專利名稱：太陽能應(yīng)用領(lǐng)域陽光跟蹤的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能應(yīng)用領(lǐng)域中對(duì)陽光進(jìn)行跟蹤的一種方法和設(shè)備，該方法和設(shè)備有簡(jiǎn)便精確的特點(diǎn)，運(yùn)用本方法和設(shè)備有利于普遍地應(yīng)用太陽能資源。
背景技術(shù)：
太陽能是人類最重要的資源，是人類最終可以完全依賴的能源，太陽能應(yīng)用領(lǐng)域分為光伏發(fā)電、光熱發(fā)電和光熱利用三種方式。光伏發(fā)電是利用太陽能電池板使陽光直接轉(zhuǎn)化成電能，光熱發(fā)電和光熱利用都是使陽光直接轉(zhuǎn)化成熱能為人們所利用。在太陽能應(yīng)用領(lǐng)域存在如何方便地使太陽光能量密度增加的問題，也就是如何用簡(jiǎn)便、低成本、低能耗的辦法使太陽光聚光的問題。由于地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，解決聚光問題的難點(diǎn)在于，如何用簡(jiǎn)便實(shí)用低成本的方法來跟蹤太陽，使陽光能夠始終垂直于受熱物體表面，或者使陽光始終與反射鏡成一定角度，再通過反射鏡聚光，所以跟蹤陽光的方法是否簡(jiǎn)便與實(shí)用，決定太陽能應(yīng)用能否簡(jiǎn)便實(shí)用，現(xiàn)階段人們解決跟蹤陽光的方法，采用光傳感器，電子設(shè)備以及復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)軸設(shè)施。存在成本高、不精確和陰天無法跟蹤的缺點(diǎn)，所以限制了太陽能應(yīng)用的利用，長期以來人們一直缺乏一種簡(jiǎn)便實(shí)用精確的跟蹤方法和設(shè)備。如中國專利號(hào)ZL99221978.7采用的跟蹤方式；如中國專利號(hào)96219031.4全自動(dòng)跟蹤太陽控制器，專利號(hào)98122130.0國際專利分類號(hào)G01J 1/20。如中國專利號(hào)00135854.5，申請(qǐng)日期2000.12.25，公開號(hào)1361397，又如中國專利號(hào)200410104079.9，都為光傳感器、電子設(shè)備式跟蹤聚光設(shè)備；而運(yùn)用本方法將解決上述聚光設(shè)備中存在的問題。也就是說簡(jiǎn)便實(shí)用而精確跟蹤太陽的方法是太陽能應(yīng)用的關(guān)鍵，本新方法是利用天文，立體幾何、物理與地理知識(shí)，從地球?qū)μ柕墓逃羞\(yùn)動(dòng)規(guī)律跟蹤太陽，檢索表明未發(fā)現(xiàn)有同類的跟蹤方法和設(shè)備的專利報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在解決太陽能應(yīng)用領(lǐng)域中，如何無須光傳感器和電子設(shè)備，而簡(jiǎn)便、實(shí)用、精確地跟蹤太陽光。
技術(shù)方案一種太陽能應(yīng)用領(lǐng)域中跟蹤陽光的方法，不同于太陽能應(yīng)用領(lǐng)域中，跟蹤陽光采用光傳感器和電子設(shè)備的方法，本發(fā)明在于地表須跟蹤陽光的任一點(diǎn)，從該點(diǎn)出發(fā)設(shè)定一根平行于地軸的直線，使平行于地軸的直線上任一點(diǎn)出發(fā)的跟蹤陽光的直線，與平行于地軸的直線之間的角度變化，同陽光與地軸間的角度變化相同，即可跟蹤陽光。
即地球表面上任一地點(diǎn)如須跟蹤陽光，則從該點(diǎn)出發(fā)設(shè)定一根直線，該直線平行于地軸，則在該平行于地軸的直線上任一點(diǎn)有如下規(guī)律，任一時(shí)刻“其與陽光的夾角”都與“地軸和陽光的”夾角相同，在一個(gè)恒星日內(nèi)地軸與陽光相交的軌跡為錐角略有變化的圓錐，在一個(gè)回歸年中為錐角由66°34′至113°26′，然后再由113°26′到66°34′規(guī)律性變化的類圓錐形軌跡，原理從中國全日制普通高級(jí)中學(xué)地理上冊(cè)(必修)，人民教育出版社地理社會(huì)室2003年3月第一單元“宇宙中的地球”第15頁至22頁，可知地球自轉(zhuǎn)一周360°所需要的時(shí)間為23時(shí)56分4秒叫1恒星日，地球自轉(zhuǎn)平面叫赤道平面，公轉(zhuǎn)平面叫黃道平面。黃赤交角為23°26′，黃道平面與地軸的交角為66°34′。從冬至到第二年夏至，太陽直射點(diǎn)自南緯23°26′向北移到達(dá)北緯23°26′，從夏至到冬至太陽直射點(diǎn)自北緯23°26′自南移動(dòng)到達(dá)南緯23°26′，太陽直射點(diǎn)在赤道南北的這種周期性往返運(yùn)動(dòng)，稱為太陽直射點(diǎn)的回歸運(yùn)動(dòng)，周期為365日與5時(shí)48分46秒叫1回歸年，春分秋分時(shí)太陽直射點(diǎn)垂直于地球赤道。而地軸與陽光的夾角由于地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)有如下規(guī)律在任一時(shí)刻地軸與陽光光線相交成一個(gè)平面，根據(jù)全日制普通高級(jí)中學(xué)教課書(必修)第二冊(cè)(下B)人民教育出版社中學(xué)數(shù)學(xué)室2004年6月，第九章直線、平面、簡(jiǎn)單幾何體，第6頁公理的推論可知經(jīng)過兩條相交直線有且只有一個(gè)平面。地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中在下一刻，地軸與陽光相交又成另一個(gè)平面，統(tǒng)計(jì)整個(gè)回歸年中的所有平面，其中地軸與陽光相交的角度關(guān)系是錐角均勻變化的類圓錐形軌跡。由于陽光是平行光，我們?cè)O(shè)立的平行于地軸的直線，其任一時(shí)刻和地軸均平行，所以地軸平行線與陽光相交的角度關(guān)系，在一回歸年中的角度變化與“地軸與陽光”角度變化規(guī)律相同。
所以，只要把須“跟蹤陽光的物體垂線和平行于地軸的直線相交的角度”保持同“地軸與陽光相交的角度”一致，并按轉(zhuǎn)一周一個(gè)恒星日，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)平行于地軸的直線(或使跟蹤陽光的直線圍繞地軸平行直線，以一周一個(gè)恒星日勻速隨陽光光線的方向轉(zhuǎn)動(dòng))，即可精確跟蹤陽光。
