用于控制抛物槽式太阳能收集器的太阳能跟踪装置和热太阳能热系统的制作方法

本公开涉及能量供应，尤其涉及用于太阳能生产的系统中的建筑解决方案。

背景技术：

在现代社会中，人类和工业大量地消耗能源，例如，用于生产各种产品、交通运输或生产食品。能源可以以多种形式产生或从不同的能源中获得。例如，电力通常由水力发电厂产生，煤、石油或天然气通常通过燃烧产生。传统上，热量来自本地居民燃烧或由区域供热发电厂提供。

随着人口的增长和服务需求的增加，能源消耗大幅增加对我们的环境产生了显著地负面影响。燃烧产生大量二氧化碳和其他温室气体。水力发电厂需要淹没大片区域等。

为了减少我们的足迹对环境的负面影响，提出了一种更清洁和环保的能源生产需求。如今的可再生能源是由风、太阳、海浪等产生的。太阳以辐射太阳光束的形式为我们的星球提供大量的能量。太阳能电池可以使用太阳辐射来发电，例如以太阳能电池板的形式、或通过太阳能集热器产生热量。

聚光太阳能收集器使用反射镜、透镜或其组合，以太阳辐射的形式聚焦点或线。在槽形聚光太阳能收集器中，反射器形成为弯曲细长的反射镜，将太阳辐射反射在沿反射器的焦线布置的接收器上。接收器是通常填充有输送流体(例如水、乙二醇或油)的黑色管。管由聚集的太阳辐射加热，并且将热量传递到输送流体，该输送流体在可以使用热输送流体的系统中循环。加热的输送流体既可以用作工业过程中的过程热，也可以用于区域加热。

在本公开中的术语“ptc”(抛物槽式太阳能收集器)将用于表示具有槽形反射器的聚光太阳能收集器，该槽形反射器布置成将太阳光聚集到流体管上。ptc包括细长的反射器，其横截面中的反射表面描述为抛物线。反射器将直射阳光聚焦在焦点上。在数学术语中，这种抛物线具有“曲线”、“焦点”、“正焦弦(latusrectum)”和“光学对称轴”等特性。抛物槽的“光学对称平面”是通过沿着槽的纵向延伸抛物线对称轴来定义的。参考图1，图1为根据示例描述的现有热太阳能系统100的立体图。

热太阳能系统100包括多个ptc102，其中每个相应的ptc102包括抛物式反射器122和流体管124。热太阳能系统100还包括太阳能跟踪装置。图1中的太阳能跟踪装置示出了传动装置106a、106b和106c的电机108。由电机108引起的操作运动通过传动装置106a传送到第一ptc102绕其枢轴(点划线)的枢转运动，以将第一ptc102朝向来自太阳的直射阳光。另外的传动装置106b、106c布置成将第一ptc102连接到另外的平行布置的ptc102的链节，使得通过电极108引起的操作运动也传送到另外的ptc102围绕其各自的枢轴的相应的枢转运动。

太阳能跟踪装置通过同步使相应的ptc102朝向直射阳光枢转，使得一个电机108能够控制多个ptc102。从而也可以降低驱动装置(即电机等)的安装和维护成本。

在公开专利ep2466225a1中，公开了一个太阳能收集器系统的示例。

进一步提高太阳能生产效率是一项挑战。

技术实现要素：

在能量供应时总是期望增加热太阳能系统中的热输出。本公开的目的是解决上述的至少一个问题。

此外，本公开的目的是提供一种适当控制抛物槽式太阳能收集器的角度定位的机构。这些目的可以通过根据所附独立权利要求的装置来满足。

根据第一方面，提供了一种太阳能跟踪装置，用于使多个平行布置的ptc(抛物槽式太阳能收集器)能够朝向太阳运转。太阳能跟踪装置可连接到ptc，并包括：驱动装置、传动装置和多个转换装置。传动装置与驱动装置连接并与多个转换装置中的每一个连接。传动装置配置成将由驱动装置引起的操作运动传送到多个转换装置，并且每个转换装置配置为将所传送的操作运动转换成多个ptc中的相应一个围绕焦线(focusline)的枢转运动，使得每个枢转运动将相应的ptc的光学对称平面朝向太阳运转。一个或多个转换装置在传动装置的方向上与传动装置可调节地连接，以便能够对多个ptc中的相应一个进行单独的角位置调整。

