专利名称：太阳能聚光跟踪装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能利用领域，特别是涉及一种太阳能聚光跟踪装置。
背景技术：
由于传统能源如石油和煤的日渐匮乏和污染环境，人们更加注重利用太阳能，风能等清洁能源。其中，对太阳能的研究和开发已经有几十年的历史。太阳能的利用主要有两个方面一是太阳能光热应用，另一个是太阳能光电应用。 而太阳能聚光跟踪技术对这两个应用领域的发展都能起到积极的促进作用。对于光热应用领域而言，太阳能聚光跟踪技术可以有效提高光能转换部件上太阳光的能量密度，从而产生更高的温度，可以进一步地扩大太阳能光热技术的应用范围。对于太阳能光电应用领域而言，在保证发电量不变的情况下，太阳能聚光跟踪技术可以有效地降低光电池的使用量， 从而降低每度电的发电成本。因此太阳能聚光跟踪技术已成为太阳能应用领域的一个重要的发展方向。一个好的太阳能聚光跟踪技术要满足以下三项要求一 .聚光跟踪成本要低，但稳定性要高，且使用寿命要长；二 .聚光倍数要尽量高；三.太阳光聚焦到光能转换部件上时，太阳光的光强分布应该尽量均勻，这一点对太阳能的光电应用尤为重要。为了满足上述要求，中国专利CN 201466042 U公开了一种多排联动式太阳能均勻聚光跟踪装置，这项发明创造所描述的技术为将多排线性菲尼尔反射聚光镜固定在地面上，一年四季保持不动，反射镜与地面的夹角等于当地的纬度角，相同排数的光能转换部件，以相同间隔固定构成一个整体框架，与地面平行地放置在倾斜导轨上，由一套传动装置带动沿倾斜导轨移动，用以跟踪线型菲尼尔反射镜所形成的条形光斑，使光能转换部件始终处于光斑的能量最强处。其中，倾斜导轨与地面的夹角等于反射聚光镜与地面的夹角。从该专利的附图1可以看出，倾斜导轨为直线，所以光能转换部件的运动平面与反射聚光镜平行。另外，本说明书的附图5示出了该专利的附图1，本说明书的附图6是现有技术中反射聚光镜与光能转换部件运动平面的位置关系示意图。由该图还可以看出，这样的光能转换部件的运动平面到反射镜的距离d是影响聚光效果的重要因素。参阅本说明书的附表，以焦距f为200厘米的线型菲尼尔反射镜为例， 当d = f时，入射角小于15度时可以得到较好的聚光倍数，但当入射角大于15度时，聚光效果较差，而当d = 0. 9f时，入射角大于15度可以得到较好的聚光倍数，但入射角小于15 度时，聚光效果又不令人满意。这种情况不仅对这种规格的线形菲尼尔反射镜是这样的，而且对其他规格的线形菲尼尔反射镜和其他形式的连续性柱面反射聚光镜也是相似的。由以上的叙述可以得知，虽然该专利已经取得了明显的进步，但仍然不能令人非常满意，这种不足也影响了这种技术可以达到的技术指标及其应用范围。需要我们进一步加以改进，以便使得无论太阳光的入射角大还是小，都能得到较好的聚光效果。
发明内容
本发明就是为了解决现有技术中存在的上述问题而提出的，经过大量的研究发现如果光能转换部件的运动轨迹为一个圆弧，而且这个圆弧是以反射镜中心为圆心，以焦距f为半径，那么无论太阳光的入射角是大还是小，由反射聚光镜反射所形成的条形光斑都可以更好地聚光到光能转换部件上，从而得到更好的光能利用效果。因此，本发明对现有技术进行了改进，提出一种效率更高的太阳能聚光跟踪装置。本发明的上述发明目的是采用以下技术手段实现的本发明的主题是同一构思下的两种太阳能聚光跟踪装置。本发明的第一种装置是一种太阳能聚光跟踪装置，其特征在于，包括多排支架、 多个反射聚光镜、支承杆、支座、安装有光能转换部件的框架、以及通过支承杆带动框架转动的控制系统，所述多排支架平行地固定在同一个平面上，一年四季不动；所述反射聚光镜的排数与上述支架对应，分别固定在支架上，一年四季不动；所述安装有光能转换部件的框架固定成一个整体，并与上述固定有多排支架的平面平行所述光能转换部件的排数与反射聚光镜的排数相对应；所述支承杆至少有四个，各支承杆的上端通过转轴分别与框架的四个联接点可转动地连接，每一个支承杆的下端通过转轴分别与一个支座可转动地连接；所有支座和支架都固定在在同一个平面内。