专利名称：一种太阳能集热器自动追日的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能集热器自动追日技术领域，尤其是指一种 槽式太阳能集热器一维自动追日系统的控制以及机械传动装置。
背景技术：
随着科学技术的日新月异，许多能源不断地被开发应用，而太阳 能更是其中 一种近乎取用不尽的能源，其越来越受到当今社会的关 注，进而成为未来重点开发之新兴能源技术领域。
传统太阳能集热器是采用固定式集热方式，因"余弦效应"，其 受光集热板在日照期间仅在某一时间段达到最高日照率，其余时间则 无法行之有效地收集日照光能，使整天的光能收集率不高，因此，如 何提高光能收集率随之成为业者今后亟待改善之课题。
槽式太阳能热利用系统是利用槽式抛物面聚光反射镜将太阳光 聚焦成一条线来加热集热管中的工作介质，然后热介质与水进行热交
换产生过热蒸汽，驱动蒸汽机发电，通常采用10 0至15 0米长的10 OKWe 为单元的集热器，通过复加组成平行的阵列，达到设计的发电能力。 作为聚焦式集热器，槽式太阳能集热器必须进^f亍太阳能自动跟踪，随 着太阳光的偏移，4吏槽式抛物反射面的太阳光能够同步的聚焦在线型 集热管上，并满足一定的聚焦跟踪精度，否则无法集热。
当今，业界提供了各种各样太阳能集热器追日系统，例如可参阅 中国专利申请第CN1734206号、CN101067520A所公开相应的资料； 另外，如何使集热器中集热板转动/定位方面稳定也是目前业者所必 需解决之问题。
槽式太阳能集热系统最大的特点是只需一维追日，使它的控制和追日驱动成本比必须多维追日的塔式或碟式太阳能集热器低，且一般 是利用液压系统进行驱动。然而借助液压装置存在一定的缺陷，如必 须先建立大型油压站，其建造费用大，且液压装置中的伸缩油压杆会 因风沙及灰尘的4曼入，导致油压系统控制不精确现象发生，况且一旦 油压稍有一点泄露也会直接影响到定位不稳定，在如风力的外力干扰 下就会发生位移，故给追光系统实施带来困扰。
发明内容
本发明针对上述现有技术所存在之缺失，主要目的在于提供一种 太阳能集热器自动追日的方法和系统，本发明的 一 维自动追日系统的 控制及机械传动装置，既可做到精确追日，又可有效地保证聚光器在 追日过程中转动/固定之稳定性。
为实现上述之目的，本发明采取如下技术方案 实施一种太阳能集热器自动追日的方法，所述方法包括如下步
骤
a.首先设置可转动的槽式抛物面反射镜，槽中有设置太阳能集热 器的位置；
b. 然后设置一智能控制单元，所述智能控制单元包括一追日控制 模块，所述追日控制模块测算出槽式抛物面反射镜指向太阳的实 时夹角；
c. 再设置一个二象限光电检测器，由二象限光电检测器实时检测 太阳光线，以此调节修正追日控制模块所测算实时夹角的偏差；
d. 将智能控制单元再连接一电控模块，该电控模块与机械传动机 构连接，驱动槽式抛物面反射镜对准太阳。
上述方法中，所述追日控制模块包括一时钟程序控制模块，所述 时钟程序控制模块按计算的太阳运动规律来控制机械传动机构的运动。上述方法中，所述步骤C中二象限光电检测器实时检测太阳光
线，然后将信号输出到信号调理及放大电路所述信号调理及放大电 路对二象限光电检测器的微弱信号进行放大，并转化成0 ~ 5V信号， 送入A/D转换器进行处理。
上述方法中，所述步骤b中，时钟程序控制模块将月份信息、日 期信息、时钟信息送至智能控制单元；
上述方法中，所述智能控制单元中还包括一太阳季节轨迹模块， 在所述步骤b中，所述太阳季节轨迹模块从智能控制单元取回月份信 息，根据一年四季太阳轨迹的不同，输出季节参数到智能控制单元参 与运算。