并且為研究方法方便，令地軸平行直線足夠長，使地表該點(diǎn)1在一個(gè)恒星日內(nèi)都有光線照射在以點(diǎn)1出發(fā)的地軸平行線上，方法如下(1)記錄地表須跟蹤陽光的地理意義上的正午時(shí)刻(即該點(diǎn)所在經(jīng)度的地方時(shí)的正午時(shí)刻)，該時(shí)刻地表該點(diǎn)在陽光與地軸相交所確立的平面內(nèi)，這一時(shí)刻特征是地表該點(diǎn)垂直水平面的線段陽光陰影最短，并且從地表該點(diǎn)設(shè)定一根直線，將要使該直線平行于地軸，稱為準(zhǔn)地軸平行線。(2)第二天查日歷可計(jì)算出陽光與地軸的角度，使準(zhǔn)地軸平行線上出發(fā)的跟蹤陽光的直線與準(zhǔn)地軸平行線的角度同陽光與地軸的角度相同。(3)當(dāng)?shù)竭_(dá)地表該點(diǎn)地理意義上的正午時(shí)刻時(shí)，使地表該點(diǎn)出發(fā)的準(zhǔn)地軸平行直線和準(zhǔn)地軸平行直線上跟蹤陽光的直線，均處于陽光與地軸相交而確定的平面內(nèi)。(4)以地表該點(diǎn)為軸，上下調(diào)節(jié)準(zhǔn)地軸平行線與水平面的角度，使跟蹤陽光的直線與陽光光線重合或平行，這時(shí)的準(zhǔn)地軸平行線位置與地軸平行，稱為地軸平行直線。(5)使跟蹤陽光的直線圍繞地軸平行線，以一周一個(gè)恒星日時(shí)間勻速隨陽光轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)保持與地軸平行線的角度和陽光與地軸的角度變化相同，即可跟蹤陽光，注意從步驟(3)到(5)應(yīng)在一分鐘內(nèi)完成操作。
具體方法如下圖1中點(diǎn)1為地表任一點(diǎn)，直線2為從點(diǎn)1出發(fā)的直線，將要使其平行于地軸稱其為準(zhǔn)地軸平行線，點(diǎn)9為準(zhǔn)地軸平行直線2上的任一點(diǎn)，直線3為需跟蹤陽光的物體表面垂線，直線5和直線7為二至?xí)r分的位置，其中，直線4從直線5至直線7，和直線3從直線10至直線12的角度為46°52’。直線6和直線11為和直線2垂直的直線，即二分時(shí)陽光與直線2的角度位置。
地表點(diǎn)1的地軸平行線2的確定地表任一點(diǎn)1在北半球時(shí)，使用中國日歷為參考，則先在第一天確定點(diǎn)1的地理意義上，即點(diǎn)1所在經(jīng)度的地方時(shí)的正午時(shí)刻，這一時(shí)刻的點(diǎn)1在陽光與地軸相交而確立的平面內(nèi)，這時(shí)刻的特點(diǎn)是點(diǎn)1上垂直于水平面的線段的陽光陰影在全天中最短。(當(dāng)然地表該點(diǎn)1在南北極圈內(nèi)而正好處在極夜時(shí)期，則須等點(diǎn)1在極晝時(shí)期才能跟蹤陽光，當(dāng)點(diǎn)1在南北回歸線內(nèi)，有時(shí)可能陽光陰影和點(diǎn)1的垂線重合，則須錯(cuò)一天，再來確立點(diǎn)1垂線陽光陰影最短時(shí)刻)。記錄點(diǎn)1這一時(shí)刻，第二天查日歷得知當(dāng)天在冬至后第幾天(夏至同理)，設(shè)定該天為N表示。則使直線4與直線7的角度保持N×[46°52’÷(1/2回歸年)]。直線3與直線12的角度保持N×[46°52’÷(1/2回歸年)]。當(dāng)?shù)竭_(dá)點(diǎn)1垂線最短這一記錄的時(shí)刻，使直線2與點(diǎn)1上水平垂直線段的陰影重合，這時(shí)使直線2和直線4在陽光與地軸相交而確立的平面中(為研究原理方便我們認(rèn)為地軸足夠長使陽光能照射到地軸上)。在陽光與地軸相交確立的平面內(nèi)，令直線2以點(diǎn)1為軸，反復(fù)調(diào)節(jié)直線2與水平面的角度直到使直線4和射到點(diǎn)8的陽光光線重合。(由于陽是平行光所以同時(shí)和其它光線平行)。這時(shí)直線2的位置為點(diǎn)1的地軸平行線位置。以轉(zhuǎn)動(dòng)一周一個(gè)恒星日時(shí)間，從點(diǎn)9向點(diǎn)8看順時(shí)針以勻速且一周一個(gè)恒星日時(shí)間驅(qū)動(dòng)直線2，同時(shí)使直線3與直線12的夾角開始每天均勻變大46°52′÷(1/2回歸年)角度。以上操作一分鐘內(nèi)完成。直至夏至位置10，然后直線3與直線12的角度每天變小46°52′÷(1/2回歸年)直至位置12的位置，即冬至?xí)r分，然后直線3與直線12的角度又開始每天變大46°52′÷(1/2回歸年)如此往復(fù)。注意從地表點(diǎn)1出發(fā)的直線2，即地軸平行線應(yīng)和北極同方向，直線2所指方向和北極同一方向。
圖1中當(dāng)點(diǎn)1在南半球時(shí)，并且使用中國日歷為參考，記錄點(diǎn)1垂直水平面的線段陰影最短的時(shí)刻，第二天查日歷得知當(dāng)天在北半球意義的夏至后第幾天(冬至同理)，設(shè)定該天為N表示，則使直線4與直線7的角度保持N×[46°52′÷(1/2回歸年)]，直線3與直線12的角度保持N×[46°52′÷(1/2回歸年)]。當(dāng)至達(dá)點(diǎn)1垂線最短時(shí)刻，使直線2與點(diǎn)1垂直水平面的垂線的陰影重合，這時(shí)直線2和直線4在陽光與地軸相交而確立的平面中。在陽光與地軸相交確立的平面內(nèi)，令直線2與點(diǎn)1為軸，反復(fù)調(diào)節(jié)直線2與水平面的角度，直到使直線4和射到點(diǎn)8的陽光光線重合。這時(shí)直線2的位置為點(diǎn)1的地軸平行線位置，以轉(zhuǎn)動(dòng)一周一個(gè)恒星日時(shí)間，從點(diǎn)9向點(diǎn)8看逆時(shí)針勻速以一周一個(gè)恒星日驅(qū)動(dòng)直線2，由于地球自轉(zhuǎn)，以上操作在一分鐘內(nèi)完成，同時(shí)使直線3與直線12的夾角開始每天均勻變大46°52′÷(1/2回歸年)角度，直至北半球意義的冬至位置10，然后直線3與直線12的角度每天變小46°52′÷(1/2回歸年)直至直線12的位置(即北半球夏至)，然后直線3與直線12的角度又開始每天變大46°52′÷(1/2回歸年)如此往復(fù)。注意從地表點(diǎn)1出發(fā)的直線2應(yīng)和南極同方向，即直線2的所指方向和南極同一方向。(且一周一個(gè)恒星日時(shí)間，指通常意義的一天24小時(shí))校準(zhǔn)地軸平行線的具體方法為，如進(jìn)行科學(xué)領(lǐng)域的研究，當(dāng)以中國日歷參考，春分日的前一天我們先得到春分時(shí)刻春分點(diǎn)(太陽光直射赤道的經(jīng)度)的經(jīng)度值，進(jìn)入春分日(我們以國際日期變更線來做日期的更迭線)，如地表該點(diǎn)1的經(jīng)度正好在春分點(diǎn)的經(jīng)度線上，則使直線4與直線2(準(zhǔn)地軸平行線)垂直；如果點(diǎn)1在春分點(diǎn)經(jīng)度線的東側(cè)和國際日期變更線之間，當(dāng)點(diǎn)1與春分點(diǎn)的經(jīng)度每差1度時(shí)，直線4與直線6的角度為[46°52′÷(1/2回歸年)]÷360°，差M度時(shí)(設(shè)M為相差度數(shù))為M×[46°52′÷(1/2回歸年)]÷360°，并且直線4在直線6的南側(cè)(稍微偏向南極側(cè))，如果點(diǎn)1在春分點(diǎn)經(jīng)度線的西側(cè)和國際日期變更線之間，當(dāng)點(diǎn)1的經(jīng)度與春分點(diǎn)的經(jīng)度每差1度時(shí)，直線4與直線6的角度為[46°52′÷(1/2回歸年)]÷360°，差M度時(shí)(設(shè)M為相差度數(shù))為M×[46°52′÷(1/2回歸年)]÷360°，并且使直線4在直線6的北側(cè)(稍微偏北極側(cè))。