专利名称：太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及太阳能利用技术领域，特别是涉及ー种对太阳能进行阵列跟踪聚光，以固定方式进行水平定向汇集的装置。
背景技术：
太阳能是一种清洁无污染的可再生能源，取之不尽，用之不竭，充分开发利用太阳能不仅可以节约日益枯竭的常规能源，缓解严峻的资源短缺问题，而且还可以減少污染，保护人类赖以生存的生态环境。在众多的太阳能利用技术中，利用太阳能产生的光热进行发电是比较有发展前景的利用方式之一。太阳能光热发电(Concentrated Solar Power,简称“CSP”)是ー种太阳能聚光热发电技术，依靠各种聚光镜面将太阳的直接辐射聚集，通过加热导热介质，再经过热交换产生高温蒸气，推动汽轮机发电。光热发电的最大优势，是可以通过热量储存实现持续发电，可以实现24小时发电，因为热的储存已经比较容易实现，因此其电力是可调度的，更符合电网的需求。CSP目前主流的几种技术路线都是按照太阳能采集方式来划分的，主要有槽式、塔式和碟式三类。槽式光热发电技术，是将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列，收集热量，烧水产生高温蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电。由于其聚热方式是线聚焦，因而存在效率问题，还有温度的控制、保温效率以及集热管太长的问题。集热管过长和需要介质传送热量，是这种技术路线的不足。塔式光热发电技术的聚光镜阵与塔顶的距离太远，有的镜子相距塔顶达到几公里远，且镜子既要跟踪太阳还要把聚光投射到塔顶，因此跟踪的命中率和准确度不太好解決，加上受自然气候的影响，跟踪的一致性和持续性也是个难题；每ー组镜面与塔顶之间的位置不同，因此每ー组镜面都需要ー套跟踪控制系统，使跟踪成本与维护成本非常高。同时还需要将接收塔建得足够高，才能接受到足够的聚光光线。碟式光热发电系统，是由许多镜子组成的抛物面反射镜组成，接收在抛物面的焦点上，接收器内的传热エ质被加热到750°C左右，驱动斯特林发动机进行发电。而斯特林发动机通常是安装在抛物面反射镜的前端，在跟踪过程中，抛物面反射镜和斯特林发动机都处在运动状态，使机构的复杂性提高，检修和维护成本加大；一组抛物面反射镜只能安装一台斯特林发动机，斯特林发动机的功率受到抛物面反射镜的面积限制。在公开号为CN101329112A，名称为“光漏斗聚光定向传光中央接收式高温太阳能集热系统”的对比文件中，采用了定向偏光器将聚焦型光漏斗的光线反射后，其出光方向指向中央接收器进行热能利用。其不足在于在高度角较低或纬度较高的地区使用时，聚焦型光漏斗和定向偏光器的边沿发生遮挡干涉，造成出光方向无法指向中央接收器，从而使太阳能利用效能严重下降。在公开号为CN1447058A，名称为“利用阳光进行室内照明的装置”的对比文件中，所述装置由两维跟踪器、安装在两维跟踪器上的聚光器、安装在聚光器上的二次反射器、安装在聚光器上的两维调节三次反射器、两维调节四次反射器、反射镜等组成。其特征在于聚光器将太阳直射光汇聚后，由二次反射器校正为平行光，两维调节反射器将光反射到固定地点。其不足在于每个聚光器形成的聚光光线至少需要4维的跟踪控制才可实现将光反射到固定地点，跟踪控制电机的数量过多，跟踪成本必然居高不下。
