专利名称：线传动式连动跟踪光线方法及其反射聚光光伏发电的制作方法
技术领域：
本发明属于太阳能自动跟踪及其聚光光伏领域。
背景技术：
太阳能利用系统采用跟踪技术可以增加产能降低投资，而且对于聚光的太阳能利 用方案跟踪是必须的，另外，太阳能发电随着成本下降将得到普遍推广，而发电系统采用跟 踪后可以延长每天的发电高峰时间，在夏天还可以延长每天的发电时间，可以缓解对电网 稳定的冲击，因此低成本高精度跟踪技术对普遍利用太阳能有着极其重要意义。然而目前 太阳能领域的跟踪技术主要模式依然是基于“方位角+升角”控制的双轴双电机的独立跟 踪控制方式，跟踪控制成本一直高居不下，常常通过增大电池板或聚光镜面的面积降低单 位功率的跟踪成本，却增大了抗风难度与施工及维护成本，对降低太阳能利用成本效果不 明显。近几年有一些太阳能跟踪领域的新技术新理论的提出，但是对降低太阳能利用的综 合成本没有实质性突破。申请号为200810182738. 9的发明专利申请《低成本太阳能跟踪聚光发电方法》提 出了连杆连动式太阳能反射聚光方法，是对跟踪理论的根本突破，反射镜按角平分线式定 向反射原理安装，只需控制角平分线式定向反射机构中的跟踪摇杆与太阳光线同步偏转就 可以实现按设定方向的定向反射。全部反射镜阵列通过连杆机构互相连接统一连动，一个 阵列的控制系统只需控制两个电机实现二维跟踪聚光(而传统的方法需要控制全部反射 镜数量的二倍的电机)，可望大幅度降低跟踪成本。但是，连杆连动的跟踪方式使太阳能利 用装置的偏转空间有所局限，而连杆重量即增加跟踪电耗也影响控制精度，因此太阳能跟 踪方案仍有很大的改进空间。跟踪聚光技术的一个重要用途是太阳能聚光光伏，一般需要对电池有良好散热， 目前技术方案主要采用水冷或空冷效果有限不适合较高倍率聚光，采用普通热管冷却虽有 提出可是因技术难度与成本的因素没有实用的方案。
发明内容
本发明的目的大幅度降低降低太阳能跟踪成本及太阳能利用成本。本发明的技术方案利用太阳光线偏转很慢及一般在士90°左右的范围内有限 偏转的特点，通过低成本的钢丝绳传动、链传动或带传动等线传动装置，利用线与轮组合可 实现任何空间角度拉动传动的特点，正反向分别都采用拉动传动拖动太阳能利用装置跟踪 光线偏转或者返回复位。线传动即可以控制单独的太阳能利用装置也可以通过互相串连、 并联或串连与并联相结合的连动的方式实现太阳能利用装置阵列式连动跟踪，尤其采用钢 丝绳传动时可彻底降低跟踪成本。为实现线传动式跟踪反射聚光低成本方案，采用改进的角平分线式定向反射原 理，角平分线式定向反射机构的跟踪摇杆的转轴按与地球极轴平行的方式安装，即跟踪摇 杆采用极轴跟踪方式，在一些特殊位置，采用平行连杆机构的等效跟踪摇杆满足跟踪机构各部件自由的工作空间。这样，因为极轴跟踪的特点，跟踪摇杆的方位角跟踪为与地球自转 对应的勻速旋转规律，而高度角为与地球公转对应的一年只有在士23. 5°范围变化一个周 期，所有反射镜的跟踪摇杆都同步工作。显然，即使每个反射镜的跟踪摇杆都直接采用电机 控制也比传统的复杂的控制方案有实质性优势，而用线传动方式取代平行连杆式使连动跟 踪无论投资成本还是跟踪性能都是实质性突破。在低倍反射聚光领域，线传动式跟踪系统按时钟控制的开环方式就可以满足跟踪 精度要求而不需要增加传感器反馈系统，是最经济的跟踪方式，而低倍聚光最主要的用途 是低倍聚光光伏。