[发明专利]太阳能连动跟踪方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能跟踪利用领域。

背景技术

目前太阳能集热与发电技术发展比较快，但是，因为太阳能能流密度低共同的问题依然是利用成本高。真空管式或平板式集热器集热板芯受材料与工艺的限制成本偏高；太阳能光伏发电(太阳能电池)晶体硅的原材料产量与成本难以突破，成本不会下降很快；太阳能热发电有望实现规模化，可是无论碟式或槽式反射聚光还是塔式平面反射聚光，普遍的思路是单台反射镜大型化，配套单独的跟踪系统，结果是复杂笨重的支撑与控制系统对于能流密度很低的太阳能总是难以发挥反射镜低成本优势，离全社会迫切希望解决能源与环境压力的要求的低成本全面使用还有很远的距离。

太阳能早晚变化规律使太阳能利用装置总是存在“余弦效应”影响使用效率，目前还没有一种普遍适合的低成本太阳能跟踪技术解决这样的问题。

发明内容

本发明的目的：彻底简化太阳能跟踪系统，最大程度发挥反射镜低成本优势，提出简单低成本的普遍适合各种太阳能利用装置的太阳能跟踪新方法。

本发明的技术方案：本发明采用连动跟踪太阳的太阳能利用方法，由太阳能利用装置、太阳能利用装置支撑架、及驱动与控制系统等组成太阳能跟踪系统。太阳能利用装置由可偏转支撑架支撑，互相通过传动机构连接构成连动机构，由驱动装置拖动连动机构实现统一偏转跟踪太阳，驱动装置一般由自动控制系统控制。太阳能利用装置包括太阳能电池、太阳能集热器(如真空管或平板集热器等)、聚光透镜及聚光反射镜等，其支撑方式采用可以自由偏转的结构，例如：

a)每个太阳能转换装置由一个单独万向铰接支撑架支撑；

b)一组太阳能转换装置装于支架的一组横轴上可以分别以横轴偏转，整体支架的转轴设置为与横轴垂直或其它角度，是一种组合铰支；

c)支撑架由立轴支撑以立轴偏转，太阳能转换装置装于支架的横轴上。所谓的立轴不局限于垂直于地面。

传动机构可以是连杆、绳缆及液压等各种机构，传动机构在机械设计领域灵活多样有利于连动机构满足各种太阳能跟踪需要。一般情况，因为每个太阳能转换装置跟踪太阳的规律相同，采用平行连杆机构就可以使太阳能利用装置同步连动跟踪太阳；当太阳能利用装置为平面反射镜时，可以通过连动机构按平面聚光或近似平面聚光的方式实现连动跟踪聚光。所谓的平面聚光是指一组入射光与其反射光都在同一聚光平面内，连动跟踪系统控制聚光平面跟踪太阳同步偏转，并使反光镜在与聚光平面垂直的转轴上的平均偏转速度是太阳光线在聚光平面内偏转速度的二分之一，不同位置的反光镜以不同的偏转相位差安装以满足反射光总是朝向聚光点。

但是平面镜反射采用简单的平行连杆机构无法实现严格意义上的空间定点聚光(即所谓的定日镜聚光，此后简称空间聚光)，实际工程中在连动系统与平面镜之间可以增加补偿措施，使系统在连动跟踪的过程中反射光都能聚向聚光点或接近聚光点，实现空间聚光。

一般动力装置由控制系统自动控制也可以采用半自动或手动控制，多组平面聚光可以按阵列组合成各种太阳能跟踪聚光系统。

本发明的优点：

1.是一种普遍适合各种太阳能利用方式的低成本太阳能跟踪解决方案，使太阳能利用消除“余弦效应”提高使用效率。

2.太阳能跟踪系统采用同步连动机构，有利于较大面积的太阳能利用系统只用一套跟踪控制系统实现自动跟踪太阳，小型微型的太阳能转换装置大面积阵列分布，重心可以很低连动机构作用力很小，可大幅度简化系统增加抗风能力，从而大幅度降低投资成本。

3.不但有利于小型微型的太阳能聚光热利用与热发电，而且有利于采用高倍率聚光和多个同步连动跟踪聚光实现高温大功率的太阳能工程，如大型太阳能发电站，太阳能冶金工程等。

4.本发明低成本优势从太阳能热利用到太阳能发电将影响到诸多领域的节能降耗，对全社会的环境与能源结构必将产生深远影响。

附图说明

图1是太阳能转换装置由单个万向铰接支撑架支撑的同步偏转方式；

图2是一种二维移动控制驱动机构；

图3是平面万向铰支机构的两种结构方式；

图4是组合式平面万向铰支机构；

图5是几个组合式平面万向铰支机构阵列布置支撑架同步连动示意图；

图6是一个组合式平面万向铰支机构中太阳能转换装置同步连动示意图；

图7是三种同步连动机构示意图；

图8是同一支撑架上的反光镜同步连动平面聚光系统示意图；

图9是多个平面聚光系统的反光镜支撑架同步连动跟踪太阳光线示意图；

图10是多个同步连动平面聚光系统立体示意图；