱領(lǐng)域等。實(shí)施例2，豎直拉線傳動方式為了進(jìn)一步降低跟蹤投資成本省掉半輪，采用如附圖9與圖10所示的按豎直拉驅(qū) 動方式的線傳動式連動跟蹤方法，太陽能利用裝置20由豎直方向的鋼絲繩21拖動經(jīng)過輥 筒式導(dǎo)向輪22與母線連接(圖中母線未顯示)，這種連動跟蹤過程中鋼絲繩之間的距離總 是在變化的，輥筒導(dǎo)向輪的長度須滿足跟蹤過程中鋼絲繩在其上的橫向位移范圍。與實(shí)施 例1所述跟蹤陣列中母線之間的連接傳動方式類似，但是為適應(yīng)鋼絲繩間距變化特點(diǎn)，附 圖11顯示了豎直拉傳動方式的雙母線連接原理及主動輪的傳動方式，用實(shí)線與虛線區(qū)別 兩個方向的母線鋼絲繩。當(dāng)主動輪M拖動轉(zhuǎn)盤23旋轉(zhuǎn)時兩個方向的母線將以同樣的運(yùn)動 規(guī)律傳動，在非主動輪位置的母線交匯處，采用同樣的轉(zhuǎn)盤互相連接即可。實(shí)施例3，斜直拉線傳動方式如附圖12所示的斜直拉驅(qū)動方式的線傳動式跟蹤原理，可以避免實(shí)施例2中母線 間距存在位移的麻煩。但是斜直拉傳動方式的一個特點(diǎn)是隨著太陽能利用裝置的偏轉(zhuǎn)角度 變化，兩側(cè)鋼絲繩的伸長量與縮短量不等量變化，須增加張緊補(bǔ)償裝置。附圖13是斜直拉驅(qū)動方式的幾何計(jì)算分析圖，AC為太陽能利用裝置上鋼絲繩作 用點(diǎn)距離，AB與BC為兩側(cè)鋼絲繩的斜拉長度延長到交點(diǎn)的理論長度，0為偏轉(zhuǎn)中心，0為太 陽能裝置偏轉(zhuǎn)角，設(shè)定OA = OC = R及OB = H，兩側(cè)斜拉繩的長度之和為L，容易確定下面
的關(guān)系式
AB2=R2+H2-2RHcos(90° -0)
權(quán)利要求
1.一種線傳動式太陽光線跟蹤方法，控制系統(tǒng)通過傳動系統(tǒng)使太陽能利用裝置跟蹤光 線偏轉(zhuǎn)，其特征是太陽能利用裝置采用線傳動機(jī)構(gòu)單獨(dú)或統(tǒng)一連動跟蹤光線偏轉(zhuǎn)，線傳動 機(jī)構(gòu)通過輪或者半輪或者棘輪機(jī)構(gòu)連接驅(qū)動太陽能利用裝置偏轉(zhuǎn)，或者直接連接驅(qū)動。
2.如權(quán)利要求1所述的線傳動式太陽光線跟蹤方法，其特征是太陽能利用裝置由線 傳動機(jī)構(gòu)按豎直拉方式或斜直拉方式直接連接驅(qū)動，采用斜直拉方式驅(qū)動時增加張緊補(bǔ)償 機(jī)構(gòu)，補(bǔ)償機(jī)構(gòu)采用了凸輪機(jī)構(gòu)方式或者其它補(bǔ)償方式。
3.如權(quán)利要求2所述的線傳動式太陽光線跟蹤方法，其特征是太陽能利用裝置采用 斜直拉方式驅(qū)動時增設(shè)了為增加線支撐點(diǎn)的傳動線支撐架。
4.如權(quán)利要求1所述的線傳動式太陽光線跟蹤方法，其特征是太陽能利用裝置互相 連動跟蹤，線傳動系統(tǒng)按單母線或雙母線方式互相串聯(lián)或者并聯(lián)或者串聯(lián)與并聯(lián)相結(jié)合。
5.如權(quán)利要求1所述的線傳動式太陽光線跟蹤方法，其特征是太陽能利用裝置采用 了便于極軸方式跟蹤的三腳支撐或其它支撐方式的懸臂斜軸支架，懸臂斜軸與支架結(jié)合處 采用銷軸連接的偏心旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，太陽能利用裝置采用直接安裝在斜軸上的單軸跟蹤方式或 者采用增加了橫軸的雙軸跟蹤方式。
6.如權(quán)利要求1所述的線傳動式太陽光線跟蹤方法，其特征是太陽能利用裝置增加 了跟蹤反饋補(bǔ)償裝置，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用螺母螺桿機(jī)構(gòu)或者采用其它裝置控制線傳動機(jī)構(gòu)在 太陽能利用裝置上的兩個傳動線端的位移。
7.一種反射聚光方法，跟蹤系統(tǒng)控制反射鏡跟蹤光線偏轉(zhuǎn)，使反射光線總是聚集于目 標(biāo)點(diǎn)，其特征是反射鏡的跟蹤機(jī)構(gòu)采用角平分線式定向反射原理，其跟蹤搖桿采用極軸跟 蹤方式，驅(qū)動裝置通過直接驅(qū)動跟蹤搖桿或直接驅(qū)動反射鏡控制反射鏡方位角，驅(qū)動裝置 采用線傳動機(jī)構(gòu)或者電動機(jī)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求10所述的反射聚光方法，其特征是跟蹤搖桿采用平行連桿結(jié)構(gòu)的等效 機(jī)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的線傳動式太陽光線跟蹤方法，用于反射跟蹤聚光，其特征是由 線傳動連動機(jī)構(gòu)控制圓盤支架或水平軸支架一維跟蹤偏轉(zhuǎn)，支架上的反射鏡陣列按角平分 線式定向反射機(jī)構(gòu)的一維跟蹤方式跟蹤控制。
10.如權(quán)利要求7或權(quán)利要求9所述的跟蹤反射聚光方法，其特征是用于太陽能聚光 光伏，光伏電池安裝在聚光點(diǎn)位置且正面朝向反射光，電池組件背板槽內(nèi)裝有散熱液體，散 熱液體采用了以下散熱方式之一，(1)自然散熱；( 水冷散熱；C3)自然循環(huán)式熱管散熱； (4)遠(yuǎn)傳熱管散熱；( 空調(diào)回收熱量。
全文摘要
本發(fā)明涉及線傳動式連動跟蹤光線方法及其反射聚光光伏發(fā)電，屬于太陽能自動跟蹤及其聚光光伏領(lǐng)域。利用太陽光線偏轉(zhuǎn)很慢及±90°左右范圍的特點(diǎn)，及鋼絲繩傳動與輪組合可實(shí)現(xiàn)任何空間角度的拉動傳動的特點(diǎn)，正反向都采用拉動使太陽能利用裝置跟蹤光線偏轉(zhuǎn)或者返回復(fù)位。線傳動即可以控制單獨(dú)的太陽能利用裝置也可以通過互相串連、并聯(lián)的連動的方式實(shí)現(xiàn)太陽能利用裝置陣列式連動跟蹤，可大幅度降低跟蹤成本，同時提出了線傳動式的太陽能定點(diǎn)反射聚光方法和聚光光伏發(fā)電的電池散熱方法。
文檔編號G05D3/00GK102073321SQ20101055537
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者張玉良 申請人:張玉良