以特定單軸按時間控制跟蹤太陽的方法及高溫集熱裝置的製作方法
2023-05-08 20:13:11 2
專利名稱：以特定單軸按時間控制跟蹤太陽的方法及高溫集熱裝置的製作方法
以特定單軸按時間控制跟蹤太陽的方法及高溫集熱裝置所屬領域本發明涉及一種以特定單軸按時間控制跟蹤太陽的方法及高溫集熱裝置，可廣泛 用於中、高溫太陽能產業。
背景技術：
為利用太陽能獲得高溫，需要對太陽進行跟蹤並加以聚焦。而目前，跟蹤太陽的裝 置，大多為雙軸全方位跟蹤，當把這種裝置用於中高溫(七、八百度)集熱時，由於被加熱介 質的輸送管道往往需要設有活動環節，因此給密封防洩漏及保溫帶來極大困難，從而使這 種跟蹤裝置難於在太陽能中高溫產業領域得到廣泛應用。
發明內容
為了解決雙軸全方位跟蹤裝置用於中高溫集熱時的弊端，本發明提供一種以特定 單軸按時間控制對太陽進行跟蹤的方法與高溫集熱裝置。本發明之『單軸』跟蹤，並非目前已有的只跟蹤太陽方位的所謂單軸跟蹤。本單軸 跟蹤，既不是只跟蹤太陽的方位，也不是只跟蹤太陽的高度，而是跟蹤太陽在垂直於或通過 子午線並與地平面垂直的平面上的投影高度，該投影高度角θ =Ρ(Φ，β)，為太陽方位角 Φ和高度角β的函數，或推演成太陽高度角β和赤緯角S、時角H的函數。根據該投影 面是垂直於或是通過子午線的不同，所述之『單軸』放置的方向亦不相同。前者南北水平放 置，適用於地理緯度較低(小於40° )的區域；後者東西水平放置，特別適用於高緯度(大 於45° )區域。本發明即通過如是『單軸』，對該θ角進行跟蹤，並利用槽式拋物柱面線聚 焦，實現高溫集熱。
附圖1. a、圖1. b分別為本發明所述投影面是垂直於或是通過子午線時，投影高度 角θ的推演示圖，圖l.a為「垂直於」，圖l.b為「通過」。圖中HC太陽光射線，β —太陽高度角，α---太陽光射線與太陽能接收器 受光平面(塗色面示)之間的夾角；圖中DC與地平面平行，當I與D點重合時，α獲得最 大值，HD (I)即為太陽光射線在HGEAD平面(圖l.a垂直於，圖l.b通過子午線)上的投影。 該投影高度角θ 在圖1. a 中，sin( θ ) = sin( β )/sgrt (1-cos2 ( β ) cos-( Φ))或sin ( θ ) = Sin ( β ) /Sqrt (sina( β )+cos2 δ sin2H)在圖1. b 中，sin( θ ) = sin( β )/sgrt(l-cos2( β )5 η-(Φ))或sin(e) = sin( β )/sqrt (1-cos2 δ sin2H)此時，接收器受光平面⑶EF與地平面的夾角Ψ為θ的餘角。附圖2為特定單軸跟蹤槽式拋物柱面集熱器實施例(擬用於小型鍋爐)圖。圖中1.集熱真空玻璃管(與特定『單軸』重合，南北或東西放置固定不動)，2.支架，3.槽式拋物柱面集熱器，4.扇形齒輪，5.驅動器。
具體實施例方式本發明實施上述跟蹤方法的按時間控制跟蹤太陽的高溫集熱裝置的實施例，如附 圖2示，所述高溫集熱裝置，採用槽式拋物柱面集熱器；所述『單軸』，與位於槽式拋物柱面 集熱器聚焦線上的集熱真空玻璃管重合，根據當地地理緯度之不同，南北或東西放置，通過 支架固定不動，槽式拋物柱面集熱器，通過其下面的扇形齒輪由驅動器驅動，圍繞『單軸』轉 動，以實現對上述投影高度角θ的跟蹤；其驅動器由微型減速電機或步進電機與一減速齒 輪付構成。計算機控制部分，硬體主要由單片機與時鐘晶片組成；軟體採用間斷運行跟蹤的 技術方案，用C語言與彙編語言編寫。本發明的有益效果由於集熱真空玻璃管及其介質的輸送管道都是固定不動的，從而解決了雙軸全方 位跟蹤裝置用於中高溫集熱時，防洩漏及保溫困難的問題；又，①由於運行穩定可靠，結構 簡單，成本低廉，其集熱器可以做得很長(可長至一、二百米)；②雖然它較雙軸全方位跟蹤 對太陽能接受器的利用率略低些，但由於前後安裝時，基本無遮擋，所以其佔地面積較雙軸 全方位跟蹤要少得多。因此，該單軸跟蹤裝置，可大幅度降低太陽能在中高溫領域應用的成 本，特別適用於中高溫集熱系統(例如工業鍋爐)，完全可用作槽式大型太陽能熱發電系統 的集熱設備，在陽光充足的沙漠、草原建設大型太陽能發電站，為減少溫室氣體排放做出貢 獻。
權利要求
1.以特定單軸按時間控制跟蹤太陽的方法，為跟蹤太陽在垂直於或通過子午線並與地 平面垂直的平面上的投影高度，該投影高度角θ為太陽方位角φ和高度角β的函數；根 據投影面是垂直於或是通過子午線的不同，該函數及所述『單軸』放置的方向亦不相同；前 者 sin(e) = Sin(P) /sgrt (I-COS2 ( β ) cosK Φ))，『單軸』南北水平放置；後者 sin ( θ )= sin( β )/sqrt (1-cos2( β ) 8 ηΕ(Φ))，『單軸』東西水平放置；其特徵是通過如是『單軸』對 該θ角進行跟蹤。
2.利用權利要求1所述方法以特定單軸按時間控制跟蹤太陽的高溫集熱裝置，其特徵 是所述高溫集熱裝置，採用槽式拋物柱面集熱器，所述『單軸』，與位於槽式拋物柱面集熱 器聚焦線上的集熱真空玻璃管重合，通過支架固定不動，槽式拋物柱面集熱器，通過其下面 的扇形齒輪由驅動器驅動，圍繞『單軸』轉動，對權利要求1所述θ角進行跟蹤，從而實現 線聚焦高溫集熱。
全文摘要
本發明針對雙軸全方位跟蹤太陽的裝置用於中高溫集熱時，被加熱介質密封及保溫困難等弊端，提供一種以特定單軸按時間控制跟蹤太陽的方法及高溫集熱裝置。該方法，為跟蹤太陽在垂直於或通過子午線並與地平面垂直的平面上的投影高度，該投影高度角θ＝F(Φ，β)為太陽方位角Φ和高度角β的函數；實施該方法的高溫集熱裝置，其『單軸』，與位於槽式拋物柱面集熱器3聚焦線上的集熱真空玻璃管1重合，通過支架2固定不動，其放置方向因投影面是垂直於或通過子午線的不同而不同；槽式集熱器，通過扇形齒輪4由驅動器5驅動，圍繞該單軸轉動，對上述θ角進行跟蹤，以實現線聚焦高溫集熱。該跟蹤裝置，特別適用於槽式大型太陽能熱發電系統的集熱設備。
文檔編號G05D3/12GK102122176SQ20101059020
公開日2011年7月13日 申請日期2010年12月16日 優先權日2010年12月16日
發明者王新庚 申請人:王新庚