CN104879934A - 一种槽式聚光太阳能二维跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种槽式聚光太阳能二维跟踪装置，结合光学原理，利用直线导轨技术，使得集热器在水平方向移动。采用电机控制集热器水平方向的自动移动，跟踪槽式聚光太阳能的聚光光斑，实现槽式聚光太阳能二维自动高精度跟踪技术，解决了槽式聚光太阳能的重大缺陷：一维跟踪方式，系统效率低，部分聚光光能没有得到利用。

Description

一种槽式聚光太阳能二维跟踪装置

技术领域

本发明涉及一种槽式聚光太阳能二维跟踪装置，属于新能源技术领域。

背景技术

环境问题日益严重，水污染、空气污染，尤其是近年来PM2.5对环境的污染更为严重。归其因，主要是由于我们大量使用化石能源造成的。

可再生能源是环境友好型的能源，特别是太阳能。太阳能利用技术主要包括光热利用和光伏利用。光热利用主要有塔式、碟式、槽式三种形式，其中，槽式由于其成本低、安装调试方便等优点，目前成为太阳能热利用技术商业化的典范。

槽式聚光太阳能最大的优点是成本低，但其系统一般采用太阳能一维跟踪技术，即太阳能方位角的跟踪，忽略了太阳能高度角的跟踪。有学者提出了进行季节性调节高度角，这样的方案不是很有效，因为槽式聚光太阳能利用技术的特点是一条很长槽式聚光线，一般长达50米，甚至100多米，对这样的系统进行高度角调节是行不通的。目前，国内外大部分槽式聚光线均采用水平布置。也有些采用一固定角安装形式，该固定角一般与当地的纬度相关，对于非常长的聚光线，这种布置方案也是不合理的，因为聚光线很长，本身的重量对聚光支架影响很大，使得聚光支架受力不均匀，导致聚光支架变形，降低跟踪精度。

中国专利CN202630453U公布了一种免跟踪二次聚光太阳能装置，利用透明玻璃柱聚光照射在槽式吸热扁管或光伏电池上，槽式太阳能抛物面反射聚光照射在槽式吸热扁管或光伏电池上，形成对槽式吸热扁管中的水加热或双面光伏电池板二次聚光。该专利跟踪方式也为一维跟踪方式，无法实现槽式聚光二维高精度跟踪。

发明内容

发明目的：针对上述现有槽式聚光太阳能利用技术中，目前实现方式为一维跟踪方式，且聚光利用效率低的问题与不足，本发明的目的是提供一种槽式聚光太阳能二维跟踪装置。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种槽式聚光太阳能二维跟踪装置，包括支架、反光镜、集热器、直线导轨、导轨滑块、导向轮、传动带、传动齿轮、传动电机。

所述反光镜将阳光反射到集热器上，集热器安装在导轨滑块上，导轨滑块安装在直线导轨下方，直线导轨安装在支架上，传动齿轮安装在直线导轨上方，传动带两头分别固定在导轨滑块上，传动带依次经过导向轮、传动齿轮、传动电机、传动齿轮、导向轮与另一端导轨滑块固定连接。

所述传动电机依次经过传动齿轮、导向轮分别与两个导轨滑块连接，传动电机正反转可以在水平方向实现集热器的移动。传动电机可通过程序控制或者光电传感器反馈控制。

所述支架是由刚才焊接而成，用于支撑反光镜和集热器等，与现有槽式聚光太阳能技术类似。

所述反光镜，由高反射率的镀银或者镀铝的抛物面镜，抛物面镜的焦线在集热器上。

所述集热器，由太阳能中温或者高温集热器构成，一般由真空集热管构成，流体可以用水，集热器进口为水，出口就可以得到高温高压的水蒸气。

所述直线导轨，由性能良好的钢材构成，并且导轨接触面光滑，直线导轨的长度要长于集热器的长度。

所述导轨滑块，安装在直线导轨上，可以自由滑动，集热器安装在导轨滑块上，随着导轨滑块一起滑动。

所述导向轮，安装在导轨滑块与传动齿轮之间，用于将传动带的转向，防止传动带与其他物体的摩擦，导致传动误差或者传动失败。

所述传动带，其两端分别与两导轨滑块固定连接，依次经过导向轮、传动齿轮、传动电机、传动齿轮、导向轮。

所述传动齿轮，固定安装在直线导轨上方，位于传动齿轮与导向轮之间，用于完成电机的精确传动任务。

所述传动电机，一般由交流电机或者直流电机构成，必须可实现正反转控制，控制方案可采用天文算法进行程序控制，也可采用高精度的太阳能跟踪传感器进行光电反馈控制，也可以采用天文与反馈复合控制。

