專利名稱：一種同步跟蹤太陽的方法及能源站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開一種同步跟蹤太陽的方法及能源站，涉及太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是太陽跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，制造太陽能電站、熱源站和光源站，用于發(fā)電、供熱、制冷和照明等。
現(xiàn)有的太陽跟蹤方法有時角跟蹤和光電限位等方法，例如中國專利局1991年10月30日公開的91103247.9可自動跟蹤太陽的聚能裝置和美國專利局1981年公開的244515太陽跟蹤系統(tǒng)等。這些專利申請?zhí)岢隽撕芎玫募夹g(shù)方案，有實(shí)用價值，但是存在如下特點(diǎn)懸臂結(jié)構(gòu)，抗風(fēng)能力弱、抖動大、承載小、精度差；或手動跟蹤赤緯角及儲能，不能實(shí)現(xiàn)免維護(hù)自動跟蹤；或者光電限位雙系統(tǒng)跟蹤，控制環(huán)節(jié)多、功耗大、成本高。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種同步跟蹤太陽的方法及能源站，一個電機(jī)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)免維護(hù)自動跟蹤太陽的時角和赤緯角，解決了現(xiàn)有技術(shù)中抗風(fēng)能力弱、抖動大、承載小、精度差、功耗大、控制環(huán)節(jié)多和成本高等問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案包括用時間同步的方法驅(qū)動構(gòu)架跟蹤太陽的時角，其特征是a、三點(diǎn)支承使構(gòu)架的轉(zhuǎn)軸與地軸平行；b、用時間的修正正弦函數(shù)按地球繞太陽的運(yùn)行軌跡，驅(qū)動接收裝置同步跟蹤太陽的赤緯角；c、通過接口輸出能量。如

圖1所示，實(shí)現(xiàn)上述方法的跟蹤系統(tǒng)包括時鐘機(jī)構(gòu)1、構(gòu)架2、修正正弦機(jī)構(gòu)3、支架6和南支架6s等，其中支架6和南支架6s三點(diǎn)支承使構(gòu)架2的軸線A與地軸平行；時鐘機(jī)構(gòu)1驅(qū)動構(gòu)架2同步跟蹤太陽的時角；構(gòu)架2上的修正正弦機(jī)構(gòu)3驅(qū)動轉(zhuǎn)臂及接收裝置4同步跟蹤太陽的赤緯角δ。時鐘機(jī)構(gòu)1包括通用頻率的時鐘電源、電機(jī)和傳動副等f；其中傳動副的總減速比i＝84600×f÷m，時鐘頻率f的優(yōu)選值為50Hz、60Hz和64nHz，n為正整數(shù)；m為電機(jī)的減速比，電機(jī)為步進(jìn)或同步減速電機(jī)。修正正弦機(jī)構(gòu)3包括與南支架6s聯(lián)動的傳動副、曲柄滑塊裝置、固定滑道、連桿和轉(zhuǎn)臂及聯(lián)接鉸鏈等；南支架6s的固定軸相對構(gòu)架2的轉(zhuǎn)動，經(jīng)傳動副減速驅(qū)動曲柄滑塊裝置的滑道在構(gòu)架2上的固定滑道中滑動構(gòu)成時間的正弦機(jī)構(gòu)，將其用鉸鏈與連桿和轉(zhuǎn)臂聯(lián)接構(gòu)成修正正弦機(jī)構(gòu)3；曲柄半徑r、連桿長度h、轉(zhuǎn)臂半徑R、軸線A與B的中心距a和軌跡線C與軸線D的距離1，決定接收裝置4的軌跡，其中r＝R×Sin23°26′21″，當(dāng)轉(zhuǎn)臂半徑R、中心距a確定，用作圖法和計算法可求出連桿長度h和距離l，其條件是保證接收裝置4運(yùn)行中的春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)與地球的實(shí)際位置對應(yīng)。傳動副的減速比i＝365.2422，優(yōu)選值為59×130÷21、163×121÷54，最佳值為331×32÷29。
