專利名稱：太陽能聚光跟蹤裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及太陽能利用領域，特別是涉及一種太陽能聚光跟蹤裝置。
背景技術：
由于傳統能源如石油和煤的日漸匱乏和污染環境，人們更加注重利用太陽能，風能等清潔能源。其中，對太陽能的研究和開發已經有幾十年的歷史。太陽能的利用主要有兩個方面一是太陽能光熱應用，另一個是太陽能光電應用。 而太陽能聚光跟蹤技術對這兩個應用領域的發展都能起到積極的促進作用。對于光熱應用領域而言，太陽能聚光跟蹤技術可以有效提高光能轉換部件上太陽光的能量密度，從而產生更高的溫度，可以進一步地擴大太陽能光熱技術的應用范圍。對于太陽能光電應用領域而言，在保證發電量不變的情況下，太陽能聚光跟蹤技術可以有效地降低光電池的使用量， 從而降低每度電的發電成本。因此太陽能聚光跟蹤技術已成為太陽能應用領域的一個重要的發展方向。一個好的太陽能聚光跟蹤技術要滿足以下三項要求一 .聚光跟蹤成本要低，但穩定性要高，且使用壽命要長；二 .聚光倍數要盡量高；三.太陽光聚焦到光能轉換部件上時，太陽光的光強分布應該盡量均勻，這一點對太陽能的光電應用尤為重要。為了滿足上述要求，中國專利CN 201466042 U公開了一種多排聯動式太陽能均勻聚光跟蹤裝置，這項發明創造所描述的技術為將多排線性菲尼爾反射聚光鏡固定在地面上，一年四季保持不動，反射鏡與地面的夾角等于當地的緯度角，相同排數的光能轉換部件，以相同間隔固定構成一個整體框架，與地面平行地放置在傾斜導軌上，由一套傳動裝置帶動沿傾斜導軌移動，用以跟蹤線型菲尼爾反射鏡所形成的條形光斑，使光能轉換部件始終處于光斑的能量最強處。其中，傾斜導軌與地面的夾角等于反射聚光鏡與地面的夾角。從該專利的附圖1可以看出，傾斜導軌為直線，所以光能轉換部件的運動平面與反射聚光鏡平行。另外，本說明書的附圖5示出了該專利的附圖1，本說明書的附圖6是現有技術中反射聚光鏡與光能轉換部件運動平面的位置關系示意圖。由該圖還可以看出，這樣的光能轉換部件的運動平面到反射鏡的距離d是影響聚光效果的重要因素。參閱本說明書的附表，以焦距f為200厘米的線型菲尼爾反射鏡為例， 當d = f時，入射角小于15度時可以得到較好的聚光倍數，但當入射角大于15度時，聚光效果較差，而當d = 0. 9f時，入射角大于15度可以得到較好的聚光倍數，但入射角小于15 度時，聚光效果又不令人滿意。這種情況不僅對這種規格的線形菲尼爾反射鏡是這樣的，而且對其他規格的線形菲尼爾反射鏡和其他形式的連續性柱面反射聚光鏡也是相似的。由以上的敘述可以得知，雖然該專利已經取得了明顯的進步，但仍然不能令人非常滿意，這種不足也影響了這種技術可以達到的技術指標及其應用范圍。需要我們進一步加以改進，以便使得無論太陽光的入射角大還是小，都能得到較好的聚光效果。
發明內容
本發明就是為了解決現有技術中存在的上述問題而提出的，經過大量的研究發現如果光能轉換部件的運動軌跡為一個圓弧，而且這個圓弧是以反射鏡中心為圓心，以焦距f為半徑，那么無論太陽光的入射角是大還是小，由反射聚光鏡反射所形成的條形光斑都可以更好地聚光到光能轉換部件上，從而得到更好的光能利用效果。因此，本發明對現有技術進行了改進，提出一種效率更高的太陽能聚光跟蹤裝置。本發明的上述發明目的是采用以下技術手段實現的本發明的主題是同一構思下的兩種太陽能聚光跟蹤裝置。