太阳能双轴跟踪器的制作方法

1.本发明涉及新能源设备技术领域，更具体地说，特别涉及一种太阳能双轴跟踪器。


背景技术：

2.太阳能是新能源及可再生能源领域中备受人们关注和研究的一种能源。太阳能利用方式主要是光热转换和光电转换两种形式，这两种形式已被人们广泛应用且形成大规模的产业化，产生了良好的经济价值。
3.太阳能的利用虽然具有诸多优点，但是仍然存在一定的应用缺陷，例如：太阳能存在着密度低，间歇性，光照方向和强度不断随时间变化等问题。尤其是太阳东升西落，使得固定式太阳能转换模块(例如太阳能电池板)无法全天候正对太阳，造成太阳能转换效率的降低。如果需要提高太阳能的转换效率，就需要提供一套太阳自动跟踪系统来使得太阳能转换模块实时跟踪太阳。
4.在现有技术中，典型的太阳自动跟踪系统主要包括有两种形式：1、单轴跟踪，既只在方位角跟踪太阳，高度角作季节性调整；2、双轴跟踪，既在方位角和高度角两个方向跟踪太阳轨迹。显然，双轴跟踪的效果优于单轴跟踪。
5.但是，目前太阳能双轴跟踪系统主要应用在光伏领域，而在光热领域中基本都是采用单轴跟踪，其主要原因是由于太阳能光热需要安装液体管路，双轴跟踪相对单轴跟踪液体管路安装要复杂的多，从而造成成本和故障率的增加。此外双轴跟踪和单轴跟踪相比难以大量级联造成建设成本提高，其也是双轴跟踪难以普及的原因。


技术实现要素：

6.(一)技术问题
7.综上所述，如何提供一种适用于光热领域使用的多轴跟踪系统，用于提高太阳能转换模块的转换效率，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
8.(二)技术方案
9.本发明提供了一种太阳能双轴跟踪器，在本发明中，该太阳能双轴跟踪器包括：
10.用于将太阳光辐射转换成热能以及电能的聚能热管电池；
11.在高度方向上，设置于所述聚能热管电池下方的聚光镜，所述聚光镜用于将太阳光辐射反射到所述聚能热管电池上；
12.在高度方向上，设置于所述聚光镜下方的辅梁，所述聚光镜与所述辅梁连接；
13.辅梁安装架，所述辅梁可转动地设置于所述辅梁安装架，所述辅梁可绕其轴线自转且所述聚光镜可随所述辅梁联动；
14.在高度方向上，设置于所述辅梁安装架下方的主梁，所述主梁与所述辅梁水平设置且所述主梁与所述辅梁垂直；
15.主梁安装架，所述主梁可转动地设置于所述主梁安装机上，所述主梁可绕其轴线自转，所述辅梁安装架设置于所述主梁上并可随所述主梁联动；
16.第一驱动装置，所述第一驱动装置与所述主梁动力连接；
17.第二驱动装置，所述第二驱动装置与所述辅梁动力连接。
18.优选地，在本发明所提供的太阳能双轴跟踪器中，所述聚光镜为弧形板式结构，所述聚光镜的上侧面为能够反光的反光面，所述反光面具有聚光轴，所述聚光轴为由所述反光面反光汇聚形成的一条聚光焦线，所述聚光轴贯穿所述聚能热管电池。
19.优选地，在本发明所提供的太阳能双轴跟踪器中，于所述辅梁上设置有沿垂直于所述辅梁的轴线方向伸展的支臂，所述支臂为多段式上弯支臂，所述支臂以两个为一组，同一组的两个所述支臂对称分设于所述辅梁的两侧，沿所述辅梁的轴线方向间隔设置有多组所述支臂。
20.优选地，在本发明所提供的太阳能双轴跟踪器中，所述辅梁安装架包括有斜支撑，所述斜支撑倾斜设置于所述主梁的轴线方向上的两侧侧壁上，所述斜支撑以两个为一组，同一组的两个所述斜支撑对称分设于所述主梁的两侧，沿所述主梁的轴线方向上间隔设置有多组所述斜支撑，于所述斜支撑的顶端设置有主框架，于所述主框架上设置有轴承座，所述辅梁通过所述轴承座设置于所述主框架上。
21.优选地，在本发明所提供的太阳能双轴跟踪器中，所述辅梁安装架还包括有竖直设置的连杆，所述连杆竖直设置，所述连杆套设于所述辅梁上并与所述辅梁联动，所述聚能热管电池设置于所述连杆的顶端。