发明内容为了克服上述技术中的缺点和不足，本实用新型提供一种太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置，在ニ维跟踪控制方式下，利用具有一定倾角的定向反射抛物镜，将点聚光器形成的聚光光线反射为固定传播方向的一次反射平行光线，再通过第一固定反射镜、第ニ固定反射镜和水平汇集反射镜的反射，将每个聚光跟踪定向反射単元形成的聚光平等汇集到光热利用装置上；定向反射抛物镜的边沿不会对点聚光光线产生遮挡干涉，不会对聚 光跟踪效果产生负面影响；每个聚光跟踪定向反射単元的方位角跟踪电机和高度角跟踪电机的执行动作一致，可利用ニ维跟踪控制技术，实现对大面积太阳能进行聚光跟踪，并在水平方向进行定向汇集并加以利用，得到的聚光功率更大；光热利用装置可以固定设置在地面上，建造和维护成本更低；适用的纬度范国大。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是本实用新型提供ー种太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置，包括聚光跟踪定向反射単元、水平汇集反射镜、光热利用装置；聚光跟踪定向反射単元的数量最少为一組。所述聚光跟踪定向反射单元包括固定框架机构、方位角运动机构、聚光定向反射运动机构、高度角跟踪聚光运动机构。固定框架机构包括互联框架、第一固定反射镜、第一反射镜支架、第二固定反射镜、第二反射镜支架、方位角跟踪电机、方位角跟踪主动齿轮、方位回转平台；所述互联框架上部设有方位回转平台、透光孔，方位回转平台以方位角回转轴线为旋转轴线，透光孔在方位角回转轴线侧面；第一固定反射镜安装在第一反射镜支架上，第一反射镜支架安装在互联框架上，位于透光孔正上方；方位角跟踪电机上装有方位角跟踪主动齿轮，方位角跟踪电机安装在互联框架上；第二反射镜支架上设有调节安装排孔；第二固定反射镜通过调节安装排孔安装在第二反射镜支架上，第二反射镜支架安装在互联框架下部透光孔的正下方；互联框架在水平内在纵向和横向通过联接可组成阵列。方位角运动机构包括方位回转体、高度角跟踪支撑架、高度角跟踪电机、蜗杆、蜗轮、高度角驱动轴、高度角主动齿轮；方位回转体上方设有高度角跟踪支撑架，高度角跟踪支撑架上设有高度角转轴孔，两个高度角转轴孔有相同的高度角转轴线；蜗杆安装在高度角跟踪电机上，高度角跟踪电机安装在高度角跟踪支撑架上，高度角驱动轴的两侧安装有高度角主动齿轮，中部安装有蜗轮，高度角驱动轴的两端安装在高度角跟踪支撑架上；蜗杆和蜗轮之间正常啮合；高度角跟踪电机转动吋，使蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮通过高度角驱动轴使高度角主动齿轮转动。聚光定向反射运动机构包括固定支架、定向反射抛物镜、抛物镜转轴、偏转从动齿轮、偏转主动齿轮、偏转电机；固定支架上端设有轴孔，轴孔与水平线之间的夹角为β，β>0 ;偏转主动齿轮安装在偏转电机上，偏转电机安装在固定支架上端；定向反射抛物镜上设有抛物镜转轴，抛物镜转轴上安装有偏转从动齿轮；抛物镜转轴安装在固定支架上端的轴孔内；偏转从动齿轮和偏转主动齿轮正常啮合；定向反射抛物镜的光学焦点位于焦点；轴孔和抛物镜转轴都以抛物镜轴线为轴线，抛物镜轴线通过焦点；偏转电机转动时，偏转从动齿轮带动偏转主动齿轮转动，从而带动定向反射抛物镜以抛物镜轴线为轴线转动。高度角跟踪聚光运动机构包括聚光器、聚光器支架、配重体、高度角跟踪齿轮、高度角跟踪轴；所述聚光器是ー种点聚光器，能将入射平行光线转换为点聚光光线，并从聚光输出ロ输出，汇聚在聚光点，聚光点位于聚光器外侧；聚光轴线与入射平行光线平行且通过聚光点；聚光器底部两侧设有聚光器支架，聚光器支架上各安装有配重体和高度角跟踪齿轮；聚光器支架上设有高度角跟踪轴，高度角跟踪轴线通过高度角跟踪轴；通过调整配重体，使高度角跟踪聚光运动机构的质心位于高度角跟踪轴上，实现质量平衡，使高度角跟踪电机的跟踪运动耗能更少；高度角跟踪轴线和聚光轴线垂直且交汇，聚光点位于交汇点上。