一種自動跟蹤太陽的裝置的製作方法

2023-04-23 22:40:57 2

本發明屬於太陽能應用技術領域，涉及一種跟蹤太陽的方法，尤其是一種自動跟蹤太陽的方法。

背景技術：
由於地球本身的自轉和圍繞太陽公轉的運動，如果採用配套自動跟蹤系統能夠使得光伏發電系統的發電效率提高20%以上,如圖1中左圖所示；對於斯特林式太陽能光熱發電系統來說，還必須配套跟蹤誤差≤0.03°的高精度自動跟蹤系統才能獲得＞1000℃的均勻高溫區域以加熱介質推動斯特林發動機把太陽能（熱能）轉變為機械能；目前儘管隨著科學技術發展，自動跟蹤水平越來越高，但是實際應用於太陽能領域的跟蹤系統成本高、跟蹤精度低以及故障率高仍然是國內外推廣應用的主要技術障礙。一個具有自動跟蹤功能的20千瓦光伏發電系統和一個高精度自動跟蹤系統的25千瓦斯特林太陽能熱發電系統，其共同特點是：光伏電池板或者聚光鏡與其金屬支架一起圍繞立軸轉動，其接收太陽光截面積為100餘平方米。但是重達十噸左右的負載被直徑1米左右的立軸託起並圍繞其旋轉來實施跟蹤太陽光功能，（這裡簡稱為立軸式結構）。在這種結構中為了防止一定風力和保障一定機械強度而由由金屬件連接的支架重量佔其總重量的三分之二。這種結構不但由於重心高支架結構複雜而導致系統成本大幅度增加，更重要的是重達十噸的負載給自動跟蹤系 統實施帶來很大困難，採用通常的間歇式驅動方式實際上是行不通的，因為要克服如此重量的負載的靜摩擦力而使得轉動起來需要六倍甚至更大的動力來驅動，從而導致驅動電機功率增加過大而且整個運行過程還不穩定；但是如果採用連續轉動的方式驅動負載跟蹤太陽，即通過電動機驅動轉動軸圍繞固定軸轉動，從而帶動負載轉動的方法也是無法實現的，因為太陽每秒鐘只自轉角度為：15°/60*60=0.004°/秒，對於1米直徑驅動齒輪來說，連續均勻轉動的方式，雖然理論上不存在克服靜摩擦力的技術問題，但是要實現如此慢的連續勻速轉動角速度實際上是處於幾乎靜止狀態，即相當於準靜止狀態而具有很大的「靜」摩擦力，要克服如此大的負載形成的「靜」摩擦力是需要消耗很大能源的。而上述技術問題對於小型負載在實際應用過程中是不存在的。所以針對大型太陽能發電等系統中所配套的自動跟蹤系統存在的具體技術問題進行仔細深入的探討研究，並根據其特點設計出科學實用的新方法，對於推動太陽能應用產業化具有重大的現實意義。

技術實現要素：
本發明針對大型太陽能發電等應用系統中由於負載太重以及立軸式轉動機構給自動跟蹤系統在可靠性、精確度、性價比等方面形成的技術障礙以及具體特點，提供一種自動跟蹤太陽的裝置，該裝置通過採用落地式結構增加支撐面積並降低重心的方式大幅度減輕負載、特別是減輕金屬支架的重量的同時，為通過增大負載驅動點的半徑的方式（增加線速度）真正實現負載連續勻速的旋轉方式以跟蹤太陽光，從而達到實 現自動跟蹤的前提下有效提高自動跟蹤系統的性價比，為進一步推廣應用鋪平道路，並把此結構稱為落地式結構。本發明的目的是通過以下技術方案來解決的：這種自動跟蹤太陽的裝置，包括水平設置在地面的環形軌道，在所述環形軌道中心的地面上設置有轉動軸，所述轉動軸的上端連接有太陽光收集裝置，所述太陽光收集裝置的兩側還分別通過連接件與所述環形軌道上的若干個滑塊固定連接，所述滑塊用以驅動安裝於基架上的太陽光收集裝置繞轉動軸在水平面旋轉；太陽光收集裝置的背側通過自動伸縮裝置與水平主杆的下端連接，所述自動伸縮裝置用以驅動太陽光收集裝置繞水平主杆上端點垂直於水平面轉動。