一種并聯(lián)二軸太陽能聚光器跟蹤機構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種并聯(lián)二軸太陽能聚光器跟蹤機構，屬于機械制造領域，該機構包括一個定平臺，一個安裝光伏太陽能板或聚光器鏡面的動平臺，以及第一支鏈，第二支鏈和第三支鏈，其中第一支鏈頂端具有虎克絞，為限制支鏈；動平臺通過第一支鏈連接在定平臺上，并通過第二支鏈和第三支鏈與定平臺進一步相連，形成并聯(lián)機構；所述動平臺上可以安裝光伏太陽能板或聚光器鏡面,并通過第二支鏈和第三支鏈的運動控制動平臺分別繞第一支鏈上的虎克絞的外圈、內(nèi)圈的轉動軸轉動，且兩個轉動運動是解耦的。本發(fā)明在跟蹤機構中采用了并聯(lián)方式，具有高剛度、低成本、機構簡單、低能量消耗等特點。
【專利說明】一種并聯(lián)二軸太陽能聚光器跟蹤機構

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于機械制造領域，特別涉及一種并聯(lián)二軸太陽能聚光器跟蹤機構。

【背景技術】
[0002]在石油、煤炭等傳統(tǒng)能源快速消耗的時代，太陽能光熱發(fā)電和光伏發(fā)電已經(jīng)成為解決能源消耗問題的有效途徑。雖然太陽輻射在太陽內(nèi)部具有極高的能量和溫度，但是由于太陽到地球的距離遙遠以及地球大氣層的遮擋，到達地球表面的太陽輻射能量密度很低。因此，為了利用太陽能進行光熱發(fā)電或光伏發(fā)電，就需要聚集太陽光，獲得高密度光能。光熱發(fā)電是利用太陽能聚光器聚集太陽光，并在位于聚光器焦點/焦線處的熱接收器上形成聚焦光斑，繼而產(chǎn)生熱能，最后通過相關裝置轉化成電能；光伏發(fā)電利用大量半導體元件串聯(lián)的形式聚集太陽光，并通過半導體界面的光生伏特效應將光能直接轉變?yōu)殡娔堋?br> [0003]光熱發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能聚光器依靠跟蹤機構實時跟蹤太陽運動，使得聚光器始終正對太陽，從而更有效的聚集太陽光，獲得高密度光能。目前，大規(guī)模太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)主要有槽式、碟式和塔式等形式。槽式系統(tǒng)一般使用單軸跟蹤機構，單軸跟蹤機構只能實現(xiàn)一個方向的太陽跟蹤；碟式系統(tǒng)需要同時對太陽的方位角和高度角進行跟蹤，因此，二軸跟蹤機構才能較好的跟蹤太陽運動，始終保證太陽光垂直入射到聚光器鏡面上，實現(xiàn)太陽光的高效吸收。塔式聚光器系統(tǒng)主要用于大型電網(wǎng)系統(tǒng)，在塔式系統(tǒng)中使用二軸跟蹤機構能夠有效的提高電網(wǎng)系統(tǒng)的能源產(chǎn)量。因此，除了槽式系統(tǒng)外，其余兩種系統(tǒng)都需要二軸跟蹤機構，以提聞太陽能的利用效率。
[0004]光伏發(fā)電系統(tǒng)包括跟蹤機構，光伏太陽能板，以及控制器和逆變器。在一個固定地點的光伏發(fā)電系統(tǒng)，太陽光的光照角度會隨著時間不斷變化，為了使得光伏發(fā)電系統(tǒng)高效運行，需要采用跟蹤機構對太陽運動進行實時跟蹤，使得太陽光始終正射到光伏太陽能板上，使發(fā)電效率達到最佳狀態(tài)。由于單軸跟蹤機構只能實現(xiàn)一個方向的太陽角跟蹤，無法保證太陽光始終正對著光伏太陽能板，而二軸跟蹤機構能夠同時跟蹤太陽方位角和高度角，因此，二軸跟蹤機構在光伏發(fā)電系統(tǒng)中得到了更加廣泛的應用。