上述方法中，所述电控模块可以是PLC电控模块或单片机电控模 块；所述电控模块向机械传动机构中传输的工作信号指令，是控制伺 服电机、刹车器开停的指令。
根据上述方法设计制造一种太阳能集热器自动追日的系统，所述 系统包括槽式抛物面反射镜，槽中有设置太阳能集热器的位置，所述 系统还包括
一才几4成传动纟几构，
一智能控制单元，
一个二象限光电检测器，
一电控模块，
所述智能控制单元包括一追日控制模块和连接二象限光电检测 器，所述智能控制单元亦连接电控模块，所述电控模块连接机械传动 机构，所述机械传动机构驱动槽式抛物面反射镜。
上述系统中，所述机械传动机构包括伺服电机、减速器、刹车器、 槽式抛物面反射镜偏转齿轮；所述槽式抛物面反射镜偏转齿轮与减速 器的传动齿轮啮合；刹车器包括电磁线圈抱闸方式，该刹车器的刹车 轮与上述槽式抛物面反射镜偏转齿轮均套装于同 一旋转主轴上。
7上述系统中，减速器依次由高速轴、中间齿轮以及低速轴啮合而成，该低速轴与传动齿轮啮合，而高速轴则与联轴器啮合。
上述系统中，刹车器包括一基座，该基座上安装有两可张开/闭合的控制杆，其中一控制杆的外侧设有电磁线圈组件，位于两控制杆之间具有一弹簧组件，且两控制杆的内侧各固装有一抱闸片，该抱闸片设于刹车轮外围。
本发明与现有技术相比，其最大优点在于保证了精确的追日控制，本发明以时钟程序控制为主，采用传感器实时监测作反馈的"闭环"控制方式，这种控制方式对时间程序进行了累积误差修正，使之在任何气候条件下都能得到稳定而可靠的跟踪控制。而且，通过机械传动方式取代现有的油压方式，使聚光器在追光过程中转动/固定更具较佳的稳定性，且不受外界因素之干扰其工作，同时无须建造大型油压站，使之^7V小，有利于施工。
图1是本发明太阳能集热器自动追日的方法和系统中智能控制
单元内嵌程序运行步骤方框图2是本发明太阳能集热器自动追日的方法和系统中光电检测部分原理方框图3是本发明太阳能集热器自动追日的方法和系统整体机械示意图4是本发明图3的太阳能集热器自动追日的方法和系统中加上
聚光板后A向右旋90°的侧视示意图5是本发明的简易电连接原理示意图6是本发明图3的B-B左旋90°之侧视示意图7是本发明太阳能集热器自动追日的方法和系统中时钟程序
控制;f莫块原理方框图。
81、 伺服电机
2、 减速器 21、联轴器 22、高速轴 23、中间齿轮 24、 低速轴25、传动齿轮
3、 偏转齿轮
4、 刹车器 41、基座 42、 42，、 控制杆 43、电磁线圈 组件44、弹簧组件45、抱闸片 46、刹车轮
5、 电控模块
6、 聚光板支撑杆
7、 槽式抛物面反射镜71、聚光板72、集热管支架73、集
热管
8、 旋转主轴
9、 电子振荡时钟计时器
10、 二象限光电检测器
具体实施例方式
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步描述。 请参阅图1~图7所示
实施一种太阳能集热器自动追日的方法，所述方法包括如下步
骤
a. 首先设置可转动的槽式抛物面反射镜7,槽中有设置太阳能集 热器73的位置；
b. 然后设置一智能控制单元120，所述智能控制单元120包括一 追日控制模块，所述追日控制模块测算出槽式抛物面反射镜7指 向太阳的实时夹角；
c. 再设置一个二象限光电检测器10,由二象限光电检测器10实 时检测太阳光线，以此调节修正追日控制模块所测算实时夹角的
9偏差；
d.将智能控制单元120再连接一电控模块5,该电控模块5与机 械传动机构连接，驱动槽式抛物面反射镜7对准太阳。 所述追日控制模块包括一时钟程序控制模块100,所述时钟程序 控制模块100按计算的太阳运动规律来控制机械传动机构的运动。
