專利名稱：一種太陽光自動跟蹤器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種跟蹤器，尤其是一種太陽光自動跟蹤器。
背景技術(shù)：
開發(fā)利用以太陽能為代表的新能源已經(jīng)成為人類解決能源危機(jī)的有效方法之一，也已作為我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的能源基本決策。但是由于太陽光能量密度太低(1KW/M2)以及方向隨著時間做周期性變化的特點(diǎn)，為了提高太陽能利用率，利用更高效率的太陽光直接照明或是光熱發(fā)電，最普遍的方式就是利用聚光提高太陽能密度，而太陽能聚光器必須配備自動跟蹤系統(tǒng)。雖然在自動控制技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)現(xiàn)自動跟蹤太陽光并非難事。但是，由于自動跟蹤系統(tǒng)及傳動機(jī)構(gòu)所處的室外惡劣的工作環(huán)境，要在低成本條件下保證其工作可靠性以滿足實(shí)際工程應(yīng)用要求則是有很大困難的；例如由于灰塵風(fēng)砂對于傳動系統(tǒng)潤滑功能的影響會很容易導(dǎo)致跟蹤系統(tǒng)故障率增大而失去實(shí)用價(jià)值。所以研制根據(jù)聚光器本身特點(diǎn)配備低成本高可靠性的自動跟蹤系統(tǒng)，有效的提高太陽能利用率意義重大，而且對此已經(jīng)進(jìn)行了深入全面的探討研究并獲得相應(yīng)的進(jìn)展和六個發(fā)明專利授權(quán)。目前通常的二維或者一維太陽光自動跟蹤系統(tǒng)通常都是由太陽光信號采集器、信號處理器(以計(jì)算機(jī)或者單片機(jī)為核心)、驅(qū)動電機(jī)以及傳動裝置所組成。其中采用的粗細(xì)調(diào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)大范圍、高精度自動跟蹤太陽光的發(fā)明專利技術(shù)以及相應(yīng)的軟件程序，經(jīng)過幾年來的實(shí)際應(yīng)用證明工作性能是穩(wěn)定可靠的，但是由于傳動機(jī)構(gòu)所處的室外惡劣的工作環(huán)境，主要是灰塵風(fēng)砂和化學(xué)銹蝕對于傳動系統(tǒng)潤滑功能的影響會很容易導(dǎo)致跟蹤系統(tǒng)故障率增大。所以根據(jù)實(shí)用要求，采用在能夠避免上述技術(shù)問題產(chǎn)生的條件下的新方法制作驅(qū)動與傳動結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)太陽光高可靠性自動跟蹤，已經(jīng)成為太陽能推廣應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種太陽光自動跟蹤器，其利用物體熱脹冷縮特性作為動力，在匯聚太陽光定向照射下通過按照一定空間位置排列的部分管狀特殊裝置內(nèi)的高膨脹系數(shù)材料(相當(dāng)于傳感器的信號采集與處理部分)受熱后產(chǎn)生的推力直接驅(qū)動負(fù)載(聚光器)產(chǎn)生定向運(yùn)動；從而不但實(shí)現(xiàn)了在節(jié)能(無電機(jī)驅(qū)動)和傳動機(jī)構(gòu)的條件下完成太陽能聚光體對于太陽光的自動跟蹤功能，而且有效解決應(yīng)用環(huán)境惡劣造成自動跟蹤系統(tǒng)中驅(qū)動和傳動裝置故障率高的技術(shù)問題，為太陽能聚光器的推廣應(yīng)用鋪平道路。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的該種太陽光自動跟蹤器，包括設(shè)置在底座上的骨關(guān)節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)，所述骨關(guān)節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)的上部活動端設(shè)置有連接架，在連接架上安裝有需要采集太陽光的負(fù)載；所述連接架的周側(cè)布置有若干豎直固定在底座上的密封汽缸，所述密封汽缸的活動端通過關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)與連接架的下側(cè)面連接；在若干密封汽缸的后側(cè)設(shè)置有高反射系數(shù)的太陽光線聚焦型反射曲面。