CN102749934B - 一种太阳光自动跟踪器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳光自动跟踪器，包括设置在底座上的骨关节机械结构，所述骨关节机械结构的上部活动端设置有连接架，在连接架上安装有需要采集太阳光的负载；所述连接架的周侧布置有若干竖直固定在底座上的密封汽缸，所述密封汽缸的活动端通过关节机构与连接架的下侧面连接；在若干密封汽缸的后侧设置有高反射系数的太阳光线聚焦型反射曲面。本发明在不用消耗电能源的前提下，又有效解决应用环境恶劣造成自动跟踪系统中驱动和传动装置故障率高的技术问题，将为太阳能聚光器的推广应用铺平道路。

Description

一种太阳光自动跟踪器

技术领域

本发明属于新能源设备技术领域，涉及一种跟踪器，尤其是一种太阳光自动跟踪器。

背景技术

开发利用以太阳能为代表的新能源已经成为人类解决能源危机的有效方法之一，也已作为我国可持续发展战略的能源基本决策。但是由于太阳光能量密度太低（1KW/M²)以及方向随着时间做周期性变化的特点，为了提高太阳能利用率，利用更高效率的太阳光直接照明或是光热发电，最普遍的方式就是利用聚光提高太阳能密度，而太阳能聚光器必须配备自动跟踪系统。虽然在自动控制技术发展到今天，实现自动跟踪太阳光并非难事。但是，由于自动跟踪系统及传动机构所处的室外恶劣的工作环境，要在低成本条件下保证其工作可靠性以满足实际工程应用要求则是有很大困难的；例如由于灰尘风砂对于传动系统润滑功能的影响会很容易导致跟踪系统故障率增大而失去实用价值。所以研制根据聚光器本身特点配备低成本高可靠性的自动跟踪系统，有效的提高太阳能利用率意义重大，而且对此已经进行了深入全面的探讨研究并获得相应的进展和六个发明专利授权。

目前通常的二维或者一维太阳光自动跟踪系统通常都是由太阳光信号采集器、信号处理器（以计算机或者单片机为核心）、驱动电机以及传动装置所组成。其中采用的粗细调技术实现大范围、高精度自动跟踪太阳光的发明专利技术以及相应的软件程序，经过几年来的实际应用证明工作性能是稳定可靠的，但是由于传动机构所处的室外恶劣的工作环境，主要是灰尘风砂和化学锈蚀对于传动系统润滑功能的影响会很容易导致跟踪系统故障率增大。所以根据实用要求，采用在能够避免上述技术问题产生的条件下的新方法制作驱动与传动结构实现太阳光高可靠性自动跟踪，已经成为太阳能推广应用的关键所在。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种太阳光自动跟踪器，其利用物体热胀冷缩特性作为动力，在汇聚太阳光定向照射下通过按照一定空间位置排列的部分管状特殊装置内的高膨胀系数材料(相当于传感器的信号采集与处理部分)受热后产生的推力直接驱动负载（聚光器）产生定向运动；从而不但实现了在节能（无电机驱动）和传动机构的条件下完成太阳能聚光体对于太阳光的自动跟踪功能，而且有效解决应用环境恶劣造成自动跟踪系统中驱动和传动装置故障率高的技术问题，为太阳能聚光器的推广应用铺平道路。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

该种太阳光自动跟踪器，包括设置在底座上的骨关节机械结构，所述骨关节机械结构的上部活动端设置有连接架，在连接架上安装有需要采集太阳光的负载；所述连接架的周侧布置有若干竖直固定在底座上的密封汽缸，所述密封汽缸的活动端通过关节机构与连接架的下侧面连接；在若干密封汽缸的后侧设置有高反射系数的太阳光线聚焦型反射曲面。

上述密封汽缸倒置在底座上，即其活塞轴固定在底座上，其缸体与连接架的下侧面通过活动关节机构连接。

上述密封汽缸由一密封的柱状缸体以及设置柱状缸体一端的活塞轴组成，所述柱状缸体内充满气体。

上述反射曲面在垂直方向为抛物柱形状。

上述关节机构包括分别固定设置在连接架和密封汽缸上的水平向动力臂，两水平向动力臂之间通过滚轮连接。

上述负载由碟形反射式聚光体和调光体组成；碟形反射式聚光体固定设置在连接架上，碟形反射式聚光体的正上方通过连接筋设置与其相对的调光体，在碟形反射式聚光体的中心位置设置有镂空的光通道。