本发明与现有技术相比，有益效果：

(1)实现槽式聚光太阳能高精度二维跟踪技术；

(2)利用电机自动控制集热器在水平方向移动，系统稳定、可靠；

(3)系统结构简单、成本低，可大规模推广。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为直线导轨结构示意图；

图3为集热器水平传动结构示意图；

图4为传动结构局部放大示意图；

图5为太阳能高度角为最大时，系统光线反射情况示意图；

图6为太阳能高度角为最小时，系统光线反射情况示意图；

附图标记：支架1、反光镜2、集热器3、直线导轨4、导轨滑块5、导向轮6、传动带7、传动齿轮8、传动电机9。

具体实施方式

下面结合附图，进一步阐明本发明。

如图1所示，反光镜2将阳光反射到集热器3上，集热器3两端分别安装在两个导轨滑块5上，集热器3与导轨滑块固定在一起，导轨滑块5安装在直线导轨4下方，可以水平方向滑动，如图2所示，即集热器3可以在水平方向滑动，如图3所示。

直线导轨4安装在支架1上，支架的安装要求为集热器3为反光镜2的焦线位置，使得太阳能经过反光镜2后，将太阳光线聚焦到集热器3上。

传动齿轮8固定安装在直线导轨4上方，传动带7两头分别固定在两块导轨滑块5上，传动带7依次从导轨滑块5、导向轮6、传动齿轮8、传动电机9、传动齿轮8、导向轮6，再回到另一端导轨滑块5固定连接，如图3和图4所示。

经过以上设计，可实现集热器3在反光镜2的焦线处可作平行移动，直线导轨4的设计长度需要考虑太阳最大高度角与最小高度角，在结合反光镜2和集热器3的长度，即可得直线导轨4的长度，计算公式为

L1=L2+L3*tanθ

式中，L1为反光镜2的宽度，L2反光镜2的宽度，L3为反光镜2的焦距，θ为光线入射角，图5和图6所示，θ=90-α，α为太阳能的高度角。

当太阳能高度角为最大时，即α最大，如图5所示，集热器3位于直线导轨4的最左侧；当太阳能高度角为最小时，即α最小，如图6所示，集热器3位于直线导轨4的最右侧。

本发明的工作过程如下：

计算或者检测太阳高度角α，推算出集热器3所在的位置，由传动电机9调节集热器3的位置，传动电机9顺时针转动，传动带7右转，则带动导轨滑块5向左滑动，传动带7右转时，经过传动齿轮8和导向轮6，防止传动带7与其他物体的接触。传动电机9逆时针转动，传动带7左转，则带动导轨滑块5向右滑动。在导轨滑块5的终点位置设置限位开关，防止控制错误。

本发明在现有的槽式聚光太阳能系统中引入水平自动调节集热器装置，实现了槽式聚光太阳能的二维跟踪技术，从而解决了传统槽式聚光太阳能一维聚光系统的光利用率低、跟踪精度低，接收器受热不均匀等缺点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，如将集热器3改为其他的热接收器、光电接收器、光电光热一体化接收器等，以及传动机构作简单的变化，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种槽式聚光太阳能二维跟踪装置，其特征在于包括支架（1）、反光镜（2）、集热器（3）、直线导轨（4）、导轨滑块（5）、导向轮（6）、传动带（7）、传动齿轮（8）、传动电机（9）构成；

所述反光镜（2）将阳光反射到集热器（3）上，集热器（3）安装在导轨滑块（5）上，导轨滑块（5）安装在直线导轨（4）下方，直线导轨（4）安装在支架（1）上，传动齿轮（8）安装在直线导轨（4）上方，传动带（7）两头分别固定在导轨滑块（5）上，传动带（7）依次经过导向轮（6）、传动齿轮（8）、传动电机（9）、传动齿轮（8）、导向轮（6）与另一端导轨滑块（5）固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种槽式聚光太阳能二维跟踪装置其特征在于传动电机（9）依次经过传动齿轮（8）、导向轮（6）分别与两个导轨滑块（5）连接，传动电机（9）正反转可以在水平方向实现集热器（3）移动。

3. 根据权利要求1所述的一种槽式聚光太阳能二维跟踪装置其特征在于传动电机（9）可通过程序控制或者光电传感器反馈控制。