專利名稱：自動(dòng)跟蹤太陽的太陽能設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域。
太陽能設(shè)備在使用時(shí)，必須使其聚光器的光軸始終指向太陽，這就是跟蹤。傳統(tǒng)的太陽跟蹤，一般是根據(jù)太陽的方向信號(hào)或者是根據(jù)固定的轉(zhuǎn)速，由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)太陽能設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。這些跟蹤方式，有的自動(dòng)化程度不夠高，并且易產(chǎn)生累積誤差；有的需要微機(jī)控制，跟蹤系統(tǒng)設(shè)備十分龐大復(fù)雜，造價(jià)昂貴，不適合中小規(guī)模太陽能設(shè)備的跟蹤?！短柲堋冯s志1991年第3期報(bào)道了一種控放式自動(dòng)跟蹤裝置，其技術(shù)方案為在太陽灶鏡面西側(cè)安放一偏重袋，在鏡面東側(cè)設(shè)置一帶繞線盤的控制盒，繞線盤弦線的外端點(diǎn)聯(lián)接在灶體基架底腳上，使用時(shí)，繞線盤根據(jù)一定的轉(zhuǎn)速放線，鏡面就隨之向西偏轉(zhuǎn)從而達(dá)到對(duì)太陽的跟蹤。這種跟蹤方式實(shí)際上是利用力矩平衡原理實(shí)現(xiàn)的。這種跟蹤裝置需要每天調(diào)整初始狀態(tài)，并開啟跟蹤設(shè)備，自動(dòng)化程度不高。
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、跟蹤精度高、適合各種規(guī)模的自動(dòng)跟蹤太陽的太陽能設(shè)備。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種自動(dòng)跟蹤太陽的太陽能設(shè)備，包括支撐結(jié)構(gòu)、太陽能轉(zhuǎn)換部件和安裝框架，所述的太陽能轉(zhuǎn)換部件安裝在所述的安裝框架上，所述的安裝框架通過轉(zhuǎn)軸與所述的支撐結(jié)構(gòu)相聯(lián)接，其特征在于所述的自動(dòng)跟蹤太陽的太陽能設(shè)備還包括彈簧、盛有液體的平衡箱和自動(dòng)控制系統(tǒng)；所述的彈簧一端聯(lián)接所述的支撐結(jié)構(gòu)上離開所述轉(zhuǎn)軸的軸線一定距離處；另一端聯(lián)接所述的安裝框架上離開所述轉(zhuǎn)軸的軸線一定距離處；所述的平衡箱安裝在所述的安裝框架上。
上述設(shè)備對(duì)太陽的跟蹤是通過彈簧與平衡箱的力矩平衡狀態(tài)變化而實(shí)現(xiàn)的，由于彈簧可伸可縮，能自動(dòng)復(fù)位，因此實(shí)現(xiàn)了跟蹤的完全自動(dòng)化，可實(shí)行無人看管，同時(shí)，這種方案跟蹤精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，適合各種規(guī)模的太陽能設(shè)備。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。


圖1為本發(fā)明的第一實(shí)施例，采用水平跟蹤方式的太陽能設(shè)備示意圖；圖2為本發(fā)明的第二實(shí)施例，采用極軸跟蹤方式的太陽能設(shè)備示意圖；圖3為本發(fā)明控制部分中所采用的液體循環(huán)圖的一個(gè)典型實(shí)施方式；圖4為光電探頭9示意圖；圖5為彈簧2采用扭轉(zhuǎn)彈簧的示意圖；圖6為本發(fā)明的控制電路圖的一個(gè)具體方案。
