自動跟蹤式太陽能集能器的製作方法
2023-05-29 07:05:16 3
專利名稱：自動跟蹤式太陽能集能器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於自動跟蹤式太陽能集能器。
太陽能取之不盡、清潔安全、無汙染、不用運輸，具有良好的應用前景，由於太陽能的能量密度低，不便應用，因此為了很好利用太陽能，需要把光能聚焦並使焦點固定。要使焦點固定，必須使太陽能集能器能夠隨著太陽的偏轉角及傾角的改變而改變。尤其是一天中偏轉角的改變比較大，需要有自動跟蹤能力。現有的具有自動跟蹤功能的太陽能集能器其驅動功率一般都比較大，不可能以太陽能作為電源，而且結構也較複雜。
本實用新型的目的是要設計需要較小驅動功率的自動跟蹤式太陽能集能器，能夠利用太陽能作為工作電源。
本實用新型設計的自動跟蹤式太陽能集能器包括安裝架、與安裝架可轉動連接的集能器主體、與集能器主體固定連接的傳動輪、安置在傳動輪和執行器上的傳動件、安裝在集能器主體上的偏轉角傳感器、控制器、調整偏轉角的執行器。集能器主體包括一對連接件、安裝在連接件相對兩側、跨接在連接件上的太陽能集能器和換熱器支架。
為了減少安裝架與連接件之間的摩擦力，中間可加設軸承。
為了使太陽能集能器兼具自動跟蹤太陽傾角變化的能力，自動跟蹤式太陽能集能器還包括固定安裝件、安裝在安裝件一端的調整傾角的執行器、安裝在執行器上的傳動輪、安裝在安裝架一端的另一傳動輪、安裝在兩個傳動輪上的傳動件、安裝在安裝架上的傾角傳感器。固定安裝件在另一側與安裝架可轉動連接。
本實用新型設計的自動跟蹤式太陽能集能器具有如下優點1.驅動功率小。由於集能器和換熱器支架設置在連接件相對的兩側，這樣就容易實現集能器和換熱器支架內的換熱器相對於連接件轉動的力矩之和為零的關係，從而可保證以最小的驅動功率驅動集能器作偏轉角調整的動作。另外，採取一側將安裝件和安裝架可轉動的連接在一起及在另一端設置傾角驅動力的作用點的傾角驅動結構，同樣可使驅動功率減小。
2.可以利用太陽能作為驅動力的電源，因此適合無電能地區使用，既可利用其發電為廣大無電或缺電地區的照明和文化娛樂活動提供廉價電源，又可作為供熱裝置，單獨作為供熱裝置時，可用來供應熱水或用作燒、炒、蒸、煮多種用途。
圖1是本實用新型設計的一種自動跟蹤式太陽能集能器的結構圖。
圖2是
圖1的俯視圖。
圖3是
圖1的側視圖。
圖4是還帶有傾角自動跟蹤的另一種自動跟蹤式太陽能集能器的結構圖。
圖5是圖4的俯視圖。
圖6是圖4的側視圖。
圖7是一種偏轉角傳感器的結構圖。其中a為正視圖，b為俯視圖。
圖8是一種傾角傳感器的結構圖。
圖9是一種照度傳感器的結構圖。
圖10是一種控制器的電路框圖。
圖11是一種控制器的電路圖。
下面將結合附圖對本實用新型的設計的自動跟蹤式太陽能集能器的實施方式及其效果作進一步描述。