进一步，以上相对设置的碟形反射式聚光体和调光体的主光轴重合且焦点相同。

本发明以上提出的负载可以是设置在连接架上的太阳能光伏板。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

以往太阳能中采用电机驱动及机械传动机构容易受外界恶劣环境影响导致故障率高而且使得性价比下降。本发明针对此种情况，聚光体负载采用骨关节连接，这样就可以360度旋转。能够取得更好的跟踪效果。而驱动装置采用物体热胀冷缩特性作为动力，在汇聚太阳光定向照射下通过按照一定空间位置排列的部分管状特殊装置内的高膨胀系数材料受热后产生的推力直接驱动负载（聚光器）产生定向运动。这种驱动方式将太阳光用简单的热胀冷缩原理实现了以前复杂的机械及电机传动控制方式，控制规律直接取自太阳光的照射规律，不必人为设定。整个系统结构简单，不消耗能源，而且性价比高。占地较小，节约空间，维护方便，除了实现太阳能聚光器的自动跟踪太阳光功能外，还能够广泛应用于光伏发电系统中光伏电池板的自动跟踪太阳光。为太阳能的推广提供了更好的平台。

附图说明

图1为本发明无光照情况下所处位置示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为太阳光照射情况下所处位置。

其中：1为碟形反射式聚光体；2为调光体；3为连接筋；4为密封汽缸；5为反射曲面；6为骨关节机械结构；7为连接架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1-3，本发明的太阳光自动跟踪器，包括设置在底座上的骨关节机械结构6，骨关节机械结构6的上部活动端设置有连接架7，在连接架7上安装有需要采集太阳光的负载；连接架7的周侧布置有若干竖直固定在底座上的密封汽缸4，密封汽缸4的活动端通过关节机构与连接架7的下侧面连接；在若干密封汽缸4的后侧设置有高反射系数的太阳光线聚焦型反射曲面5。所述反射曲面5在垂直方向为抛物柱形状。

本发明的密封汽缸4由一密封的柱状缸体以及设置柱状缸体一端的活塞轴组成，柱状缸体内充满气体。若干密封汽缸4均倒置在底座上，即其活塞轴4.1固定在底座上，其缸体4.2与连接架7的下侧面通过活动关节机构连接。所述关节机构包括分别固定设置在连接架7和密封汽缸4上的水平向动力臂，两水平向动力臂之间通过滚轮连接。

本发明太阳光自动跟踪器适用于任何需要始终面向太阳采集太阳光的负载，图1-3给出的是本发明的一种具体实施例，图中的负载是由碟形反射式聚光体1和调光体2组成；碟形反射式聚光体1固定设置在连接架7上，碟形反射式聚光体1的正上方通过连接筋3设置与其相对的调光体2，在碟形反射式聚光体1的中心位置设置有镂空的光通道。相对设置的碟形反射式聚光体1和调光体2的主光轴重合且焦点相同。