然后當(dāng)點(diǎn)1到達(dá)其地理意義的正午時(shí)刻(垂線陰影最短)時(shí)，使直線2和直線4均在陽光與地軸相交而確立的平面內(nèi)，以點(diǎn)1為軸反復(fù)調(diào)節(jié)直線2與水平面的角度，使直線4與點(diǎn)8相交的陽光重合，固定直線2這時(shí)直線2的位置為精確的地軸平行線位置。
且快速、簡(jiǎn)易尋找點(diǎn)1地軸平行線的方法具體步驟為
(1)、查地圖可知須跟蹤陽光的地表地點(diǎn)1所在的時(shí)區(qū)，將一只精確走時(shí)一周一個(gè)恒星日時(shí)間的表，調(diào)到地表該點(diǎn)1的地方時(shí)時(shí)間。(如地表該點(diǎn)在南半球，該表的走時(shí)方向?yàn)槟鏁r(shí)針)(2)查日歷計(jì)算出當(dāng)天陽光與地軸的角度，使地表須跟蹤陽光的準(zhǔn)地軸平行線與其上的跟蹤陽光的直線的角度，調(diào)節(jié)至地軸與陽光的角度相同。
(3)將表水平放置，指針的軸與地表須跟蹤陽光的點(diǎn)1重合并轉(zhuǎn)動(dòng)表盤，使表的時(shí)針落在陽光與指針的軸相交而確立的平面內(nèi)，這時(shí)指針的軸與表盤上第24小時(shí)的時(shí)間刻度之間，垂直于水平面的垂直平面，為陽光與地表須跟蹤陽光的點(diǎn)1正午時(shí)刻相交而確立的平面。
(4)移走該表，從地表該點(diǎn)1出發(fā)，以該點(diǎn)1為軸，使準(zhǔn)地軸平行線，在陽光與地表須跟蹤陽光的點(diǎn)1的正午時(shí)刻，相交而確立的平面內(nèi)。調(diào)節(jié)準(zhǔn)地軸平行線與水平面的角度，使準(zhǔn)地軸平行線上的跟蹤陽光直線，與陽光重合或與其他陽光平行，這時(shí)的準(zhǔn)地軸平行線為地表該點(diǎn)的地軸平行線。
(5)使地軸平行線以一周一個(gè)恒星日勻速地與陽光同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并使跟蹤陽光的直線與地軸平行線的角度，同地軸與陽光的角度變化一致即可跟蹤陽光。
以上均為對(duì)地軸平行線的確定、校正和精確確定，為同一構(gòu)思。
由跟蹤陽光的方法而產(chǎn)生的設(shè)備，在于帶有水平裝置的底座21，底座21上有一個(gè)桿24，垂直于底座21，24上有一個(gè)圓盤25和底座平行，相互垂直的桿26和桿31連成一體，同底座21相連，桿26和桿31相連接處有一個(gè)軸1，且軸1在桿26和桿31上，和軸1相連內(nèi)壁為圓柱體空腔的桿13，和桿13上的軸8相連的桿4，桿4上有一個(gè)細(xì)管20，和桿13相連的圓弧18，在桿13中有一個(gè)桿2，桿2上有一個(gè)齒輪22，和桿2上的軸9相連的桿3，桿3上有一個(gè)細(xì)管29，桿2上有一個(gè)圓弧19，和桿3相連的桿28，桿28端部上有一個(gè)小輪17，桿13上有一個(gè)內(nèi)壁為圓的一部分14，14內(nèi)壁為連續(xù)的螺旋形螺蚊。
由跟蹤陽光的方法產(chǎn)生的跟蹤式光伏發(fā)電設(shè)備，其太陽能電池板33在桿3上。
由跟蹤陽光的方法而產(chǎn)生的一種跟蹤式太陽灶，即凹面鏡聚光設(shè)備，其中凹面鏡23通過桿34和桿2上的軸32相連，凹面鏡23和圓弧19位于桿2的同一側(cè)，和桿34相連的配重27位于桿2的另一側(cè)。
由跟蹤陽光的方法而產(chǎn)生的一種跟蹤式定向反射陽光，再聚光設(shè)備，其中平面鏡35和桿2上的軸9相連，桿28和平面鏡35相連。
首先說明圖2、圖3、圖4和圖5中各零件結(jié)構(gòu)的位置和相互關(guān)系，以及功能特性，21為帶水平裝置且四只腿分別可調(diào)高度的底座；其中24為桿且在21上，24垂直于底座，25平行于底座，在桿24上，桿26和31為截面半圓相互垂直的整體，并且通過兩個(gè)圓桿和底座相連且垂直于底座，在桿26和桿31上有圓弧30用來指示刻度和固定以1為軸的桿13，桿13內(nèi)部為圓柱體空腔的桿，軸1在桿26和桿31相交的交點(diǎn)上，桿13和軸1相連，能在26與31構(gòu)成的垂直于底座的平面上，調(diào)節(jié)與底座的角度，桿13上有軸8和軸8相連的桿4，18是以桿4為半徑，在桿13上的圓弧，圓弧上5和7為二至?xí)r分位置，6為二分時(shí)分位置，從點(diǎn)5到點(diǎn)7均勻刻有182+5/8的刻度代表1/2回歸年中的某一天，8為桿13上可自由調(diào)節(jié)角度的軸，(等同于圖1中的點(diǎn)8)桿4是以8為軸的桿，20為桿4上平行于桿4的管并且桿4從5位置到7位置走過的角度為46°52′，桿4到6位置時(shí)，正好垂直于桿13，以上結(jié)構(gòu)除圓盤25以外，均在垂直于底座21的同一平面內(nèi)，桿2為能在粗桿13中剛好能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)的桿，建議桿13的內(nèi)徑和桿2的外徑尺寸公差配合為0.03-0.08毫米，用同種材料制作以防氣溫變化而卡滯或松曠，并且充滿潤滑油利于轉(zhuǎn)動(dòng)，22為固定在桿2上的斜齒齒輪和桿2同軸一體，9為桿2上的軸，桿3在軸9上可自由調(diào)節(jié)角度(圖3中點(diǎn)9為焦點(diǎn))，而凹面鏡以32為軸，可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，軸32在桿2上，是桿2的一個(gè)斜桿，并且圖3中3代表過凹面鏡焦點(diǎn)的凹面鏡中心線，凹面鏡23通過桿34和軸32相連，配重27和凹面鏡的桿34相連)，29為桿3上平行于桿3的觀察管，用來觀察陽光光線，圓弧19為以桿3為半徑的圓弧，并且在桿2上，其上12和10代表二至?xí)r分，11代表二分時(shí)分，其中圓弧上的12至10位置上，均勻刻有182+5/8的刻度，代表1/2回歸年中的某一天，且桿3從12到10位置走過的角度為46°52′，當(dāng)桿3指在位置11上時(shí)，桿3正好垂直于桿2，桿28和桿3相連，桿28為帶有彈簧略微能伸縮的桿使小輪17始終抵住14內(nèi)壁螺紋，且桿28的伸縮幅度最大不能超過