方位回转体安装在互联框架上的方位回转平台内，方位角跟踪主动齿轮和方位回转体上的齿轮正常啮合；方位角跟踪电机转动时使方位角跟踪主动齿轮转动，使方位角运 动机构以方位角回转轴线进行水平转动。固定支架安装在互联框架上部中心位置；焦点位于高度角转轴线和方位角回转轴线的交点上，且相对于互联框架固定。高度角跟踪轴安装在高度角跟踪支撑架上的高度角转轴孔内；高度角主动齿轮和高度角跟踪齿轮正常啮合；聚光轴线、高度角转轴线和方位角回转轴线交于一点，焦点位于这个交点上，即焦点和聚光点重合，且相对于互联框架固定；高度角主动齿轮转动时，使高度角跟踪齿轮转动，从而带动高度角跟踪聚光运动机构以高度角转轴线为轴线转动。点聚光光线的聚光轴线通过定向反射抛物镜的焦点，点聚光光线的聚光点与焦点重合，焦点同时也位于方位角回转轴线上；定向反射抛物镜的抛物镜轴线和水平线之间的夹角为β，β>0;定向反射抛物镜是以抛物镜轴线为轴线旋转180°形成的反射面。根据光学知识可知，当点聚光光线的聚光轴线与水平线之间的夹角，也就是高度角在0° 90°时，点聚光光线都可以经定向反射抛物镜反射形成一次反射平行光线，沿平行于抛物镜轴线及定向反射抛物镜开ロ方向传播。因抛物镜轴线及定向反射抛物镜开ロ方向固定不变，所以一次反射平行光线的传播方向也是固定不变的，并射向第一固定反射镜上；第一固定反射镜将一次反射平行光线再反射形成二次反射平行光线并射向第二固定反射镜，二次反射平行光线的方向垂直向下；第二固定反射镜将二次反射平行光线再反射形成三次反射平行光线，三次反射平行光线为水平方向。聚光和反射位置均位于聚光器的后部及互联框架的下部，有利于使用和调配。由于定向反射抛物镜的抛物镜轴线和水平线之间的夹角为β，β>0，选择适应的β值，能使定向反射抛物镜接收高度角为0° 90°的点聚光光线。也就是说，当应用于高纬度或低纬度地区时，第一固定反射镜不会对点聚光光线产生遮挡干涉，不会对聚光跟踪效果产生负面影响。通过控制方位角跟踪电机和偏转电机，使方位角运动机构的方位角与定向反射抛物镜的旋转偏角保持同相位，能够在任意方位角和高度角情况下，定向反射抛物镜的边沿不会对点聚光光线产生遮挡干渉，不会对聚光跟踪效果产生负面影响。在本实用新型提供的一种太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置中，向同一方向反射三次反射平行光线的各级第二固定反射镜之间呈阶梯高度设置，各级第二固定反射镜不对三次反射平行光线的水平传播产生遮挡干涉。各级水平汇集反射镜设置在向同一方向反射的三次反射平行光线的路径上，每个水平汇集反射镜将三次反射平行光线进行水平反射形成四次反射平行光线，并射向光热利用装置；水平汇集反射镜之间在四次反射平行光线的传播路径上呈阶梯高度设置，且不对四次反射平行光线的传播产生遮挡干渉，最终将本实用新型提供的一种太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置所接收的全部太阳能，通过跟踪聚光及反射，汇聚到具有更小接收面积的光热利用装置上。设置合适数量的聚光跟踪定向反射单元且构成阵列，可以得到大功率的太阳能输出。光热利用装置可以固定设置在地面上，建造和维护成本更低。聚光跟踪定向反射単元对太阳的跟踪是由方位角跟踪电机和高度角跟踪电机执行完成的；本实用新型提供的一种太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置中，每个聚光跟踪定向反射単元的方位角跟踪电机和高度角跟踪电机的执行动作一致，利用现有公知的电机控制技术，达到以ニ维跟踪控制技术，实现对大面积太阳能进行聚光跟踪，利用反射和光线的定向传播，在水平方向进行定向汇集并加以利用的目的。