專利名稱：利用溫度變化自動跟蹤太陽能的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于太陽能跟蹤支架領域，適應于太陽能非精確自動跟蹤。
背景技術：
為提高太陽能接收面效率，常采用固定傾角、水平軸跟蹤、固定傾角方位跟蹤、斜單軸(或極軸)跟蹤、雙軸跟蹤等方式來減小接收面光線入射角度。大部分跟蹤系統(tǒng)通過電力電子實現(xiàn)自動控制，系統(tǒng)相對復雜且造價及維護成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種利用溫度變化自動跟蹤太陽能的方法。本發(fā)明的技術方案是利用接收地太陽能的周期性變化，作用于控制用的溫敏介質(zhì)，形成溫敏介質(zhì)溫度的周期性變化，使溫敏介質(zhì)產(chǎn)生熱脹冷縮，并通過溫度位移轉換器將該熱脹冷縮的變化量轉化為位移量，實現(xiàn)對所連接的太陽能接收面的俯仰角或方位角調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對太陽能的非精確跟蹤。其中，利用太陽能的年周期性變化所形成的接收地環(huán)境溫度的周期性變化，通過溫度位移轉換器的位移量實現(xiàn)太陽高度角跟蹤；利用太陽每日東西向的周期性變化，通過溫度位移轉換器所產(chǎn)生的位移實現(xiàn)太陽方位角跟蹤。不同旋轉自由度的跟蹤即可單獨應用，也可共同應用。所述溫敏介質(zhì)可以是流體或雙金屬片等，流體為氣體或膨脹系數(shù)較高的液體，或其組合，且不會在所應用的溫度范圍發(fā)生狀態(tài)轉變，如乙醇；溫度位移轉換器可以是壓力缸和活塞、彈簧管、波紋筒之類的具備一定容積的溫度位移轉換器或雙金屬片等，可根據(jù)調(diào)節(jié)角度和承載力設計；流體介質(zhì)封裝于轉換器中，或封裝于和轉換器相連通的容器中，或封裝于能將體積變化傳遞于轉換器的容器中，從而通過溫度的變化引起體積的變化并轉化為位移量，可根據(jù)需要設計泄壓孔等安全措施。所述太陽高度角跟蹤，可利用上午時段進行光照補償來減小吸熱遲滯，以減小跟
蹤誤差。所述太陽方位角跟蹤，其溫度位移轉換器由太陽能雙面吸熱器和帶齒條的活塞組成，太陽能雙面吸熱器由采光面背對的兩個相互隔熱的封閉熱腔組成，熱腔中均封裝了流體溫敏介質(zhì)，利用太陽每日東西向的周期性變化，使兩個吸熱面在不同陽光角度出現(xiàn)溫差， 在熱腔間形成壓差，推動與之聯(lián)通的帶齒條的活塞產(chǎn)生位移，來實現(xiàn)對方位角自動跟蹤；吸熱面東西向固定，亦可增加東西向跟蹤面以進行補償。為實現(xiàn)不同形式的太陽能接收面的自動跟蹤，可設置機械關節(jié)或軸承。有益效果本發(fā)明利用液壓裝置、氣壓裝置、雙金屬片等溫度位移轉換器替代了電力電子系統(tǒng)，實現(xiàn)了對太陽能的非精確自動跟蹤，有效提高了太陽能利用效率，系統(tǒng)組成及其維護均較簡單，造價及維護成本均較低。


圖1為本發(fā)明在太陽能極軸跟蹤的改進和應用示意圖；圖2為2的局部圖；圖3為5和10的局部圖；圖4為本發(fā)明對太陽能接收面為固定傾角時的改進應用。圖中1.太陽能接收面，2.帶活塞桿的支架，3.流體介質(zhì)，4.普通支架，5.太陽能雙面吸熱器，6.向東采光面，7.向西采光面，8.熱腔內(nèi)的流體介質(zhì)，9.隔熱層，10.帶齒條的活塞，11.機械關節(jié)，12.旋轉采光面。
具體實施例方式現(xiàn)在結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。如圖1-3所示，隨著接收地每年太陽的季節(jié)性周期變化，封閉的流體溫敏介質(zhì)3的體積隨環(huán)境溫度變化而變化，引起帶活塞桿的支架2的活塞桿位移，帶動太陽能接收面1以普通支架4為支點進行一定角度的旋轉，從而實現(xiàn)對太陽高度角的自動跟蹤。太陽方位角的跟蹤由太陽能雙面吸熱器5和帶齒條的活塞10共同完成，太陽能雙面吸熱器5由采光面背對的兩個相互隔熱的封閉熱腔組成，向東采光面6和向西采光面7因每日太陽方位的不同，造成對應熱腔內(nèi)的流體介質(zhì)8吸熱不同而形成壓差，壓差推動相之聯(lián)通的帶齒條的活塞10產(chǎn)生位移，齒條帶動極軸旋轉一定角度直到壓差平衡，從而實現(xiàn)方位角的跟蹤，為減小誤差，還可增加旋轉采光面12用于補償方位角跟蹤偏差。