采用光伏电池背板散热措施满足电池聚光下正常工作，可充分发挥线传 动式连动跟踪方法的低成本优势而使太阳能发电成本大幅度下降。线传动式跟踪的具体解决方案灵活多样，具体将结合实施例进一步说明。本发明的优点1.提出最简单的以钢丝绳为主要方式的线传动式连动跟踪解决方案将彻底降低 太阳能跟踪成本。2.充分发挥线传动的低成本优势，可尽可能采用大半径传动，减小构件应力，增加 太阳能利用装置的跟踪稳定性及抗风性能。3.以并联方式为主的连动方式，而且母线可采用钢筋钢管等刚性件，可避免误差 与变形累积，确保太阳能跟踪阵列有足够的稳定性与跟踪精度。4.提供了从普通太阳能装置到反射聚光系统，从屋顶到地面的各种线传动式跟踪 的完全解决方案，具有普遍的适用性。5. 一个连动跟踪阵列可以做到单轴跟踪只须有一个电机或者双轴跟踪只须两个 电机，整个阵列除主动轮外无需减速机构，可实现无油润滑直接传动，更容易适应荒漠地 区，抗风沙寿命长传动效率高。6.充分发挥了连动跟踪的超低成本优势，将对太阳能产业包括各种太阳能光伏发 电(如普通光伏的单轴或双轴跟踪、低倍及高倍聚光光伏等)、中高温甚至低温太阳能热利 用及太阳能热发电等各领域产生重要影响。
图1是单台太阳能利用装置采用半轮式线传动跟踪原理图；图2是单列双母线并联方式的线传动式连动跟踪原理图；图3是多列双母线并联方式的线传动式连动跟踪原理图；图4与图5是两种线传动导向轮安装方式；图6是两种单母线并联方式的线传动式连动跟踪原理图；图7是一种多列单母线并联方式原理图；图8是一种串联方式的线传动式连动跟踪的示意图；图9与图10是按竖直拉驱动方式的线传动式连动跟踪两种位置图；图11是竖直拉传动方式的线传动式连动跟踪的双母线连接驱动原理图；图12是斜直拉驱动方式的线传动式跟踪原理图；图13是斜直拉驱动方式的几何计算分析图；图14是斜直拉驱动方式的凸轮式张紧补偿原理图15是太阳能利用装置上增加了线支撑架的两种工作状态示意图16是采用斜直拉驱动的太阳能利用装置线作用点高于受光面的示意图
图17与18是可用于线传动极轴式双轴跟踪的悬臂斜轴支架示意图19是悬臂斜轴与三脚支架结合处采用销轴连接的偏心旋转结构示意图
图20是线传动式跟踪系统反馈补偿装置的螺母螺杆执行机构原理图21与图22是角平分线式定向反射机构原理图。
图23是跟踪摇杆采用平行连杆结构的等效机构原理图24是角平分线式定向反射机构的跟踪摇杆采用极轴式跟踪示意图25是具有背板液槽散热功能的聚光电池组件示意图26是电池板散热液槽结构简图27是水平轴单轴跟踪支架上的反射镜阵列实现跟踪聚光示意图28是圆盘支架采用线传动式跟踪示意图29棘轮机构式线传动方式示意图30棘轮机构式线传动方式连动示意图31圆盘支架导轨示意图。
具体实施例方式实施例1，半轮线传动式跟踪及其阵列串并联连动如附图1所示的单台太阳能利用装置采用线传动跟踪原理图，太阳能利用装置1 安装了大直径半轮2，由主动轮4通过钢丝绳3的绕合传动拖动半轮即拖动太阳能利用装置 1跟踪太阳光线偏转，主动轮4与绕合的钢丝绳直接利用摩擦力传动，适合任何太阳能利用 装置的单轴跟踪。因为其跟踪角度一般都在士90°范围内，太阳能利用装置采用半轮传动， 可尽可能增大轮直径甚至可以超过太阳能利用装置的宽度，增加减速比减小传动应力且节 约材料，拖动主动轮的减速电机成本也大幅下降。