專利名稱：太陽光收集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽光收集裝置，具體說是設(shè)計(jì)一套光學(xué)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和跟綜控制系統(tǒng)，將太陽光會聚后傳送到室內(nèi)，對太陽能進(jìn)行開發(fā)和利用。
隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，開發(fā)和利用新能源已成為日益迫切的問題。太陽能是一種取之不盡的綠色環(huán)保能源，太陽能的開發(fā)和利用已經(jīng)傾注眾多工程技術(shù)人員的心血，主要集中在太陽能發(fā)電和加熱兩方面，許多發(fā)明創(chuàng)造已經(jīng)廣泛用于國防和人民生活中。但是高效遠(yuǎn)距離將太陽光能傳送到需要自然光照的地方，再形成散射或光束放大，如住宅樓房的北面、客廳、地下室以及光線無法射入的地方，并將其高密度的光能用于光照、理療、室內(nèi)日光浴和加熱等，這樣的裝置尚未面市。
本實(shí)用新型的發(fā)明目的是設(shè)計(jì)一套太陽光收集裝置，并將太陽光能傳輸?shù)绞覂?nèi)，開辟太陽能利用新領(lǐng)域。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是由定日鏡、聚光鏡、準(zhǔn)直鏡和多面反光鏡組成的跟蹤接收系統(tǒng)。其定日鏡自動(dòng)跟蹤太陽，接收太陽光并反射到聚光鏡上會聚后，經(jīng)過準(zhǔn)直鏡反射出平行光束，再經(jīng)多面反光鏡改變光路方向，將能流密度很高的光束傳送到所需要的地方。由多組這樣的光學(xué)裝置拼裝構(gòu)成更大面積的準(zhǔn)直光束，采集更大的太陽光能。定日鏡是一面很大的或多組的高反射率的平面反光鏡，可以繞鏡面中心作東西方向偏轉(zhuǎn)和南北方向偏轉(zhuǎn)，每天跟蹤太陽的運(yùn)行。這是由安裝在定日鏡背面的兩套機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)來完成，直流減速電機(jī)由控制電路根據(jù)日照的情況自動(dòng)控制。它由電源電路、太陽光捕捉電路、跟蹤電路以及限位電路等構(gòu)成，包括四限性硅光電池接收器和帶狹縫的光電對準(zhǔn)器、門電路、開關(guān)放大器、繼電器和行程開關(guān)等器件。多組裝置可采用一個(gè)控制系統(tǒng)。
傳動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，定日鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)中心為一球形萬向轉(zhuǎn)動(dòng)軸，另一端固定在殼體上。定日鏡偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由固定在殼體上的電機(jī)軸上的傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)調(diào)節(jié)齒桿作上下運(yùn)動(dòng)，使鏡面作東西向和南北向的偏轉(zhuǎn)。而齒桿與鏡面接觸的一端為球體，該球體是與固定在鏡面背面的圓弧形凹槽配裝，當(dāng)齒桿上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，球體同時(shí)沿轉(zhuǎn)動(dòng)中心滑動(dòng)。兩個(gè)方向的導(dǎo)槽沿轉(zhuǎn)動(dòng)中心方向安放，且相互垂直。
本實(shí)用新型經(jīng)過多年研究和摸擬實(shí)驗(yàn)，跟蹤系統(tǒng)簡單可靠，傳動(dòng)部分穩(wěn)定，可以安裝在各類建筑物上，特別是北方地區(qū)的居民住宅中，使沒有自然光照的房間充滿陽光，或?qū)⑵涓呙芏鹊墓饽苡糜诶懑熀图訜岬?。?jù)資料報(bào)導(dǎo)，每平方米平面反射鏡反射的太陽光能的亮度相當(dāng)于4個(gè)1000W白熾燈泡的亮度，本裝置的定日鏡設(shè)計(jì)為0.9×0.7m2，會聚后的光斑直徑為50mm。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步敘述。


圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)剖面示意圖，圖2為