根據(jù)圖1所示的本發(fā)明的第一實(shí)施例，一種自動(dòng)跟蹤太陽的太陽能設(shè)備，包括支撐結(jié)構(gòu)5、太陽能轉(zhuǎn)換部件7和安裝框架6，所述的太陽能轉(zhuǎn)換部件7安裝在所述的安裝框架6上，所述的安裝框架6通過轉(zhuǎn)軸10與所述的支撐結(jié)構(gòu)5相聯(lián)接；所述的自動(dòng)跟蹤太陽的太陽能設(shè)備還包括自動(dòng)控制系統(tǒng)，該自動(dòng)控制系統(tǒng)包括光電探頭9、液體循環(huán)系統(tǒng)和控制電路；所述的彈簧2一端聯(lián)接所述的支撐結(jié)構(gòu)5上離開所述轉(zhuǎn)軸10的軸線一定距離處；另一端聯(lián)接所述的安裝框架6上離開所述轉(zhuǎn)軸10的軸線一定距離處；所述的光電探頭9安裝在所述的安裝框架6的上方；所述的液體循環(huán)系統(tǒng)包括儲(chǔ)液箱3和使液體在所述平衡箱1與儲(chǔ)液箱3之間循環(huán)的結(jié)構(gòu)；所述的平衡箱1安裝在所述的安裝框架6上，其安裝位置在與所述彈簧2與所述框架6的聯(lián)接點(diǎn)相對(duì)的另一側(cè)；所述的光電探頭9將其接收的反映太陽方向的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后輸入所述的控制電路，經(jīng)所述控制電路處理后，通過所述液體循環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)所述平衡箱1中的液體重量，該液體重量與所述彈簧2的回復(fù)力相對(duì)于所述轉(zhuǎn)軸10形成的力矩平衡狀態(tài)隨液體重量改變而改變，使太陽能轉(zhuǎn)換部件7始終正對(duì)太陽方向。本實(shí)施例中，所述的轉(zhuǎn)軸10的軸線處于水平位置。
上面所述的儲(chǔ)液箱3可以安裝在所述的支撐結(jié)構(gòu)5上，也可以安裝在地基上，還可以安裝在設(shè)置在所述太陽能設(shè)備附近的其它固定物體上，圖1和圖2所示的兩個(gè)實(shí)施例將儲(chǔ)液箱3安裝在支撐結(jié)構(gòu)5上。
所述的液體循環(huán)系統(tǒng)所用的液體可以為水或其它常溫下呈液態(tài)的液體，在天氣寒冷的地區(qū)使用的最好采用防凍液體。
所述的光電探頭9可以設(shè)計(jì)為圖4所示的結(jié)構(gòu)，包括外殼23、天窗玻璃22、光敏電阻24和擋板25，所述的外殼23的頂部有一個(gè)天窗，天窗玻璃22將此天窗封??；所述擋板25位于所述天窗正下部的底板上并垂直于所述底板，所述光敏電阻24位于所述擋板25的兩側(cè)對(duì)稱分布。陽光通過光電探頭頂部的天窗窄縫照在光敏電阻上，當(dāng)太陽沒有正對(duì)光電探頭時(shí)，由于天窗及擋板的作用，照在兩光敏電阻上的光強(qiáng)不同，兩者的阻值也會(huì)不同，因此產(chǎn)生太陽方向信號(hào)。
如圖3所示，所述的使液體在平衡箱1與儲(chǔ)液箱3之間循環(huán)的結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)管4、電磁閥17、微型泵18和蓄電池，導(dǎo)管4聯(lián)接于所述的平衡箱1和儲(chǔ)液箱3之間，電磁閥17和微型泵18分別串接于兩根導(dǎo)管4之間并與所述的控制電路和蓄電池相聯(lián)接；所述的儲(chǔ)液箱3包括上下兩個(gè)部分，上部為儲(chǔ)液室，下部為控制室，所述的電磁閥17、微型泵18、控制電路和蓄電池均安裝在此控制室內(nèi)。平衡箱1和儲(chǔ)液箱3各有一進(jìn)液端20及出液端21。平衡箱1的進(jìn)液端20經(jīng)導(dǎo)管4、微型泵18與儲(chǔ)液箱3的出液端21相通；平衡箱1的出液端經(jīng)導(dǎo)管4、電磁閥17與儲(chǔ)液箱的進(jìn)液端20相通；平衡箱1液面以上的空間與儲(chǔ)液箱3液面以上的空間以導(dǎo)氣管19相連通。所述蓄電池一方面接受太陽能轉(zhuǎn)換部件或外部電源對(duì)其充電，一方面為控制電路及電磁閥和微型泵提供穩(wěn)定的電源。