所述步骤c中二象限光电检测10器实时检测太阳光线，然后将 信号输出到信号调理及放大电路11:所述信号调理及放大电路11对 二象限光电检测器10的微弱信号进行放大，并转化成0 ~ 5V信号， 送入A/D转换器12进行处理，处理后的信号输入到智能控制单元120, 智能控制单元120对时钟程序控制模块100和A/D转换器12的信号 综合处理。
所述步骤b中，时钟程序控制模块100将月份信息、日期信息、 时钟信息送至智能控制单元120;
所述智能控制单元120中还包括一太阳季节轨迹^i块，在所述步 骤b中所述太阳季节轨迹模块从智能控制单元120取回月份信息，根 据一年四季太阳轨迹的不同，输出季节参数到智能控制单元120。
所述电控模块5可以是PLC电控模块或单片机电控模块；所述电 控模块5向机械传动机构中传输的工作信号指令，是控制伺服电机1、 刹车器4开停的指令。
根据上述方法，加工制造一种太阳能集热器自动追日的系统，所 述系统包括槽式抛物面反射镜7,槽中有设置太阳能集热器73的位 置，尤其是，所述系统还包括
一机纟成传动4几构，
一智能控制单元120，
一个二象限光电检测器10,
一电控模块5，
所述智能控制单元120包括一追日控制模块和连接二象限光电检测器10,所述智能控制单元120连接电控模块5,所述电控模块5 连接机械传动机构，所述才几械传动机构驱动槽式抛物面反射镜7。
所述机械传动机构包括伺服电机l、减速器21、刹车器4、槽式 抛物面反射镜偏转齿轮3;所述槽式抛物面反射镜偏转齿轮3与减速 器2的传动齿轮啮合；刹车器4工作原理包括电磁线圈抱闸方式，该 刹车器4的刹车轮与上述槽式抛物面反射镜偏转齿轮均套装于同一 旋转主轴上。
减速器2依次由高速轴22、中间齿轮23以及低速轴24啮合而 成，该低速轴24与传动齿轮25啮合，而高速轴22则与联轴器21啮 合。
上述刹车器4包括一基座41,该基座41上安装有两可张开/闭 合的控制杆42、 42，，其中一控制杆的外侧设有电磁线圈组件43， 位于两控制杆之间具有一弹簧组件44,且两控制杆的内侧各固装有 一抱闸片45,该抱闸片设于刹车轮46外围。
如图3所示，伺服电机l,可以为步进电机；其用于驱动减速器 2工作。
减速器2,其通过联轴器21与伺服电机1轴接；该减速器2依 次由高速轴22、中间齿轮23以及低速轴24啮合而成，该低速轴24 与减速器2外部的传动齿轮25啮合，而高速轴22则与联轴器21啮 合。
偏转齿轮3，其用以促使槽式抛物面反射镜7偏转之设计，其与 减速器2的传动齿轮25啮合，进而会在传动齿轮25的控制下进行转 动工作；该转轴齿轮3上固装有聚光板支撑杆6，该聚光板支撑杆6 支撑槽式抛物面反射镜7，从图中可以看出，该槽式抛物面反射镜7 可以是由抛物面聚光板71、集热管支架72以及集热管73共同构成。
刹车器4，在最佳实施例中其为电磁线圈抱闸式构造；在其他实 施方式中可以有其他选择。其中，该刹车器4包括一基座41,该基座41上安装有两可张开 /闭合的控制杆42、 42',其中一控制杆42的外侧设有电磁线圈组 件43,位于两控制杆42、 42，之间具有一弹簧组件44，且两控制杆 42、 42'的内侧各固装有一抱闸片45,该抱闸片45设于刹车轮46 外围，而该刹车轮46与上述转轴齿轮3均套装于同一旋转主轴8上；
如图5、图7所示，电控模块5可以选用PLC,该PLC电控模块 5与上述伺服电机1、刹车器4电性连接，用于给伺服电机1、刹车 器4提供相应的工作信号指令。
电子振荡时钟计时器9,给电控模块5提供精确的时钟脉沖。
如图5所示，最佳的，二象限光电检测器10,有两组，平行排 列中间有一日影杆，用于产生对比光照电阻，经过对比之后，给电控 模块5 —个修正偏转信号，电控模块5发出指令，伺服电机1旋转一 个精确的追日定位角度.