本發明的第一種裝置是一種太陽能聚光跟蹤裝置，其特征在于，包括多排支架、 多個反射聚光鏡、支承桿、支座、安裝有光能轉換部件的框架、以及通過支承桿帶動框架轉動的控制系統，所述多排支架平行地固定在同一個平面上，一年四季不動；所述反射聚光鏡的排數與上述支架對應，分別固定在支架上，一年四季不動；所述安裝有光能轉換部件的框架固定成一個整體，并與上述固定有多排支架的平面平行所述光能轉換部件的排數與反射聚光鏡的排數相對應；所述支承桿至少有四個，各支承桿的上端通過轉軸分別與框架的四個聯接點可轉動地連接，每一個支承桿的下端通過轉軸分別與一個支座可轉動地連接；所有支座和支架都固定在在同一個平面內。本發明的第二種裝置是一種太陽能聚光跟蹤裝置，其特征在于，包括多個支座、 多個反射聚光鏡、多個反射聚光鏡定位裝置，支承桿、安裝有光能轉換部件的框架、以及通過支承桿帶動框架轉動的控制系統，所述多個支座平行地排成數排，固定在同一個平面上；所述的多個反射聚光鏡中的每面反射聚光鏡的東西兩側中間位置有兩個連接軸分別與兩個支座可轉動地連接，以兩個連接軸為圓心隨季節人工調節反射聚光鏡弧面兩端連線與水平面的夾角，在兩次調整之間，反射聚光鏡由反射聚光鏡定位裝置固定，保持不動；所述安裝有光能轉換部件的框架固定成一個整體；所述光能轉換部件的排數與反射聚光鏡的排數相對應；所述支承桿至少有四個，各支承桿的上端通過轉軸分別與框架的四個聯接點可轉動地連接，每一個支承桿的下端通過轉軸分別與一個支座可轉動地連接。上述本發明的第一種裝置和第二種裝置中的反射聚光鏡均可以是線型菲尼爾反射聚光鏡，組成該線型菲尼爾反射聚光鏡的每一面平面反射鏡都對應于同一個反射聚光面的不同切面，并與之重合或平行。上述本發明的第一種裝置和第二種裝置中的反射聚光鏡均可以是連續性柱面反射鏡。上述本發明的第一種裝置和第二種裝置中的的反射聚光鏡的聚光曲面均可以是拋物線型柱面，雙曲線型柱面，橢圓線型柱面或圓柱面。
本發明的兩種太陽能聚光跟蹤裝置，是屬于同一構思的兩項發明。由以上的敘述可以得知，本發明具有以下有益效果1.無論太陽光的入射角是大還是小，都能得到比現有技術更好的聚光效果。2.使用本發明的第二種聚光跟蹤裝置，能夠隨季節調節反射聚光鏡弧面兩端連線與水平面的夾角，使得太陽光的入射平面和反射聚光鏡的主平面之間的夾角始終不大于某一個設定的角度(如10度，15度等)，使得該裝置能夠在冬季和夏季得到比現有技術高得多的聚光倍數。3.本發明的原理容易理解，裝置制造成本較低。
圖1是表示本發明的第一種太陽能聚光跟蹤裝置的實施例的立體圖。圖2是表示本發明的第二種太陽能聚光跟蹤裝置的實施例的立體圖。圖3是表示本發明的第二種太陽能聚光跟蹤裝置的另一個實施例的立體圖。圖4是表示本發明第二種太陽能聚光跟蹤裝置的兩個實施例中的反射聚光鏡定位裝置的示意圖。圖5是現有技術的太陽能聚光跟蹤裝置的立體圖。圖6是現有技術中反射聚光鏡與光能轉換部件運動平面的位置關系示意圖。符號說明20-支架；31-支座；301表示北側第一支座；302表示北側第二支座；303表示南側第一支座；304表示南側第二支座；401-第一支承桿；402-第二支承桿；403-第三支承桿； 404-第四支承桿；38-反射聚光鏡；39-框架；40-光能轉換部件；50-轉軸；