本实用新型的有益效果是与槽式光热发电技术中多个槽型抛物面聚光集热器相比，利用光线的直接传播将太阳能聚光汇聚到光热利用装置上，不采用导热介质，没有介质传送管路，更容易使光热利用装置达到更高的温度；与塔式发电的聚光器相比，利用反射和光线的定向传播，在水平方向进行定向汇集并加以利用，不需要建造高塔接收器，每组聚光器的跟踪电机步调相同，采用ニ维跟踪技术即可实现对大規模阵列的跟踪控制；与碟式热发电的聚光器相比，光热利用装置可能固定安装在地面上，聚光器的功率可以更大，建造安装与使用维护成本更低；与公开号为CN101329112A的对比文件中的装置相比，在跟踪条件下，定向反射抛物镜的边沿不会对点聚光光线产生遮挡干涉，在任何纬度都适用，不会对聚光跟踪效果产生负面影响；与公开号为CN1447058A的对比文件中的装置相比，采用的跟踪电机数量更少，跟踪成本更低。
图I是本实用新型的阵列结构及光路立体示意图。图2是本实用新型的阵列结构及光路三视图。图3是本实用新型的聚光跟踪定向反射单元的结构示意图。图4是本实用新型的固定框架机构的结构示意图。图5是本实用新型的方位角运动机构的结构示意图。图6是本实用新型的聚光定向反射运动机构的结构示意图。图7是本实用新型的高度角跟踪聚光运动机构的结构示意图。图8是本实用新型的聚光跟踪定向反射单元连接结构示意图。图9是本实用新型的正午时刻高度角为45度时的光路示意图。图10是本实用新型的正午时刻高度角为90度时的光路示意图。图11是本实用新型的正午时刻高度角为10度时的光路示意图。图12是本实用新型的任意方位角时的光路示意图。图13是本实用新型的聚光跟踪定向反射单元阵列组合时的光路三视图。[0039]图14是本实用新型的聚光跟踪定向反射单元阵列组合时的立体光路图。图中标号说明如下 O-入射平行光线、I- 一次反射平行光线、2- 二次反射平行光线、3-三次反射平行光线、4-四次反射平行光线、5-点聚光光线、6-聚光点、7-水平汇集反射镜、9-光热利用装置；1000-聚光跟踪定向反射单元； 100-固定框架机构、11-互联框架、12-第一固定反射镜、13-第一反射镜支架、14-第二固定反射镜、15-第二反射镜支架、16-调节安装排孔、21-透光孔、24-方位角跟踪电机、25-方位角跟踪主动齿轮、28-方位回转平台、29-方位角回转轴线；400-方位角运动机构、41-方位内齿转动轮、42-高度角跟踪支撑体、43-高度角 转轴孔、44-高度角转轴线、45-高度角跟踪电机、46-蜗杆、47-蜗轮、48-高度角驱动轴、49-高度角主动齿轮；600-聚光定向反射运动机构、61-固定支架、63-轴孔、64-定向反射抛物镜、65-抛物镜转轴、66-偏转从动齿轮、67-偏转主动齿轮、68-偏转电机、69-抛物镜焦点、70-抛物镜轴线、71-水平线；800-高度角跟踪聚光运动机构、81-聚光器、82-聚光输出ロ、83_聚光器支架、84-配重体、85-高度角跟踪齿轮、86-高度角跟踪轴、87-高度角跟踪轴线、88-聚光轴线。
具体实施方式