上述密封汽缸倒置在底座上，即其活塞軸固定在底座上，其缸體與連接架的下側(cè)面通過活動關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)連接。上述密封汽缸由一密封的柱狀缸體以及設(shè)置柱狀缸體一端的活塞軸組成，所述柱狀缸體內(nèi)充滿氣體。 上述反射曲面在垂直方向?yàn)閽佄镏螤?。上述關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括分別固定設(shè)置在連接架和密封汽缸上的水平向動力臂，兩水平向動力臂之間通過滾輪連接。上述負(fù)載由碟形反射式聚光體和調(diào)光體組成；碟形反射式聚光體固定設(shè)置在連接架上，碟形反射式聚光體的正上方通過連接筋設(shè)置與其相對的調(diào)光體，在碟形反射式聚光體的中心位置設(shè)置有鏤空的光通道。進(jìn)一步，以上相對設(shè)置的碟形反射式聚光體和調(diào)光體的主光軸重合且焦點(diǎn)相同。本發(fā)明以上提出的負(fù)載可以是設(shè)置在連接架上的太陽能光伏板。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果以往太陽能中采用電機(jī)驅(qū)動及機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)容易受外界惡劣環(huán)境影響導(dǎo)致故障率高而且使得性價(jià)比下降。本發(fā)明針對此種情況，聚光體負(fù)載采用骨關(guān)節(jié)連接，這樣就可以360度旋轉(zhuǎn)。能夠取得更好的跟蹤效果。而驅(qū)動裝置采用物體熱脹冷縮特性作為動力，在匯聚太陽光定向照射下通過按照一定空間位置排列的部分管狀特殊裝置內(nèi)的高膨脹系數(shù)材料受熱后產(chǎn)生的推力直接驅(qū)動負(fù)載(聚光器)產(chǎn)生定向運(yùn)動。這種驅(qū)動方式將太陽光用簡單的熱脹冷縮原理實(shí)現(xiàn)了以前復(fù)雜的機(jī)械及電機(jī)傳動控制方式，控制規(guī)律直接取自太陽光的照射規(guī)律，不必人為設(shè)定。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，不消耗能源，而且性價(jià)比高。占地較小，節(jié)約空間，維護(hù)方便，除了實(shí)現(xiàn)太陽能聚光器的自動跟蹤太陽光功能外，還能夠廣泛應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏電池板的自動跟蹤太陽光。為太陽能的推廣提供了更好的平臺。


圖I為本發(fā)明無光照情況下所處位置示意圖；圖2為圖I的俯視圖；圖3為太陽光照射情況下所處位置。其中1為碟形反射式聚光體；2為調(diào)光體；3為連接筋；4為密封汽缸；5為反射曲面；6為骨關(guān)節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)；7為連接架。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述參見圖1-3，本發(fā)明的太陽光自動跟蹤器，包括設(shè)置在底座上的骨關(guān)節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)6，骨關(guān)節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)6的上部活動端設(shè)置有連接架7，在連接架7上安裝有需要采集太陽光的負(fù)載；連接架7的周側(cè)布置有若干豎直固定在底座上的密封汽缸4，密封汽缸4的活動端通過關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)與連接架7的下側(cè)面連接；在若干密封汽缸4的后側(cè)設(shè)置有高反射系數(shù)的太陽光線聚焦型反射曲面5。所述反射曲面5在垂直方向?yàn)閽佄镏螤睢１景l(fā)明的密封汽缸4由一密封的柱狀缸體以及設(shè)置柱狀缸體一端的活塞軸組成，柱狀缸體內(nèi)充滿氣體。若干密封汽缸4均倒置在底座上，即其活塞軸4. I固定在底座上，其缸體4. 2與連接架7的下側(cè)面通過活動關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)連接。所述關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括分別固定設(shè)置在連接架7和密封汽缸4上的水平向動力臂，兩水平向動力臂之間通過滾輪連接。