上述太陽光收集裝置為點/線聚光鏡或光伏板。上述自動伸縮裝置為直線電機。在所述太陽光收集裝置的下端設置有相互垂直且與所述轉動軸上端固定連接的水平主杆和垂直主杆，所述水平主杆的兩端通過人字立柱與環形軌道的若干個滑塊託著的基架上固定連接；所述垂直主杆的下端與所述自動伸縮裝置的一個活動端鉸接，自動伸縮裝置的另一個活動端與所述轉動軸的下端鉸接。所述太陽光收集裝置的下端還設置有用以拖住其的基架，所述基架與水平主杆和垂直主杆固定連接。上述環形軌道上的若干個滑塊均為滾輪，其中一個為主動滾輪，另一個為從動滾輪，且所述主動滾輪通過驅動電機在環形軌道上以滾動方式拖動基架圍繞轉動軸做旋轉運動。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：本發明針對大型太陽能發電等應用系統中由於負載太重以及立軸式轉動機構給自動跟蹤系統在可靠性、精確度、性價比等方面形成的技術障礙以及具體特點，通過採用落地式結構增加支撐面積並降低重心的方式大幅度減輕負載、特別是金屬支架的重量的同時，為通過增大負載驅動點的半徑的方式（增加線速度）真正實現負載連續勻速的旋轉方式以跟蹤太陽光，從而達到實現自動跟蹤的前提下有效提高自動跟蹤系統的性價比，為進一步推廣應用鋪平道路。附圖說明圖1為本發明的主視圖；圖2為圖1的左視圖；圖3為圖1的俯視圖。其中：1為環形軌道；2為轉動軸；3為太陽光收集裝置；4為自動伸縮裝置；5為水平主杆；6為垂直主杆；7為人字立柱；8為滑塊；9為驅動電機；10為基架。具體實施方式下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述：參見圖1-3，本發明的這種自動跟蹤太陽的裝置，包括水平設置在地面的環形軌道1，在環形軌道1中心的地面上設置有轉動軸2，轉動軸2的上端連接有太陽光收集裝置3，太陽光收集裝置3的兩側還分別通過連接件與所述環形軌道1上的若干個（因為三個點決定一個面，所以至少三個以上才能保證基架放置穩定狀態，具體根據規模面積等因素決定）滑塊8固定連接，滑塊用以驅動安裝於基架10上的太陽光收集裝置3 繞轉動軸2在水平面旋轉；太陽光收集裝置3的背側通過自動伸縮裝置4與水平主杆5的下端連接，自動伸縮裝置4用以驅動太陽光收集裝置3繞水平主杆5上端點垂直於水平面轉動。在本發明的實施例中，所述太陽光收集裝置3為點/線聚光鏡或光伏板。自動伸縮裝置4為直線電機。在所述太陽光收集裝置3的下端設置有相互垂直且與所述轉動軸2上端固定連接的水平主杆5和垂直主杆6，所述水平主杆5的兩端通過人字立柱7與環形軌道1的若干個滑塊8固定連接；垂直主杆6的下端與所述自動伸縮裝置4的一個活動端鉸接，自動伸縮裝置4的另一個活動端與所述轉動軸2的下端鉸接。太陽光收集裝置3的下端還設置有用以拖住其的基架10，基架10與水平主杆5和垂直主杆6固定連接。環形軌道1上的若干個滑塊8均為滾輪，其中一個為主動滾輪，其餘為從動滾輪，且所述主動滾輪通過驅動電機9在環形軌道1上運動。