無論是光伏設備還是光熱設備，固定傾角布置的太陽能接收面應用最為廣泛，本發(fā)明為此類應用引入高度角自動跟蹤，如圖4所示，將太陽能接收面的短支架改進為帶活塞桿的支架2，并將支架連接改為機械關節(jié)11，其調(diào)節(jié)和極軸的太陽高度角的自動跟蹤類似。為減小吸熱遲滯，可利用上午時段進行光照補償，以減小跟蹤誤差。由于溫度會受多種因素影響，且因介質(zhì)吸放熱需要一定時間，因此和太陽能的周期性變化并不完全同步，跟蹤精度會受到影響，但由于小角度誤差對效率影響較小，因此本發(fā)明所述技術方案仍然能有效提高太陽能利用效率，且系統(tǒng)相對簡單，造價和維護成本均較低。本發(fā)明對不同旋轉自由度的跟蹤既可單獨應用，也可組合應用。具體實施方案不局限于實施方式所述內(nèi)容，相關工作人員完全可以在不偏離本發(fā)明的技術思想的范圍內(nèi)進行多樣性變更及修改。
權利要求
1.一種利用溫度變化自動跟蹤太陽能的方法，其特征是利用接收地太陽能的周期性變化，作用于控制用的溫敏介質(zhì)，形成溫敏介質(zhì)溫度的周期性變化，使溫敏介質(zhì)產(chǎn)生熱脹冷縮，并通過溫度位移轉換器將該熱脹冷縮的變化量轉化為位移量，完成對所連接的太陽能接收面的俯仰角或方位角調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對太陽能的非精確跟蹤。
2.根據(jù)權利要求1所述一種利用溫度變化自動跟蹤太陽能的方法，其特征是控制用的溫敏介質(zhì)可以是流體或雙金屬片，流體為氣體或膨脹系數(shù)較高的液體，或其組合，且不會在所應用的溫度范圍發(fā)生狀態(tài)轉變；溫度位移轉換器可以是壓力缸和活塞、彈簧管、波紋筒之類的具備一定容積的溫度位移轉換器或雙金屬片，可根據(jù)調(diào)節(jié)角度和承載力設計；流體介質(zhì)封裝于溫度位移轉換器中，或封裝于和溫度位移轉換器相連通的容器中，或封裝于能將體積變化傳遞于轉換器的容器中，從而通過溫度的變化引起體積的變化并轉化為位移量， 可根據(jù)需要設計泄壓孔等安全措施。
3.根據(jù)根據(jù)權利要求1所述一種利用溫度變化自動跟蹤太陽能的方法，其特征是利用太陽能的年周期性變化所形成的接收地環(huán)境溫度的周期性變化，通過溫度位移轉換器的位移量實現(xiàn)太陽高度角跟蹤，可利用上午時段進行光照補償來減小吸熱遲滯，以減小跟蹤誤差。
4.根據(jù)根據(jù)權利要求1所述一種利用溫度變化自動跟蹤太陽能的方法，其特征是溫度位移轉換器由太陽能雙面吸熱器和帶齒條的活塞組成，太陽能雙面吸熱器由采光面背對的兩個相互隔熱的封閉熱腔組成，熱腔中均封裝了流體溫敏介質(zhì)，利用太陽每日東西向的周期性變化，使兩個吸熱面在不同陽光角度出現(xiàn)溫差，在熱腔間形成壓差，推動與之聯(lián)通的帶齒條的活塞產(chǎn)生位移，來實現(xiàn)對方位角自動跟蹤；吸熱面東西向固定，亦可增加東西向跟蹤面以進行補償。
全文摘要
利用溫度變化自動跟蹤太陽能的方法涉及太陽能跟蹤支架領域，其特征是利用接收地太陽能的周期性變化，作用于控制用的溫敏介質(zhì)，形成溫敏介質(zhì)溫度的周期性變化，使溫敏介質(zhì)產(chǎn)生熱脹冷縮，并通過溫度位移轉換器將該熱脹冷縮的變化量轉化為位移量，實現(xiàn)對所連接的太陽能接收面的俯仰角或方位角調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對太陽能的非精確跟蹤。其中，利用太陽能的年周期性變化所形成的接收地環(huán)境溫度的周期性變化，通過溫度位移轉換器的位移量實現(xiàn)太陽高度角跟蹤；利用太陽每日東西向的周期性變化，通過溫度位移轉換器的位移量實現(xiàn)太陽方位角跟蹤。
文檔編號G05D3/00GK102393750SQ20111028664
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權日2011年9月26日
發(fā)明者趙艷勤 申請人:山西國際能源集團新能源投資管理有限責任公司