[发明专利]一种无间歇实时跟踪的太阳能采光驱动机构及其工作方法

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及一种太阳能采光驱动机构，特别是一种无间歇实时跟踪的太阳能采光驱动机构及其工作方法。

(二)背景技术：

自从地球上出现人类以来，人类和能源就发生了不可分割的关系。然而人类一直使用的能源除柴草、动植物油和水力可以再生外，其他如煤和石油等都不可再生，然而柴草和动植物油已远远不能满足当今生产力不断发展的需要，水力的应用也有一定限度，而煤和石油仍然是人类目前主要使用的能源，但是这些能源已经面临枯竭；另外上述所有能源的使用，都会对地球环境造成严重污染和破坏，危害到人类和所有生物的生存。

当今世界上已经出现了严重的能源危机，因此，世界各主要国家都把目光放在开发可再生清洁能源上，例如太阳能、风能、潮汐能、波浪能、车辆对地面挤压的能量等等。特别是太阳能，是一切能量的根源，然而，对地球来说，太阳能的密度是很低的，大概每平方米面积在最好的条件下只能产生1kw的功率，要实现大规模的利用很困难。世界上开始研究太阳能利用以来，对要求不高的太阳能设备，采光装置一般都固定不动，但太阳能转换效率很低；对要求较高的太阳能设备，采光装置都需要跟踪太阳，以便获得尽可能多的太阳能。

但在跟踪太阳的方法方面，普遍采用的都是所谓“二维驱动法”，这个方法从理论上说，不能说是错误的，但其形成主要是受到人类观察周围事物习惯的影响。看起来这个方法比较容易理解，但实际上却把问题搞复杂了。所谓“二维驱动法”，是用一个水平旋转的驱动机构，使太阳能采光装置每天从东方转向南方，再转向西方，跟着太阳方位走(所谓“方位角驱动”)，但是日出和日落时，太阳都在地平线上，位置很低，而中午太阳到了头顶，位置最高，这就需要使采光装置每天从低到高，再从高到低来回俯仰转动(所谓“俯仰角驱动”)，这样就必须时时刻刻从X轴和Y轴两个方向去跟踪太阳。

目前国内外研究太阳能开发的设计方案基本上都是采用这个模式。他们采用了GPS卫星定位系统、传感器和微机程序控制等方法来实现跟踪的准确性。这乍看起来似乎很科学，很严密，但事实上却使问题复杂化了，不但加大了成本，增加了制造难度，同时使用时操作难度也相当大，不是一般老百姓能够掌握的，而且实际跟踪精度也不高。有些资料上说他们的精度可以控制到每次跟踪误差不超过0.01度(也就是0.6分)，实际上这是很困难的，因为减速机的“回差”要达到不超过1分已经很困难了，何况还有许多中间环节，进一步加大了误差。更严重的是作为驱动原件的减速机无法达到使采光装置与太阳的视觉运行轨道完全同步，一般都是比太阳运行速度快得多，因此不得不采用“间歇跟踪”方法，当太阳能采光装置偏离太阳一定角度后才启动跟踪装置，使采光装置赶上太阳，然后停下来，等再偏离一个角度，待传感器感觉到该误差以后，再启动跟踪装置，使采光装置再一次赶上太阳。因此，跟踪装置不得不经常不断地间歇启动。由于在每次启动和停止时都会产生很大的冲击力，这就使跟踪机构特别是减速机很容易损坏，造成太阳能设备不能正常运行；同时，也是由于扭矩过大，不得不将减速机设计得非常庞大，而且水平转动和垂直转动必须分别设计减速机，因此极大地加大了制造成本和运行维护费用，而设备制造成本过高，维护费用偏高，使每千瓦小时的费用大大高于目前火力发电和水力发电的水平，这是阻碍太阳能发电推广使用的主要原因。

(三)发明内容：

本发明的目的在于提供一种无间歇实时跟踪的太阳能采光驱动机构及其工作方法，它采用全部齿轮传动结构，能够无间歇地实时精确跟踪太阳，完全避开了采用GPS卫星定位系统、传感器和微机程序控制等进行间歇跟踪的繁琐模式，跟踪精度高，大大简化了整体结构，而且大幅度降低了太阳能设备的造价和维护费用。

本发明的技术方案：一种无间歇实时跟踪的太阳能采光驱动机构，其特征在于：它是由采光装置、驱动机构、减速机、电动机、能量输出机构、能量输出管线及基座组成的；其中，所说的驱动机构一端与采光装置相连接，另一端与减速机相连接；减速机的另一端与电动机相连接；驱动机构安装于可调节整个机构倾角的基座上；用于将获得的能量从连续旋转的采光装置输送出去的能量输出机构置于驱动机构上；能量输出管线一端连接能量输出机构，另一端连接到相应的与地平面连接的固定设备上。

上述所说的采光装置是由采光器件、正向调节指针及曲柄组成；其中，所说的采光器件包括采光平面板，采光平面板上有用于调节采光器件以使其对准太阳的正向调节指针，正向调节指针垂直安装于采光器件的采光平面板上；所说的用于调节采光平面板俯仰角度的曲柄的上端与采光平面板下端固定连接在一起，且曲柄始终保持与采光平面板呈约150度的夹角。