再看图1、图2、图5:
本发明主要针对槽式太阳能集热器的 一维追日控制和驱动。 首先，智能控制单元120中已经内嵌预设的电脑控制程序，实施 例之一可以置入已经固化程序的IC。经过计算，控制槽式抛物面反 射镜7的聚光板71进行分时且精确定时转过一个角度。时钟主调节 后，再采用二象限光电检测，二象限光电检测器10与槽式抛物面反 射镜7是钢性连接，二象限光电检测器10的光跟踪即反映了槽式抛 物面反射镜7的跟踪，当太阳光线与太阳能接收板之间发生相对倾斜 时，二象限光电检测器IO输出光电信号，信号经过调理、放大及A/D 转换，再送入智能控制单元120;智能控制单元120对输入的偏差信 号进行分析比较和处理，然后控制驱动电机运转，调整二象限光电检 测器10的角度，使二象限光电检测器IO对准太阳。从而消除时钟控 制的累积误差，实现槽式抛物面反射镜7能精确、自动跟踪太阳的目 的。本发明属于单轴跟踪原理，通过比较各方向光源信号的强弱，驱动电机转动，调整太阳能聚光槽式抛物面反射镜的方向，使槽式抛物
面反射镜7始终正对太阳，阳光完全聚集在集热管上。
如图3—图6所示，驱动部分，聚光板71转动的原理是PLC电 控模块5先给电磁线圏抱闸式刹车器4 一个电信号指令，使其电磁线 圈组件43上电后两控制杆42、 42，打开，此时弹簧组件44呈压缩 状态，进而抱闸片45打开，即不再限制刹车轮46转动；当刹车器4 工作后PLC电控模块5相应亦会给伺服电机1发送偏转角度的指令， 该伺服电机1转过一个所预设的角度，通过减速器2的传动齿轮25 带动转轴齿轮3转动，再由转轴齿轮3进一步带动聚光板支撑杆6转 过一个所需要的角度后，伺服电机l停止转动，与此同时PLC电控模 块5给出刹车器4的电信号，使刹车器4的电磁线圈组件43断电， 两控制杆42、 42，闭合，弹簧组件44张开，如此抱闸片45闭合抱 紧刹车轮46,故因刹车轮46与转轴齿轮3同轴，而刹车轮46又与 支撑杆6同轴固接，故能够在伺服电机l不工作的情况下，保折聚光 板71不受外干扰因素而摆动，达到定位效果。
本发明设计重点在于通过以时钟程序控制为主，采用传感器实 时监测作反馈的"闭环"控制方式，得到稳定而可靠的追日跟踪控制。 而且，机械传动方式取代现有的油压方式，使聚光器在追光过程中转 动/固定更具较佳的稳定性，且不受外界因素之干扰其工作，同时无 须建造大型油压站，使之投入小，有利于施工。
如图1所示，智能控制单元120中内嵌的程序在通电后，进行初 始化设置，然后进入主程序运行，在Sl,智能控制单元120从时钟 程序控制模块100取回信息数据，然后在S2,采集光电信号信息数 据，之后将这两部分数据进行综合运算分析，这是步骤S3，之后得出 运算分析结果，看看是否需要对槽式抛物面反射镜7作角度调整，这 是一个选择步骤S4，接下来，是又一个选择步骤S5，选择是往正方向 调整，还是往负方向调整，因为每天的早晨，都要把槽式抛物面反射镜7从昨天晚上的角度大调整回来。所以这个调整有正负之分。
机械传动机构正转是步骤S6，反转是步骤S7。然后程序回到主 程序的入口处，进行新一轮控制。
参照图2，太阳光线能量充足时，在步骤S21,二象限光电检测器 IO检测到光线的照射，如果此时槽式抛物面反射镜7已经对准了太 阳，则二象限光电检测器IO输出的两对比信号是等值的，或是信号 差值很小，在步骤S22，信号调理放大电路即便是进行了放大，放大 后的信号也没有超过规定的阈值，这个模拟信号即使被送到步骤S23 的A/D转换器进行转换，智能控制单元120也不会做出要调整槽式抛 物面反射镜7的决定。
因此，步骤S24的电控模块5也就按兵不动，维持现状。步骤 25的伺服电机也静止不动，槽式抛物面反射镜7保持原来的姿态。
本发明在智能控制单元120中设置一太阳季节轨迹模块，所述太 阳季节轨迹模块从智能控制单元120取回月份信息，根据一年四季太 阳轨迹的不同，输出季节参数到智能控制单元120。
接下来将智能控制单元120将时钟信息、季节参数进行运算，定 出当前太阳能聚热器的方向角数据。
在一天的早晨，如果乌云密布，光线很暗，智能控制单元120会 根据时钟程序控制模块100送来的信息数据，确定槽式抛物面反射镜 7所应该在的位置，并且每间隔一定时间例如3分钟至15分钟之 间，调整一次槽式抛物面反射镜7的角度位置，本发明没有必要每分 每秒的平凡地调整槽式抛物面反射镜7,这样也会造成能源的浪费。
在一个实施例中，所述智能控制单元120外接一显示屏111，显 示屏11显示时钟程序控制模块100的月、日、小时信息。
在上述实施例中，图7所示显示屏111显示分钟信息以及年信息； 所述智能控制单元120还可以连接一键盘112，通过键盘112校准时 间。在上述实施例中，所述伺服电机l可以选用步进电机、伺服电 机、普通直流电机、普通交流电机。