用這種方法制造的太陽能源站，包括跟蹤系統(tǒng)、接收裝置4和接口5等，相應(yīng)的接收裝置4與接口5組合可制造不同的太陽能源站，如太陽能電站、熱源站和光源站，用于發(fā)電、供熱、制冷和照明等。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較有以下優(yōu)點(diǎn)一個電機(jī)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)免維護(hù)同步跟蹤太陽的時角和赤緯角，無傳感元件和控制環(huán)節(jié)，功耗小、準(zhǔn)確可靠、自動化程度和跟蹤精度高、造價低；三點(diǎn)支承，承載大、抗風(fēng)能力強(qiáng)、抖動小、穩(wěn)定性好；接口結(jié)構(gòu)簡單，容易制造。例如修正正弦機(jī)構(gòu)的減速比按59×130÷21設(shè)計，其100年的積累誤差為0.16094637度；按331×32÷29設(shè)計，其100年的積累誤差為0.03217664度。再如一個100平方米的太陽能能源站，其驅(qū)動功耗不大于30瓦；按70％的轉(zhuǎn)換效率用于照明，相當(dāng)于910000峰瓦的白熾燈。
圖1為本發(fā)明的原理圖；圖2為本發(fā)明的實(shí)施例之一太陽能電站的整體圖；圖2-1為圖1的局部視圖的旋轉(zhuǎn)視圖，圖2-2為圖2-1的A-A剖視圖；圖3為本發(fā)明的實(shí)施例之二太陽能熱源站；圖4為本發(fā)明的實(shí)施例之三太陽能光源站。
參照圖2、圖2-1、圖2-2，圖3，圖4說明本實(shí)現(xiàn)發(fā)明三個實(shí)施例的跟蹤原理支架6和南支架6s三點(diǎn)支承使構(gòu)架2的軸線A與地軸平行，時鐘機(jī)構(gòu)1驅(qū)動構(gòu)架2跟蹤太陽的時角，其總傳動比i＝84600×f÷m。構(gòu)架2上的修正正弦機(jī)構(gòu)3驅(qū)動接收裝置4跟蹤太陽的赤緯角δ。
本發(fā)明實(shí)施例之一太陽能電站，包括跟蹤系統(tǒng)，接收裝置4、接口5、電樞7、軟管8、連接管9和冷卻裝置10及導(dǎo)管等，如圖2、圖2-1和圖2-2，其中聚光電池用導(dǎo)電膠固定在每段銅質(zhì)八角管的聚光面上，各段八角管的軸向有密封環(huán)絕緣密封，導(dǎo)電網(wǎng)箔串接相鄰八角管上聚光電池的電極；八角管置于聚光元件的焦點(diǎn)，并與聚光元件、端蓋、接口、固定螺栓和固定架等構(gòu)成接收裝置4；八角管的內(nèi)腔與連接管9、軟管8、接口5和導(dǎo)管5和導(dǎo)管及冷卻裝置10構(gòu)成強(qiáng)制負(fù)壓冷卻回路，以使聚光電池的工作溫度低于50℃；電能經(jīng)導(dǎo)線和電樞7輸出。接口5包括固定在構(gòu)架上的轉(zhuǎn)動管、固定在支架6或6s上的固定管及兩管中間的環(huán)槽內(nèi)有一密封環(huán)；電樞7包括導(dǎo)電環(huán)、電刷、絕緣座等；連接管9用接口將各接收裝置4連接成平行四邊形機(jī)構(gòu)，使其保持同步；聚光元件是槽式拋物面反射鏡或條式菲涅耳透鏡。