具體實施例方式以下以北半球為例，通過實施例進一步說明本發明。實施例1圖1是表示本發明的第一種太陽能聚光跟蹤裝置的實施例的立體圖。圖中，20表示支架；301表示北側第一支座；302表示北側第二支座；303表示南側第一支座；304表示南側第二支座；38表示反射聚光鏡；39表示框架；40表示光能轉換部件；50表示橫軸；401表示第一支承桿；402表示第二支承桿；403表示第三支承桿；404表示第四支承桿；由附圖1可見，本實施例有三排反射聚光鏡38，以及固定反射聚光鏡38的三排支架20。所有支架都承載著反射聚光鏡38并固定在同一個平面內。框架39制成整體，始終和其上固定有支架20的平面平行。在框架39上，橫向安裝有光能轉換部件40，光能轉換部件的排數與反射聚光鏡相對應，也是三排；支承桿401、402、403和404的上端通過轉軸分別與框架39的四個聯接點可轉動地連接，每一個支承桿的下端通過轉軸分別與支座301、 302,303和304上的連接孔可轉動地連接；為了保證支承桿401和402同步轉動，可以增加一個轉軸50，它的兩端可以穿過支座301和302的連接孔，將支承桿401和402的下端固定在轉軸50的兩端，這樣就能保證支承桿401和402同步。這個轉軸也可以放在支撐桿403 和404之間，或兩對支撐桿之間各放一個轉軸。應該說明這個轉軸不是必須的，但有這個轉軸會對整個系統的運行起到很好的幫助作用。控制系統(圖中未示出)通過支承桿帶動整體框架39上的每一排光能轉換部件 40，繞其所對應的反射聚光鏡38的中心作圓弧運動，使得每一排光能轉換部件40跟蹤反射聚光鏡所形成的條形光斑沿圓弧上下移動。在本實施例中，反射聚光鏡、固定反射聚光鏡的支座和光能轉換部件均以三排為例，但在實際應用時，可以根據需要而定。如整體框架較大，可以在南北方向增加數根用以支持光能轉換部件的橫梁，并且還可以在適當位置增加若干個支承桿以及用于支撐這些支承桿的支座。實施例2圖2是表示本發明的第二種太陽能聚光跟蹤裝置的實施例的立體圖。圖中，31表示支座；38表示反射聚光鏡；36表示反射聚光鏡定位裝置；39表示框架；40表示光能轉換部件；50表示橫軸；401表示第一支承桿；402表示第二支承桿；403表示第三支承桿；404表示第四支承桿；301表示北側第一支座；302表示北側第二支座；303 表示南側第一支座；304表示南側第二支座。由附圖2可見，本實施例有三排反射聚光鏡38，以及用于支撐反射聚光鏡38的三排支座31。所有支座都固定在同一個平面上。每面反射聚光鏡38的東西兩側，有兩個連接軸分別與兩個支座31可轉動地連接。框架39制成一個整體，始終和其上固定有支座(31) 的平面平行。在框架39上，橫向安裝有光能轉換部件40，光能轉換部件的排數與反射聚光鏡相對應。支承桿401、402、403和404的上端通過轉軸分別與框架39的四個聯接點可轉動地連接，每一個支承桿的下端通過轉軸分別與支座301、302、303和304可轉動地連接；為了保證支承桿401和402同步轉動，可以增加一個轉軸50，它的兩端可以穿過支座301和302 的連接孔，將支承桿401和402的下端固定在轉軸50的兩端，這樣就能保證支承桿401和 402同步。這個轉軸也可以放在支撐桿403和404之間，或兩對支撐桿之間各放一個轉軸。 應該說明這個轉軸不是必須的，但有這個轉軸會對整個系統的運行起到很好的幫助作用。每一面反射鏡設有一個或數個反射聚光鏡定位裝置36，其詳細結構可以參閱圖 4，其作用是隨著季節的改變調節所述反射聚光鏡弧面兩端連線與水平面的夾角，在兩次調節之間的期間內，使反射聚光鏡定位不動。