综上所述，本发明其中一种实施例是由碟形反射式聚光体1和调光体2组成负载，由高反射系数的太阳光线聚焦型反射曲面5与之相对应的多个密封汽缸4组成受热体群，并且要求骨关节机械结构具有三维方向自由转动的功能。作为负载的碟形反射式抛物球面聚光体1和调光体2曲面要具有同一焦点、相同光轴，但两者焦距不同，其功能是在受热体群（也可称为三维空间太阳光自动跟踪系统）的驱动控制下，负载的光轴一直保持与太阳光平行的状态，通过碟形反射式抛物球面聚光体1的反射面实现平行太阳光汇聚增强后，再根据光路的可逆性原理通过处于同一焦点且具有同一光轴的调光体2（镜面）再调节为增强型平行太阳光，并沿着光轴从碟形反射式抛物球面聚光体1中心的镂空输出孔（即光通道）射出；而高反射系数的太阳光反射曲面5和与之相对应的多个密封汽缸4组成的受热体群按照特定空间位置安置所组成，能够一次性集成完成自动跟踪太阳光系统中的信号采集、动力驱动和传动等功能；即利用抛物柱反射面将此时刻的太阳光汇聚并反射到对应的密封汽缸4上，所产生的热量将引起该密封气体的受热膨胀，又由于密封汽缸4的缸体内的密封气体为金属圆柱体形状，其它方向形状固定不变，所以仅能够通过活塞的定向运动实现压力的新平衡，即产生相应的推力，推动活塞杆的定向运动，而且这里活塞处的直径比受热部分小的多，目的是在这里需要更大距离的位移和比较小的推力的实际需要，并且这种定向运动通过动力臂以及顶端部的滚轮施加向上的力量使得聚光体向上运动产生倾斜而保证其法线与太阳光方向基本一致；随着太阳由东向西的运动，太阳光线的方向也在连续产生相应变化，从而随着时间推移在不同时间段依次先后加热A、B、C、D等（图2中设置到P）各个密封受热体，而且相应随着太阳光的移动，A、B、C、D等密封汽缸又先后依次序因为在不同时间段失去汇聚反射太阳光的照射而自然降温后冷缩使得活塞杆回缩，并且在负载重力作用下自然回落，从而形成随着太阳光由东向南再向西照射方向的依次变化，碟形反射式聚光体1截面也相应产生面向由东向南再向西的转动（运动），从而实现聚光体自动跟踪太阳光照射方向功能，实现最大限度接收太阳光效果；当然碟形反射式聚光体1产生这些运动的前提条件必须要求整个负载处于碟形反射式聚光体1中心作为转动轴，这里以骨关节方式在支撑点构成任意方向的滑动连接方式与机械结构连接就能够实现。本发明所称的骨关节机械结构为球柱关节连接结构，具有多向转动的能力。

在本发明的具体实施例中，不仅限于图1-3中所示结构，本发明的负载也可以为设置在连接架7上的太阳能光伏板或者其他需要采集太阳光的载体。

Claims (7)

1.一种太阳光自动跟踪器，其特征在于，包括设置在底座上的骨关节机械结构（6），所述骨关节机械结构（6）的上部活动端设置有连接架（7），在连接架（7）上安装有需要采集太阳光的负载；所述连接架（7）的周侧布置有若干竖直固定在底座上的密封汽缸（4），所述密封汽缸（4）的活动端通过关节机构与连接架（7）的下侧面连接；在若干密封汽缸（4）的后侧设置有高反射系数的太阳光线聚焦型反射曲面（5）；所述负载由碟形反射式聚光体（1）和调光体（2）组成；碟形反射式聚光体（1）固定设置在连接架（7）上，碟形反射式聚光体（1）的正上方通过连接筋（3）设置与其相对的调光体（2），在碟形反射式聚光体（1）的中心位置设置有镂空的光通道。

2.根据权利要求1所述的太阳光自动跟踪器，其特征在于，所述密封汽缸（4）由一密封的柱状缸体以及设置柱状缸体一端的活塞轴组成，所述柱状缸体内充满气体。

3.根据权利要求1所述的太阳光自动跟踪器，其特征在于，所述密封汽缸（4）倒置在底座上，即其活塞轴（4.1）固定在底座上，其缸体（4.2）与连接架（7）的下侧面通过关节机构连接。

4.根据权利要求1所述的太阳光自动跟踪器，其特征在于，所述反射曲面（5）在垂直方向为抛物柱形状。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的太阳光自动跟踪器，其特征在于，所述关节机构包括分别固定设置在连接架（7）和密封汽缸（4）上的水平向动力臂，两水平向动力臂之间通过滚轮连接。

6.根据权利要求1所述的太阳光自动跟踪器，其特征在于，相对设置的碟形反射式聚光体（1）和调光体（2）的主光轴重合且焦点相同。

7.根据权利要求1所述的太阳光自动跟踪器，其特征在于，所述负载为设置在连接架（7）上的太阳能光伏板。