半轮并不局限只是180度的圆周，可视传 动需要大于或小于180度。附图2是单列双母线并联方式的线传动式连动跟踪原理图，拖动半轮旋转的钢丝 绳经过导向轮5及连接扣6与母线钢丝绳7连接，与母线并联的太阳能利用装置统一由母 线主动轮8拖动实现线传动式连动跟踪，图中所示太阳能利用装置与母线钢丝绳都是水平 布置的，半轮及其传动钢丝绳是竖直平面内安装的。附图3是多列双母线并联方式的线传动式连动跟踪原理图，支线母线9通过导向 轮与总线母线10连接最终由总母线主动轮11拖动实现整个阵列的线传动式连动跟踪。附图4与附图5是两种导向轮安装方式，附图4中导向轮12适合引导太阳能利用 装置与母线之间的钢丝绳连接，附图5适合引导母线与母线之间的连接。附图6是两种单母线并联方式的线传动式连动跟踪原理图，在下图的连接方式 中，增大半轮直径甚至可以不用导向轮，是比较简单的线传动模式。通过图示两种连接方式 有机组合，跟踪阵列的母线可以按“S”形串连，整体可实现“凹”字形的串连式闭路连动跟
S示ο图7是一种多列单母线并联方式的复合并联原理图，由主动轮13拖动整个跟踪阵 列，并联可以减少传动系统累积误差。
图8是一种单母线串联方式的线传动式连动跟踪的示意图，线和轮(图中虚线所 示)的绕合中增加了二者锁定点14，转轮可安装在太阳能装置传动轴上的传动方式，比较 适合小型或者微型连动跟踪阵列。本实施例中以钢丝绳传动说明了线传动跟踪的特点，事实上具有线传动特点的各 种链传动、皮带传动等也可以，尤其在连动跟踪阵列的主动轮传动机构中采用链传动或者 双齿条齿轮传动等可满足大扭矩需要。而在线传动式跟踪系统中的母线直线段，可以采用 钢管或钢筋等直线刚性件增加传动的可靠性。本实施例所述的线传动式单轴跟踪方法，不仅适合光伏领域也适合光热领域，如 太阳能热水器的低温光热及槽式聚光的中高温光热领域等。实施例2，竖直拉线传动方式为了进一步降低跟踪投资成本省掉半轮，采用如附图9与图10所示的按竖直拉驱 动方式的线传动式连动跟踪方法，太阳能利用装置20由竖直方向的钢丝绳21拖动经过辊 筒式导向轮22与母线连接(图中母线未显示)，这种连动跟踪过程中钢丝绳之间的距离总 是在变化的，辊筒导向轮的长度须满足跟踪过程中钢丝绳在其上的横向位移范围。与实施 例1所述跟踪阵列中母线之间的连接传动方式类似，但是为适应钢丝绳间距变化特点，附 图11显示了竖直拉传动方式的双母线连接原理及主动轮的传动方式，用实线与虚线区别 两个方向的母线钢丝绳。当主动轮M拖动转盘23旋转时两个方向的母线将以同样的运动 规律传动，在非主动轮位置的母线交汇处，采用同样的转盘互相连接即可。实施例3，斜直拉线传动方式如附图12所示的斜直拉驱动方式的线传动式跟踪原理，可以避免实施例2中母线 间距存在位移的麻烦。但是斜直拉传动方式的一个特点是随着太阳能利用装置的偏转角度 变化，两侧钢丝绳的伸长量与缩短量不等量变化，须增加张紧补偿装置。附图13是斜直拉驱动方式的几何计算分析图，AC为太阳能利用装置上钢丝绳作 用点距离，AB与BC为两侧钢丝绳的斜拉长度延长到交点的理论长度，0为偏转中心，0为太 阳能装置偏转角，设定OA = OC = R及OB = H，两侧斜拉绳的长度之和为L，容易确定下面
的关系式