圖2所示的本發(fā)明的第二實(shí)施例，為采用極軸跟蹤方式的太陽能設(shè)備，其與第一實(shí)施例的區(qū)別在于，所述的轉(zhuǎn)軸10的軸線處于南北方向與水平面呈一定角度的傾斜位置。
在如上所述的兩個(gè)實(shí)施例中，所述的彈簧2均可設(shè)計(jì)為拉伸彈簧或壓縮彈簧，也可以為扭轉(zhuǎn)彈簧。如圖5所示，若設(shè)計(jì)為扭轉(zhuǎn)彈簧，則應(yīng)將彈簧2的主體套在所述轉(zhuǎn)軸10上，將一個(gè)端點(diǎn)聯(lián)接在安裝框架6上，另一個(gè)端點(diǎn)聯(lián)接在支撐結(jié)構(gòu)5上或者聯(lián)接在與所述支撐結(jié)構(gòu)5緊固聯(lián)接的軸承架13上。若彈簧2為拉伸彈簧，則平衡箱1的安裝位置在所述彈簧2與所述框架6的聯(lián)接點(diǎn)相對(duì)的另一側(cè)；若為壓縮彈簧，則平衡箱1的安裝位置與所述彈簧2與所述框架6的聯(lián)接點(diǎn)同側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明，所述的轉(zhuǎn)軸10的最佳位置應(yīng)位于該設(shè)備安裝框架6及其安裝物之集合的重心位置。
圖1裝置的工作過程如下框架6在彈簧2的拉力及平衡箱1的重力作用下，達(dá)到力矩平衡狀態(tài)，保持穩(wěn)定，當(dāng)太陽高度相對(duì)于光電探頭9偏高時(shí)，光電探頭產(chǎn)生信號(hào)，放大后驅(qū)動(dòng)電磁閥17開啟，平衡箱1中的液體流入儲(chǔ)液箱3中，平衡箱1重量減輕，彈簧2回復(fù)力力矩大于平衡箱1的重力力矩，彈簧2拉動(dòng)框架6轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)彈簧2縮短，回復(fù)力減小，彈簧2的回復(fù)力力矩與平衡箱1的重力力矩達(dá)到新的平衡，直到光電探頭9重新對(duì)準(zhǔn)太陽，信號(hào)消失，電磁閥17關(guān)閉。當(dāng)太陽高度相對(duì)于光電探頭9偏低時(shí)，光電探頭9產(chǎn)生信號(hào)，放大后驅(qū)動(dòng)微型泵18工作，將儲(chǔ)液箱8中的液體抽入平衡箱1中，平衡箱1重量增加，重力力矩大于回復(fù)力力矩，平衡箱1的重力壓迫框架6轉(zhuǎn)動(dòng)，彈簧2伸長(zhǎng)，回復(fù)力增大，使回復(fù)力力矩與平衡箱1的重力力矩達(dá)到新的平衡，直到光電探頭9重新對(duì)準(zhǔn)太陽，信號(hào)消失，微型泵18停止工作。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思，很容易設(shè)計(jì)出控制電路的電路圖，而且實(shí)現(xiàn)該控制目標(biāo)的具體電路方案有很多，圖6給出了一個(gè)具體的電路設(shè)計(jì)方案，該方案適合極軸跟蹤方式。它主要要四部分電路組成穩(wěn)壓、光電信號(hào)放大、廷時(shí)及間歇定時(shí)電路。圖中虛線方框I為555單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路部分，虛線方框II為555無穩(wěn)態(tài)間歇定時(shí)電路部分。穩(wěn)壓電路將來自太陽能轉(zhuǎn)換部件或外部電源的電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂齐娐匪璧姆€(wěn)定電壓及蓄電池所需的浮充電壓。光電信號(hào)放大電路將來自光電探頭的信號(hào)進(jìn)行放大，一方面控制廷時(shí)電路及間歇定時(shí)電路的工作，一方面直接控制電磁閥的動(dòng)作，使太陽能轉(zhuǎn)換部件精確跟蹤太陽。延時(shí)電路在光電放大電路的控制下，每天清晨產(chǎn)生一延時(shí)信號(hào)，控制微型泵工作，使太陽能轉(zhuǎn)換部件由西轉(zhuǎn)向東，復(fù)位。間歇定時(shí)電路產(chǎn)生周期性方波信號(hào)，控制電磁閥周期性地開啟、關(guān)閉，使太陽能轉(zhuǎn)換部件自動(dòng)由東轉(zhuǎn)向西，以一定的精度跟蹤太陽。