5毫米，且伸縮幅度越小跟蹤精度越大，17為桿28端部的輪，14為桿13上以點(diǎn)9到輪17為半徑以點(diǎn)9為圓心的內(nèi)壁為圓的一部分，14當(dāng)驅(qū)動(dòng)齒輪22時(shí)輪17可以在內(nèi)壁刻有182+5/8圈的螺紋軌道，軌道適合輪17滾動(dòng)，輪17始終接觸14內(nèi)壁螺紋軌道上滾動(dòng)，從位置15至位置16正好走完182+5/8圈14的螺紋，使桿28帶動(dòng)桿3從冬至走到夏至或從夏至走到冬至，并且內(nèi)壁為圓14上的螺紋應(yīng)制作成使輪17每滾過一圈(14螺紋的一圈)，桿3與桿2的角度均勻變化46°52′÷(1/2回歸年)，但在圖5中輪17每滾過一圈(14螺紋的一圈)，平面鏡35的法線38與桿2的角度均勻變化23°26′÷(1/2回歸年)，并且圓內(nèi)螺紋分為四種，當(dāng)?shù)乇睃c(diǎn)1在北半球時(shí)，為由位置15至位置16是順時(shí)針由里向外的螺紋，或者為由位置16至位置15是順時(shí)針由外向里的螺紋，地表點(diǎn)1在南半球時(shí)，為由位置15至位置16逆時(shí)針由里向外的螺紋?；蛘哂晌恢?6到位置15為逆時(shí)針由外向里的螺紋輪17從位置15至位置16圖1至圖4中直線3(桿3)與桿2的角度變化46°52′。
而在圖5中輪17從位置15到位置16平面鏡法線38與桿2的角度變化應(yīng)為23°26′，(即圖5中14內(nèi)壁螺紋之間的間隙，比圖2至圖4中的螺紋間隙要小。)平面鏡35(第一面反射鏡)與桿2上的軸9相連，桿28與平面鏡35相連，36為平面鏡35的反射光線，平面鏡37(第二面反射鏡)通過軸41和另一個(gè)不在底座的桿相連。圖5中38、39分別代表平面鏡35的法線在二至?xí)r刻的不同位置，40代表?xiàng)U28夏至?xí)r刻位置(點(diǎn)1在北半球時(shí))或桿28在北半球意義冬至?xí)r刻位置(點(diǎn)1在南半球時(shí))。
有益效果由于其運(yùn)用地球與太陽之間的天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，所以無須光傳感器和電子設(shè)備，并且只采用兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的組合，即平行于地軸的直線按轉(zhuǎn)動(dòng)一周一個(gè)恒星日來勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，和“須跟蹤陽光的直線與地軸平行線的角度”每天按46°52′÷(1/2回歸年)來變化[圖5中平面鏡35的法線38與桿2的角度每天均勻變化23°26′÷(1/2回歸年)]，所以本結(jié)構(gòu)只采用一個(gè)軸的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)來跟蹤陽光，由于不是變速運(yùn)動(dòng)，所以可擺脫電子控制方式，又由于采用天體固有運(yùn)動(dòng)規(guī)律，無需光傳感器，所以不同于采用光傳感器和電子控制式跟蹤陽光的方法和設(shè)備，(用光傳感器和電子設(shè)備就必須消耗電能，而且成本高，降低了太陽能應(yīng)用的意義)，并且，本方法和設(shè)備又不同于其它“不采用光傳感器和電子設(shè)備跟蹤陽光的方式”，具有精確而簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，本方法解決了如何低成本、普便應(yīng)用太陽能的問題，可以在太陽能應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。并且圖2、圖3、圖4和圖5中對(duì)齒輪22可以選用多種驅(qū)動(dòng)方式，馬達(dá)、步進(jìn)電機(jī)、人工上發(fā)條、水力驅(qū)動(dòng)，當(dāng)選用人工上發(fā)條的方式時(shí)，成為彈性勢(shì)能組合應(yīng)用太陽能，則完全無電能消耗地應(yīng)用太陽能，有利于減少溫室氣體排放，節(jié)能環(huán)保。將該方法和設(shè)備，用于加熱領(lǐng)域圖3，可用于生活中須加熱的各種方式，將圖3結(jié)構(gòu)優(yōu)化擴(kuò)大并改變配重，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域發(fā)電、供暖、太陽能空調(diào)、光纖照明、餐飲加熱，切割焊接等。將圖2結(jié)構(gòu)用于科學(xué)領(lǐng)域(使須跟蹤陽光物體的垂線與直線3重合)可用于太陽能輻射觀測(cè)站，太陽輻照度測(cè)量，材料老化實(shí)驗(yàn)。并且可以用來尋找地軸點(diǎn)，測(cè)定地球震顫率，定位和歲差的研究。尤其值得一提的是(一)跟蹤陽光的方法和設(shè)備為平面鏡定向反射陽光打下基礎(chǔ)，而平面鏡定向反射陽光是另一種大規(guī)模聚光，高溫利用太陽能的前提，例圖5在整個(gè)聚光系統(tǒng)中，加熱物體固定，第二面平面鏡37固定，只有第一面平面鏡35做繞地軸平行線的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)和平面鏡法線的角度變化，因此具有實(shí)用、可操作的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)證明，只要操作得當(dāng)，其聚光精度為1厘米以內(nèi)，又由于無須光傳感器和電子設(shè)備，因此降低制造成本和使用能耗，解決了用低成本在太陽能光熱領(lǐng)域聚光的問題。并且圖5中對(duì)驅(qū)動(dòng)齒輪22的驅(qū)動(dòng)方式可以有多種選擇方案，如馬達(dá)或彈性勢(shì)能(發(fā)條驅(qū)動(dòng))，當(dāng)采用彈性勢(shì)能驅(qū)動(dòng)可成為人工上發(fā)條方式應(yīng)用太陽能，具有完全節(jié)能環(huán)保、減少溫室氣體排放的優(yōu)勢(shì)。該聚光方法適合工業(yè)生產(chǎn)中各種須加熱的領(lǐng)域，如太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域中的陽光聚光部分，熱力供暖單位的加熱鍋爐的熱源、太陽能空調(diào)的熱源、冶金的熱源、煉油、工業(yè)曬鹽的熱源、切割、焊接、機(jī)場(chǎng)驅(qū)鳥，和光導(dǎo)纖維結(jié)合可用于礦井的安全照明(只須將光導(dǎo)纖維入射光的一端，放在第一面平面鏡的反射光線36上即可)，尤其運(yùn)用該方法可以在第二面平面鏡的反射光線上加上第三面平面鏡，在第三面平面鏡的反光光線上加上第四面平面鏡，直至將光線引入室內(nèi)，多個(gè)引入室內(nèi)的光線聚光后，可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)直接利用太陽光熱效應(yīng)。