圖1－圖3是本實用新型設計的一種自動跟蹤式太陽能集能器的結構圖。它由安裝架、與安裝架可轉動連接的集能器主體、與集能器主體固定連接的傳動輪、安置在傳動輪和執行器上的傳動件、安裝在集能器主體上的偏轉角傳感器、控制器、調整偏轉角的執行器組成。集能器主體包括一對連接件、安裝在連接件相對兩側、跨接在連接件上的太陽能集能器和換熱器支架。安裝架由橫向託板1和與之大致垂直的、固定連接的兩根支柱2和2』組成。在每根支柱的上端還固定連接一個軸座3，軸座3內有一個與軸座3大致垂直的軸4，軸座3和軸4可以是整體結構，也可以是固定連接的組合件，也可以是可拆式連接的組合件，可拆式連接的組合件更便於安裝、維修。圖中所示的是用螺釘5將軸座和軸連成一體的。集能器主體中的一對連接件是套置在每根軸4上的軸套6，以實現安裝架和集能器主體的可轉動連接。為了減少軸4和軸套6之間的摩擦力，在它們之間可加設軸承13，由壓板和螺釘、螺母將它們組裝成整體。在一根支柱2的軸座3和軸套6之間的軸4上還套置一個輪盤9，輪盤9與軸套6固定連接，如焊接、粘接、螺釘連接，在安裝架的橫向託板1上裝有調整偏轉角的執行器11，它由電機和減速機構組成，輪盤9和執行器由傳動件連在一起，輪盤9可以是皮帶輪、齒輪、鏈輪等，傳動件則相應的可以是皮帶、中間齒輪和鏈條，圖中所示的輪盤9是鏈輪，因此傳動件是鏈條10。在一對軸套6和6』的相對兩側上跨裝有集能器8和換熱器支架7。在集能器主體上裝有偏轉角傳感器和控制器12，偏轉角傳感器的安裝平面與集能器的口徑平面平行並隨其轉動而轉動。偏轉角傳感器可以有各種結構。圖7是一種偏轉角傳感器的結構圖。它由外殼、安裝在外殼內的兩對光電池組成。外殼由上罩71和底座72組成。兩對光電池安裝在與底座72連接的安裝板73上，其中一對光電池74、75縱向設置，各光電池平面與底座72的中垂面有相等的夾角α；另一對光電池76、77橫向設置，在各光電池上裝有進光筒78，各進光筒的軸線與底座72的中垂線有相等的夾角β。上罩71一般採用透明材料如玻璃製成。當太陽光以與上罩(底座)垂直的方向照射到傳感器上時，即太陽光始終對準太陽能集能器時，進入兩個光電池74、76的太陽光的總和與另兩個光電池75、77的太陽光總和是相同的；當太陽光偏離垂直方向時，不管向那個方向偏離，進入兩個光電池74、76的太陽光的總和與另兩個光電池75、77的太陽光的總和之間就會有差值，這就是偏離的信號。在換熱器支架上可根據不同的使用要求放置加熱器、換熱器或光電池，以實現加熱、換熱或發電的目的。
使用時，當太陽光發生偏轉時，偏轉角傳感器就會發出偏轉信號，通過控制器12向執行器11發出指令，執行器根據該指令使電機動作，帶動鏈條10使輪盤9也隨動，由於輪盤9與軸套6固定連接，因此可帶動與之跨接的集能器8和換熱器支架7一起動作，直到太陽光的偏轉角為零，偏轉角傳感器不發出偏轉信號，執行器就停止動作，只要太陽光有偏轉，集能器就會自動跟蹤隨動，達到了焦點固定的目的。實際上太陽光除了東西方向偏轉以外，還會有南北方向的傾角變化，由於傾角的變化在一天內才0.26度，所以即使手動調整也極易實現，如一天只調整一次，則其傾角變化也不大。
為了對太陽光的偏轉角和傾角都能實現自動跟蹤，則可採用圖4～圖6結構的太陽能集能器。這種太陽能集能器與
圖1～圖3的主要區別是還增加了固定安裝件、安裝在安裝件一端的調整傾角的執行器、安裝在執行器上的傳動輪、安裝在安裝架的橫向託板一端的另一傳動輪、安裝在兩個傳動輪上的傳動件、安裝在安裝架上的傾角傳感器。固定安裝件在另一側與安裝架的橫向託板可轉動連接。傾角傳感器與控制器電連接。固定安裝件由橫向基板14和縱向支架17組成，橫向基板14和橫向託板41在一側通過支撐軸15、軸套16實現可轉動連接。