如图I、图2所示，本实用新型提供一种太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置，包括聚光跟踪定向反射単元1000、水平汇集反射镜7、光热利用装置9 ;聚光跟踪定向反射单元1000的数量最少为ー组。如图3所示，所述聚光跟踪定向反射单元1000包括固定框架机构100、方位角运动机构400、聚光定向反射运动机构600、高度角跟踪聚光运动机构800。如图4所示，固定框架机构100包括互联框架11、第一固定反射镜12、第一反射镜支架13、第二固定反射镜14、第二反射镜支架15、方位角跟踪电机24、方位角跟踪主动齿轮25、方位回转平台28 ;所述互联框架11上部设有方位回转平台28、透光孔21，方位回转平台28以方位角回转轴线29为旋转轴线，透光孔21在方位角回转轴线29侧面；第一固定反射镜12安装在第一反射镜支架13上，第一反射镜支架13安装在互联框架11上，位于透光孔21正上方；方位角跟踪电机24上装有方位角跟踪主动齿轮25，方位角跟踪电机24安装在互联框架11上；第二反射镜支架15上设有调节安装排孔16 ;第二固定反射镜14通过调节安装排孔16安装在第二反射镜支架15上，第二反射镜支架15安装在互联框架11下部透光孔21的正下方。如图I、图2所示，本实用新型提供一种太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置，多个互联框架11在水平面内，在纵向和横向通过联接组成阵列。如图5所示，方位角运动机构400包括方位回转体41、高度角跟踪支撑架42、高度角跟踪电机45、蜗杆46、蜗轮47、高度角驱动轴48、高度角主动齿轮49 ;方位回转体41上方设有高度角跟踪支撑架42，高度角跟踪支撑架42上设有高度角转轴孔43，两个高度角转轴孔43有相同的高度角转轴线44 ;蜗杆46安装在高度角跟踪电机45上，高度角跟踪电机45安装在高度角跟踪支撑架42上，高度角驱动轴48的两侧安装有高度角主动齿轮49，中部安装有蜗轮47，高度角驱动轴48的两端安装在高度角跟踪支撑架42上；蜗杆46和蜗轮47之间正常啮合；高度角跟踪电机45转动时，使蜗杆46带动蜗轮47转动，蜗轮47通过高度角驱动轴48使高度角主动齿轮49转动。如图6所示，聚光定向反射运动机构600包括固定支架61、定向反射抛物镜64、抛物镜转轴65、偏转从动齿轮66、偏转主动齿轮67、偏转电机68 ;固定支架61上端设有轴孔63，轴孔63与水平线71之间的夹角为β，β >0 ;偏转主动齿轮67安装在偏转电机68上，偏转电机68安装在固定支架61上端；定向反射抛物镜64上设有抛物镜转轴65，抛物镜转轴65上安装有偏转从动齿轮66 ;抛物镜转轴65安装在固定支架61上端的轴孔63内；偏转从动齿轮66和偏转主动齿轮67正常啮合；定向反射抛物镜64的光学焦点位于焦点69 ;轴孔63和抛物镜转轴65都以抛物镜轴线70为轴线，抛物镜轴线70通过焦点69 ;偏转电机68转动时，偏转从动齿轮66带动偏转主动齿轮67转动，从而带动定向反射抛物镜64以抛物镜轴线70为轴线转动。 如图7所示，高度角跟踪聚光运动机构800包括聚光器81、聚光器支架83、配重体84、高度角跟踪齿轮85、高度角跟踪轴86 ;所述聚光器81是ー种点聚光器，能将入射平行光线O转换为点聚光光线5,并从聚光输出ロ 82输出，汇聚在聚光点6,聚光点6位于聚光器81外侧；聚光轴线88与入射平行光线O平行且通过聚光点6 ;聚光器81底部两侧设有聚光器支架83，聚光器支架83上各安装有配重体84和高度角跟踪齿轮85 ;聚光器支架83上设有高度角跟踪轴86，高度角跟踪轴线87通过高度角跟踪轴86 ;通过调整配重体84，使高度角跟踪聚光运动机构800的质心位于高度角跟踪轴86上，实现质量平衡，使高度角跟踪电机45的跟踪运动耗能更少；高度角跟踪轴线87和聚光轴线88垂直且交汇，聚光点6位于交汇点上。