實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)反光面積為2000平方米時(shí)(焦點(diǎn)為10平方米時(shí))其焦點(diǎn)溫度達(dá)1600℃以上。適當(dāng)再增加或減少反光面積，可完全用于上述工業(yè)領(lǐng)域的加熱部分。實(shí)施例地表該點(diǎn)在中午時(shí)刻，當(dāng)反光面積為2000平方米時(shí)(焦點(diǎn)為10平方米)，其焦點(diǎn)溫度達(dá)1600℃以上，用于供熱鍋爐的加熱，鍋爐內(nèi)的20噸水可在1小時(shí)內(nèi)達(dá)到80℃。(當(dāng)鍋爐保溫良好時(shí))(二)如用來從地表跟蹤天體的觀測(cè)，可以用本方法來拓展，保持地表點(diǎn)1的地軸平行線2從北極向南極看的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周一個(gè)恒星日時(shí)間，即克服地球的自轉(zhuǎn)，同時(shí)再克服地球的公轉(zhuǎn)(360°÷一恒星年)，觀測(cè)視線再從地表該點(diǎn)的地軸平行線2上出發(fā)，用來觀測(cè)太陽系以外的遙遠(yuǎn)天體，有利于提高觀測(cè)天體的精度。實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)圖3中凹面鏡直徑為2米時(shí)其焦點(diǎn)溫度最高可達(dá)1000℃，當(dāng)反光面積達(dá)到100平方米時(shí)，其焦點(diǎn)溫度達(dá)2500℃(以上指焦點(diǎn)面積3平方厘米時(shí))，實(shí)際證明只要操作得當(dāng)，該方法和設(shè)備跟蹤陽光的精度在0.1毫米內(nèi)。(但由于大氣折射作用，在太陽日出1小時(shí)內(nèi)，落山前1小時(shí)內(nèi)，精度會(huì)下降到1毫米，屬于正?，F(xiàn)象)。


圖1為該方法的原理圖。
圖2為該方法產(chǎn)生的設(shè)備的側(cè)面結(jié)構(gòu)圖。
圖3為該設(shè)備凹面鏡應(yīng)用的側(cè)面結(jié)構(gòu)圖。(即太陽灶應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖)圖4為該設(shè)備跟蹤式光伏發(fā)電的結(jié)構(gòu)圖。
圖5為跟蹤式定向反射陽光，再聚光設(shè)備在圖1至圖5中，其中2為地表某一點(diǎn)1平行于地軸的直線(或桿)，1為地表任一點(diǎn)(在圖2、3、4、5中為軸代表地表任一點(diǎn))，7和5為二至?xí)r分陽光的入射光線位置。11和6為垂直于地軸平行線2的桿(或線)，在陽光二分時(shí)刻位置。10和12為二至?xí)r分需跟蹤陽光的直線的位置。8為陽光和地軸平行直線相交的點(diǎn)，在圖2、3、4、5中為桿4(直線4)的軸，9為跟蹤陽光物體表面垂線在地軸平行線上的軸(圖5中為平面鏡35的軸)，22為桿2上的齒輪，該齒輪上為斜齒以增大受力面積，該齒輪與桿2同軸且一體，桿13以點(diǎn)1為軸的桿內(nèi)部帶有圓柱體空腔，18是以4為半徑的圓弧，4是以軸8為軸的桿(在圖1中為直線)，20在桿4上且平行于桿4的觀察管，3以9為軸的桿代表跟蹤陽光物體表面的垂線即跟蹤陽光的直線(在應(yīng)用于具體的物體時(shí)，如凹面鏡、太陽能電池板、則將太陽能電池板、凹面鏡的中心垂線與3重合或平行即可)。29為在桿3上的觀察管，桿3上有一個(gè)桿28(28為帶有彈簧可伸縮的桿)，17為28端部的輪，13為帶有圓柱體空腔的桿，且以軸1為軸，14是內(nèi)壁為圓的一部分(圖中為剖面圖)，以軸9為圓心以軸9到輪17為半徑，15和16為圓上的位置，分別對(duì)應(yīng)二至?xí)r刻，24為21上的桿，25為24上的圓盤，31和26為截面半圓的桿，30為桿26和31上的圓弧，21為帶水平裝置的底座，23為凹面鏡，其焦點(diǎn)正好在9上且從軸9出發(fā)的跟蹤直線3穿過凹面鏡的凹面中心，32為軸，27為配重(在圖3中凹面鏡代表太陽灶)凹面鏡通過桿34和32相連，27通過桿34和凹面鏡相連。圖5中35為第一面平面鏡和桿2上的軸9相連，36為平面鏡35的反射光，37為第二面平面鏡通過軸41和另一個(gè)桿相連，28為和平面鏡35相連的桿，圖5中38、39分別代表平面鏡35的法線在二至?xí)r刻的不同位置，40代表?xiàng)U28夏至?xí)r刻位置(點(diǎn)1在北半球時(shí))或桿28在北半球意義冬至?xí)r刻位置(點(diǎn)1在南半球時(shí))。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的設(shè)備結(jié)構(gòu)中其優(yōu)選的實(shí)施方式是圖2。操作步驟如下(一)地表需跟蹤陽光的某一點(diǎn)在北半球時(shí)(圖2、3、4和圖5中軸1代表地表某點(diǎn)1)1、記錄地表該點(diǎn)1地理意義上的正午時(shí)刻(使底座21水平，這一時(shí)刻的特點(diǎn)是桿24在一天的時(shí)間中陽光陰影最短，記錄這一時(shí)刻，以該點(diǎn)所在國的法定時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)來記錄，如地表該點(diǎn)1在中國則以北京時(shí)間記錄該點(diǎn)的這一時(shí)刻。
2、第二天，查日歷得到當(dāng)天在二十四節(jié)氣中的位置，特點(diǎn)是全年任一天都對(duì)應(yīng)在圓弧18上的5至7之間的182+5/8個(gè)刻度中。如夏至后第8天則將桿4的箭頭直指夏至點(diǎn)5后的第8個(gè)刻度上。
3、確定該點(diǎn)的地軸平行線，當(dāng)?shù)竭_(dá)地表該點(diǎn)1地理意義上的正午時(shí)刻時(shí)，使底座21水平，使桿13及桿4和圓弧18與桿24的陰影重合，并且從點(diǎn)1至桿2和北極同方向，反復(fù)調(diào)節(jié)桿13，使桿4與入射到軸8的陽光重合(和其它的陽光光線平行)，這時(shí)從觀察管20能看到太陽，這時(shí)桿13及桿2為地表該點(diǎn)1的地軸平行線(即桿13和桿2由準(zhǔn)地軸平行線成為，和地表點(diǎn)1的地軸平行線重合的桿，然后固定桿13)。
4、調(diào)節(jié)桿3使桿3和與軸9相交的光線重合(和其它的陽光光線平行)，這時(shí)從觀察桿29應(yīng)能看到太陽。同時(shí)使17對(duì)應(yīng)15后第8圈螺紋上(由于是北半球夏至后，所以使用順時(shí)針由里向外的螺紋)。