本發(fā)明太陽光自動跟蹤器適用于任何需要始終面向太陽采集太陽光的負(fù)載，圖1-3給出的是本發(fā)明的一種具體實(shí)施例，圖中的負(fù)載是由碟形反射式聚光體I和調(diào)光體2組成；碟形反射式聚光體I固定設(shè)置在連接架7上，碟形反射式聚光體I的正上方通過連接筋3設(shè)置與其相對的調(diào)光體2，在碟形反射式聚光體I的中心位置設(shè)置有鏤空的光通道。相對設(shè)置的碟形反射式聚光體I和調(diào)光體2的主光軸重合且焦點(diǎn)相同。綜上所述，本發(fā)明其中一種實(shí)施例是由碟形反射式聚光體I和調(diào)光體2組成負(fù)載，由高反射系數(shù)的太陽光線聚焦型反射曲面5與之相對應(yīng)的多個密封汽缸4組成受熱體群，并且要求骨關(guān)節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)具有三維方向自由轉(zhuǎn)動的功能。作為負(fù)載的碟形反射式拋物球面聚光體I和調(diào)光體2曲面要具有同一焦點(diǎn)、相同光軸，但兩者焦距不同，其功能是在受熱體群(也可稱為三維空間太陽光自動跟蹤系統(tǒng))的驅(qū)動控制下，負(fù)載的光軸一直保持與太陽光平行的狀態(tài)，通過碟形反射式拋物球面聚光體I的反射面實(shí)現(xiàn)平行太陽光匯聚增強(qiáng)后，再根據(jù)光路的可逆性原理通過處于同一焦點(diǎn)且具有同一光軸的調(diào)光體2 (鏡面)再調(diào)節(jié)為增強(qiáng)型平行太陽光，并沿著光軸從碟形反射式拋物球面聚光體I中心的鏤空輸出孔(即光通道)射出；而高反射系數(shù)的太陽光反射曲面5和與之相對應(yīng)的多個密封汽缸4組成的受熱體群按照特定空間位置安置所組成，能夠一次性集成完成自動跟蹤太陽光系統(tǒng)中的信號采集、動力驅(qū)動和傳動等功能；即利用拋物柱反射面將此時刻的太陽光匯聚并反射到對應(yīng)的密封汽缸4上，所產(chǎn)生的熱量將引起該密封氣體的受熱膨脹，又由于密封汽缸4的缸體內(nèi)的密封氣體為金屬圓柱體形狀，其它方向形狀固定不變，所以僅能夠通過活塞的定向運(yùn)動實(shí)現(xiàn)壓力的新平衡，即產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動活塞桿的定向運(yùn)動，而且這里活塞處的直徑比受熱部分小的多，目的是在這里需要更大距離的位移和比較小的推力的實(shí)際需要，并且這種定向運(yùn)動通過動力臂以及頂端部的滾輪施加向上的力量使得聚光體向上運(yùn)動產(chǎn)生傾斜而保證其法線與太陽光方向基本一致；隨著太陽由東向西的運(yùn)動，太陽光線的方向也在連續(xù)產(chǎn)生相應(yīng)變化，從而隨著時間推移在不同時間段依次先后加熱A、B、C、D等(圖2中設(shè)置到P)各個密封受熱體，而且相應(yīng)隨著太陽光的移動，A、B、C、D等密封汽缸又先后依次序因?yàn)樵诓煌瑫r間段失去匯聚反射太陽光的照射而自然降溫后冷縮使得活塞桿回縮，并且在負(fù)載重力作用下自然回落，從而形成隨著太陽光由東向南再向西照射方向的依次變化，碟形反射式聚光體I截面也相應(yīng)產(chǎn)生面向由東向南再向西的轉(zhuǎn)動(運(yùn)動)，從而實(shí)現(xiàn)聚光體自動跟蹤太陽光照射方向功能，實(shí)現(xiàn)最大限度接收太陽光效果；當(dāng)然碟形反射式聚光體I產(chǎn)生這些運(yùn)動的前提條件必須要求整個負(fù)載處于碟形反射式聚光體I中心作為轉(zhuǎn)動軸，這里以骨關(guān)節(jié)方式在支撐點(diǎn)構(gòu)成任意方向的滑動連接方式與機(jī)械結(jié)構(gòu)連接就能夠?qū)崿F(xiàn)。本發(fā)明所稱的骨關(guān)節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)為球柱關(guān)節(jié)連接結(jié)構(gòu)，具有多向轉(zhuǎn)動的能力。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，不僅限于圖1-3中所示結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的負(fù)載也可以為設(shè)置在連接架7上的太陽能光伏板或者其他需要采集太陽光的載體。