以下對本發明各部分進行詳細描述：1）環形軌道1：一般由一個（斯特林熱發電聚光鏡單機系統）或者多個同心圓（光伏發電系統或者斯特林等熱發電站大系統）的金屬板構成環形軌道1，且在其中心安裝著轉動軸2；2）驅動裝置是由在水平面自動跟蹤太陽（與地球自轉同步）和垂直方向自動跟蹤太陽（圍繞太陽公轉）的二部分組成。其中水平面自動跟蹤太陽系統主要由驅動電機9、減速箱和主動滾輪B、從動滾輪A、C和D以及把四個滾輪與轉動軸相連接的二個互相垂直AB、CD連接件和四個滾輪相連接形成的AC、CB、BD、DA四條筋組成基架；垂直方向自動跟蹤 太陽系統主要由安裝於連接件CD與垂直主杆之間的直線電機組成，其中固定於水平主轉動軸中間處的垂直主杆與其正交組成太陽光接收截平面。由以上圓形軌道和相應的驅動裝置組成的自動跟蹤基架結構達到了降低重心、簡化結構、增加線速度的目標。3）支架用固定在基架上左右對稱的二個人字立柱上端安裝水平主轉動軸,並在其中間處（根據需要或者多處）安裝與其垂直的垂直主杆，且其中固定於水平主轉動軸中間處的垂直主杆與其正交組成太陽光接收截面；水平主轉動軸上向前後方向伸出的樹枝狀與垂直主軸上伸出的樹枝狀一起組成網狀結構，為固定安裝負載（光伏發電板或者聚光鏡）做好準備。且要求網狀結構本身留有縫隙或者風洞以減小支架風阻。上邊所說的是斯特林熱發電單機系統，對於一個發電站中的多臺單機系統組成大系統，技術方案中的工作原理，同樣可以採用類似於落地式光伏發電系統（圖2所示）的自動跟蹤結構形式來實現，而且效果更好。因為驅動點與圓心（半徑）的距離比單機增大了一個數量級，線速度也同樣增大一個數量級，儘管這時候負載通常達到幾十噸，但是在若干條同心圓軌道上利用滾輪連續勻速轉動還是能夠很方便實現的，而且採用齒輪傳動連續勻速轉動更可靠穩定，又能夠使得跟蹤系統（包括支架）整體成本和運行費用下降為原來單機的一半，但是整個大系統中每一個單機都必須在安裝時將其光軸調整為在三維空間統一的相同方向，這個工作量很大。實施例根據需要在水平地面上用金屬鋪設一道圓軌道，並在圓心處安置固定軸；然後用水平面內互相垂直的AB、CD二個連接件把四個滾輪和中心轉動軸連接起來（對於大系統可能需要更多的通過中心轉動軸的連接線構成負載基架，通常為了增加強度還需要再用四根筋把A、B、C、D四個滾輪連接成四方形，從而組成穩定且具有一定強度的負載基架。然後在其中一個主動滾輪B與對面A為中心的二邊一定距離處（其誇度具體決定於負載大小及穩定度要求高低等因素）安置人字形立柱，在安裝於立柱上端的水平主轉動軸中間處（根據需要或者多處安裝多個相互平行）安置垂直主杆並與其垂直，而且形成的平面就是太陽光接收截面；然後根據負載的安裝要求再在水平轉動軸和垂直主杆上安裝伸出樹枝狀筋，而由這些樹枝狀筋組成的網柵格就是直接安裝固定聚光鏡的架體。這種落地式結構儘管可能根據負載需要有時比較笨重，但是相對立軸式結構，其重量僅為其三分之一左右，不但大幅度節省了材料，降低了成本，而且其重心降低到原來的四分之一左右；又由於這種落地式結構把立軸式驅動半徑由其0.5米（主軸通常為1米左右）增加到7米甚至更多，電機驅動主動輪可以在此處以線速度2π*6/(24*3600)=0.5mm/S,即電動機在減速機減速後驅動滾輪以每秒半毫米的均勻速度在軌道拉動負載轉動是可以實現的；而原來立軸式結構通過最大驅動半徑0.5米的情況，則此處線速度2π*0.5/(24*3600)=0.036mm/S，所以在實際自動跟蹤中無法實現均勻速度的轉動。