5、驅(qū)動(dòng)22以轉(zhuǎn)動(dòng)一周一個(gè)恒星日時(shí)間來勻速驅(qū)動(dòng)22(即我們通常意義上的一天24小時(shí)來勻速轉(zhuǎn)動(dòng))從9向8看齒輪22順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。
6、用于生活生產(chǎn)領(lǐng)域，上述操作步驟3至5須在60秒內(nèi)完成，否則下一天重新開始。如用于科研領(lǐng)域，上述操作步驟3至5須在30秒內(nèi)完成(尋找地軸點(diǎn)、定位、地球震顫率、歲差等)，并且每到春分時(shí)刻須進(jìn)行地軸平行線的校正。
7、當(dāng)?shù)竭_(dá)冬至?xí)r刻后，即桿3到達(dá)12位置后，即輪17達(dá)到16位置后，須將圓14更換成內(nèi)壁順時(shí)針由外向里螺旋的螺紋，使輪17從16位置開始由外向里滾動(dòng)，到達(dá)夏至?xí)r刻后，再將圓14更換成內(nèi)壁順時(shí)針由里向外的螺紋。
(二)當(dāng)?shù)乇碓擖c(diǎn)1位于南半球時(shí)，并且以北半球中國日歷為參考。則5和10代表北半球意義上的冬至點(diǎn)(南半球夏至點(diǎn))，7和12代表北半球意義上的夏至點(diǎn)(南半球冬至點(diǎn))。
1、記錄地表該點(diǎn)1地理意義上的正午時(shí)刻(使底座21水平)，這一時(shí)刻的特點(diǎn)是桿24在一天中的陰影最短，記錄這一時(shí)刻。
2、第二天，查日歷得到當(dāng)天在二十四節(jié)氣中的位置，特點(diǎn)是全年任一天都對(duì)應(yīng)在圓弧18上的5至7之間的182+5/8個(gè)刻度中。如在北半球冬至后第3天，則將桿4的箭頭直指點(diǎn)5后的第3個(gè)刻度。
3、確定該點(diǎn)的地軸平行線，當(dāng)?shù)竭_(dá)地表該點(diǎn)1的地理意義上的正午時(shí)刻時(shí)，使底座21水平，使桿13及桿4和弧18與桿24的陰影重合，并且從點(diǎn)1至2的方向和南極同方向，反復(fù)調(diào)節(jié)桿13，使桿4與入射到軸8的陽光重合，這時(shí)從觀察管20應(yīng)能看到太陽，這時(shí)桿13及桿2和地表該點(diǎn)1的地軸平行線重合。
4、調(diào)節(jié)桿3使桿3和與軸9相交的光線重合，這時(shí)從觀察管29應(yīng)能看到太陽。同時(shí)使17對(duì)應(yīng)15后第3圈的螺紋上(由于是在南半球，并且是北半球意義冬至后所以使用逆時(shí)針由里向外的螺紋)。
5、驅(qū)動(dòng)22，以轉(zhuǎn)動(dòng)一周一個(gè)恒星日時(shí)間來勻速驅(qū)動(dòng)齒輪22(即我們通常意義上的一天24小時(shí)來勻速轉(zhuǎn)動(dòng))，從9向8看使齒輪22逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。
6、用于生活生產(chǎn)領(lǐng)域，上述操作從步驟3至5須在60秒內(nèi)完成，否則下一天重新開始，如用于科研領(lǐng)域上述操作須在30秒內(nèi)完成。
7、當(dāng)?shù)竭_(dá)北半球夏至?xí)r刻，即桿3到達(dá)12位置，即輪17走到16位置后，須將圓14更換成內(nèi)壁逆時(shí)針由外向里的螺旋的螺紋，使輪17從16位置開始由外向里走，當(dāng)?shù)奖卑肭蚨習(xí)r刻后，小輪在走完182+5/8個(gè)螺紋后到15位置時(shí)，應(yīng)將圓14更換成逆時(shí)針由里向外旋轉(zhuǎn)的螺紋，如此反復(fù)。(并且更換內(nèi)壁為圓的14時(shí)，須調(diào)節(jié)跟蹤陽光的桿3，使桿3與陽光重合和其他陽光光線平行)。
(三)校正地軸平行線，當(dāng)用于精確跟蹤陽光或用于科研領(lǐng)域須要在每年春分時(shí)對(duì)地軸平行線校正。
以中國日歷為參考，春分日的前一天，我們可以通過太陽軌道計(jì)算得到春分時(shí)刻春分點(diǎn)(太陽光直射赤道上的經(jīng)度)的經(jīng)度值，進(jìn)入春分日我們以國際日期變更線來做日期的更迭線，如果地表點(diǎn)1的經(jīng)度與春分點(diǎn)經(jīng)度重合，則使桿4(圖1叫直線4)與桿13或桿2(圖1叫直線2)垂直；如果點(diǎn)1在春分點(diǎn)經(jīng)度線的東側(cè)和國際日期變更線之間，當(dāng)點(diǎn)1與春分點(diǎn)的經(jīng)度每差1度時(shí)，桿4與垂直13的直線6的角度就為[46°52′÷(1/2回歸年)]÷360°。差M度時(shí)(設(shè)M為相差度數(shù))，就為M×[46°52′÷(1/2回歸年)]÷360°，并且4在直線6的南側(cè)(稍微偏向南極側(cè))。如果點(diǎn)1在春分點(diǎn)經(jīng)度西側(cè)和國際日期變更線之間，當(dāng)點(diǎn)1的經(jīng)度與春分點(diǎn)差M度時(shí)，就為M×[46°52′÷(1/2回歸年)]÷360°，桿4在直線6的北則(稍微偏向北極側(cè))，然后當(dāng)?shù)乇碓擖c(diǎn)1到達(dá)其地理意義的正午時(shí)刻(垂線陰影最短)時(shí)，在30秒內(nèi)使直線2(桿13和桿2)和直線4均在陽光與地軸相交而確立的平面內(nèi)(即桿13、桿2和直線4的陰影與線段24的陰影重合)，以軸1為軸反復(fù)調(diào)節(jié)桿13與水平面的角度，使桿4與“和點(diǎn)8相交的陽光”重合，固定桿13，這時(shí)桿2的位置為精確的地軸平行線位置。(注意點(diǎn)1在北半球時(shí)和北極同方向，點(diǎn)1在南半球時(shí)直線2和南極同方向)實(shí)施例(一)聚光應(yīng)用，以太陽灶為例，點(diǎn)9為凹面鏡23的焦點(diǎn)，在直線(桿)2上。32為桿2上分出的斜桿上的軸，使凹面鏡通過桿34和軸32相連可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，27為凹面鏡配重，以利于驅(qū)動(dòng)齒輪22的轉(zhuǎn)動(dòng)，34為和凹面鏡23相連的桿，配重27通過桿和桿34相連。操作過程(以北半球?yàn)槔褂弥袊諝v為參考)1、記錄地表該點(diǎn)1地理意義上的正午時(shí)刻(使底座21不平)，特點(diǎn)是桿24在一天中陰影最短。
2、第二天查日歷得當(dāng)天在二十四節(jié)氣中的位置，如夏至第12天則將桿4直指夏至點(diǎn)5后的第12個(gè)刻度上。
3、確這該點(diǎn)的地軸平行線，當(dāng)?shù)竭_(dá)地表該點(diǎn)1地理意義上的正午時(shí)刻，使底座21水平，使桿13及桿4、弧18與桿24的陰影重合，并且桿2的所指方向和北極同方向，反復(fù)調(diào)節(jié)桿13，使桿4與入射至軸8的陽光重合/平行(陽光是平行光)，這時(shí)從觀察管20應(yīng)能看到太陽。這時(shí)桿13及桿2為地表該點(diǎn)1的地軸平行線。
