一种基于气差驱动的太阳能追踪系统

1.本发明属于太阳能追踪相关技术领域，具体涉及一种基于气差驱动的太阳能追踪系统。


背景技术：

2.太阳能，是一种可再生能源。是指太阳的热辐射能，主要表现就是常说的太阳光线。在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。自地球上生命诞生以来，就主要以太阳提供的热辐射能生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为制作食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式，太阳能发电是一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能也包括地球上的风能、化学能、水能等。
3.对于太阳能的吸收利用，主要是通过集热板或光伏板进行吸收转换，现有的集热板或光伏板一般采用固定角度安装，而太阳却有东升西落固定的运行轨迹，显然，固定角度安装的集热板或光伏板不能很好的对太阳能进行吸收利用，使得太阳能利用率极低，为此，本发明提出一种基于气差驱动的太阳能追踪系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于气差驱动的太阳能追踪系统，以解决上述背景技术中提出的固定角度安装的集热板或光伏板不能很好的对太阳能进行吸收利用，使得太阳能利用率极低的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于气差驱动的太阳能追踪系统，其包括：底座，所述底座前后侧上端均固定有三角支撑支架，两个所述三角支撑支架之间连接有转轴，在所述转轴的外壁固定连接有光伏板，所述光伏板前后侧均固定有用于遮挡阳光的遮光板，两个所述遮光板前后侧均设置有固定于光伏板外壁的集热瓶，四个所述集热瓶均与光伏板固定连接，四个所述集热瓶均通过软管与双作用增压缸连接，所述底座的中心处上端固定有双作用增压缸，所述双作用增压缸通过活塞连接有两个移动架，所述移动架与光伏板之前设置有对光伏板进行翻转的曲柄滑块机构，所述底座左右两侧均设置有两个地脚支架，所述移动架滑动套设于地脚支架内部。
6.优选的，所述曲柄滑块机构包括呈交叉分布的第一支杆和第二支杆，所述第一支杆的上端铰接有t型滑块，所述第二支杆的上端铰接有铰接座，所述铰接座固定于光伏板下端，所述光伏板的底部开设有供t型滑块进行滑动的t型滑槽，所述第一支杆的下端铰接连接于位于右侧的移动架，所述第二支杆的下端铰接连接于位于左侧的移动架。
7.优选的，所述第一支杆和第二支杆接触并不固定。
8.优选的，所述三角支撑支架与转轴的连接处设置有对转轴旋转过程提供缓冲的作用双向旋转阻尼器。
9.优选的，所述转轴的外壁成对设置有复位扭簧，两个所述复位扭簧固定缠绕于转
轴外壁，两个所述复位扭簧分别与两个双向旋转阻尼器相连接。
10.与现有太阳能追踪技术相比，本发明提供了一种基于气差驱动的太阳能追踪系统，具备以下有益效果：
11.一、本发明通过设置四个集热瓶、遮光板、双作用增压缸以及曲柄滑块机构等，通过位于左侧的两个集热瓶和位于右侧的两个集热瓶内部气体受热膨胀程度的不同，使得双作用增压缸活塞两边产生压力差，双作用增压缸活塞带动移动架移动，由于曲柄滑块机构的作用，光伏板能够进行转动，直到光伏板转至阳光与光伏板法线方向一致时停止转动，能够有效对太阳能进行追踪利用；
12.二、本发明通过在三角支撑支架与转轴的连接处设置有双向旋转阻尼器，通过双向旋转阻尼器能够对光伏板的旋转过程起到缓冲作用，以获得翻转运动的动态平缓，进而提高装置精确度；
13.三、本发明将转轴的外壁成对设置有复位扭簧，两个复位扭簧固定缠绕于转轴外壁，两个复位扭簧分别与两个双向旋转阻尼器相连接，复位扭簧随光伏板翻转发生变形，产生扭力，当光伏板结束工作运行至末位置，光伏板不吸收太阳光，此时两端集热瓶气压相同，曲柄滑块机构对其无作用力，同时由于光伏板自身重力不产生扭矩，则依靠复位扭簧产生的扭力使光伏板翻转至初始安装位置，无需人力及电力作用，简单无源，具有很好的实用性能。
附图说明
14.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：
15.图1为本发明提出的一种基于气差驱动的太阳能追踪系统立体结构示意图；
16.图2为本发明提出的曲柄滑块机构组成结构示意图；
17.图3为本发明提出的一种基于气差驱动的太阳能追踪系统工作原理示意图；
18.图4为本发明提出的双作用增压缸工作原理示意图；
19.图5为本发明提出的曲柄滑块机构工作原理示意图；
20.图6为固定角度安装光伏板受热示意图；
21.图7为搭配太阳能自动追踪系统光伏板受热示意图；
22.图中：1、光伏板；2、集热瓶；3、遮光板；4、双作用增压缸；5、曲柄滑块机构；51、第一支杆；52、第二支杆；53、t型滑块；54、铰接座；6、三角支撑支架；7、双向旋转阻尼器；8、复位扭簧；9、软管；10、底座；11、移动架；12、地脚支架；13、转轴。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种基于气差驱动的太阳能追踪系统，其包括：底座10，底座10前后侧上端均固定有三角支撑支架6，两个三角支撑支架6之间连接