22.优选地，在本发明所提供的太阳能双轴跟踪器中，于所述连杆的底端铰接有联动杆，所述第二驱动装置与所述联动杆动力连接并通过所述联动杆带动所述辅梁动作。
23.优选地，在本发明所提供的太阳能双轴跟踪器中，所述主梁安装架包括有竖直设置的侧支架，所述侧支架为三脚架结构，所述侧支架设置有两个，两个所述侧支架分设于所述主梁的两侧，于所述侧支架上设置有轴承座，所述主梁通过所述轴承座安装于所述侧支架上，于两个所述侧支架之间还设置有底架。
24.优选地，在本发明所提供的太阳能双轴跟踪器中，所述第一驱动装置为回转电机；所述第二驱动装置为回转电机。
25.优选地，在本发明所提供的太阳能双轴跟踪器中，所述聚能热管电池包括有透明管，于所述透明管的两端设置有端盖，与所述透明管连接有换热介质循环系统，于所述透明管内封装有太阳能电池片，由所述太阳能电池片引出有电力导线，所述电力导线密封穿过所述端盖向外伸出；所述透明管流通有换热介质，由所述换热介质吸收太阳光辐射升温向外输出热能；由所述太阳能电池片将太阳光辐射转换成电能向外输出。
26.优选地，在本发明所提供的太阳能双轴跟踪器中，所述透明管为真空玻璃管。
27.(三)有益效果
28.本发明提供了一种太阳能双轴跟踪器，该太阳能双轴跟踪器包括有用于将太阳光辐射转换成热能以及电能的聚能热管电池，本发明在聚能热管电池的下方设置有聚光镜，聚光镜用于将太阳光辐射反射到聚能热管电池上，本发明在聚光镜的下方设置有辅梁，聚光镜与辅梁连接，辅梁可转动地设置于辅梁安装架，辅梁可绕其轴线自转且聚光镜可随辅梁联动，本发明在辅梁安装架的下方设置有主梁，主梁与辅梁水平设置且主梁与辅梁垂直，主梁可转动地设置于主梁安装机上，主梁可绕其轴线自转，辅梁安装架设置于主梁上并可随主梁联动。在本发明中，主梁与辅梁为垂直设置，主梁能够自转，辅梁能够自转，这样就可
以在水平方向上形成x轴向的旋转自由度以及y轴向的旋转自由度。本发明在原单轴跟踪系统基础上又增加了一维轴向跟踪，优化了跟踪结构和传动方式，使得聚光镜可以在两个旋转轴运动，能同时跟踪太阳的方位角与高度角的变化，从而保证最佳的聚光效果以提升发热效率。
附图说明
29.图1为本发明一种实施例中太阳能双轴跟踪器的结构示意简图。
30.在图1中，部件名称与附图编号的对应关系为：
31.聚能热管电池1、聚光镜2、辅梁3、辅梁安装架4、主梁5、主梁安装架6、第一驱动装置7。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
33.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.请参考图1，图1为本发明一种实施例中太阳能双轴跟踪器的结构示意简图。
36.本发明提供了一种太阳能双轴跟踪器，在平面内建立笛卡尔坐标系，在水平面内的横轴与纵轴为x轴与y轴，竖直高度方向上的轴线为z轴。本发明所提供的太阳能双轴跟踪器具有可绕x轴转动与可绕y轴转动的旋转自由度。
37.在本发明中，该太阳能双轴跟踪器包括如下组成部分：
38.1、用于将太阳光辐射转换成热能以及电能的聚能热管电池1。
39.聚能热管电池1具有两种功能，一个是将太阳光辐射转换成热能，一个是将太阳光辐射转换成电能。
40.对于将太阳光辐射转换成热能，本发明是通过设置透明管及相关辅助配件实现该功能的。
41.具体地，聚能热管电池1包括有透明管，透明管优选为玻璃管，其横截面优选为圆形，透明管优选为直通管，于透明管的两端设置有端盖，端盖用于封闭透明管的两端，从而使得透明管形成一个能够允许换热介质流通的封闭管结构。
42.本发明设置透明管的目的是实现换热介质在透明管中流通，从而吸收太阳光辐射升温，进而提供热能(热水)，因此，在实际工作过程中，换热介质需要流动，为此本发明提供