4、調(diào)節(jié)桿3，使桿3和與焦點(diǎn)9相交的光線重合/和其它光線平行。這時(shí)從觀察管應(yīng)能看到太陽，即桿3直指夏至點(diǎn)10后的第12刻度，同時(shí)使輪17放在(內(nèi)壁為圓14上)位置15后的第12圈上，并且使用順時(shí)針由里向外螺旋螺紋。
5、驅(qū)動(dòng)齒輪22，以轉(zhuǎn)動(dòng)一周一個(gè)恒星日時(shí)間來勻速驅(qū)動(dòng)齒輪22，從點(diǎn)9向軸8看為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪22，把須加熱物體放在焦點(diǎn)9處即可。以上步驟3至5在一分鐘內(nèi)完成。
6、每一天使桿3在圓弧19上由點(diǎn)10處向點(diǎn)12處走動(dòng)一個(gè)刻度(輪17在圓14內(nèi)壁走一圈)，直至點(diǎn)12(冬至?xí)r)，輪17到位置16時(shí)，圓14更換成順時(shí)針由外向里螺旋的螺紋。
實(shí)施例(二)以圖2結(jié)構(gòu)為例。定位應(yīng)用以中國境內(nèi)為例，以中國日歷為參考(1)將北京的精確經(jīng)度值刻在經(jīng)度盤25邊緣正對(duì)點(diǎn)1的位置上，并記錄北京市在一天中陽光陰影最短的時(shí)刻，均勻在圓盤25上刻上各時(shí)區(qū)和經(jīng)度值。注意圓盤25上以北京經(jīng)度和時(shí)區(qū)為起點(diǎn)，順時(shí)針刻上東九區(qū)，東十區(qū)及東徑130、165、170、175直至旋轉(zhuǎn)一周后到北京的經(jīng)度值。
(2)在圓弧30上從上向下均勻刻上90°至0°。
(3)記錄須定位點(diǎn)一天中陰影最短的時(shí)刻，即該點(diǎn)地理意義上的正午時(shí)刻。
(4)第二天使桿4對(duì)準(zhǔn)5到7上相應(yīng)位置，(查日歷當(dāng)天在全年中的位置，如夏至后10天對(duì)應(yīng)5后第10刻度)。
(5)到達(dá)須定位點(diǎn)地理意義上的正午時(shí)刻。
(6)調(diào)整21水平，并調(diào)節(jié)桿13和桿24陰影重合，桿2所指方向與北極同方向。
(7)調(diào)節(jié)桿4和陽光重合，從20中可看到太陽。
(8)這時(shí)從桿13對(duì)應(yīng)在圓弧30上的刻度可直接得到緯度值，固定該結(jié)構(gòu)。
(9)第三天當(dāng)鐘表指示到達(dá)北京市陰影最短時(shí)刻的時(shí)候，可以從24在圓盤25的陰影位置上可直接讀出地表點(diǎn)1的經(jīng)度值。
同理，全球地表上包括地軸點(diǎn)與赤道在內(nèi)任一點(diǎn)均可用同類方法來定位。但用北京經(jīng)度為參照，只適應(yīng)東半球經(jīng)度值，西半球應(yīng)以西半球所在國首都的經(jīng)度為參考。
實(shí)施例(三)跟蹤式光伏發(fā)電，即圖4中將太陽能電池板與桿3相連并使太陽能電池板的垂線和直線3重合或平行(圖2、3中的桿3)。
操作步驟同實(shí)施例(一)實(shí)施例(四)一種太陽能光熱領(lǐng)域聚光的方法，不同于現(xiàn)有太陽能聚光方法中采用光傳感器和電子設(shè)備來聚光的方式，包括地表一點(diǎn)出發(fā)的地軸平行線，平行線上的平面鏡隨陽光作轉(zhuǎn)動(dòng)一周一個(gè)恒星日的轉(zhuǎn)動(dòng)，地軸平行線上的平面鏡法線與反射光的角度，隨陽光與地軸平行線的角度變化而變化，從而得到與地軸平行線重合的反射光，然后用另一面平面鏡來反射陽光到需加熱物體表面，多個(gè)(指3至200個(gè))該結(jié)構(gòu)可完成聚光加熱作用。
說明一下第一面平面鏡35如何將陽光反射到與地軸平行線重合，并始終保持方向不變。從義務(wù)教育標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書、物理八年級(jí)上冊(cè)，第二章光現(xiàn)象，第40頁光反射定律(垂直于鏡面的直線叫做法線；入射光線與法線的夾角叫做入射角；反射光線與法線的夾角叫做反射角；在反射現(xiàn)象中反射光線、入射光線和法線都在一個(gè)平面內(nèi)；反射光線、入射光線分居法線兩側(cè)；反射角等于入射角)。所以，只要將第一面平面鏡的法線保持在陽光與地軸平行線相交而確立平面內(nèi)(即跟蹤陽光轉(zhuǎn)動(dòng))，并且使“陽光與法線的角度”和“地軸平行線與法線的角度”相等，即可以使第一面平面鏡反射的陽光與地軸平行線重合。即從夏至到冬至或從冬至到夏至法線38與桿2的角度由33°17′變化至56°43′或由56°43′變化至33°17′。每天均勻變化23°26′÷1/2(回歸年)。點(diǎn)1在南半球時(shí)同理。
1、當(dāng)在北半球且使用中國日歷時(shí)，使以點(diǎn)1為軸的桿13與地表該點(diǎn)的地軸平行線重合，并且固定以軸1為軸的桿13。
(1)查日歷記錄該天在24節(jié)氣中的位置，如圖5中該天位于冬至后第一天，則將桿4指到位置7與位置5間，位置7后的第一個(gè)刻度；(2)將和平面鏡35相連的桿28指到位置15與位置16間、位置15后第一個(gè)螺紋刻度，并且使桿28與桿4在同一個(gè)平面即垂直于水平面的平面內(nèi)；(3)當(dāng)?shù)竭_(dá)地表該點(diǎn)地理意義上的中午時(shí)分，桿24的陰影最短時(shí)刻，反復(fù)調(diào)節(jié)和軸1相連的桿13。直至從觀察管20能看到陽光，并使架21完全水平；(4)固定和軸1相連的桿13。(這時(shí)桿13應(yīng)和北極方向相同)2、從9向8看順時(shí)針，以轉(zhuǎn)動(dòng)一周一個(gè)恒星日時(shí)間勻速驅(qū)動(dòng)22，由于是冬至后的第一天，須使用內(nèi)壁為圓14上位置5至位置16的螺紋為順時(shí)針由里向外螺旋的182+5/8圈螺紋。如當(dāng)天是夏至或夏至后某一天，則用順時(shí)針由外向里螺旋的182+5/8圈螺紋。
3、從步驟1中(3)到2以上操作在一分鐘之內(nèi)完成，可以得到反射光線36。且從軸1向軸9看為和北極同方向。
4、調(diào)節(jié)第二個(gè)平面鏡37，使反射光線最終照射到需加熱的物體表面(鏡37可在軸41和手閥作用下調(diào)節(jié)方向，轉(zhuǎn)動(dòng)到需要位置，并且固定第二平面鏡37即可)。
5、下一個(gè)該設(shè)備用同樣的方法，直至完成。(注意由于地球很大，地表該點(diǎn)附近其它的相同設(shè)備中，地軸平行線可以用第一個(gè)設(shè)備的地軸平行線為參考，以后再校正以加快調(diào)節(jié)速度)。