在縱向支架17上安裝有調整傾角的執行器18，執行器18包括電機及減速機構，執行器上有滑輪20、橫向託板41的端部也有滑輪21、滑輪21外套置牽引鋼絲繩22、牽引鋼絲繩22的一端固定在縱向支架17上，另一端固定在滑輪20上，在安裝架的適當位置上安裝傾角傳感器19。例如可安裝在安裝架的軸座43上。傾角傳感器的安裝平面與集能器的口徑平面平行。傾角傳感器可以有各種設計結構。圖8是一種傾角傳感器的結構圖，它由外殼、安裝在外殼內的一對光電池組成。外殼由上罩814和底座815組成，一對光電池816、817安裝在與底座815連接的安裝板818上。一對光電池816、817橫向設置，在各光電池上裝有進光筒819，各進光筒的軸線與底座的中垂線有相等的夾角α。上罩814一般採用透明材料如玻璃製成。當太陽光以與上罩(底座)垂直方向照射時，進入兩個光電池816、817的太陽光是相同的，無信號輸出；當太陽光有傾斜時，進入兩個光電池的太陽光就有差值，這就是傾斜信號。
在使用中當太陽光發生傾斜時，傾角傳感器就會發出傾角信號，通過控制器向執行器18發出指令，執行器根據該指令使電機動作，滑輪20捲起牽引鋼絲繩22或者反向鬆開牽引鋼絲繩22，由於牽引鋼絲繩的一端是固定的，所以它的動作必然會拉起橫向託板41或放下橫向託板41，即改變橫向託板41和橫向基板14之間的夾角，從而使太陽能集能器能自動跟蹤太陽光傾角的變化。這種裝置的優點是能自動對太陽光的偏轉角和傾角跟蹤調整，使太陽能換能器的焦點實現定位。利用拋面物反射器作為太陽能集能器時，自動跟蹤使太陽能聚焦在固定焦點上，其溫度可高達1000℃以上，當拋物面反射器口徑為1.2米，在換熱器支架上放置換熱器，每天可生產70公斤以上的飲用開水，在換熱器上安裝光電池後可利用普通太陽電池進行聚光發電。利用反射器聚光，將太陽光能量密度提高10倍以上，光電池的輸出功率也將提高大致10倍以上，其發電量可供彩電和20瓦燈同時工作8小時以上。而本裝置的驅動功率僅為0.7瓦。
為了進一步減少能耗，加設照度傳感器，使裝置只在日出後直到太陽落山前太陽光達到工作照度的一段時間內才工作。照度傳感器的結構可以有多種，圖9是一種照度傳感器的結構圖。控制器也可以有多種電路圖，
圖10是一種可利用太陽能作為電源的控制器的電路框圖，
圖11是相應的線路圖。使用這種線路的控制器及圖7～圖9的傳感器在本裝置中的工作過程是這樣的。
裝置使用的電源為太陽能電源，由太陽能電池和蓄電池組成，以保證裝置必要的供電容量。IC1，IC2和IC3等構成振蕩器，設定其振蕩周期為3分鐘，在一個周期內約5秒鐘接通電子開關，即振蕩器每3分鐘發出一次工作指令、工作時間僅5秒鐘。S1為偏轉角自動跟蹤部分的照度傳感器，IC5、IC6、IC8－IC10構成偏轉角自動跟蹤部分中的控制單元，它能保證在有足夠陽光照射下，每3分鐘調整一次偏轉角，調整時間約5秒鐘。S2和S3組成偏轉角傳感器，用於隨時檢測太陽光和集能器的偏轉角，發出的偏轉信號經IC7放大。由T1、T2、T7、T8、組成偏轉角自動跟蹤部分中的功率放大器，分別可控制執行器M1作不同方向的轉動。
傾角自動跟蹤部分中S4構成照度傳感器，信號經IC13放大後送入傾角控制單元。傾角控制單元由IC11、IC12、IC14、IC17、IC15組成，它可以保證在有陽光的情況下每天調整一次，即太陽傾角偏差小於0.13°的情況下及時調整。S5，S6構成傾角傳感器，一旦傾角傳感器發出傾角偏離信號經IC16放大後即送入傾角控制單元。由T4、T5、T10、T11組成傾角自動跟蹤部分中的功率放大器，再控制執行器M2工作。