此外，传动装置可以包括跟踪梁(beam)，用于将转换装置连接到驱动装置。每个所述转换装置可以包括相应的柔性构件，所述柔性构件例如为线或带，每个柔性构件构造成环绕各自的ptc的相应转换装置，以将由驱动装置引起的操作运动转换成相应ptc的枢转运动，转换装置例如为滚筒(drum)或杆状物(shaft)。转换装置环绕在相应的转换装置周围可以有助于ptc将可靠地定位在支撑结构中，其使得热太阳能系统更加坚固。

转换装置的长度可以使ptc能够围绕其焦线枢转超过180°，并且优选地大于270°。因此，ptc可以进一步枢转，由于来自ptc的热辐射在夜间可能受到限制，导致槽内的冷凝和反射器的冷却。此外，可以保护ptc不受恶劣天气和污染的影响。

此外，张紧装置可以设置成用反作用力来影响传动装置，例如在不同的ptc处作为传动张紧装置或作为相应的槽张紧装置。

根据第二方面，提供了一种热太阳能系统，其包括支撑结构、多个ptc和根据任何上述方面的太阳能跟踪装置。多个ptc在支撑结构处彼此平行布置，并且太阳能跟踪装置连接到多个ptc。

通过布置可单独调节的转换装置，不同的ptc可以调整其各自的角度方向。例如由于各种公差和不规则性得到补偿，因此在引导ptc时可以提高精度。另外，转换装置围绕ptc的相应转换装置环绕的设计,可以使太阳能跟踪装置的布置更紧凑和简洁。例如，太阳能跟踪系统可以布置在支撑结构内，从而保护其免受恶劣天气、污染等的影响，这可以减少维护和服务需求。即使错误地将太阳跟踪装置称为太阳跟踪“系统”，在阅读本说明书时，从其背景中可以明显看出是提到了“太阳跟踪装置”。太阳能跟踪装置旨在布置在热太阳能系统中。

附图说明

现在将通过示例性实施例并参考附图更详细地描述该方案，其中：

图1是根据现有技术的布置的环境示意图。

图2a-c是根据可能的实施例的布置示意图。

图3a-b是根据可能的实施例的细节示意图。

图4a-c是根据可能的实施例的操作中的布置示意图。

图5a-b是根据可能的实施例的布置示意图。

图6是根据可能的实施例的热太阳能系统的示意图。

具体实施方式

在本公开中将描述用于抛物槽式太阳能收集器(即ptc)和具有ptc的热太阳能系统的太阳能跟踪装置。

在所提出的太阳能跟踪装置中，当太阳能跟踪装置的转换装置与ptc的相应转换装置配合时，通过传动装置传送一维操作运动并转换成ptc的枢转运动。太阳能跟踪装置的转换装置可调节地连接到传动装置，以便于单独调整ptc的角位置。

在机械工程中，游隙(有时称为间隙(lash)或侧隙(backlash))是由机械部件之间的间隙引起的机构中的空隙(clearance)或空动。在太阳能跟踪机构中，因为操作驱动装置的运动的信号不完全对应于ptc的位置，这种游隙可能引入跟踪误差。

在ptc太阳能跟踪系统中的游隙(即ptc太阳能跟踪装置)可以定义为任何部件可以在一个方向上移动的最大距离或角度，而不会以机械顺序向下一部分施加明显的力或运动。

创新的概念是通过使用张紧装置来创建跟踪系统的驱动装置的力永远不会反转的情况，无论在日常操作中枢转方向或ptc的位置如何，来自ptc的扭矩在操作期间都不会反转，因此降低了游隙的影响。

在以下示例性实施例中，通过在ptc处布置槽张紧装置来实现重心的移位。槽张紧装置以下任何一种形式实现：在ptc上施加的特定重量、在其光学对称平面上设置不对称设计的ptc反射器、或其组合。