[0005]因此，光伏發(fā)電系統(tǒng)以及碟式、塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)中主要采用二軸跟蹤機構。目前的二軸跟蹤機構通常為串聯(lián)機構，串聯(lián)二軸跟蹤機構一般有一個豎直轉軸和一個水平轉軸，豎直轉軸固定在地面上，用來支撐整個跟蹤機構的載荷，并驅動跟蹤機構完成太陽方位角的跟蹤，水平轉軸安裝在豎直轉軸頂端，實現(xiàn)太陽高度角的跟蹤。為了保證跟蹤機構能夠實現(xiàn)最大的跟蹤角，在不同時刻對太陽高度角進行跟蹤，豎直轉軸的高度需要至少是聚光器長度的一半，聚光器的尺寸增大就會導致豎直轉軸的高度增加，大大降低跟蹤機構的剛度。因此，為了保證跟蹤機構的剛度，往往需要增大豎直轉軸的尺寸或添加桁架結構。同時，隨著支撐機構尺寸增大或結構變得復雜，跟蹤機構需要重型的驅動裝置來驅動，增加了能量消耗，提高了運行成本。跟蹤機構整體的大載荷在進行設備選址時，需要更多地考慮地質方面的問題，同時也需要重型設備來運輸大型零部件，給設備建造帶來困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了改善傳統(tǒng)串聯(lián)二軸跟蹤機構的剛度低、成本、和能量消耗大等問題，提出了一種二軸太陽能聚光器跟蹤機構，本發(fā)明在跟蹤機構中采用了并聯(lián)方式，具有聞剛度、低成本、機構簡單等特點，并在保證精度的如提下，減少能量消耗。
[0007]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:該機構包括一個定平臺，一個安裝光伏太陽能板或聚光器鏡面的動平臺，以及第一支鏈，第二支鏈和第三支鏈，其中第一支鏈頂端具有虎克絞，為限制支鏈；所述動平臺一端通過第一支鏈連接在定平臺上，并且通過第二支鏈和第三支鏈與定平臺進一步相連，形成并聯(lián)機構；所述動平臺上可以安裝光伏太陽能板或聚光器鏡面，并通過第二支鏈和第三支鏈的運動控制動平臺分別繞第一支鏈上的虎克絞的外圈、內(nèi)圈的轉動軸轉動，且兩個轉動運動是解耦的。
[0008]所述第一支鏈包括:第一連桿和運動副a、b，第一連桿一端通過運動副a與定平臺連接，另一端通過運動副b與動平臺連接，運動副b為虎克絞，第一支鏈為限制支鏈。
[0009]所述第二支鏈包括:第二滑塊，第二連桿，以及運動副C、d、e，第二滑塊一端通過運動副c與定平臺連接，另一端通過運動副d與第二連桿一端連接，第二連桿另一端通過運動副e與動平臺連接，其中運動副c為驅動副。
[0010]所述第三支鏈包括:第三滑塊，第三連桿，以及運動副f、g、h，第三滑塊一端通過運動副f與定平臺連接，另一端通過運動副g與第三連桿一端連接，第三連桿另一端通過運動副h與動平臺連接，其中運動副f為驅動副。
[0011]所述第一支鏈的運動副b為虎克絞，第二支鏈與第三支鏈的運動副e和h均為球畐1J，所述虎克絞b的內(nèi)圈轉動軸通過球副h的球心。
[0012]跟蹤機構通過所述第二支鏈中和第三支鏈中的驅動副，分別帶動動平臺繞第一支鏈上的虎克絞a的內(nèi)、外圈轉動軸轉動，從而控制動平臺的姿態(tài)。當太陽在天空中的方位角和高度角發(fā)生變化時，可以通過控制動平臺的姿態(tài)，使得太陽光線始終能夠垂直入射到光伏太陽能板或聚光器鏡面的鏡面上，從而提高太陽能利用率。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