本圖中反射鏡的定位裝置設置在反射鏡的南側， 也可以設置在反射鏡的東西兩側。而且這種定位裝置的形式也可以有多種實現形式，只要可以起到上述作用即可。控制系統(圖中未示出)通過支承桿帶動整體框架39上的每一排光能轉換部件 40，繞其所對應的反射聚光鏡38的中心作圓弧運動，使得每一排光能轉換部件40跟蹤反射聚光鏡所形成的條形光斑沿弧線上下移動。實施例3圖3是表示本發明的第二種太陽能聚光跟蹤裝置的另一個實施例的立體圖。由圖可見，該實施例實際上是上一個實施例的簡化。其區別在于上述實施例中用于支撐支承桿的支座301，302，303和304同時用來支撐反射聚光鏡38，并且轉軸50也省略了。圖中，31表示支座；38表示反射聚光鏡；36表示反射聚光鏡定位裝置；39表示框架；40表示光能轉換部件；401表示第一支承桿；402表示第二支承桿；403表示第三支承桿；404表示第四支承桿；301表示北側第一支座；302表示北側第二支座；303表示南側第一支座；304表示南側第二支座。由于視圖遮擋原因，支座302和304未畫出。圖4是表示本發明第二種太陽能聚光跟蹤裝置的兩個實施例中的反射聚光鏡定位裝置的示意圖。該反射聚光鏡定位裝置的作用是隨著季節的改變調節所述反射聚光鏡弧面兩端連線與水平面的夾角，在兩次調節之間的期間內，使反射聚光鏡定位，使其保持靜止不動。本領域的技術人員完全可以在對上述實施例進行說明的基礎上，理解圖4所示的結構和工作過程，因此不再詳述。在以上三個實施例中，如果所有支架，支座，及反射鏡均沿東西方向排列，且支承桿的長度和反射聚光鏡的焦距大體相等，那么整個系統可以取得非常好的聚光效果。對于光電應用而言，上述光能轉換部件就是光伏電池，在具體應用中，要將框架39 上的光伏電池進行合理的串并聯后將其產生的電能引出加以利用，這些技術都是本領域技術人員的公知技術，不再詳述。對于光熱應用而言，上述光能轉換部件就是各種集熱管，在具體應用中，要將框架 39上的集熱管所收集到的熱能通過管道匯集起來加以利用，這些技術也是本領域技術人員的公知技術，不再詳述。圖5是現有技術的太陽能聚光跟蹤裝置的立體圖，圖6是現有技術中反射聚光鏡與光能轉換部件運動平面的位置關系示意圖。如圖6所示，在圖5結構的太陽能聚光跟蹤裝置工作時，光能轉換部件MN的運動軌跡處于一個平行于反射聚光鏡的平面PP’上，圖中光能轉換部件的運動平面離反射聚光鏡鏡面中心的高度為d，反射聚光鏡鏡面的焦距為f。而本發明的光能轉換部件的運動軌跡是弧形的，在其運動過程中追蹤反射聚光鏡聚光所形成的條形光斑。附表列出了說明本發明有益效果的數據，條件如下菲尼爾反射聚光鏡的焦距f =200cm ；組成這個聚光鏡的每條平面反射鏡的寬度為IOcm ；平面反射鏡的條數為20 ；光能轉換部件的寬度與聚光反射鏡的寬度相同，也為10cm。其中，第一行表示太陽光的入射平面和反射聚光鏡的主平面的夾角(簡稱入射角)；第一列為光能轉換部件運動平面到反射聚光鏡中心的距離；除上述之外，表中所列數字均為聚光倍數。表中第一列最后一行的圓弧線是指以反射聚光鏡的中心為圓心，以焦距 f為半徑所畫的圓弧，即本發明的聚光裝置中光能轉換部件的運行軌跡。從附表中所列的聚光倍數可知，對于相同的反射聚光鏡，由于光能轉換部件的運動軌跡不同，得到的聚光倍數也不同。本發明的光能轉換部件的運動軌跡是圓弧線，對于無論大的入射角還是小的入射角，都能得到比現有技術更高的聚光倍數。并且從圖中可以看出入射角越小，聚光倍數越高，這正是本發明的第二種聚光跟蹤裝置隨季節調節反射鏡與水平面夾角的原因，因為這樣可以保證太陽光的入射平面和反射聚光鏡的主平面的夾角始終不大于某一個設定的角度(如10度，15度等)，從而更高的聚光倍數。附表