在一些附图中，示出了环境的垂直线v和水平线h。与反射器的表面相比，对称光轴y和对应的光学对称平面y在一天中随着枢转ptc而变化，垂直线v和水平线h不改变方向。

参考图2a-c，图2a-c为根据一些示例性实施例描述太阳能跟踪装置300的示意图。

图2a示意性地示出了应用的太阳能跟踪装置300并在热太阳能系统上操作情况的侧视图。热太阳能系统包括多个平行布置的ptc(抛物槽式太阳能收集器)302。

太阳能跟踪装置300可连接到ptc302，控制其枢转运动以将ptc302的孔径朝向来自太阳的直射阳光。

该实施例的太阳能跟踪装置300包括作为驱动装置的线性致动器308、作为传动装置的跟踪梁306、以及作为转换装置的多个线304。线性致动器308连接到跟踪梁306，跟踪梁306依次连接到多个线304。每个线304可连接到相应ptc302的相应转换装置320，使得由线性致动器308引起的操作移动将导致各个ptc302围绕其枢轴(示为黑点)同步枢转运动。

当线性致动器308通过图2a中向右的一维操作运动推动跟踪梁306时，跟踪梁306和线304迫使相应的ptc302绕其枢轴逆时针枢转，相反地，当跟踪梁306向左侧拉动时，ptc302将顺时针枢转。

如图所示，太阳能跟踪装置300的紧凑设计使得跟踪装置300能够布置在支撑结构(虚线)内，在支撑结构中可以保护其免受环境因素(例如：风暴、沙子、灰尘、雨和雪等的恶劣天气)的影响，因此，可以减少服务需求并且可以延长太阳能跟踪装置300的生命周期。

本公开的该实施例和其他描述的实施例的一个优点在于，当应用跟踪梁306(即刚性传动装置)时，可以连接线性致动器308以直接作用在跟踪梁306上。通过使线性致动器308能够在没有中间线(wire)、绳(line)等的情况下直接推动跟踪梁306，(例如，因为可以减少或避免各种游隙)操作运动可以以更高的精度传输到跟踪梁306。因此，可以更精确地操作ptc302并且具有改进的精度。

传统上，传动装置已经布置为线、驱动杆和返回杆的各种组合，这两种组合都更复杂并且在传送的操作运动中引入各种游隙。

安装的ptc302在小心地朝向太阳时最有效。即使太阳能跟踪装置300设计成适当地引导ptc302，诸如温度变化、雨、雪、冰或空气湿度等外部因素，以及部件材料中的缺陷也可能影响相应的ptc302，使得所有ptc302都没有最佳定向。已经观察到即使小的角度偏差(例如0.1度)也可能导致产生的热量明显减少。

因此，线304沿其长度可调节地连接到跟踪梁306。由此，可以在必要时适当地调整各个ptc302的角度位置。在该实施例中，用于固定线304的跟踪梁306的固定点设计成可沿着跟踪梁306移动，以实现不限于线304的单独位置调整。或者，固定点可以替代地固定在跟踪梁306处，但是线304可以在固定到固定点之前在固定点处移动。在这两种替代方案中，线304可以与相应的固定点一起或在相应的固定点内单独地移动。

然而，上述组件是实现的非限制性的示例，并且在适当的情况下，太阳能跟踪装置300可以替代地包括驱动装置、传动装置和转换装置304的替代实施方式，而不偏离本发明的范围。例如，驱动装置可以以旋转电机实现，并且电机的旋转操作运动可以通过齿轮和齿条等传送到传动装置的纵向运动中。

在基于一些上述实施例的替代实施例中，传动张紧装置310还布置成利用张紧力影响跟踪梁306。张紧力将指向与线性致动器308影响跟踪梁306的力相反的方向，即操作力。通过布置传动张紧装置310而不是调节操作力的强度，线性致动器308可以通过不断地拉动跟踪梁306，而不是交替地拉动和推动跟踪梁306来操作跟踪梁306。换句话说，驱动装置的操作力不必改变极性。因此，由于操作力将是单向定向的，从而可以补偿各种(例如源自线性致动器308、跟踪梁306、线304或固定点的)游隙。适当时，传动张紧装置310可以以任何合适的弹簧装置或配重装置实现。