[0014]本發(fā)明通過采用并聯(lián)機構的形式實現(xiàn)了二軸跟蹤機構跟蹤太陽方位角和高度角的功能。由于并聯(lián)機構聞剛度、大負載、結構緊湊的特性，能夠有效的提聞跟蹤機構的剛度，減小跟蹤機構的尺寸，降低系統(tǒng)的復雜性，節(jié)約系統(tǒng)建造成本，并在保證精度的前提下，減少能量消耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明實施例的結構示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明實施例中的定平臺的結構示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明實施例中的第一支鏈的結構示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明實施例中的第二支鏈的結構示意圖；
[0019]圖5是本發(fā)明實施例中的第三支鏈的結構示意圖；
[0020]圖6是本發(fā)明實施例安裝光伏太陽能板時的結構示意圖；
[0021]圖中:1-定平臺、2-第一支鏈、3-第二支鏈、4-第三支鏈、5-動平臺、6-光伏太陽能板、11-基座、12-鉸鏈、13-第一立柱、14-第二立柱、21-第一連桿、31-第二滑塊、32-第二連桿、41-第三滑塊、42-第三連桿、a、b，c，d，e，f，g，h-運動副

【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明提出的并聯(lián)二軸太陽能聚光器跟蹤機構結合附圖及實施例詳細說明如下:
[0023]本發(fā)明一種并聯(lián)二軸太陽能聚光器跟蹤機構一個實施例的結構如圖1、6所示，該機構包括一個定平臺1，一個安裝光伏太陽能板6或聚光器鏡面的動平臺5，以及第一支鏈2，第二支鏈3和第三支鏈4，其中第一支鏈2頂端具有虎克絞b，為限制支鏈；所述動平臺5一端通過第一支鏈2連接在定平臺I上，并且通過第二支鏈3和第三支鏈4與定平臺I相連，形成并聯(lián)機構；所述動平臺5上可以安裝光伏太陽能6板或聚光器鏡面，并通過第二支鏈3和第三支鏈4的運動控制動平臺5分別繞第一支鏈2上的虎克絞b的外圈、內(nèi)圈的轉動軸轉動，且兩個轉動運動是解耦的。
[0024]上述實施例各部分具體結構分別說明如下:
[0025]如圖1、2所示，所述定平臺I包括:一個基座11、一個與第一支鏈2連接的鉸鏈12，以及兩個分別與第二支鏈3和第三支鏈4連接的第一立柱13和第二立柱14 ;所述基座11為等腰直角三角形，鉸鏈12固連在基座11的直角頂點處，第一支鏈2通過轉動副連接在鉸鏈12上；在基座11的另兩個頂點處分別有第一立柱13和第二立柱14，第一立柱13和第二立柱14 一端固連在基座11上，另一端通過移動副分別與第二支鏈3和第三支鏈4連接；所述動平臺5為等腰直角三角形，直角頂點處通過運動副b連接在第一支鏈2上，另兩個頂點處通過運動副e、運動副h分別與第二支鏈3、第三支鏈4連接。
[0026]如圖1、3所示，所述第一支鏈2包括:第一連桿21和運動副a、b，第一連桿一端通過運動副a連接在鉸鏈12上,運動副a為被動的轉動副，另一端通過運動副b連接在動平臺5上，運動副b為被動的虎克絞，動平臺5能夠繞第一支鏈2上的虎克絞b的內(nèi)、外圈的轉動軸轉動。
[0027]如圖1、4所示，所述第二支鏈3包括:第二滑塊31，第二連桿32以及運動副C、d、e ;第二滑塊31 —端通過運動副c與定平臺I中的第一立柱13連接，運動副c為驅動的移動副，另一端通過運動副d與第二連桿32 —端連接，運動副d為被動的轉動副；第二連桿32另一端通過運動副e與動平臺2連接,運動副e為被動的球副。
