專利名稱：一種太陽(yáng)光自動(dòng)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(yáng)光自動(dòng)跟蹤器。
背景技術(shù)：
開(kāi)發(fā)利用以太陽(yáng)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(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的能源基本決策。但是由于太陽(yáng)光能量密度太低(1KW/M2)以及方向隨著時(shí)間做周期性變化的特點(diǎn)，為了提高太陽(yáng)能利用率，利用更高效率的太陽(yáng)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(yáng)能密度，而太陽(yáng)能聚光器必須配備自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。雖然在自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)光并非難事。但是，由于自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)及傳動(dòng)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(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)潤(rùn)滑功能的影響會(huì)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(dòng)跟蹤系統(tǒng)，有效的提高太陽(yáng)能利用率意義重大，而且對(duì)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(gè)發(fā)明專利授權(quán)。目前通常的二維或者一維太陽(yáng)光自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)通常都是由太陽(yáng)光信號(hào)采集器、信號(hào)處理器(以計(jì)算機(jī)或者單片機(jī)為核心)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及傳動(dòng)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(dòng)跟蹤太陽(yáng)光的發(fā)明專利技術(shù)以及相應(yīng)的軟件程序，經(jīng)過(guò)幾年來(lái)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(dòng)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(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)潤(rùn)滑功能的影響會(huì)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(wèn)題產(chǎn)生的條件下的新方法制作驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光高可靠性自動(dòng)跟蹤，已經(jīng)成為太陽(yáng)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(yáng)光自動(dòng)跟蹤器，其利用物體熱脹冷縮特性作為動(dòng)力，在匯聚太陽(yáng)光定向照射下通過(guò)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(hào)采集與處理部分)受熱后產(chǎn)生的推力直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載(聚光器)產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)；從而不但實(shí)現(xiàn)了在節(jié)能(無(wú)電機(jī)驅(qū)動(dòng))和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的條件下完成太陽(yáng)能聚光體對(duì)于太陽(yáng)光的自動(dòng)跟蹤功能，而且有效解決應(yīng)用環(huán)境惡劣造成自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置故障率高的技術(shù)問(wèn)題，為太陽(yáng)能聚光器的推廣應(yīng)用鋪平道路。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決的該種太陽(yáng)光自動(dòng)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(dòng)端設(shè)置有連接架，在連接架上安裝有需要采集太陽(yáng)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(dòng)端通過(guò)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(yáng)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(guò)活動(dòng)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(dòng)力臂，兩水平向動(dòng)力臂之間通過(guò)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(guò)連接筋設(shè)置與其相對(duì)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(duì)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(yáng)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(yáng)能中采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)及機(jī)械傳動(dòng)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(duì)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(dòng)裝置采用物體熱脹冷縮特性作為動(dòng)力，在匯聚太陽(yáng)光定向照射下通過(guò)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(dòng)負(fù)載(聚光器)產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)方式將太陽(yáng)光用簡(jiǎn)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(dòng)控制方式，控制規(guī)律直接取自太陽(yáng)光的照射規(guī)律，不必人為設(shè)定。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(yáng)能聚光器的自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)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(dòng)跟蹤太陽(yáng)光。為太陽(yáng)能的推廣提供了更好的平臺(tái)。


圖I為本發(fā)明無(wú)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(yáng)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(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述參見(jiàn)圖1-3，本發(fā)明的太陽(yáng)光自動(dòng)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(dòng)端設(shè)置有連接架7，在連接架7上安裝有需要采集太陽(yáng)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(dòng)端通過(guò)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(yáng)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(guò)活動(dòng)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(dòng)力臂，兩水平向動(dòng)力臂之間通過(guò)滾輪連接。
本發(fā)明太陽(yáng)光自動(dòng)跟蹤器適用于任何需要始終面向太陽(yáng)采集太陽(yáng)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(guò)連接筋3設(shè)置與其相對(duì)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(duì)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(yáng)光線聚焦型反射曲面5與之相對(duì)應(yīng)的多個(gè)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(dòng)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(yáng)光自動(dòng)跟蹤系統(tǒng))的驅(qū)動(dòng)控制下，負(fù)載的光軸一直保持與太陽(yáng)光平行的狀態(tài)，通過(guò)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(yáng)光匯聚增強(qiáng)后，再根據(jù)光路的可逆性原理通過(guò)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(yáng)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(yáng)光反射曲面5和與之相對(duì)應(yīng)的多個(gè)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(dòng)跟蹤太陽(yáng)光系統(tǒng)中的信號(hào)采集、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)等功能；即利用拋物柱反射面將此時(shí)刻的太陽(yáng)光匯聚并反射到對(duì)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(guò)活塞的定向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)壓力的新平衡，即產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動(dòng)活塞桿的定向運(yùn)動(dòng)，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(dòng)通過(guò)動(dòng)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(dòng)產(chǎn)生傾斜而保證其法線與太陽(yáng)光方向基本一致；隨著太陽(yáng)由東向西的運(yùn)動(dòng)，太陽(yáng)光線的方向也在連續(xù)產(chǎn)生相應(yīng)變化，從而隨著時(shí)間推移在不同時(shí)間段依次先后加熱A、B、C、D等(圖2中設(shè)置到P)各個(gè)密封受熱體，而且相應(yīng)隨著太陽(yáng)光的移動(dòng)，A、B、C、D等密封汽缸又先后依次序因?yàn)樵诓煌瑫r(shí)間段失去匯聚反射太陽(yáng)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(yáng)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(dòng)(運(yùn)動(dòng))，從而實(shí)現(xiàn)聚光體自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)光照射方向功能，實(shí)現(xiàn)最大限度接收太陽(yáng)光效果；當(dāng)然碟形反射式聚光體I產(chǎn)生這些運(yùn)動(dòng)的前提條件必須要求整個(gè)負(fù)載處于碟形反射式聚光體I中心作為轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(yáng)能光伏板或者其他需要采集太陽(yáng)光的載體。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)光自動(dòng)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(dòng)端設(shè)置有連接架(7 )，在連接架(7 )上安裝有需要采集太陽(yáng)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(dòng)端通過(guò)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(yáng)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(yáng)光自動(dòng)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(yáng)光自動(dòng)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(guò)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(yáng)光自動(dòng)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(yáng)光自動(dòng)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(dòng)力臂，兩水平向動(dòng)力臂之間通過(guò)滾輪連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽(yáng)光自動(dòng)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(guò)連接筋(3)設(shè)置與其相對(duì)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(yáng)光自動(dòng)跟蹤器，其特征在于，相對(duì)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(yáng)光自動(dòng)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(yáng)能光伏板。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種太陽(yáng)光自動(dòng)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(dòng)端設(shè)置有連接架，在連接架上安裝有需要采集太陽(yáng)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(dòng)端通過(guò)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(yáng)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(dòng)跟蹤系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置故障率高的技術(shù)問(wèn)題，將為太陽(yáng)能聚光器的推廣應(yīng)用鋪平道路。
文檔編號(hào)G05D3/12GK102749934SQ20121026139
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)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(wàn)志 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)