權(quán)利要求
1.一種太陽光自動跟蹤器，其特征在于，包括設(shè)置在底座上的骨關(guān)節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)(6)，所述骨關(guān)節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)(6 )的上部活動端設(shè)置有連接架(7 )，在連接架(7 )上安裝有需要采集太陽光的負(fù)載；所述連接架(7)的周側(cè)布置有若干豎直固定在底座上的密封汽缸(4)，所述密封汽缸(4)的活動端通過關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)與連接架(7)的下側(cè)面連接；在若干密封汽缸(4)的后側(cè)設(shè)置有高反射系數(shù)的太陽光線聚焦型反射曲面(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽光自動跟蹤器，其特征在于，所述密封汽缸(4)由一密封的柱狀缸體以及設(shè)置柱狀缸體一端的活塞軸組成,所述柱狀缸體內(nèi)充滿氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽光自動跟蹤器，其特征在于，所述密封汽缸(4)倒置在底座上，即其活塞軸(4. I)固定在底座上，其缸體(4. 2)與連接架(7)的下側(cè)面通過關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽光自動跟蹤器，其特征在于，所述反射曲面(5)在垂直方向?yàn)閽佄镏螤睢?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的太陽光自動跟蹤器，其特征在于，所述關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括分別固定設(shè)置在連接架(7)和密封汽缸(4)上的水平向動力臂，兩水平向動力臂之間通過滾輪連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽光自動跟蹤器，其特征在于，所述負(fù)載由碟形反射式聚光體(I)和調(diào)光體(2 )組成；碟形反射式聚光體(I)固定設(shè)置在連接架(7 )上，碟形反射式聚光體(I)的正上方通過連接筋(3)設(shè)置與其相對的調(diào)光體(2)，在碟形反射式聚光體(I)的中心位置設(shè)置有鏤空的光通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽光自動跟蹤器，其特征在于，相對設(shè)置的碟形反射式聚光體(I)和調(diào)光體(2)的主光軸重合且焦點(diǎn)相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽光自動跟蹤器，其特征在于，所述負(fù)載為設(shè)置在連接架(7)上的太陽能光伏板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽光自動跟蹤器，包括設(shè)置在底座上的骨關(guān)節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)，所述骨關(guān)節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)的上部活動端設(shè)置有連接架，在連接架上安裝有需要采集太陽光的負(fù)載；所述連接架的周側(cè)布置有若干豎直固定在底座上的密封汽缸，所述密封汽缸的活動端通過關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)與連接架的下側(cè)面連接；在若干密封汽缸的后側(cè)設(shè)置有高反射系數(shù)的太陽光線聚焦型反射曲面。本發(fā)明在不用消耗電能源的前提下，又有效解決應(yīng)用環(huán)境惡劣造成自動跟蹤系統(tǒng)中驅(qū)動和傳動裝置故障率高的技術(shù)問題，將為太陽能聚光器的推廣應(yīng)用鋪平道路。
文檔編號G05D3/12GK102749934SQ20121026139
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者劉天虎, 吳艷銳, 寧鐸, 張磊, 文婷, 羅萬志 申請人:陜西科技大學(xué)