實(shí)施例之二太陽能熱源站，包括跟蹤系統(tǒng)，構(gòu)架2上的接口及導(dǎo)管、接收裝置4和接口5等，如圖3，是在緯度大于23.5°地域的立式安裝結(jié)構(gòu)，臥式結(jié)構(gòu)與太陽能電站的安裝結(jié)構(gòu)相同。其中真空管內(nèi)有底端相通的兩半圓形導(dǎo)管構(gòu)成集熱器，將其置于聚光元件的焦點(diǎn)處與聚光元件、固定架、導(dǎo)管構(gòu)成接收裝置4；接收裝置4、構(gòu)架2上的接口及導(dǎo)管、接口5及工作裝置組成工質(zhì)循環(huán)回路，傳熱工質(zhì)經(jīng)由循環(huán)回路向工作裝置提供100℃以上熱能。其接口5和聚光元件的結(jié)構(gòu)與電站的接口相同。
實(shí)施例之三太陽能光源站，包括跟蹤系統(tǒng)、接收裝置、角平分機(jī)構(gòu)11和接口5等，其中固定在聚光元件焦點(diǎn)附近的聚光透鏡與聚光元件、固定架構(gòu)成接收裝置4，軸線D處有一反光鏡置于角平分機(jī)構(gòu)11的等角桿上并使其中心軸與軸線D同軸，太陽光由聚光元件聚焦射到焦點(diǎn)附近的聚光透鏡上并透過聚光透鏡還原成平行的聚光光束，反光鏡使平行的聚光光束始終反射在接口5的中心，光能由接口5輸出。角平分機(jī)構(gòu)11包括繞軸線D分別在構(gòu)架2和接收裝置4上兩等長點(diǎn)構(gòu)成的擺桿、兩等臂的連桿桿、等角桿和滑桿及連接鉸鏈等，接收裝置4在構(gòu)架2上按軸線D轉(zhuǎn)動時通過兩連桿拉動滑桿使等角桿始終處于兩擺桿夾角的平分線上；接口5包括透光玻璃密封固定在導(dǎo)光管的垂直段面上，并固定在支架6上；聚光元件是回轉(zhuǎn)拋物面反射板或菲涅耳透鏡。
本發(fā)明的方法可用于各種接收裝置，設(shè)計制造太陽能源站，特別是用于大規(guī)模供熱、制冷系統(tǒng)及高倍聚光的砷化鎵電池發(fā)電系統(tǒng)。也是改變能源結(jié)構(gòu)，保護(hù)環(huán)境的最佳方法之一。
權(quán)利要求
1.一種同步跟蹤太陽的方法及能源站，包括用時間同步的方法跟蹤太陽的時角，其特征是a、三點(diǎn)支承使構(gòu)架的轉(zhuǎn)軸與地軸平行；b、用時間的修正正弦函數(shù)按地球繞太陽的運(yùn)行的軌跡，驅(qū)動接收裝置同步跟蹤太陽的赤緯角；c、通過接口輸出能量；實(shí)現(xiàn)這一方法的跟蹤系統(tǒng)，包括時鐘機(jī)構(gòu)(1)、構(gòu)架(2)、修正正弦機(jī)構(gòu)(3)、支架(6)和(6s)等，其中支架6和6s三點(diǎn)支承使構(gòu)架(2)的軸線A與地軸平行；時間機(jī)構(gòu)(1)驅(qū)動構(gòu)架(2)同步跟蹤太陽的時角，構(gòu)架(2)上的修正正弦機(jī)構(gòu)(3)驅(qū)動其轉(zhuǎn)臂及接收裝置(4)同步跟蹤太陽赤緯角δ。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同步跟蹤太陽的方法及能源站，其特征是包括跟蹤系統(tǒng)、接收裝置(4)、電樞(7)、連接管(9)和導(dǎo)管及冷卻裝置(10)等組成的太陽能電站，其中聚光電池用導(dǎo)電膠固定在八角管的聚光面上，八角管的軸向有密封環(huán)絕緣密封，導(dǎo)電網(wǎng)箔串接聚光電池的電極，八角管置于聚光元件的焦點(diǎn)；八角管的內(nèi)腔與軟管(8)、連接管(9)、接口(5)和導(dǎo)管及冷卻裝置(10)構(gòu)成強(qiáng)制負(fù)壓冷卻回路，以使聚光電池的工作溫度低于50℃；電能經(jīng)導(dǎo)線和電樞(7)輸出；連接管(9)用接口將各接收裝置聯(lián)接成平行四邊形機(jī)構(gòu)，使其保持同步；接口(5)包括轉(zhuǎn)動管與固定管之間的環(huán)槽內(nèi)有一密封環(huán)；電樞(7)包括