有转轴13，在转轴13的外壁固定连接有光伏板1，光伏板1通过转轴13可进行翻转，光伏板1前后侧均固定有用于遮挡阳光的遮光板3，两个遮光板3前后侧均设置有固定于光伏板1外壁的集热瓶2，利用遮光板3为集热瓶2进行遮挡阳光，四个集热瓶2均与光伏板1固定连接，底座10的中心处上端固定有双作用增压缸4，四个集热瓶2均通过软管9与双作用增压缸4连接，集热瓶2内部膨胀气体可作用于双作用增压缸4，双作用增压缸4通过活塞连接有两个移动架11，移动架11与光伏板1之前设置有对光伏板1进行翻转的曲柄滑块机构5，底座10左右两侧均设置有两个地脚支架12，移动架11滑动套设于地脚支架12内部，双作用增压缸4通过活塞带动移动架11在地脚支架12内部进行移动。
25.曲柄滑块机构5包括呈交叉分布的第一支杆51和第二支杆52，第一支杆51的上端铰接有t型滑块53，第二支杆52的上端铰接有铰接座54，铰接座54固定于光伏板1下端，光伏板1的底部开设有供t型滑块53进行滑动的t型滑槽，第一支杆51的下端铰接连接于位于右侧的移动架11，第二支杆52的下端铰接连接于位于左侧的移动架11，在工作时，当双作用增压缸4活塞带动移动架11左移时，第一支杆51与移动架11之间夹角减小，光伏板1通过转轴13顺时针转动，此时，t型滑块53在光伏板1下端开设的t型滑槽中右移。
26.为了在工作时，第一支杆51和第二支杆52运动互不干涉，第一支杆51和第二支杆52接触并不固定。
27.需要注意的是，三角支撑支架6与转轴13的连接处设置有对转轴13旋转过程提供缓冲的作用双向旋转阻尼器7，太阳能自动追踪过程中，两端集热瓶2中气压做不间断相互比较，双作用增压缸4推动曲柄滑块机构5使光伏板1做不规则翻转运动，属于动态平衡过程。而由于光伏板1自身惯性导致运动不平稳，降低了太阳能收集精度。通过双向旋转阻尼器7是为对旋转过程起到缓冲作用以获得动态平缓的翻转运动进而提高装置精确度的机构。双向旋转阻尼器7内部填充阻尼油，靠塑料件与阻尼油旋转摩擦产生阻力，大于360度顺时针逆时针均可旋转。旋转过程中扭矩均发生一定程度的变化。旋转阻尼机构根据回转速度的变化，扭矩也发生变化。
28.进一步来说，转轴13的外壁成对设置有复位扭簧8，两个复位扭簧8固定缠绕于转轴13外壁，两个复位扭簧8分别与两个双向旋转阻尼器7相连接，复位扭簧8随光伏板1翻转发生变形，产生扭力。当光伏板1结束工作运行至末位置时，光伏板1不吸收太阳光，此时两端集热瓶2气压相同，曲柄滑块机构5对其无作用力。同时由于光伏板1自身重力不产生扭矩，则依靠复位扭簧8产生的扭力使光伏板1翻转至初始安装位置。
29.双作用增压缸4是用于对反平行四边形机构输出相反方向力的动力装置。增压回路如图4所示：a—气路,b—气路,c—气路,d—气路,e—气路,f—气路,g—电磁阀,h—限位开关,j—两位四通换向阀,当活塞向左运动时，左上及右下侧电磁阀闭合，左下及右上侧电磁阀打开。气路b和气路g0为输气路，气路d为排气路，气路e为回气路。气路d排出的高压气体用于推动推杆运动。当活塞向右运动时，两位四通阀工作，左上及右下侧电磁阀打开，左下及右上侧电磁阀闭合。气路c和气路e变为输气路，气路f为回气路，气路a为排气路。气路a排出的高压气体用于推动另一侧推杆运动。
30.对于固定角度安装的光伏板1而言,光伏板1受热如图6所示，通过51240便民查询网上兰州市10-2月份日出日落时间，得到兰州市10-2月份昼长平均10.46h，太阳高度角随时间变化为17.21
°
/h，取64.8％-84.8％,求出其太阳能收集率为21.86％-28.30％。
31.对于可追踪太阳能系统而言，除了在日出后及日落前的一段时间内，阳光与光伏板1夹角发生变化外，其余时间内阳光均与光伏板1垂直。光伏板1受热如图7所示，k值同样取64.8％-84.8％，求得其太阳能收集率为34.51％-45.16％。综上，可以得出搭配太阳能自动追踪系统太阳能收集率比固定角度安装太阳能收集装置的太阳能收集率高13％—17％。在光照条件好的地区，安装跟踪支架系统能为光伏项目增加17％的电力产出，但系统成本每瓦仅仅增加3元，综合测算下来，跟踪太阳能的度电成本可降低10％。
32.本发明的工作原理及使用流程：在利用本发明进行工作时，当阳光照到光伏板1位于右侧的两个集热瓶2处时，由于两个遮光板3的作用，位于左侧的两个集热瓶2处受热较少，位于左侧的两个集热瓶2内气体受热膨胀程度小于位于右侧的两个集热瓶2气体膨胀程度。双作用增压缸4活塞两边产生压力差。双作用增压缸4活塞向左推动，移动架11右移，由于曲柄滑块机构5的作用，光伏板1顺时针转动。而当光伏板1转至阳光与光伏板1法线方向一致时：遮光板3不遮挡射向两侧集热瓶2的阳光，则两组集热瓶2受热相同，装置平衡。当光伏板1结束工作运行至末位置时，光伏板1不吸收太阳光，此时两端集热瓶2气压相同，曲柄滑块机构5对其无作用力。同时由于光伏板1自身重力不产生扭矩，则依靠复位扭簧8产生的扭力使光伏板1翻转至初始安装位置。
33.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。