或者，通过将传动张紧装置310配置为压缩弹簧，替代地，线性致动器308可以用于推动跟踪梁306，而不偏离本发明的范围。

图2b示意性地示出了应用的太阳能跟踪装置300并在热太阳能系统上操作情况的俯视图。热太阳能系统包括多个平行布置的ptc(抛物槽太阳能收集器)302。

该示例性实施例涉及结合图2a描述的一些实施例，因此合适时应用相同的附图标记。

该实施例的太阳能跟踪装置300包括线性致动器308和传动张紧装置310，其对应于图2a中所示的线性致动器和传动张紧装置。然而，传动装置和转换装置的实现方式不同。

在此传动装置以一对连接杆316实现，并且转换装置以较长的线314实现。较长的线314的末端可以插入连接杆316的孔中，并且可调节地固定。

如图2b所示，每根线314可连接到相应ptc302的一个对应的转换装置320。

在相关实施例中，代替布置一个线性致动器308和一个传动张紧装置310，其中传动张紧装置310可以与第二线性致动器(未示出)互换。因此，通过增加第一线性致动器308的拉力的同时减小第二线性致动器的拉力，可以顺时针地枢转ptc302。即线314在图2b中向左移动，并且ptc围绕其焦点线枢转，这些焦点线与其枢轴重合。相应地，通过在增加第二线性致动器的拉力的同时减小第一线性致动器308的拉力，可以逆时针地枢转ptc302。

图2c示意性地示出了应用的太阳能跟踪装置300并在热太阳能系统上操作情况。太阳能跟踪装置300与太阳能跟踪系统有关，即结合图2a和2b描述的太阳能跟踪装置，因此合适时应用相同的附图标记。

该实施例的太阳能跟踪装置300与图2a所示的太阳能跟踪装置的不同之处在于交替设计的转换装置324。在该实施例中，转换装置324以齿条324实现，其配置成与ptc302的相应转换装置320配合，其中ptc302的转换装置320具有设置在其外表面上的纵向凸起和凹槽，适于通过齿条324操作。齿条324可通过螺钉和穿过跟踪梁306和齿条324的相应孔固定到跟踪梁306上。为了使固定装置可沿着跟踪梁306调节，跟踪梁306中的任一个孔或齿条324中的孔可以在跟踪梁306的纵向方向上延伸。

图3a为示出了根据一个示例性实施例的太阳能跟踪装置的细节的俯视图。

该实施例涉及一些上述实施例，因此合适时应用相同的附图标记。

在图3a中，跟踪梁306配备有一对不对称布置的辊312，其通过相应的横向槽引导线304。当线304围绕ptc302的转换装置320时，通过适当地布置辊312，以防止线304与其自身接触。从而减少机械磨损或线304损坏的风险，同时减少可能导致ptc302的枢转运动的性能降低的风险。

图3b为示出了根据一个示例性实施例的太阳能跟踪装置的细节的侧视图。

该实施例涉及一些上述实施例，因此合适时应用相同的附图标记。

在图3b中，线304固定到跟踪梁306。线304的一端配备有螺纹杆，该螺纹杆插入跟踪梁306的孔中。两个螺母将螺纹杆固定到跟踪梁306。通过拧紧左螺母，可以调节线304的张力。然后可拧紧右螺母以将左螺母锁定到位以防止其松动。

图4a-c为示出了根据一个示例性实施例的太阳能跟踪装置的一些功能的示意图。

图4a中示出了在一天中的操作中跟踪太阳的ptc302。为了从黄昏到黎明跟踪太阳，ptc302将围绕其纵向枢转轴线即焦点线枢转180°。换句话说，ptc302光学对称平面的方向在一天内变化180°。对于传统的跟踪装置，尤其是对于相应的枢轴和焦线不重合的ptc，实现光学对称平面的大变化是有问题的。在该实施例中，ptc302关于其各自的光学对称平面在空间上对称，并且其法线n与其光学对称轴一致。

然而，如上所述，通过为太阳能跟踪装置300提供适当长的转换装置304、314、324，ptc302将能够枢转超过180°。

图4b在夜间模式中示出了ptc302。在夜间，周围温度降低，实现ptc302的冷却效果。这种冷却效果可能引起槽内的冷凝，可能使其反射器劣化。通过设计转换装置的长度使得ptc302可以进一步枢转，

即在水平线以下，ptc的冷却效果将受到限制。在图4b中，ptc302已经在水平线下方枢转了角度α。

图4c示出了处于风暴模式时的ptc302。通过设计太阳能跟踪装置的转换装置，其长度使得ptc302可以旋转大约270°，其既可以在白天枢转以面向太阳运转，也可以防止恶劣天气，例如风、雪、冰、雨、沙尘暴、灰尘、污染等。

在一些上述实施例中，已经配置了传动张紧装置310，以补偿传动和转换中的各种游隙，例如，由温度变化或材料或部件的缺陷引起的游隙。然而，下面将描述用于补偿各种游隙的装置的另一种实现方式。