[0028]如圖1、5所示，所述第三支鏈4包括:第三滑塊41，第三連桿42以及運動副f、g、h，第三滑塊41 一端通過運動副f與定平臺I中的第二立柱14連接，運動副f為驅動的移動副，另一端通過運動副g與第三連桿42 —端連接，運動副g為被動的虎克絞，第三連桿42另一端通過運動副h與動平臺2連接,運動副h為被動的球副。
[0029]本實施例的第一支鏈通過虎克絞b與動平臺5相連，第二支鏈與第三支鏈分別通過球副e和球副h與動平臺5相連,虎克絞b的內(nèi)圈轉動軸通過球副h的球心。在實際工作時，通過所述第二支鏈3中的驅動副c和第三支鏈4中的驅動副f，帶動第二滑塊31和第三滑塊41分別在定平臺I的第一立柱3和第二立柱4上運動，通過第二連桿32和第三連桿42，分別帶動動平臺5繞第一支鏈2上的虎克絞b的內(nèi)、外圈的轉動軸轉動，實現(xiàn)動平臺5的兩個解耦的轉動運動，從而控制動平臺5的姿態(tài)。
[0030]如圖6所示，光伏太陽能板6直接連接在動平臺5上，當太陽在天空中的方位角和高度角發(fā)生變化時，可以通過控制動平臺5的姿態(tài)，使得太陽光線始終能夠垂直入射到光伏太陽能板6的鏡面上，從而提高太陽能利用率。
[0031]本發(fā)明以一個并聯(lián)二軸太陽能聚光器跟蹤機構為例進行了說明，但是可以理解，本領域的技術人員可以對跟蹤機構的各個支鏈進行適當?shù)奶鎿Q或修改，如在保證支鏈自由度不變的情況下，通過改變第一支鏈2中的運動副形式，第一支鏈2—端與定平臺I固連，另一端通過球副與動平臺5連接，同樣能夠實現(xiàn)動平臺的兩自由度轉動。
【權利要求】
1.一種并聯(lián)二軸太陽能聚光器跟蹤機構，其特征在于，該機構包括一個定平臺，一個安裝光伏太陽能板或聚光器鏡面的動平臺，以及第一支鏈，第二支鏈和第三支鏈，其中第一支鏈頂端具有虎克絞，為限制支鏈；動平臺通過第一支鏈連接在定平臺上，并且通過第二支鏈和第三支鏈與定平臺進一步相連，形成并聯(lián)機構；所述動平臺上可以安裝光伏太陽能板或聚光器鏡面，并通過第二支鏈和第三支鏈的運動控制動平臺分別繞第一支鏈上的虎克絞的外圈、內(nèi)圈的轉動軸轉動，且兩個轉動運動是解耦的。
2.如權利要求1所述的機構，其特征在于，所述第一支鏈包括:第一連桿和運動副a、b，第一連桿一端通過運動副a與定平臺連接,另一端通過運動副b與動平臺連接,運動副b為虎克絞，第一支鏈為限制支鏈。
3.如權利要求1所述的機構，其特征在于，所述第二支鏈包括:第二滑塊，第二連桿，以及運動副c、d、e,第二滑塊一端通過運動副c與定平臺連接,另一端通過運動副d與第二連桿一端連接，第二連桿另一端通過運動副e與動平臺連接,其中運動副c為驅動副。
4.如權利要求1所述的機構，其特征在于，所述第三支鏈包括:第三滑塊，第三連桿，以及運動副f、g、h,第三滑塊一端通過運動副f與定平臺連接,另一端通過運動副g與第三連桿一端連接，第三連桿另一端通過運動副h與動平臺連接，其中運動副f為驅動副。
5.如權利要求1、2或3所述的機構，其特征在于，第一支鏈的運動副b為虎克絞，第二支鏈與第三支鏈的運動副e和h均為球副,所述虎克絞b的內(nèi)圈轉動軸通過球副h的球心。
【文檔編號】H02S20/32GK104135223SQ201410341793
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月17日 優(yōu)先權日:2014年7月17日
【發(fā)明者】吳軍, 王立平, 陳曉磊, 李鐵民, 于廣 申請人:清華大學