CN104567029A - 一种碟式太阳能集热器两轴定点追踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于太阳能追踪装置，具体是用于碟式太阳能集热器的主动式两轴定点追踪装置。装置中包括：1-反射镜；2-圆形导轨；3-第一追踪轴；4-支座。第一追踪轴(3)与地轴平行，圆形导轨(2)带着反射镜(1)一起绕着第一个追踪轴转动，追踪地球自转引起的光线方向变化。反射镜(1)在圆形导轨(2)上的滑动以调整俯仰角，也就是绕着第二追踪轴转动，追踪地球公转引起的光线方向变化。两个追踪轴线垂直并相交于一点，反射镜的焦点与这一点重合。追踪过程中该点的空间位置始终不动，实现了集热器定点聚焦的功能。两个追踪轴分别对应追踪地球自转和公转，相互独立，可方便地进行主动式追踪控制。

Description

一种碟式太阳能集热器两轴定点追踪装置

技术领域

本发明涉及一种用于太阳能集热器的追踪装置，具体是用于碟式太阳能集热器的主动式两轴定点追踪装置。按国际专利分类表(IPC)划分属于“机械工程；照明；加热；武器；***”部，“照明；加热”分部，“供热；炉灶；通风”大类，“不包含在其他类目中的热量产生和利用”小类，“带有加热物支承件的太阳能集热器”组技术领域(F24J2／02-38，G06T15／06)。 

背景技术

根据反射镜的特点，太阳能集热器可分为槽式、菲涅尔式、碟式和塔式。目前，槽式、菲涅尔式和塔式太阳能集热发电技术较为成熟，已经进入规模化建设的商业示范阶段。碟式太阳能集热器使用蝶形旋转抛物面反射镜将太阳光聚焦为一点，是集热比最高的收集方式，但因为追踪***等技术不够成熟，目前规模化建设成本太高，需要进一步研究开发。 

碟式太阳能集热器现有的追踪装置基本上都使用雷达式追踪原理：一个转轴垂直于地面调整方向，另一个转轴调整反射镜与地面的俯仰角。这种追踪机构虽然能够实现对太阳光线的精确追踪，但聚光焦点的空间位置不固定，这使得接收器的必须随着反射镜一起运动。其次，这种追踪***没有实现对追踪向量的合理分解，追踪过程中两个转动轴都需要实时调整。另外，这种追踪***如果使用主动则控制程序较为复杂，所以基本上都使用被动式追踪，用传感器来确定太阳光线的方向。以上特点增加了机构的制造和运行成本，阻碍了其规模化应用。 

发明内容

针对碟式太阳能集热器现有追踪***存在的不足，本发明为碟式太阳能集热器提供一种主动式两轴定点追踪装置。首先，这种追踪装置使得工作过程中反射镜焦点的空间位置固定不变。这样可以方便收集器的设计与安装，降低运行成本，为规模化建设创造条件。其次，追踪***的两个追踪轴分别追踪地球自转和公转引起的光线方向变化，这大大降低了主动追踪的难度，并可以实现两轴独立追踪控制。 

为解决上述技术问题，本发明专利所采用技术方案是：***使用垂直相交的两 个转轴对太阳光线进行追踪，第一个转轴平行于地轴，追踪速度与地球的转动大小相等方向相反，用于追踪因地球自转引起的光线变化。第二个转轴固定在第一个转轴上，其转动用于调整反射镜的俯仰角，追踪因地球公转引起的太阳光线变化。两个转轴交于一点，并且将反射镜的焦点设计在这一点上。追踪过程中两个轴线的交点位置是始终固定不动的，反射镜焦点的空间位置也就不会改变。因为两个追踪轴分别追踪地球的自转与公转，所以可进行独立控制，方便地实现主动追踪。 

针对风力载荷对大型碟式太阳能集热器的破坏力较为严重的问题，具体结构中借鉴并联机构的设计思想，使用大直径齿圈来推动机构运转。 

本发明的有益效果有三点： 

1)能够保证碟式太阳能集热器焦点的空间位置不变，以方便接收器及相关部件的设计安装。 

2)可以实现两轴独立追踪控制，降低控制的难度。 

3)绕着追踪轴的转动通过中心与轴线重合的齿圈来推动。 

优点1、2能够降低集热器的制造和运行成本，优点3可以增加结构的强度，增强抵抗风载的能力，提高使用寿命。 

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。 

图1为两轴定点追踪***原理图。 

其中：1-反射镜；2-圆形导轨；3-第一追踪轴；4-支座。 

第一追踪轴(3)与地轴平行，与地面的倾角等于当地的维度，圆形轨道(2)带着反射镜一起绕着第一个追踪轴转动，追踪因地球自转引起的光线方向变化。反射镜(1)在圆形轨道上滑动，圆形轨道的中心对应第二追踪轴(垂直于视图平面)，反射镜在轨道上的滑动就相当于绕着第二追踪轴转动，这样可以调整反射镜的俯仰角，追踪因地球公转引起的光线方向变化。两个追踪轴线垂直相交于一点，追踪过程中该点的位置始终不动。合理反射镜的形状，使得其焦点与这一点重合，则反射镜焦点的空间位置也将始终不变。 

图2为具体结构主视图，图3为具体结构轴测图。 

其中：1-反射镜；2-反射镜支座；3-圆形导轨；4-用于俯仰角调整的齿圈；5-用于俯 仰角调整的驱动齿轮；6-驱动电机A；7-用于方向调整的驱动齿轮；8-驱动电机B；9-用于方向调整的齿圈；10-后支架；11-前支架。 

具体实施方式

如图2、3所示，所述的反射镜(1)固定在反射镜支座(2)上，反射镜支座装在圆形导轨(3)上。反射镜支座与俯仰角调整齿圈(4)固定在一起。齿圈(4)与驱动齿轮(5)啮合在驱动电机A(6)的推动下在圆形导轨上滑动，调整反射镜的俯仰角。 

圆形导轨通过两端的轴装在前后支架(10、11)上，轴的方向与地面的倾角等于当地的维度，与地球的自转轴线平行。圆形导轨与用于方向调整的齿圈(9)固定在一起，齿圈(9)与驱动齿轮(7)啮合，在驱动电机B(8)的带动下绕着轴线转动，追踪因地球自转引起的太阳光线方向变化。 

驱动电机A(6)与圆形导轨(3)固定在一起。 

驱动电机B(8)装在后支架(10)上。 

圆形导轨(3)的轨道轴线与导轨的转动轴线交于一点，反射镜(1)的焦点也在设计在这一点，这样保证追踪过程中焦点的空间位置始终不变。 

Claims (4)

1.一种用于碟式太阳能集热器的两轴定点追踪装置，通过垂直相交的两个转轴对太阳光线进行追踪，两个转轴交于一点，并且将反射镜的焦点设计在这一点上，实现追踪过程中反射镜焦点的空间位置不变。 

2.根据权利要求1所述的两轴定点追踪装置，第一个转轴平行于地轴，用于追踪因地球自转引起的光线变化。第二个转轴固定在第一个转轴上，其转动用于调整反射镜的俯仰角。两个追踪轴分别追踪地球的自转与公转，可独立进行主动追踪控制。 

3.根据权利要求1和权利要求2所述的碟式太阳能集热器两轴定点追踪装置，通过反射镜在圆形轨道上滑动来调整俯仰角，完成第二个轴线的追踪任务。 

4.根据权利要求1和权利要求2所述的碟式太阳能集热器两轴定点追踪装置，绕两追踪轴的转动通过中心和轴线重合的齿圈来推动，以增加结构的强度。