如图3、图4、图5、图8所示，方位角运动机构400和固定框架机构100间的连接方式是方位回转体41安装在互联框架11上的方位回转平台28内，方位角跟踪主动齿轮25和方位回转体41上的齿轮正常啮合；方位角跟踪电机24转动时使方位角跟踪主动齿轮25转动，使方位角运动机构400以方位角回转轴线29进行水平转动。如图3、图4、图5、图6、图8所示，聚光定向反射运动机构600和固定框架机构100间的连接方式是固定支架61安装在互联框架11上部中心位置；焦点69位于高度角转轴线44和方位角回转轴线29的交点上，且相对于互联框架11固定。如图3、图5、图6、图7、图8所示，高度角跟踪聚光运动机构800和方位角运动机构400间的联接关系是高度角跟踪轴86安装在高度角跟踪支撑架42上的高度角转轴孔43内；高度角主动齿轮49和高度角跟踪齿轮85正常啮合；聚光轴线88、高度角转轴线44和方位角回转轴线29交于一点,焦点69位于这个交点上，即焦点69和聚光点6重合,且相对于互联框架11固定；高度角主动齿轮49转动时，使高度角跟踪齿轮85转动，从而带动高度角跟踪聚光运动机构800以高度角转轴线44为轴线转动。如图9、图10、图11所示，点聚光光线5的聚光轴线88通过定向反射抛物镜64的焦点69，点聚光光线5的聚光点6与焦点69重合，焦点69同时也位于方位角回转轴线29上；定向反射抛物镜64的抛物镜轴线70和水平线71之间的夹角为β，β>0 ;定向反射抛物镜64是以抛物镜轴线70为轴线旋转180°形成的反射面。根据光学知识可知，当点聚光光线5的聚光轴线88与水平线71之间的夹角，也就是高度角在0° 90°时，点聚光光线5都可以经定向反射抛物镜64反射形成一次反射平行光线1，沿平行于抛物镜轴线70及定向反射抛物镜64开ロ方向传播。因抛物镜轴线70及定向反射抛物镜64开ロ方向固定不变，所以一次反射平行光线I的传播方向也是固定不变的，并射向第一固定反射镜12上；第一固定反射镜12将一次反射平行光线01再反射形成二次反射平行光线02并射向第二固定反射镜14，二次反射平行光线02的方向垂直向下；第二固定反射镜14将二次反射平行光线02再反射形成三次反射平行光线03，三次反射平行光线03为水平方向。聚光和反射位置均位于聚光器81的后部及互联框架的下部，有利于使用和调配。如图10、图11所示，由于定向反射抛物镜64的抛物镜轴线70和水平线71之间的夹角为β，β>0，选择适应的β值，能使定向反射抛物镜64接收高度角为0° 90°的点聚光光线5。也就是说，当应用于高纬度或低纬度地区时，第一固定反射镜12不会对点聚光光线5产生遮挡干渉，不会对聚光跟踪效果产生负面影响。如图4、图6、图8、图12所示，通过控制方位角跟踪电机24和偏转电机68，使方位角运动机构400的方位角与定向反射抛物镜64的旋转偏角保持同相位，能够在任意方位角和高度角情况下，定向反射抛物镜64的边沿不会对点聚光光线5产生遮挡干涉，不会对聚光跟踪效果产生负面影响。如图13、图14所示，在本实用新型提供的一种太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置中，向同一方向反射三次反射平行光线3的各级第二固定反射镜14之间呈阶梯高度设置，各级第二固定反射镜14不对三次反射平行光线3的水平传播产生遮挡干渉。各级水平汇集反射镜7设置在向同一方向反射的三次反射平行光线3的路径上，每个水平汇集反射镜7将三次反射平行光线3进行水平反射形成四次反射平行光线4，并射向光热利用装置9 ;水平汇集反射镜7之间在四次反射平行光线4的传播路径上呈阶梯高度设置，且不对四次反射平行光线4的传播产生遮挡干涉，最終将本实用新型提供的一种太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置所接收的全部太阳能，通过跟踪聚光及反射，汇聚到具有更小接收面积的光热利用装置9上。