圖2裝置及其控制電路的工作過程如下在夜晚或早、晚光照較暗時(shí)，位于光電探頭中的光敏電阻Rλ1、Rλ2阻值非常大，U1輸入電平V+＜V-，U1輸入低電平。I、II路555電路均復(fù)位，Q1截止，系統(tǒng)不工作。當(dāng)早上光照漸強(qiáng)，Rλ1、Rλ2阻值逐漸減小到某一值時(shí)，U1輸入端電平V+＞V-，U1輸出高電平，I、II路555復(fù)位信號(hào)消失，Q1導(dǎo)通，系統(tǒng)開始工作。對(duì)于I路555單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路，由于U1輸出電平從低電平轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?，有一個(gè)過程，因此在4腳復(fù)位電平上升到失去復(fù)位作用時(shí)，2腳觸發(fā)電平仍低于1/3Vcc，從而觸發(fā)I路555輸出高電平，繼電器J1吸合，接通微型泵工作，將液體從儲(chǔ)液箱抽入到平衡箱中，平衡箱重量增加，壓迫框架由西轉(zhuǎn)向東，復(fù)位。同時(shí)，C3開始充電，當(dāng)充到2/3Vcc時(shí)，I路555翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，J1斷開，微型泵停止工作，此時(shí)，平衡箱已充滿液體，太陽能轉(zhuǎn)換部件已完全復(fù)位到面向東。在U1輸出高電平后，II路555也開始工作，輸出周期性方波信號(hào)，繼電器J1周期性吸合、釋放，控制電磁閥定時(shí)定量將液體從平衡箱排入儲(chǔ)液箱中，平衡箱的重量逐漸減輕，彈簧拉動(dòng)框架由東轉(zhuǎn)向西，跟隨太陽轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)光電探頭取向相對(duì)于太陽方位偏西時(shí)，進(jìn)入光電探頭的光線主要落在光敏電阻Rλ2上，使Rλ2＜＜Rλ1，U2輸出低電平，Q3截止。當(dāng)光電探頭取向相對(duì)于太陽方位偏東時(shí)，進(jìn)入光電探頭的光線主要落在光敏電阻Rλ1上，Rλ1＜＜Rλ2＜R3，U2輸出高電平，Q3導(dǎo)通，J2吸合，接通電磁閥開啟，平衡箱中的液體排到儲(chǔ)液箱中，平衡箱重量減輕，彈簧在回復(fù)力作用下牽動(dòng)框架向西轉(zhuǎn)動(dòng)，直到光電探頭重新對(duì)準(zhǔn)太陽為止，電磁閥關(guān)閉。
電阻R3與Rλ2并聯(lián)，在陰雨或多云天氣時(shí)，其并聯(lián)阻值低于Rλ1的阻值，U2輸出低電平，此時(shí)太陽能轉(zhuǎn)換部件對(duì)太陽的跟蹤由II路555間歇定時(shí)電路自動(dòng)控制。調(diào)節(jié)R3，可以調(diào)節(jié)控制電路在怎樣的光照強(qiáng)度下開始或停止工作。
權(quán)利要求
1. 一種自動(dòng)跟蹤太陽的太陽能設(shè)備，包括支撐結(jié)構(gòu)(5)、太陽能轉(zhuǎn)換部件(7)和安裝框架(6)，所述的太陽能轉(zhuǎn)換部件(7)安裝在所述的安裝框架(6)上，所述的安裝框架(6)通過轉(zhuǎn)軸(10)與所述的支撐結(jié)構(gòu)(5)相聯(lián)接，其特征在于所述的自動(dòng)跟蹤太陽的太陽能設(shè)備還包括彈簧(2)、盛有液體的平衡箱(1)和自動(dòng)控制系統(tǒng)；所述的彈簧(2)一端聯(lián)接所述的支撐結(jié)構(gòu)(5)上離開所述轉(zhuǎn)軸(10)的軸線一定距離處；另一端聯(lián)接所述的安裝框架(6)上離開所述轉(zhuǎn)軸(10)的軸線一定距離處；所述的平衡箱(1)安裝在所述的安裝框架(6)上。
