基于可折叠采光镜面的立体太阳能跟踪收集系统 |
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| 申请号 | CN201610314704.5 | 申请日 | 2016-05-13 | 公开(公告)号 | CN107368098A | 公开(公告)日 | 2017-11-21 |
| 申请人 | 张先锋; | 发明人 | 张先锋; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种镜面可折叠的 太阳能 跟踪 收集系统，其主要包括，主立柱、可转动梁及可折叠采光镜面三个部分。主立柱起着承载整个系统结构以及收集太阳能的作用。主立柱上的旋转横梁可围绕主立柱做 水 平面转动、通过 电机 控制可以实现跟踪太阳方位 角 。可折叠采光镜面位于旋转横梁两侧、可通过其下方的 俯仰 梁围绕旋转横梁转动。通过电机控制其转动可以实现跟踪太阳高度角。通过对太阳的高度角及方位角的跟踪，采光镜面可以实现对太阳的准确 定位 。本发明设有防震机构。主立柱底部为滑台结构， 地震 纵波来袭时可有效进行缓冲。主立柱四周设有拉线，其一端连接主立柱，底部设有收放线机构。地震来袭时，机构进行放线作业，可给主立柱提供一定上下移动空间。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于可折叠采光镜面的立体太阳能跟踪收集系统，主要包括： 主立柱、可转动梁及可折叠采光镜面；其特征在于：所述主立柱位于防震滑台上，主立柱中部有一水平旋转云台，水平旋转云台下部设有太阳能收集窗口；所述可转动梁分为水平旋转横梁及采光镜面支撑俯仰梁；所述可折叠采光镜面位于支撑俯仰梁上，镜面折叠结构与支撑俯仰梁相连，风力较强时镜面可折叠于支撑俯仰梁两侧。 |
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| 说明书全文 | 基于可折叠采光镜面的立体太阳能跟踪收集系统技术领域[0001] 本发明涉及一种太阳能跟踪收集系统，特别涉及一种基于可折叠采光镜面的，通过多次反射实现太阳能收集的立体太阳能跟踪收集系统。 背景技术[0002] 随着社会经济的持续发展，各国对能源的需求越来越大，而以石油、煤炭为代表的传统能源却面临着资源枯竭、污染环境等诸多问题。大力发展洁净、高效的新能源已成为世界各国的共识。太阳能的研究和利用已经持续了一段时间，但是都或多或少的存在一定问题。 [0003] 传统的对太阳能的收集系统分为塔式、碟式及槽式三大类。其中，传统的塔式太阳能收集系统主要存在对太阳能的利用效率较低、太阳能收集塔的高度较高、成本较高等问题。传统的塔式太阳能收集系统的采光镜面多为平面镜，聚光比较低、对太阳能的利用效率较低。传统的塔式太阳能收集系统仅通过平面镜的一次反射完成对太阳光线的收集，需要用到的太阳能收集塔的高度较高。会大大提高整体的制造成本。 [0004] 传统的碟式太阳能收集系统虽然可以时刻对准太阳，但是每个镜面之间各自独立，自成体系，不利于同一控制和管理。另外其往往需要建设大量管道用以传输收集太阳光线，会极大提高系统建设成本。 [0005] 传统的槽式太阳能收集系统则不具备对余弦损失的控制能力，而且其较长的反射镜面需要较高的加工精度以保证焦线的直线性。由于其结构特性使然，其焦线处还需要较长的集热管来收集太阳能。此外，较长的镜面及集热管还会对系统的抗风能力带来不良影响。 [0006] 如上所述，在能源问题、环境问题日益突出的今天，对太阳能的开发利用愈发重要，但目前的传统的太阳能收集系统都有其不完善的一面，亟需改善。 发明内容[0007] 为了解决上述传统太阳能收集系统存在的各种问题，本发明尝试提供了一种可以高效收集太阳能的、管理方便、成本低廉的解决方案。系统呈独立的树形个体，主体结构均位于主立柱上。主立柱承载了整个系统的大部分重量，为了提高其结构强度及可靠性，特别设有防震结构。采光镜面通过支撑俯仰梁及旋转横梁安置于主立柱上。 [0008] 本发明的技术方案是：一种基于可折叠采光镜面的立体太阳能跟踪收集系统，主要包括可折叠采光镜面以及以主立柱、旋转横梁、支撑俯仰梁为主体的旋转结构。 [0009] 具体的，上述可折叠采光镜面分为上下两层、上下两层具有共同焦点。旋转横梁可通过水平旋转云台围绕主立柱做水平转动，俯仰梁可通过云台绕旋转横梁做竖直向旋转。通过两根梁的转动可实现采光镜面的对日跟踪对准，再通过各级反光镜面的反射完成对太阳光线的收集。太阳收集窗口位于主立柱上。主立柱下方设有防震滑台，四周及旋转横梁两端均设有拉线，保证系统结构的稳定。 [0010] 作为优选，上述可折叠采光镜面分为上下两层，两层均由许多结构相似的可折叠镜面单元构成。上下两层的可折叠采光镜面单元均分别于各自中部的弯梁通过电动伸缩杆相连接，每层均呈羽状分布。通过上下两层镜面的构造，各可折叠采光镜面单元间均留出了空隙，提高了整体的抗风性能和抗升力能力。 [0011] 作为优选，上述可折叠采光镜面由两个共焦点的方形碟式镜面切割制作而成。每个采光镜面模块均为原方形碟式镜面的一部分，他们共同构成了可折叠采光镜面的上下两层。该种形制的镜面具有聚光比高、相邻镜面间隙小等优点。 [0012] 作为优选，上述可折叠采光镜面的所有镜面单元均以中部的弯梁作为支撑。整个镜面结构可通过支撑俯仰梁上的云台实现镜面角度的微调。 [0013] 作为优选，在主立柱顶部及两根支撑俯仰梁的两端均设有避雷设施。主立柱顶部安装有固定的避雷针，支撑俯仰梁各端点的避雷针采用浮球结构以保证避雷针时刻竖直向上。 [0014] 作为优选，在旋转横梁的两端设有拉线与主立柱上部相连。通过该拉线可以提高系统的整体结构强度，保证旋转横梁的平直。 [0015] 作为优选，该太阳能收集系统设计有抗震结构。主立柱下方设有滑台、主立柱不直接与地面接触。地震来袭时，滑台下层固定于地面、随地面左右移动，滑台上层连接主立柱、不随下层进行移动，可以抵御地震纵波的侵袭。此外，主立柱四周设有拉线装置，拉线一端连接主立柱中部、一端连接收放线机构。地震来袭时，电路控制拉线定位装置取消对拉线的定位锁死。随着主立柱的上下移动棘轮式送线器可以随之调整拉线长度并保证拉线有一定的紧度。当地震结束后控制电路驱动电机，收线轮随之转动并带动上方的棘轮送线器进行转动收线。收线完成后拉线定位装置锁死拉线位置完成整个收放线工作。该抗震拉线装置可以一定程度的抵御地震横波的影响。 [0016] 一种基于可折叠采光镜面的太阳能收集方法，具体步骤包括：控制电路通过太阳位置传感器判断当前太阳位置，根据得到的位置信息控制相关电机进行转动。主立柱上的水平旋转云台的转动用以对准太阳的方位，旋转横梁上旋转云台的转动用以对太阳高度的对准。经以上两次转动后，采光镜面完成了对太阳的粗对准，然后通过支撑俯仰梁上的微调云台来实现可折叠采光镜面对太阳的精确对准。 [0017] 完成对准太阳后，可折叠镜面的上下两层镜面单元均能将光线反射到镜面上方的凸面镜处。经凸面镜的反射，采光镜面汇聚来的光线变为平行光并反射向镜面下方的可转动反射镜面处。最终经其反射来到主立柱上的太阳能收集窗口处，完成整个太阳能收集流程。 [0018] 本发明的有益效果是：整个太阳能收集系统呈立体的树形结构，系统结构紧凑、占地面积小、对太阳光线的收集效率高。本系统使用的采光镜面均可实现折叠，这可以极大的提高整个系统的抗风能力、提高系统可靠性、延长其使用寿命。 [0019] 本太阳能收集系统采用多次反射的方式传导太阳光线、收集太阳能，这有效的减少系统中导光管道的使用，极大的降低了系统的制造成本。 [0020] 本太阳能收集系统配备有抗震装置，可以极大的提高系统的生存能力，延长其使用寿命。 [0022] 图1为本系统的整体外观示意图。 [0023] 图2为本系统的整体结构示意图。 [0024] 图3为本系统的太阳光路传导示意图。 [0025] 图4为本系统所用双层可折叠镜面的镜面结构示意图。 [0026] 图5为镜面折叠前后的侧视对比图。 [0027] 图6为可折叠镜面单元与弯梁的连接剖视图。 [0028] 图7为防震拉线装置的结构示意图。 [0029] 图8为双层可折叠镜面的构成示意图。 [0030] 图9为浮球避雷模块的结构剖视图。 