图5a为ptc302的横截面示意图，现在将根据一个示例性实施例描述ptc(抛物槽式太阳能收集器)302。

ptc302包括反射器332、支撑件330和盖玻璃334。反射器332反射直射阳光并聚焦在聚焦线f上。反射器332是细长的并且其横截面跟随曲线(curve)。

在该实施例中，反射器表面的横截面的曲线是y＝x²，但不限于此。在该图中，引导ptc302使得曲线的对称光轴与垂直线v平行。

在ptc302的长边处施加重物形式的槽张紧装置336，并且因为重力g作用在槽张紧装置336上，当施加重物时，ptc302的重心将偏离对称光轴，偏移量为d。

该重物将解释为槽张紧装置336的一般示例。作为替代实施方式，重物可以设计为ptc302的两个细长边缘，其中通过两个边缘之间的重量差实现重物的影响。通常如在图5a中，右边缘比左边缘重，以实现槽张紧装置336。

图5b是横截面示意图，现在将根据一个示例性实施例描述ptc302。

该实施例与上述实施例的不同之处在于，通过设计ptc302来实现槽张紧装置，其中较大部分位于ptc302的光学对称轴的第一侧，而较小部分位于ptc302光学对称轴的第二侧。

ptc302的较大部分比ptc302的较小部分重，因为例如较大部分包括盖玻璃334、反射器332和支撑件等更多的材料。因此，通过如图5b所示设计ptc302，槽302张紧装置的效果是通过ptc302本身的部件实现的。因此，槽张紧装置通过两个部分之间的质量差异来实现。

所述非对称切割抛物槽式太阳能收集器的结构在相关的待审查专利申请parabolictroughsolarcollector中进一步公开，其申请日与本专利申请相同。

关于图5a和5b的上述槽式张紧装置336，其既可以应用于传动张紧装置310，也可以作为传动张紧装置310的替代物，同时也可以作为其补充物。通过应用单独适应的槽张紧装置336，不同的ptc302各自的重心可以是单独可调节的，这对于例如补偿ptc302之间的各种差异可能是有利的。

参考图6，为热太阳能系统400的立体示意图，现在将根据一个示例性实施例描述热太阳能系统400。

热太阳能系统400包括多个ptc302、支撑结构402和太阳能跟踪装置300。但是，图6中只显示了一个ptc302。这样的太阳能跟踪装置300已经结合一些实施例公开，在本实施例中将不再进一步讨论。该实施例是太阳能跟踪装置300如何应用于支撑结构402的示例。通常支撑结构具有侧盖，使得在操作时该侧盖可以保护太阳能跟踪装置300不受到例如来自恶劣的天气的影响。

如图所示，引导太阳能跟踪装置300的线通过支撑结构402的细长孔并环绕ptc302的相应转换装置。在图6中，还示出了另一个ptc302的空位置。然后，另外的ptc302可以将其端部布置在支撑辊上。

在主图下方进一步示出了细长孔的细节。这里示出了一对具有线的导向凹槽的辊。

上述热太阳能系统400通常包括另外的部件和装置，以在操作时提供例如各种管连接器、加热流体、泵、控制装置、热交换器等普通功能。

然而，为了便于理解所提出的太阳能跟踪装置300，在本公开中省略了在跟踪太阳时不直接有助于旋转ptc302的功能的部件和装置。例如，驱动装置通常由计算机控制并接收适当的例如根据执行的测量或估计的控制信号。

整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用用于表示：结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。

因此，在整个说明书中各处出现的“在一个实施例中”或“在实施例中”表达不一定是指同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。尽管以上已经参考特定实施例描述了本发明，但是并不意图将本发明限于这里阐述的特定形式。相反，本发明仅受所附权利要求的限制，并且除了上述具体实施方式之外的其他实施方式同样可以在所附权利要求的范围内。此外，应当理解，如本文所使用的术语“包括”或“包含”不排除存在其他元件或步骤。

此外，尽管各个特征可以包括在不同的权利要求中，这些特征可以有利地组合，同时包括不同的权利要求并不意味着特征的组合是不可行和/或不利的。另外，单数引用不排除多数。最后，权利要求中的附图标记仅作为说明性示例提供，并且不应解释为以任何方式限制权利要求的范围。

保护范围通常由以下独立权利要求限定。示例性实施例由从属权利要求限定。