當(dāng)?shù)乇碓擖c(diǎn)位于南半球時(shí)，須使用北半球(中國)的日歷，因此7、15代表北半球意義上的夏至?xí)r分，5、16代表北半球意義上的冬至?xí)r分(南半球的夏至)。
1、使以軸1為軸的桿13與地表該點(diǎn)的地軸平行線重合，并且固定以1為軸的桿13(原理同上)。
(1)查日歷記錄該天在24節(jié)氣中的位置，如圖5中該天位于北半球夏至后的第一天，則將桿4指至5與7之間，標(biāo)記7后的第一個(gè)刻度上；(2)將和第一平面鏡35相連的桿28直指15與16間，15后的第一個(gè)螺紋刻度，并且使桿28與桿4在同一個(gè)平面上即垂直于水平面的平面上；(3)當(dāng)?shù)竭_(dá)地表該點(diǎn)地理意義上的正午時(shí)分，桿24的陰影最短時(shí)刻，反復(fù)調(diào)節(jié)和軸1相連的桿13。直至從觀察20中能看到陽光。并使架21完全水平。
(4)固定和軸1相連的桿13。(且從軸1向軸9看為和南極同方向)2、從軸9向軸8看，以逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)一周一個(gè)恒星日時(shí)間勻速驅(qū)動(dòng)齒輪22，并且應(yīng)選擇15到16的螺紋，為逆時(shí)針由里向外螺旋的螺紋，并且螺紋為182+5/8圈。如當(dāng)天是北半球冬至或冬至后的某一天，則內(nèi)壁為圓的14上的螺紋為逆時(shí)針方向，182+5/8圈，并且由16到15為由外向里螺旋的螺紋。
3、以上操作步驟1中的(3)至2在一分鐘內(nèi)完成，可以得到反射光線36。
4、調(diào)節(jié)第二平面鏡37使反射光線最終射到須加熱物體表面，固定第二平面鏡37即可。
5、下一個(gè)設(shè)備用同樣方法直至完成(注意由于地球很大，其它設(shè)備的地軸平行線可以用第一個(gè)設(shè)備來參考，以后再校正以加快調(diào)節(jié)速度)。
權(quán)利要求
1.一種太陽能應(yīng)用領(lǐng)域中跟蹤陽光的方法，不同于太陽能應(yīng)用領(lǐng)域中，跟蹤陽光采用光傳感器和電子設(shè)備的方法，其特征在于地表須跟蹤陽光的任一點(diǎn)，從該點(diǎn)出發(fā)設(shè)定一根平行于地軸的直線，使平行于地軸的直線上任一點(diǎn)出發(fā)的跟蹤陽光的直線，與平行于地軸的直線之間的角度變化，同陽光與地軸間的角度變化相同，即可跟蹤陽光。
2.一種實(shí)施權(quán)利要求1跟蹤陽光的方法而產(chǎn)生的設(shè)備，其特征在于帶有水平裝置的底座(21)，底座(21)上有一個(gè)桿(24)，垂直于底座(21)，(24)上有一個(gè)圓盤(25)和底座平行，相互垂直的桿(26)和桿(31)連成一體，同底座(21)相連，桿(26)和桿(31)相連接處有一個(gè)軸(1)，且軸(1)在桿(26)和桿(31)上，和軸(1)相連內(nèi)壁為圓柱體空腔的桿(13)，和桿(13)上的軸(8)相連的桿(4)，桿(4)上有一個(gè)細(xì)管(20)，和桿(13)相連的圓弧(18)，在桿(13)中有一個(gè)桿(2)，桿(2)上有一個(gè)齒輪(22)，和桿(2)上的軸(9)相連的桿(3)，桿(3)上有一個(gè)細(xì)管(29)，桿(2)上有一個(gè)圓弧(19)，和桿(3)相連的桿(28)，桿(13)上有一個(gè)內(nèi)壁為圓的一部分(14)，(14)內(nèi)壁為連續(xù)的螺旋形螺蚊。
3.由權(quán)利要求2而產(chǎn)生的跟蹤式光伏發(fā)電設(shè)備，其特征在于太陽能電池板(33)在桿(3)上。
4.由權(quán)利要求2而產(chǎn)生一種跟蹤式太陽灶即凹面鏡聚光設(shè)備，其特征在于凹面鏡(23)通過桿(34)和桿(2)上的軸(32)相連，凹面鏡(23)和圓孤(19)位于桿(2)的同一側(cè)，和桿(34)相連的配重(27)位于桿(2)的另一側(cè)。
5.由權(quán)利要求2而產(chǎn)生的一種跟蹤式定向反射陽光，再聚光設(shè)備，其特征在于平面鏡(35)和桿(2)上的軸(9)相連，桿(28)和平面鏡(35)相連。
6.由權(quán)利要求1所述一種跟蹤陽光的方法，在于以下步驟(1)記錄地表須跟蹤陽光的點(diǎn)地理意義上的正午時(shí)刻(即該點(diǎn)所在經(jīng)度的地方時(shí)的正午時(shí)刻)，該時(shí)刻地表該點(diǎn)在陽光與地軸相交所確立的平面內(nèi)，這一時(shí)刻特征是地表該點(diǎn)垂直水平面的線段陽光陰影最短，并且從地表該點(diǎn)設(shè)定一根直線，稱為準(zhǔn)地軸平行線；(2)第二天查日歷可計(jì)算出陽光與地軸的角度，使準(zhǔn)地軸平行線上出發(fā)的跟蹤陽光的直線與準(zhǔn)地軸平行線的角度，同陽光與地軸的角度相同；(3)當(dāng)?shù)竭_(dá)地表該點(diǎn)地理意義上的正午時(shí)刻時(shí)，使地表該點(diǎn)出發(fā)的準(zhǔn)地軸平行直線和準(zhǔn)地軸平行直線上跟蹤陽光的直線，均處于陽光與地軸相交而確定的平面內(nèi)；(4)以地表該點(diǎn)為軸，上下調(diào)節(jié)準(zhǔn)地軸平行線與水平面的角度，使跟蹤陽光的直線與陽光光線重合，這時(shí)的準(zhǔn)地軸平行線位置與地軸平行，稱為地軸平行直線；(5)使跟蹤陽光的直線圍繞地軸平行線，以一周一個(gè)恒星日時(shí)間勻速隨陽光轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)保持與地軸平行線的角度和陽光與地軸的角度變化相同，即可跟蹤陽光，注意從步驟(3)到(5)應(yīng)在一分鐘內(nèi)完成操作。
全文摘要
太陽能應(yīng)用領(lǐng)域陽光跟蹤的方法和設(shè)備，屬太陽能應(yīng)用領(lǐng)域即應(yīng)用于光伏發(fā)電、光熱發(fā)電、高低溫光熱利用中對(duì)陽光的精確跟蹤。不同于現(xiàn)有太陽能應(yīng)用領(lǐng)域陽光跟蹤系統(tǒng)，須光傳感器和電子設(shè)備，而使成本較高不適合普遍應(yīng)用太陽能資源的問題，設(shè)定從地表須跟蹤陽光的某點(diǎn)(1)引出一根直線(2)，使直線(2)平行于地軸，則直線(2)上任一點(diǎn)出發(fā)的須跟蹤陽光的直線(3)，與直線(2)的角度變化同“陽光和地軸的角度變化相同即可跟蹤陽光”。主要用于太陽能應(yīng)用領(lǐng)域中對(duì)陽光的跟蹤。
文檔編號(hào)F24J2/10GK1945163SQ200610137968
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月24日
發(fā)明者曹宏海 申請(qǐng)人:曹宏海