设置合适数量的聚光跟踪定向反射単元1000且构成阵列，可以得到大功率的太阳能输出。光热利用装置9可以固定设置在地面上，建造和维护成本更低。如图4、图5、图6、图8所示，聚光跟踪定向反射单元1000对太阳的跟踪是由方位角跟踪电机24和高度角跟踪电机45执行完成的，偏转电机68的转动与方位角跟踪电机24相关联，不參与跟踪；本实用新型提供的一种太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置中，每个聚光跟踪定向反射単元1000的方位角跟踪电机24和高度角跟踪电机45的执行动作一致，利用现有公知的电机控制技术，达到以ニ维跟踪控制技术，实现对大面积太阳能进行聚光跟踪，利用反射和光线的定向传播，在水平方向进行定向汇集并加以利用的目的。方位角、高度角是太阳能跟踪利用行业的术语。
权利要求1.一种太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置，包括聚光跟踪定向反射单元(1000)、水平汇集反射镜(7)、光热利用装置(9);所述聚光跟踪定向反射单元(1000)包括固定框架机构(100)、方位角运动机构(400)、聚光定向反射运动机构(600)、高度角跟踪聚光运动机构(800);所述固定框架机构(100)包括互联框架(11)、第一固定反射镜(12)、第一反射镜支架(13)、第二固定反射镜(14)、第二反射镜支架(15)、方位角跟踪电机(24)、方位角跟踪主动齿轮(25)、方位回转平台(28)； 方位角运动机构(400 )包括方位回转体(41)、高度角跟踪支撑架(42 )、高度角跟踪电机(45 )、蜗杆(46 )、蜗轮(47 )、高度角驱动轴(48 )、高度角主动齿轮(49 );所述蜗杆(46 )安装在高度角跟踪电机(45)上，高度角跟踪电机(45)安装在高度角跟踪支撑架(42)上，高度角驱动轴(48)的两侧安装有高度角主动齿轮(49)，中部安装有蜗轮(47)，高度角驱动轴(48)的两端安装在高度角跟踪支撑架(42)上；蜗杆(46)和蜗轮(47)之间正常啮合； 聚光定向反射运动机构(600 )包括固定支架(61)、定向反射抛物镜(64 )、抛物镜转轴(65)、偏转从动齿轮(66)、偏转主动齿轮(67)、偏转电机(68);所述偏转主动齿轮(67)安装在偏转电机(68)上，偏转电机(68)安装在固定支架(61)上端；抛物镜转轴(65)上安装有偏转从动齿轮(66)； 高度角跟踪聚光运动机构(800)包括聚光器(81)、聚光器支架(83)、配重体(84)、高度角跟踪齿轮(85)、高度角跟踪轴(86);所述聚光器(81)是一种点聚光器，聚光点(6)位于聚光器(81)外侧；聚光轴线(88)与入射平行光线(O)平行且通过聚光点(6);聚光器(81)底部两侧设有聚光器支架(83);高度角跟踪轴(86)安装在高度角跟踪支撑架(42)上的高度角转轴孔(43)内；高度角主动齿轮(49)和高度角跟踪齿轮(85)正常啮合； 其特征在于 所述互联框架(11)上部设有方位回转平台(28)、透光孔(21)，方位回转平台(28)以方位角回转轴线(29)为旋转轴线，透光孔(21)在方位角回转轴线(29)侧面；第一固定反射镜(12)安装在第一反射镜支架(13)上，第一反射镜支架(13)安装在互联框架(11)上，位于透光孔(21)正上方；第二反射镜支架(15)上设有调节安装排孔(16);第二固定反射镜(14)通过调节安装排孔(16)安装在第二反射镜支架(15)上，第二反射镜支架(15)安装在互联框架(11)下部透光孔(21)的正下方； 