具体实施方式[0031] 如图1所示为本太阳能收集系统的整体示意图，该太阳能收集系统主要包括主立柱1、可转动梁及可折叠采光镜面5三个部分。 [0032] 本太阳能收集系统可以实现对太阳的方位角、高度角双轴跟踪，系统启动伊始，首先是太阳跟踪系统开始工作。太阳光线传感器可以判断此时采光镜面5是否正对太阳。经检测，若此时采光镜面5并没有正对太阳，则控制电路控制相关电机进行转动。电机的转动则分别带动水平旋转云台10及俯仰云台的转动。两云台的转动则分别实现了旋转横梁围绕主立柱1的转动以及支撑俯仰梁围绕旋转横梁的转动。旋转横梁的转动可以使采光镜面5完成对太阳方位角的跟踪，而支撑俯仰梁的转动则可以使采光镜面5完成对太阳高度角的跟踪。经过上述控制运动后，采光镜面5可大致完成对太阳的跟踪。接下来通过俯仰梁上的微调云台进一步精细的控制采光镜面5的转动完成对其方位的精调。以上通过对太阳方位角、高度角的跟踪最终可以确定太阳在天空中的唯一位置，实现采光镜面5对太阳的实时对准。 [0033] 完成可折叠采光镜面5的对日跟踪后，采光镜面此时正对太阳。太阳光线以近乎平行于镜面主轴的角度，照射到可折叠采光镜面5上。可折叠采光镜面5分为共焦点的上下两层，经其汇聚反射后太阳光线往上方焦点位置处汇聚。在焦点下方有一反射凸面镜4，将汇聚反射来的太阳光线转化为平行光并向下反射。采光镜面中心有一通光口14，平行的太阳光线通过通光口14照射到采光镜面下方的二级反射镜面6上。二级反射镜面6位于两向云台12上，可以进行各个方向的转动。控制电路控制云台12的转动，使二级反射镜面6转动合适的角度以保证将来射光线反射到主立柱1上的太阳能收集窗口7上。经上述流程，能够实现将可折叠采光镜面5采集到的光线收集到太阳能收集窗口7中的目的。 [0034] 本系统还具有防震功能。主立柱1位于防震滑台8上。防震滑台8可以一定程度的抵消地震纵波的影响。另外主立柱四周均设置有防震拉线装置9可以较为有效的防止地震横波的破坏。地震来袭时，电路控制拉线定位装置19取消对拉线的定位锁死。随着主立柱1的上下移动棘轮式送线器20可以随之调整拉线长度并保证拉线有一定的紧度。当地震结束后控制电路驱动电机21，收线轮22随之转动并带动上方的棘轮送线器20进行转动收线。收线完成后拉线定位装置19锁死拉线位置完成整个收放线工作。 [0035] 如图4至图6所示，本太阳能收集系统所采用的可折叠采光镜面5的折叠功能主要由镜面下方的镜面支撑折叠结构15实现。系统通过控制电路实现对镜面收放的控制。事先需要设定一个风力阈值，风力在该阈值以下时系统可以正常运行，不会对系统的运行可靠性和安全造成影响。当前风力超过预设的阈值时，控制电路控制可折叠镜面单元13进行折叠。可折叠镜面单元13均通过电动伸缩杆25与弯梁26相连。镜面支撑折叠结构15由许多折叠杆构成，折叠杆之间为铰连接。折叠结构通过电动伸缩杆18实现折叠和结构固定。镜面折叠时，电路控制电动伸缩杆25收缩。伸缩杆25一端固定于弯梁26上，一端连接于两折叠杆的中部铰接处。电动伸缩杆25收缩时拉动铰接节点向弯梁移动，同时各折叠杆之间的电动伸缩杆统一进行收缩，从而实现镜面支撑折叠结构15的折叠。两根折叠杆共同支撑一块镜面模块16，从而通过折叠结构的折叠，相邻的两块镜面模块可以实现折叠并最终完成采光镜面单元13的折叠。整个采光镜面完成折叠时，所有的可折叠镜面单元均呈折叠状态并依附于上下两根弯梁的两侧。 [0036] 如图9所示为本太阳能收集系统的浮球避雷模块的结构侧视图。避雷模块通过支架304与俯仰梁30的端头处相连。浮球303则通过活动节302与支架304相接，浮球303下部有一全封闭水腔。支架304随俯仰梁30转动时，由于旋转活动节302的存在，浮球303内部的水腔始终能保持竖直向下的状态。避雷针301设置于水腔对侧，从而可以始终竖直向上。 [0037] 本太阳能收集系统结构紧凑、抗风能力好、抗震能力好，可以灵活的应用于太阳能照明、发电、集热等诸多场合。 |
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