本发明的第二种装置是一种太阳能聚光跟踪装置，其特征在于，包括多个支座、 多个反射聚光镜、多个反射聚光镜定位装置，支承杆、安装有光能转换部件的框架、以及通过支承杆带动框架转动的控制系统，所述多个支座平行地排成数排，固定在同一个平面上；所述的多个反射聚光镜中的每面反射聚光镜的东西两侧中间位置有两个连接轴分别与两个支座可转动地连接，以两个连接轴为圆心随季节人工调节反射聚光镜弧面两端连线与水平面的夹角，在两次调整之间，反射聚光镜由反射聚光镜定位装置固定，保持不动；所述安装有光能转换部件的框架固定成一个整体；所述光能转换部件的排数与反射聚光镜的排数相对应；所述支承杆至少有四个，各支承杆的上端通过转轴分别与框架的四个联接点可转动地连接，每一个支承杆的下端通过转轴分别与一个支座可转动地连接。上述本发明的第一种装置和第二种装置中的反射聚光镜均可以是线型菲尼尔反射聚光镜，组成该线型菲尼尔反射聚光镜的每一面平面反射镜都对应于同一个反射聚光面的不同切面，并与之重合或平行。上述本发明的第一种装置和第二种装置中的反射聚光镜均可以是连续性柱面反射镜。上述本发明的第一种装置和第二种装置中的的反射聚光镜的聚光曲面均可以是抛物线型柱面，双曲线型柱面，椭圆线型柱面或圆柱面。
本发明的两种太阳能聚光跟踪装置，是属于同一构思的两项发明。由以上的叙述可以得知，本发明具有以下有益效果1.无论太阳光的入射角是大还是小，都能得到比现有技术更好的聚光效果。2.使用本发明的第二种聚光跟踪装置，能够随季节调节反射聚光镜弧面两端连线与水平面的夹角，使得太阳光的入射平面和反射聚光镜的主平面之间的夹角始终不大于某一个设定的角度(如10度，15度等)，使得该装置能够在冬季和夏季得到比现有技术高得多的聚光倍数。3.本发明的原理容易理解，装置制造成本较低。
图1是表示本发明的第一种太阳能聚光跟踪装置的实施例的立体图。图2是表示本发明的第二种太阳能聚光跟踪装置的实施例的立体图。图3是表示本发明的第二种太阳能聚光跟踪装置的另一个实施例的立体图。图4是表示本发明第二种太阳能聚光跟踪装置的两个实施例中的反射聚光镜定位装置的示意图。图5是现有技术的太阳能聚光跟踪装置的立体图。图6是现有技术中反射聚光镜与光能转换部件运动平面的位置关系示意图。符号说明20-支架；31-支座；301表示北侧第一支座；302表示北侧第二支座；303表示南侧第一支座；304表示南侧第二支座；401-第一支承杆；402-第二支承杆；403-第三支承杆； 404-第四支承杆；38-反射聚光镜；39-框架；40-光能转换部件；50-转轴；
具体实施例方式以下以北半球为例，通过实施例进一步说明本发明。实施例1图1是表示本发明的第一种太阳能聚光跟踪装置的实施例的立体图。图中，20表示支架；301表示北侧第一支座；302表示北侧第二支座；303表示南侧第一支座；304表示南侧第二支座；38表示反射聚光镜；39表示框架；40表示光能转换部件；50表示横轴；401表示第一支承杆；402表示第二支承杆；403表示第三支承杆；404表示第四支承杆；由附图1可见，本实施例有三排反射聚光镜38，以及固定反射聚光镜38的三排支架20。所有支架都承载着反射聚光镜38并固定在同一个平面内。框架39制成整体，始终和其上固定有支架20的平面平行。在框架39上，横向安装有光能转换部件40，光能转换部件的排数与反射聚光镜相对应，也是三排；支承杆401、402、403和404的上端通过转轴分别与框架39的四个联接点可转动地连接，每一个支承杆的下端通过转轴分别与支座301、 302,303和304上的连接孔可转动地连接；为了保证支承杆401和402同步转动，可以增加一个转轴50，它的两端可以穿过支座301和302的连接孔，将支承杆401和402的下端固定在转轴50的两端，这样就能保证支承杆401和402同步。这个转轴也可以放在支撑杆403 和404之间，或两对支撑杆之间各放一个转轴。应该说明这个转轴不是必须的，但有这个转轴会对整个系统的运行起到很好的帮助作用。控制系统(图中未示出)通过支承杆带动整体框架39上的每一排光能转换部件 40，绕其所对应的反射聚光镜38的中心作圆弧运动，使得每一排光能转换部件40跟踪反射聚光镜所形成的条形光斑沿圆弧上下移动。在本实施例中，反射聚光镜、固定反射聚光镜的支座和光能转换部件均以三排为例，但在实际应用时，可以根据需要而定。如整体框架较大，可以在南北方向增加数根用以支持光能转换部件的横梁，并且还可以在适当位置增加若干个支承杆以及用于支撑这些支承杆的支座。