了一套与透明管连接有换热介质循环系统，换热介质循环系统包括有蓄热箱，蓄热箱通过管路与透明管连通，在管路上设置了水泵，由水泵泵送换热介质在循环系统中循环流动。
43.对于将太阳光辐射转换成电能，本发明是通过设置太阳能电池片来实现该功能的。具体地，本发明在透明管内封装有太阳能电池片(单晶硅太阳能电池片或者是多晶硅太阳能电池片)，由太阳能电池片引出有电力导线(用于将太阳能电池片转换的电能向外输出)，电力导线密封穿过端盖向外伸出(在端盖上设置有对接管，用于换热介质的输出，在端盖上开设有孔结构，在孔结构中设置耐候橡胶塞，电力导线穿过耐候橡胶塞向外伸出，上述的对接管可以一体成型于端盖上，在耐候橡胶塞与端盖以及电力导线之间可以设置密封胶来提高密封性)。
44.在上述结构设计中，透明管流通有换热介质，由换热介质吸收太阳光辐射升温向外输出热能；由太阳能电池片将太阳光辐射转换成电能向外输出。
45.需要说明一点的是：本发明将太阳能电池片来封装到透明管内，在太阳能电池片来的外侧设置有透明的保护膜，用于将太阳能电池片来与换热介质隔离开。
46.在上述结构设计中，透明管内设置了太阳能电池片从而形成一个能够将太阳光辐射转换成热能以及电能的聚能热管电池1(一个组件)。
47.在现有技术中，太阳能热管或者是太阳能电池板都是采用固定式安装方式，仅有少数的太阳能发电厂使用了单轴跟踪式太阳能电池板，这就造成了太阳光辐射利用率下降的问题。
48.为了解决上述问题，本发明提出了两点结构优化设计：1、将光热与光电结合，形成一个聚能热管电池组件，如上述结构；2、设计了双轴跟踪结构，增加聚能热管电池1的自由度，来使得聚能热管电池1能够全天候朝向太阳。
49.在上述的第二个优化设计中，本发明采用了如下结构：在高度方向上(既使用状态下，在竖直方向上)，在聚能热管电池1的下方设置有聚光镜2，聚光镜2用于将太阳光辐射反射到聚能热管电池1上。
50.本发明还可以提供一个聚光镜2，聚光镜2的整体为弧形的可反光结构，通过设置聚光镜2能够将大面积内(聚光镜2的投影面积)的太阳光辐射反射到一个点(或者一个轴)上，设定该点为聚焦点，本发明可以将聚能热管电池1设置在聚焦点上，从而提高聚能热管电池1对太阳光辐射的吸收率，进而增加热能的输出效率。
51.进一步地，聚光镜2为弧形板式结构，聚光镜2的上侧面为能够反光的反光面，反光面具有聚光轴，聚光轴为由反光面反光汇聚形成的一条聚光焦线，聚光轴贯穿聚能热管电池1，通过结构设计，在聚光镜2绕聚光轴(或者说绕聚能热管电池1)转动时，聚光镜2所反射的太阳光辐射都能够反射到聚能热管电池1中。
52.在高度方向上(既使用状态下，在竖直方向上)，在聚光镜2的下方设置有辅梁3，辅梁3为一根长轴结构，聚光镜2与辅梁3连接，该连接结构能够使得聚光镜2与辅梁3联动，在辅梁3旋转时，聚光镜2能够以辅梁3为旋转中心绕辅梁3转动。
53.在本发明的一个实施方式中，于辅梁3上设置有沿垂直于辅梁3的轴线方向伸展的支臂，支臂为多段式上弯支臂，支臂以两个为一组，同一组的两个支臂对称分设于辅梁3的两侧，沿辅梁3的轴线方向间隔设置有多组支臂，由支臂对辅梁3上方设置的聚光镜2进行安装固定，这样能够提高聚光镜2在辅梁3上设置的牢靠程度。
54.上述结构设计能够实现聚光镜2在一个维度(x轴)上的旋转，进一步地，本发明还设置了辅梁安装架4，用于实现聚光镜2以及聚能热管电池1在另一个维度(y轴)上的旋转。辅梁3可转动地设置于辅梁安装架4，辅梁3可绕其轴线自转且聚光镜2可随辅梁3联动。在高度方向上，设置于辅梁安装架4下方的主梁5，主梁5与辅梁3水平设置且主梁5与辅梁3垂直。本发明还设置有一个主梁安装架6，通过主梁安装架6对主梁5进行安装并实现主梁5的自转。主梁5可转动地设置于主梁5安装机上，主梁5可绕其轴线自转，辅梁安装架4设置于主梁5上并可随主梁5联动。