設太陽能集能器停在向西的位置，當早上日出太陽光照度達到工作照度後照度傳感器S1即發出工作照度信號；偏轉角傳感器中的S2接收到太陽光信號，S3收不到太陽光信號，因而S2信號大於S3的信號，兩者的差值就是偏離信號，該信號經IC7放大輸出，IC10的輸出使電子開關IC8接通，由於IC7為負極性信號，因而T7、T8導通而T1、T2截止，－6V電壓使電機M1驅動集能器由西向東轉動，直到太陽光和集能器埠平面垂直時即集能器朝向東方時電機M1停止轉動。在此之後太陽光不停地向西偏轉，IC1－IC3構成的振蕩器振蕩周期為3分鐘，在一個周期內，約5秒鐘接通電子開關IC8。此時隨著太陽光的偏轉，使傳感器中S3的信號大於S2的信號，信號經IC8使三極體T1、T2導通，電機M1在＋6V電壓作用下驅動集能器由東向西轉動。直至跟蹤到位停止轉動。當下午日落後太陽光照度小於工作照度時，照度傳感器S1停止給出工作照度信號，整個裝置停止工作。待次日日出時重新按上述過程運行。
傾角跟蹤部分的工作過程基本與之相似，照度傳感器S4採用細小窄縫結構，使其只有在每日中午發出4到5分鐘的工作信號；由於太陽光南北傾斜角度變化較小，一天只需調整一次即可，每次調整時間最長為5秒鐘；此時傾角傳感器中給出傾角信號即可實現傾角自動跟蹤動作。在赤道以北地區夏至到冬至期間太陽高度角日日降低，傾角傳感器中S5信號大於S6信號，傾角傳感器發出傾斜信號，經功率放大後控制電機M2動作，電機驅動集能器向下傾斜直至跟蹤到位，冬至達到最低點。冬至－夏至期間則S6信號大於S5信號，集能器在電機的驅動下使傾角升高。
權利要求1.一種自動跟蹤式太陽能集能器，它包括安裝架、太陽能集能器主體、執行器和控制器，其特徵是所說的自動跟蹤式太陽能集能器還包括與集能器主體固定連接的傳動輪、安置在傳動輪和執行器上的傳動件、安裝在集能器主體上的偏轉角傳感器和控制器、調整偏轉角的執行器、所說的集能器主體與安裝架可轉動連接，所說的集能器主體包括一對連接件、安裝在連接件相對兩側、跨接在連接件上的太陽能集能器和換熱器支架。
2.根據權利要求1所說的自動跟蹤式太陽能集能器，其特徵是所說的安裝架由橫向託板和與之大至垂直的、固定連接的兩根支柱組成，在所說的支柱上端固定連接一個軸座，在所說的軸座內設置一與軸座大致垂直的軸，所說的集能器主體中的一對連接件是套置在軸上的軸套，所說的與集能器主體固定連接的傳動輪是輪盤。
3.根據權利要求2所說的自動跟蹤式太陽能集能器，其特徵是所說的軸和軸套之間還有軸承。
專利摘要本實用新型屬於自動跟蹤式太陽能集能器，它由安裝架、與安裝架可轉動連接的集能器主體、與集能器主體固定連接的傳動輪、安置在傳動輪和執行器上的傳動件、安裝在集能器主體上的偏轉角傳感器、控制器、調整偏轉角的執行器組成，本設計的裝置具有驅動功率小，可以利用太陽能作為驅動源，自動跟蹤太陽的偏轉和傾斜，使太陽光焦點固定。
文檔編號F24J2/38GK2192845SQ9420387
公開日1995年3月22日 申請日期1994年2月25日 優先權日1994年2月25日
發明者張明林 申請人:北京有色金屬研究總院