实施例2图2是表示本发明的第二种太阳能聚光跟踪装置的实施例的立体图。图中，31表示支座；38表示反射聚光镜；36表示反射聚光镜定位装置；39表示框架；40表示光能转换部件；50表示横轴；401表示第一支承杆；402表示第二支承杆；403表示第三支承杆；404表示第四支承杆；301表示北侧第一支座；302表示北侧第二支座；303 表示南侧第一支座；304表示南侧第二支座。由附图2可见，本实施例有三排反射聚光镜38，以及用于支撑反射聚光镜38的三排支座31。所有支座都固定在同一个平面上。每面反射聚光镜38的东西两侧，有两个连接轴分别与两个支座31可转动地连接。框架39制成一个整体，始终和其上固定有支座(31) 的平面平行。在框架39上，横向安装有光能转换部件40，光能转换部件的排数与反射聚光镜相对应。支承杆401、402、403和404的上端通过转轴分别与框架39的四个联接点可转动地连接，每一个支承杆的下端通过转轴分别与支座301、302、303和304可转动地连接；为了保证支承杆401和402同步转动，可以增加一个转轴50，它的两端可以穿过支座301和302 的连接孔，将支承杆401和402的下端固定在转轴50的两端，这样就能保证支承杆401和 402同步。这个转轴也可以放在支撑杆403和404之间，或两对支撑杆之间各放一个转轴。 应该说明这个转轴不是必须的，但有这个转轴会对整个系统的运行起到很好的帮助作用。每一面反射镜设有一个或数个反射聚光镜定位装置36，其详细结构可以参阅图 4，其作用是随着季节的改变调节所述反射聚光镜弧面两端连线与水平面的夹角，在两次调节之间的期间内，使反射聚光镜定位不动。本图中反射镜的定位装置设置在反射镜的南侧， 也可以设置在反射镜的东西两侧。而且这种定位装置的形式也可以有多种实现形式，只要可以起到上述作用即可。控制系统(图中未示出)通过支承杆带动整体框架39上的每一排光能转换部件 40，绕其所对应的反射聚光镜38的中心作圆弧运动，使得每一排光能转换部件40跟踪反射聚光镜所形成的条形光斑沿弧线上下移动。实施例3图3是表示本发明的第二种太阳能聚光跟踪装置的另一个实施例的立体图。由图可见，该实施例实际上是上一个实施例的简化。其区别在于上述实施例中用于支撑支承杆的支座301，302，303和304同时用来支撑反射聚光镜38，并且转轴50也省略了。图中，31表示支座；38表示反射聚光镜；36表示反射聚光镜定位装置；39表示框架；40表示光能转换部件；401表示第一支承杆；402表示第二支承杆；403表示第三支承杆；404表示第四支承杆；301表示北侧第一支座；302表示北侧第二支座；303表示南侧第一支座；304表示南侧第二支座。由于视图遮挡原因，支座302和304未画出。图4是表示本发明第二种太阳能聚光跟踪装置的两个实施例中的反射聚光镜定位装置的示意图。该反射聚光镜定位装置的作用是随着季节的改变调节所述反射聚光镜弧面两端连线与水平面的夹角，在两次调节之间的期间内，使反射聚光镜定位，使其保持静止不动。本领域的技术人员完全可以在对上述实施例进行说明的基础上，理解图4所示的结构和工作过程，因此不再详述。在以上三个实施例中，如果所有支架，支座，及反射镜均沿东西方向排列，且支承杆的长度和反射聚光镜的焦距大体相等，那么整个系统可以取得非常好的聚光效果。对于光电应用而言，上述光能转换部件就是光伏电池，在具体应用中，要将框架39 上的光伏电池进行合理的串并联后将其产生的电能引出加以利用，这些技术都是本领域技术人员的公知技术，不再详述。对于光热应用而言，上述光能转换部件就是各种集热管，在具体应用中，要将框架 39上的集热管所收集到的热能通过管道汇集起来加以利用，这些技术也是本领域技术人员的公知技术，不再详述。图5是现有技术的太阳能聚光跟踪装置的立体图，图6是现有技术中反射聚光镜与光能转换部件运动平面的位置关系示意图。如图6所示，在图5结构的太阳能聚光跟踪装置工作时，光能转换部件MN的运动轨迹处于一个平行于反射聚光镜的平面PP’上，图中光能转换部件的运动平面离反射聚光镜镜面中心的高度为d，反射聚光镜镜面的焦距为f。而本发明的光能转换部件的运动轨迹是弧形的，在其运动过程中追踪反射聚光镜聚光所形成的条形光斑。