以上所述，仅是本发明一种槽式太阳能集热器全自动追日系统的 较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据 本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修 饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1、一种太阳能集热器自动追日的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤a. 首先设置可转动的槽式抛物面反射镜，槽中有设置太阳能集热器的位置；b. 然后设置一智能控制单元，所述智能控制单元包括一追日控制模块，所述追日控制模块测算出槽式抛物面反射镜指向太阳的实时夹角；c. 再设置一个二象限光电检测器，由二象限光电检测器实时检测太阳光线，以此调节修正追日控制模块所测算实时夹角的偏差；d. 将智能控制单元再连接一电控模块，该电控模块与机械传动机构连接，驱动槽式抛物面反射镜对准太阳。
2、 根据权利要求1所述的太阳能集热器自动追日的方法，其特征 在于所述追日控制模块包括一时钟程序控制模块，所述时钟 程序控制模块按计算的太阳运动规律来控制机械传动机构的运 动。
3、 根据权利要求l所述的太阳能集热器自动追日的方法，其特征 在于所述步骤c中二象限光电检测器实时检测太阳光线，然后 将信号输出到信号调理及放大电路所述信号调理及放大电路对 二象限光电检测器的微弱信号进行放大，并转化成0 ~ 5V信号， 送入A/D转换器进行处理。
4、 根据权利要求1所述的太阳能集热器自动追日的方法，其特征在于所述步骤b中，时钟程序控制模块将月份信息、日期信息、 时钟信息送至智能控制单元。
5、 根据权利要求1所述的太阳能集热器自动追日的方法，其特征 在于所述智能控制单元中还包括一太阳季节轨迹模块，在所 述步骤b中所述太阳季节轨迹模块从智能控制单元取回月份信 息，根据一年四季太阳轨迹的不同，输出季节参数到智能控制 单元。
6、 根据权利要求1所述的太阳能集热器自动追日的方法，其特征 在于所述电控模块包括PLC电控模块或是单片机电控模块； 所述电控模块向机械传动机构中传输的工作信号指令，是控制 伺服电机、刹车器开停的指令。
7、 一种太阳能集热器自动追日的系统，所述系统包括槽式抛物面 反射镜，槽中有设置太阳能集热器的位置，其特征在于，所述 系统还包4舌一枳4成传动4几构， 一智能控制单元， 一个二象限光电检测器，一电控模块，所述智能控制单元包括一追日控制模块和二象限光电检 测器，所述智能控制单元连接电控模块，所述电控模块连接机 械传动机构，所述机械传动机构驱动槽式抛物面反射镜。
8、 根据权利要求7所述的太阳能集热器自动追日的系统，其特征在于所述机械传动机构包括伺服电机、减速器、刹车器、槽 式抛物面反射镜偏转齿轮；所述槽式抛物面反射镜偏转齿轮与 减速器的传动齿轮啮合；刹车器包括电磁线圈抱闸方式，该刹 车器的刹车轮与上述槽式抛物面反射镜偏转齿轮均套装于同一 旋转主轴上。
9、 根据权利要求7所述的太阳能集热器自动追日的系统，其特征 在于减速器依次由高速轴、中间齿轮以及低速轴啮合而成，该 低速轴与传动齿轮嗜合，而高速轴则与联轴器啮合。
10、 根据权利要求7所述太阳能集热器自动追日的系统，其特征在 于所述刹车器包括一基座，该基座上安装有两可张开/闭合的控制 杆，其中一控制杆的外侧设有电磁线圈组件，位于两控制杆之 间具有一弹簧组件，且两控制杆的内侧各固装有一抱闸片，该 抱闸片设于刹车轮外围。
全文摘要
一种太阳能集热器自动追日的方法和系统，本发明的系统包括智能控制单元，二象限光电检测器，信号调理及放大电路，电控模块，伺服电机，减速器和槽式抛物面反射镜；该电控模块给伺服电机、刹车器提供相应的工作信号指令，驱动槽式抛物面反射镜对准太阳，本发明以时钟程序控制为主，二象限光电检测器实时对比监测为辅，作“闭环”反馈式的控制，得到稳定而可靠的追日跟踪控制效果。本发明用机械传动方式取代现有的油压方式，使集热器在追光过程中转动和定位更加稳定，不受外界因素干扰，同时本发明无须建造油压站，节省施工投入，施工更加便利。
文档编号F24J2/38GK101476787SQ20091010499
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月13日 优先权日2009年1月13日
发明者浩 刘, 易建和 申请人:东莞市康达机电工程有限公司