2. 如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)跟蹤太陽的太陽能設(shè)備，其特征在于所述的自動(dòng)控制系統(tǒng)包括光電探頭(9)、液體循環(huán)系統(tǒng)和控制電路；所述的光電探頭(9)安裝在所述的安裝框架(6)的上方；所述的光電探頭(9)將其接收的反映太陽方向的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后輸入所述的控制電路，經(jīng)所述控制電路處理后，通過所述液體循環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)所述平衡箱(1)中的液體重量，該液體重量與所述彈簧(2)的回復(fù)力相對(duì)于所述轉(zhuǎn)軸(10)形成的力矩平衡狀態(tài)隨液體重量改變而改變，使太陽能轉(zhuǎn)換部件(7)始終正對(duì)太陽方向；所述的液體循環(huán)系統(tǒng)包括儲(chǔ)液箱(3)和使液體在所述平衡箱(1)與儲(chǔ)液箱(3)之間循環(huán)的結(jié)構(gòu)。
3. 如權(quán)利要求2所述的自動(dòng)跟蹤太陽的太陽能設(shè)備，其特征在于所述的儲(chǔ)液箱(3)安裝在所述的支撐結(jié)構(gòu)(5)上或地基上；所述的使液體在平衡箱(1)與儲(chǔ)液箱(3)之間循環(huán)的結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)管(4)、電磁閥(17)、微型泵(18)和蓄電池，導(dǎo)管(4)聯(lián)接于所述的平衡箱(1)和儲(chǔ)液箱(3)之間，電磁閥(17)和微型泵(18)分別串接于兩根導(dǎo)管(4)之間并與所述的控制電路和蓄電池相聯(lián)接。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的自動(dòng)跟蹤太陽的太陽能設(shè)備，其特征在于所述的儲(chǔ)液箱(3)包括上下兩個(gè)部分，上部為儲(chǔ)液室，下部為控制室，所述的電磁閥(17)、微型泵(18)、控制電路和蓄電池均安裝在此控制室內(nèi)。
5. 如權(quán)利要求1至4中的任意一項(xiàng)所述的自動(dòng)跟蹤太陽的太陽能設(shè)備，其特征在于所述的彈簧(2)可以為拉伸彈簧或壓縮彈簧，也可以為扭轉(zhuǎn)彈簧。
6. 如權(quán)利要求1至4中的任意一項(xiàng)所述的自動(dòng)跟蹤太陽的太陽能設(shè)備，其特征在于所述的轉(zhuǎn)軸(10)位于該設(shè)備安裝框架(6)及其安裝物之集合的重心位置。
全文摘要
一種自動(dòng)跟蹤太陽的太陽能設(shè)備，包括支撐結(jié)構(gòu)、太陽能轉(zhuǎn)換部件、安裝框架、彈簧、盛有液體的平衡箱和自動(dòng)控制系統(tǒng)；所述的彈簧一端聯(lián)接所述的支撐結(jié)構(gòu)，另一端聯(lián)接所述的安裝框架；所述的平衡箱安裝在所述的安裝框架上。這種太陽能設(shè)備，能自動(dòng)復(fù)位，實(shí)現(xiàn)了跟蹤的完全自動(dòng)化，同時(shí)，跟蹤精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，適合各種規(guī)模的太陽能設(shè)備。
文檔編號(hào)F24J2/38GK1114738SQ9411745
公開日1996年1月10日 申請(qǐng)日期1994年10月17日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月17日
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