方位回转体(41)上方设有高度角跟踪支撑架(42)，高度角跟踪支撑架(42)上设有高度角转轴孔(43)，两个高度角转轴孔(43)有相同的高度角转轴线(44)； 固定支架(61)上端设有轴孔(63)，轴孔(63)与水平线(71)之间的夹角为β，β >0 ;定向反射抛物镜(64)上设有抛物镜转轴(65);抛物镜转轴(65)安装在固定支架(61)上端的轴孔(63 )内；轴孔(63 )和抛物镜转轴(65 )都以抛物镜轴线(70 )为轴线，抛物镜轴线(70 )通过焦点(69)； 聚光器支架(83)上各安装有配重体(84);高度角跟踪聚光运动机构(800)的质心位于高度角跟踪轴(86)上；方位角运动机构(400)以方位角回转轴线(29)进行水平转动；聚光轴线(88)、高度角转轴线(44)和方位角回转轴线(29)交于一点，焦点(69)位于这个交点上，焦点(69)和聚光点(6)重合,且相对于互联框架(11)固定。
2.根据权利要求I所述的太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置，其特征在于点聚光光线(5)经定向反射抛物镜(64)反射形成一次反射平行光线(1)，射向第一固定反射镜(12)上；二次反射平行光线(02)的方向垂直向下；三次反射平行光线(03)为水平方向。
3.根据权利要求I所述的太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置，其特征在于方位角运动机构(400)的方位角与定向反射抛物镜(64)的旋转偏角之间同相位。
4.根据权利要求I所述的太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置，其特征在于向同一方向反射三次反射平行光线(3)的各级第二固定反射镜(14)之间呈阶梯高度设置，各级第二固定反射镜(14)不对三次反射平行光线(3)的水平传播产生遮挡干涉。
5.根据权利要求I所述的太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置，其特征在于:各级水平汇集反射镜(7)设置在向同一方向反射的三次反射平行光线(3)的路径上，每个水平汇集反射镜(7)将三次反射平行光线(3)进行水平反射形成四次反射平行光线(4)，并射向光热利用装置(9);水平汇集反射镜(7)之间在四次反射平行光线(4)的传播路径上呈阶梯高度设置，且不对四次反射平行光线(4)的传播产生遮挡干涉。
专利摘要本实用新型提供一种太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置，在二维跟踪控制方式下，利用具有一定倾角的定向反射抛物镜，将点聚光器形成的聚光光线反射为固定传播方向的一次反射平行光线，再通过第一固定反射镜、第二固定反射镜和水平汇集反射镜的反射，将每个聚光跟踪定向反射单元形成的形成的聚光平等汇集到光热利用装置上。定向反射抛物镜的边沿不会对点聚光光线产生遮挡干涉；每个聚光跟踪定向反射单元的方位角跟踪电机和高度角跟踪电机的执行动作一致，可利用二维跟踪控制技术，实现对大面积太阳能进行聚光跟踪，并在水平方向进行定向汇集并加以利用，得到的聚光功率大；光热利用装置固定设置在地面上，建造和维护成本低，适用的纬度范围大。
文档编号F24J2/12GK202660771SQ20122032412
公开日2013年1月9日 申请日期2012年7月6日 优先权日2012年7月6日
发明者张德胜, 屈瑞 申请人:张德胜