附表列出了说明本发明有益效果的数据，条件如下菲尼尔反射聚光镜的焦距f =200cm ；组成这个聚光镜的每条平面反射镜的宽度为IOcm ；平面反射镜的条数为20 ；光能转换部件的宽度与聚光反射镜的宽度相同，也为10cm。其中，第一行表示太阳光的入射平面和反射聚光镜的主平面的夹角(简称入射角)；第一列为光能转换部件运动平面到反射聚光镜中心的距离；除上述之外，表中所列数字均为聚光倍数。表中第一列最后一行的圆弧线是指以反射聚光镜的中心为圆心，以焦距 f为半径所画的圆弧，即本发明的聚光装置中光能转换部件的运行轨迹。从附表中所列的聚光倍数可知，对于相同的反射聚光镜，由于光能转换部件的运动轨迹不同，得到的聚光倍数也不同。本发明的光能转换部件的运动轨迹是圆弧线，对于无论大的入射角还是小的入射角，都能得到比现有技术更高的聚光倍数。并且从图中可以看出入射角越小，聚光倍数越高，这正是本发明的第二种聚光跟踪装置随季节调节反射镜与水平面夹角的原因，因为这样可以保证太阳光的入射平面和反射聚光镜的主平面的夹角始终不大于某一个设定的角度(如10度，15度等)，从而更高的聚光倍数。附表
权利要求
1.一种太阳能聚光跟踪装置，其特征在于包括多排支架、多个反射聚光镜、支承杆、 支座、安装有光能转换部件的框架、以及通过支承杆带动框架转动的控制系统，所述多排支架平行地固定在一个平面上，一年四季不动；所述反射聚光镜的排数与上述支架对应，分别固定在支架上，一年四季不动；所述安装有光能转换部件的框架固定成一个整体，并与上述固定有多排支架的平面平行；所述光能转换部件的排数与反射聚光镜的排数相对应；所述支承杆至少有四个，各支承杆的上端通过转轴分别与框架的四个联接点可转动地连接，每一个支承杆的下端通过转轴分别与一个支座可转动地连接； 所有支座和支架都固定在同一个平面内。
2.一种太阳能聚光跟踪装置，其特征在于，包括多个支座、多个反射聚光镜、多个反射聚光镜定位装置、支承杆、安装有光能转换部件的框架、以及通过支承杆带动框架转动的控制系统，所述多个支座平行地排成数排，固定在同一个平面上；所述的多个反射聚光镜中的每面反射聚光镜的东西两侧中间位置有两个连接轴分别与两个支座可转动地连接，以两个连接轴为圆心随季节人工调节反射聚光镜弧面两端连线与水平面的夹角，在两次调整之间，反射聚光镜由反射聚光镜定位装置固定，保持不动； 所述安装有光能转换部件的框架固定成一个整体，并与上述固定有多个支座的平面平行；所述光能转换部件的排数与反射聚光镜的排数相对应；所述支承杆至少有四个，各支承杆的上端通过转轴分别与框架的四个联接点可转动地连接，每一个支承杆的下端通过转轴分别与一个支座可转动地连接。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能聚光跟踪装置，其特征在于，所述的反射聚光镜是线型菲尼尔反射聚光镜，组成该线型菲尼尔反射聚光镜的每一面平面反射镜都对应于同一个反射聚光曲面的不同切面，并与之重合或平行。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能聚光跟踪装置，其特征在于，所述的反射聚光镜是连续性柱面反射镜。
5.根据权利要求1或2任一项所述的太阳能聚光跟踪装置，其特征在于，所述的反射聚光镜的聚光曲面是抛物线型柱面，双曲线型柱面，椭圆线型柱面或圆柱面。
全文摘要
本发明提供太阳能聚光跟踪装置，包括多排支架、反射聚光镜、安装有光能转换部件的水平框架、支承杆、支座、以及带动水平框架转动的控制系统，多排支架平行地固定放置在一个水平的平面上，一年四季不动；反射聚光镜的排数与上述支架对应，分别固定在支架上，一年四季不动；安装有光能转换部件的水平框架固定成一个整体；光能转换部件的排数与反射聚光镜的排数相对应；支承杆至少有四个，各支承杆的上端通过转轴分别与框架的四个联接点可转动地连接，每一个支承杆的下端通过转轴分别与一个支座可转动地连接；所有支座都和支架都固定在同一个平面内。本发明具有以下有益效果无论太阳光的入射角是大还是小，都能得到比现有技术更好的聚光效果。
文档编号F24J2/38GK102290462SQ201110202160
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月19日 优先权日2011年7月19日
发明者王瑞峰 申请人:王瑞峰