[发明专利]利用地下浅层土壤温度跟踪太阳赤纬角的装置及调节方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能利用技术。

背景技术

在地球某一点处的太阳直射入射光线随时在变化着,为了尽可能多地利用太阳直射辐射能，太阳能利用装置要求配备能够跟踪太阳位置的装置，多数太阳能跟踪装置以电驱动装置为主，这类装置跟踪精度高，但跟踪过程中耗能，运行和维护成本高，本发明实现了利用地下浅层土壤温度的规律性变化跟踪太阳赤纬角的变化，该跟踪装置不耗能、成本低、易维护，具有很高的应用前景和市场价值。

关于利用地下浅层土壤温度跟踪太阳赤纬角的装置及调节方法的文献还未找到。有一项技术成为与本专利技术较为类似的最新技术。该项技术是已公开的“利用温度变化自动跟踪太阳能的方法”的发明专利技术，其专利申请号为201110286643.3，该技术以环境温度的日变化规律来跟踪太阳高度角的变化，利用早晨光照补偿来减小吸热迟滞，以提高跟踪精度。该项技术明显存在着以下问题：1、太阳高度角从日出到日落都是在时刻变化着的，从日出时的只有几度到正午时分的七八十度随纬度的增高而降低，再到日落时又回到几度的高度角，变化幅度大，变化速度快，并且随着季节的不同而不同，因此对太阳高度角的跟踪要求响应速度快，而膨胀罐内流体的温度变化由于受传热热阻及装置本身的热惯性的影响和限制，温度变化速率较慢，由膨胀罐内流体温度变化驱动的踊跃装置难于及时跟踪太阳能高度角的变化速率，造成较大的跟踪误差。

2、太阳高度角与环境温度的变化一致性差。环境温度的变化存在短周期性在一天内、中期周期性在两个强对流天气变化期间，长周期性一年内，在短周期内，环境温度与太阳高度角的变化规律也存在时间上和变化特征上的差异；在中周期内，每次强降温天气过后，即使是在相近的几天内，环境温度将随着天气晴好而迅速上升，前后几天内的环境温度变化较大，而太阳高度角的变化规律基本不变；在长周期内，夏季平均气温很高，而冬季平均气温很低，夏季早晚的环境温度较冬季中午的温度还高，但夏季早晚的太阳高度角比冬季中午的太阳高度角低很多，因此太阳高度角与环境温度的变化一致性差，利用环境温度跟踪太阳赤纬角的精度就会较低。

3、天气因素对该技术跟踪精度的影响大，在晴朗且无风的天气条件下，环境温度与太阳高度角存在一定的相关性，该技术尚可跟踪，但在大风、雾天、或多云天气条件下，环境温度与太阳高度角的相关关系减弱，此时利用环境温度跟踪太阳高度角就变得不可能。

4、跟踪目标角度与所使用的环境温度之间存在时间迟滞效应，光照补偿法在解决上升段问题的同时，增加了下降段的跟踪误差，同时在天气较差的条件下，本方法不能使用。在天气晴朗且无风的条件下，环境温度随太阳高度角的升高而上升，随太阳高度角的降低而下降，但并非同步变化，而是有一个相位差，也即时间迟滞，通过环境温度跟踪太阳高度角需要解决时间迟滞问题，而通过光照补偿法解决时间迟滞问题时，太阳高度角上升段通过光照加快了膨胀罐内的温升速率，解决了一部分上升段的时间迟滞问题，但在太阳高度角下降段由于光照的存在，反而使膨胀罐内的温降速率减慢，使问题更严重，跟踪误差加大。如果在有云层遮挡或太阳直射较弱时，本方法不能发挥应有的作用。

5、太阳高度角与日环境温度之间每天都存在时间迟滞效应，因此通过环境温度跟踪太阳高度角时必须每天都进行温度补偿调节器节，调节频次高，如果手动调节则需要专人负责，费时费力且成本高；如果光照调节，则很难上升段与下降段兼顾，因此这种跟踪装置精确跟踪成本高，非精确跟踪则误差大。

发明内容

本发明的目的是利用地下浅层土壤温度的变化规律驱动装置跟踪太阳赤纬角的位置变化，提高跟踪精度，降低跟踪成本。

本发明是利用地下浅层土壤温度跟踪太阳赤纬角的装置及调节方法，利用地下浅层土壤温度跟踪太阳赤纬角的装置南北向放置，设有北支撑杆3和南支撑杆12，在南支撑杆12或者北支撑杆3上串接有伸缩式液压缸6及其活塞杆11，液压缸6的内腔与埋在地下浅层土壤10中的热膨胀罐8的内腔联通，在液压缸6和热膨胀罐8的内腔中充满有热膨胀流体介质9，在由太阳能接收器1下面的托架18、北支撑杆3、南支撑杆12和基座13所组成的多边形结构中，至少有三个旋转活动节点，本装置设有干预式温度补偿调节装置16，或者设有自动温度补偿调节装置19，干预式温度补偿调节装置16设在北支撑杆3上，或者在南支撑杆12上，或者在托架18上，或者在液压缸6上，或者在导压软管7上，或者在热膨胀罐8上，自动温度补偿调节装置19设在北支撑杆3上，或者在南支撑杆12上。