55.本发明还设置有第一驱动装置7，第一驱动装置7与主梁5动力连接。
56.本发明还设置有第二驱动装置，第二驱动装置与辅梁3动力连接。
57.辅梁安装架4具有安装辅梁3的功能，在辅梁3上还设置有聚光镜2以及聚能热管电池1，因此，辅梁安装架4所要承受的重力较大。为了保证辅梁安装架4能够稳定、可靠地对辅梁3、聚光镜2以及聚能热管电池1进行安装，本发明对辅梁安装架4进行如下结构设计：辅梁安装架4包括有斜支撑，斜支撑倾斜设置于主梁5的轴线方向上的两侧侧壁上，斜支撑以两个为一组，同一组的两个斜支撑对称分设于主梁5的两侧，沿主梁5的轴线方向上间隔设置有多组斜支撑，于斜支撑的顶端设置有主框架，于主框架上设置有轴承座，辅梁3通过轴承座设置于主框架上。
58.进一步地，辅梁安装架4还包括有竖直设置的连杆，连杆竖直设置，连杆套设于辅梁3上并与辅梁3联动，聚能热管电池1设置于连杆的顶端。通过设置连杆，能够使得聚能热管电池1随连杆转动，这样能够使得聚能热管电池1上的电池片朝向太阳转动。
59.进一步地，于连杆的底端铰接有联动杆，第二驱动装置与联动杆动力连接并通过联动杆带动辅梁3动作。
60.在本发明中，主梁安装架6包括有竖直设置的侧支架，侧支架为三脚架结构，侧支架设置有两个，两个侧支架分设于主梁5的两侧，于侧支架上设置有轴承座，主梁5通过轴承座安装于侧支架上，于两个侧支架之间还设置有底架。
61.进一步地，第一驱动装置7为回转电机；第二驱动装置为回转电机。
62.在本发明中，具有称重作用或者具有力传递功能的部件均采用金属型材(可以为不锈钢型材，也可以为铝合金型材)，例如，联动杆、斜支撑、侧支架、连杆等。
63.由上述可知，本发明提供了一种太阳能双轴跟踪器，该太阳能双轴跟踪器包括有用于将太阳光辐射转换成热能以及电能的聚能热管电池1，本发明在聚能热管电池1的下方设置有聚光镜2，聚光镜2用于将太阳光辐射反射到聚能热管电池1上，本发明在聚光镜2的下方设置有辅梁3，聚光镜2与辅梁3连接，辅梁3可转动地设置于辅梁安装架4，辅梁3可绕其轴线自转且聚光镜2可随辅梁3联动，本发明在辅梁安装架4的下方设置有主梁5，主梁5与辅梁3水平设置且主梁5与辅梁3垂直，主梁5可转动地设置于主梁5安装机上，主梁5可绕其轴线自转，辅梁安装架4设置于主梁5上并可随主梁5联动。在本发明中，主梁5与辅梁3为垂直设置，主梁5能够自转，辅梁3能够自转，这样就可以在水平方向上形成x轴向的旋转自由度以及y轴向的旋转自由度。本发明在原单轴跟踪系统基础上又增加了一维轴向跟踪，优化了跟踪结构和传动方式，使得聚光镜2可以在两个旋转轴运动，能同时跟踪太阳的方位角与高度角的变化，从而保证最佳的聚光效果以提升发热效率。
64.本发明大致结构为：包括有一根主梁5、四根辅梁3、一个辅梁安装架4、两个回转电
机、四块聚光镜2和四个聚能热管电池1。主梁5与一个回转电机动力连接，该回转电机负责完成系统的一维转动。四根辅梁3与另一个回转电机动力连接，该回转电机负责完成系统的另一维转动。本发明基于上述机械结构还可以提供智能控制系统，智能控制系统包括有控制器，控制器与回转电机控制连接，这样可以按照控制系统的指令，两个回转电机带动系统完成对太阳光的实时跟踪，确保太阳光可以在任意时刻垂直入射聚光镜2的开口面。
65.通过上述结构设计，本发明至少具有如下改进有益效果：
66.1、在原单轴跟踪基础上进行改动，技术成熟可靠，改动成本低；
67.2、跟踪时聚光系统摆动幅度小，利于冷却液体管路安装；
68.3、可以实现大量模块联动，降低整体建设成本。
69.本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。