導(dǎo)電環(huán)、電刷和絕緣座等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同步跟蹤太陽的方法及能源站，其特征是包括跟蹤系統(tǒng)，構(gòu)架(2)上的接口及導(dǎo)管、接收裝置(4)和接口(5)等組成的太陽能熱源站，其中接收裝置(4)、構(gòu)架(2)上的接口及導(dǎo)管、接口(5)和工作裝置組成工質(zhì)循環(huán)回路，向工作裝置提供100℃以上的熱能；接口(5)包括轉(zhuǎn)動管與固定管之間的環(huán)槽內(nèi)有一密封環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同步跟蹤太陽的方法及能源站，其特征是包括跟蹤系統(tǒng)、接收裝置(4)、角平分機(jī)構(gòu)(11)和接口(5)等組成的太陽能光源站，其中軸線(D)處有一反射鏡置于角平分機(jī)構(gòu)(11)的等角桿件上并使其中心與軸線D同軸，使聚光光束始終反射在接口(5)的中心；角平分機(jī)構(gòu)包括兩等長的擺桿、等長的連桿、等角桿和滑桿及鉸鏈，接收裝置(4)在構(gòu)架(2)上按軸線D轉(zhuǎn)動時通過兩連桿拉動滑桿使等角桿始終處于兩擺桿夾角的平分線上；光能由透光玻璃密封固定在導(dǎo)光管垂直端面構(gòu)成的接口(5)輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同步跟蹤太陽的方法及能源站，其特征是時鐘機(jī)構(gòu)(1)傳動副的減速比i＝68400×f÷m，時鐘電源頻率f優(yōu)選值50、60和64n，n為正整數(shù)，電機(jī)為步進(jìn)或同步電機(jī)，m為電機(jī)減速比。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同步跟蹤太陽的方法及能源站，其特征是包括與南支架6n聯(lián)動的傳動副、曲柄滑塊裝置、固定滑道、連桿和轉(zhuǎn)臂及聯(lián)接鉸鏈等構(gòu)成的修正正弦機(jī)構(gòu)(3)；其中構(gòu)架(2)的轉(zhuǎn)動，經(jīng)傳動副驅(qū)動曲柄滑塊裝置的滑道在構(gòu)架(2)上的固定滑道中滑動構(gòu)成時間的正弦機(jī)構(gòu)，將其用鉸鏈與連桿和轉(zhuǎn)臂聯(lián)接構(gòu)成修正正弦機(jī)構(gòu)(3)；傳動副的減速比為i＝365.2422，優(yōu)選值59×130÷21和121×163÷54，最佳值為32×331÷29。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用時間同步跟蹤時角,修正正弦函數(shù)跟蹤赤緯角δ的跟蹤方法。包括時鐘機(jī)構(gòu)1、構(gòu)架2、修正正弦機(jī)構(gòu)3、支架等,機(jī)構(gòu)1跟蹤時角,機(jī)構(gòu)3跟蹤赤緯角δ,一個電機(jī)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)免維護(hù)自動跟蹤時角和赤緯角。太陽能源站包括跟蹤系統(tǒng)、接收裝置4、接口5等,接口5用于輸出能量;相應(yīng)的接收裝置與接口組合可制造太陽能電站、熱源站、光源站,用以發(fā)電、供熱、制冷、采光。用于各種接收元件,特別是適用高倍聚光和大規(guī)模系統(tǒng)。
文檔編號H02N6/00GK1202760SQ9811571
公開日1998年12月23日 申請日期1998年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月24日
發(fā)明者魏明 申請人:魏明