權利要求
1.一種太陽能聚光跟蹤裝置，其特征在于包括多排支架、多個反射聚光鏡、支承桿、 支座、安裝有光能轉換部件的框架、以及通過支承桿帶動框架轉動的控制系統，所述多排支架平行地固定在一個平面上，一年四季不動；所述反射聚光鏡的排數與上述支架對應，分別固定在支架上，一年四季不動；所述安裝有光能轉換部件的框架固定成一個整體，并與上述固定有多排支架的平面平行；所述光能轉換部件的排數與反射聚光鏡的排數相對應；所述支承桿至少有四個，各支承桿的上端通過轉軸分別與框架的四個聯接點可轉動地連接，每一個支承桿的下端通過轉軸分別與一個支座可轉動地連接； 所有支座和支架都固定在同一個平面內。
2.一種太陽能聚光跟蹤裝置，其特征在于，包括多個支座、多個反射聚光鏡、多個反射聚光鏡定位裝置、支承桿、安裝有光能轉換部件的框架、以及通過支承桿帶動框架轉動的控制系統，所述多個支座平行地排成數排，固定在同一個平面上；所述的多個反射聚光鏡中的每面反射聚光鏡的東西兩側中間位置有兩個連接軸分別與兩個支座可轉動地連接，以兩個連接軸為圓心隨季節人工調節反射聚光鏡弧面兩端連線與水平面的夾角，在兩次調整之間，反射聚光鏡由反射聚光鏡定位裝置固定，保持不動； 所述安裝有光能轉換部件的框架固定成一個整體，并與上述固定有多個支座的平面平行；所述光能轉換部件的排數與反射聚光鏡的排數相對應；所述支承桿至少有四個，各支承桿的上端通過轉軸分別與框架的四個聯接點可轉動地連接，每一個支承桿的下端通過轉軸分別與一個支座可轉動地連接。
3.根據權利要求1或2所述的太陽能聚光跟蹤裝置，其特征在于，所述的反射聚光鏡是線型菲尼爾反射聚光鏡，組成該線型菲尼爾反射聚光鏡的每一面平面反射鏡都對應于同一個反射聚光曲面的不同切面，并與之重合或平行。
4.根據權利要求1或2所述的太陽能聚光跟蹤裝置，其特征在于，所述的反射聚光鏡是連續性柱面反射鏡。
5.根據權利要求1或2任一項所述的太陽能聚光跟蹤裝置，其特征在于，所述的反射聚光鏡的聚光曲面是拋物線型柱面，雙曲線型柱面，橢圓線型柱面或圓柱面。
全文摘要
本發明提供太陽能聚光跟蹤裝置，包括多排支架、反射聚光鏡、安裝有光能轉換部件的水平框架、支承桿、支座、以及帶動水平框架轉動的控制系統，多排支架平行地固定放置在一個水平的平面上，一年四季不動；反射聚光鏡的排數與上述支架對應，分別固定在支架上，一年四季不動；安裝有光能轉換部件的水平框架固定成一個整體；光能轉換部件的排數與反射聚光鏡的排數相對應；支承桿至少有四個，各支承桿的上端通過轉軸分別與框架的四個聯接點可轉動地連接，每一個支承桿的下端通過轉軸分別與一個支座可轉動地連接；所有支座都和支架都固定在同一個平面內。本發明具有以下有益效果無論太陽光的入射角是大還是小，都能得到比現有技術更好的聚光效果。
文檔編號F24J2/38GK102290462SQ201110202160
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月19日 優先權日2011年7月19日
發明者王瑞峰 申請人:王瑞峰