AB2=R2+H2-2RHcos(90° -0)
权利要求
1.一种线传动式太阳光线跟踪方法，控制系统通过传动系统使太阳能利用装置跟踪光 线偏转，其特征是太阳能利用装置采用线传动机构单独或统一连动跟踪光线偏转，线传动 机构通过轮或者半轮或者棘轮机构连接驱动太阳能利用装置偏转，或者直接连接驱动。
2.如权利要求1所述的线传动式太阳光线跟踪方法，其特征是太阳能利用装置由线 传动机构按竖直拉方式或斜直拉方式直接连接驱动，采用斜直拉方式驱动时增加张紧补偿 机构，补偿机构采用了凸轮机构方式或者其它补偿方式。
3.如权利要求2所述的线传动式太阳光线跟踪方法，其特征是太阳能利用装置采用 斜直拉方式驱动时增设了为增加线支撑点的传动线支撑架。
4.如权利要求1所述的线传动式太阳光线跟踪方法，其特征是太阳能利用装置互相 连动跟踪，线传动系统按单母线或双母线方式互相串联或者并联或者串联与并联相结合。
5.如权利要求1所述的线传动式太阳光线跟踪方法，其特征是太阳能利用装置采用 了便于极轴方式跟踪的三脚支撑或其它支撑方式的悬臂斜轴支架，悬臂斜轴与支架结合处 采用销轴连接的偏心旋转结构，太阳能利用装置采用直接安装在斜轴上的单轴跟踪方式或 者采用增加了横轴的双轴跟踪方式。
6.如权利要求1所述的线传动式太阳光线跟踪方法，其特征是太阳能利用装置增加 了跟踪反馈补偿装置，其执行机构采用螺母螺杆机构或者采用其它装置控制线传动机构在 太阳能利用装置上的两个传动线端的位移。
7.一种反射聚光方法，跟踪系统控制反射镜跟踪光线偏转，使反射光线总是聚集于目 标点，其特征是反射镜的跟踪机构采用角平分线式定向反射原理，其跟踪摇杆采用极轴跟 踪方式，驱动装置通过直接驱动跟踪摇杆或直接驱动反射镜控制反射镜方位角，驱动装置 采用线传动机构或者电动机构。
8.如权利要求10所述的反射聚光方法，其特征是跟踪摇杆采用平行连杆结构的等效 机构。
9.如权利要求1所述的线传动式太阳光线跟踪方法，用于反射跟踪聚光，其特征是由 线传动连动机构控制圆盘支架或水平轴支架一维跟踪偏转，支架上的反射镜阵列按角平分 线式定向反射机构的一维跟踪方式跟踪控制。
10.如权利要求7或权利要求9所述的跟踪反射聚光方法，其特征是用于太阳能聚光 光伏，光伏电池安装在聚光点位置且正面朝向反射光，电池组件背板槽内装有散热液体，散 热液体采用了以下散热方式之一，(1)自然散热；( 水冷散热；C3)自然循环式热管散热； (4)远传热管散热；( 空调回收热量。
全文摘要
本发明涉及线传动式连动跟踪光线方法及其反射聚光光伏发电，属于太阳能自动跟踪及其聚光光伏领域。利用太阳光线偏转很慢及±90°左右范围的特点，及钢丝绳传动与轮组合可实现任何空间角度的拉动传动的特点，正反向都采用拉动使太阳能利用装置跟踪光线偏转或者返回复位。线传动即可以控制单独的太阳能利用装置也可以通过互相串连、并联的连动的方式实现太阳能利用装置阵列式连动跟踪，可大幅度降低跟踪成本，同时提出了线传动式的太阳能定点反射聚光方法和聚光光伏发电的电池散热方法。
文档编号G05D3/00GK102073321SQ20101055537
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月23日 优先权日2009年11月24日
发明者张玉良 申请人:张玉良