圖1的A向視圖，圖3為定日鏡傳動(dòng)支點(diǎn)方位設(shè)計(jì)示意圖，圖4為圖3的BB剖面示意圖，圖5為調(diào)節(jié)齒桿傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖6為圖5的CC剖面圖，圖7為跟蹤控制電路原理簡圖，圖8為東西向轉(zhuǎn)動(dòng)的返回電路圖，圖9為南北向轉(zhuǎn)動(dòng)的返回電路圖，
圖10為電源電路圖。
圖中1-玻璃蓋板，2-聚光鏡，3-準(zhǔn)直鏡，4-反光鏡A，5-狹縫光電對準(zhǔn)器，6-殼體，7-南限位開關(guān)，8-南北向傳動(dòng)部件，9-控制箱，10-定日鏡轉(zhuǎn)動(dòng)中心及固定支架，11-東西向傳動(dòng)部件，12-定日鏡，13-北限位開關(guān)，14-太陽光接收器，15-東限位開關(guān)，16-電源硅光電池接收器，17-反光鏡B，18-西限位開關(guān)，19-側(cè)面玻璃擋板，20-定日鏡架，21-南北向轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的滑動(dòng)部件，22-東西向轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的滑動(dòng)部件，23-準(zhǔn)直鏡固定支架，24-調(diào)節(jié)齒桿，25-限位塊，26-齒輪，27-電機(jī)座，28、29-電機(jī)。
由
圖1可見，太陽光以一定的角度入射在定日鏡(12)上，這是一面高反射率的大平面反光鏡，它將入射光反射到聚光鏡(2)上，該鏡設(shè)計(jì)為一大口徑的菲尼爾反射鏡，它將光束聚焦到準(zhǔn)直鏡(3)上，使聚光鏡(2)的焦點(diǎn)與準(zhǔn)直鏡(3)的焦點(diǎn)重合，這樣從準(zhǔn)直鏡反射后的光束為準(zhǔn)直光束，光束截面大大縮小。準(zhǔn)直鏡(3)是一非球面的凸面反射鏡，通過其固定支架(23)，穿過定日鏡和其安裝架(20)的中心，與定日鏡轉(zhuǎn)動(dòng)中心及固定支架(10)上的球體連接。準(zhǔn)直光束經(jīng)平面反光鏡A(4)和平面反光鏡B(17)等，改變傳播方向，見圖2所示。這樣將接收到的太陽光會聚為光束截面積較小，但能流密度很大的光束傳輸?shù)剿枰牡胤?，以便開發(fā)和利用。
安裝反光鏡A(4)的支架穿過聚光鏡(2)中心通孔與殼體(6)連接。狹縫光電對準(zhǔn)器(5)是兩組由柱面聚光鏡和在其焦面上安置一條具有一定寬度的狹縫以及光電接收器件構(gòu)成，兩組分別安放在相互垂直的方向上，分別對應(yīng)東西方向和南北方向。也就是說當(dāng)定日鏡的偏轉(zhuǎn)角度調(diào)節(jié)好后，反射的太陽光束正好落在聚光鏡(2)的中心，這時(shí)為對準(zhǔn)狀態(tài)，光電接收器件有信號輸出。但由于太陽是運(yùn)動(dòng)的，光束偏離狹縫，沒有信號輸出。該裝置安裝在反光鏡A(4)支架上，稍偏離聚光鏡(2)的中心。
自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)就是不斷調(diào)節(jié)定日鏡(12)的偏轉(zhuǎn)角度，使其反射后的光束始終落到聚光鏡(2)的中心。它的轉(zhuǎn)動(dòng)中心及固定支架(10)包括安裝在定日鏡架(20)中心的球體轉(zhuǎn)動(dòng)座和調(diào)節(jié)齒桿(24)，桿的一端與球體連接，另一端固定在殼體(6)上，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)球座轉(zhuǎn)動(dòng)。定日鏡的偏轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)由固定在定日鏡架(20)上的兩套滑動(dòng)部件(21、22)和調(diào)節(jié)齒桿(24)、限位塊(25)和電機(jī)(28、29)等構(gòu)成。兩套滑動(dòng)部件的中心線均通過轉(zhuǎn)動(dòng)中心，且相互垂直；調(diào)節(jié)齒桿一端的球體與圓柱形滑座配裝，它的另一端為齒桿與電機(jī)(28、29)轉(zhuǎn)軸上的齒輪(26)齒合傳動(dòng)，使定日鏡繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心分別作東西方向和南北方向的偏轉(zhuǎn)；限位塊(25)與電機(jī)座(27)連接固定，它與調(diào)節(jié)齒桿(24)為圓弧形的點(diǎn)接觸，其中一點(diǎn)為一鋼球加彈簧的活動(dòng)觸點(diǎn)。兩套調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)完全相同，顯然南北向調(diào)節(jié)量小，而東西向調(diào)節(jié)量大。因?yàn)楦鶕?jù)太陽的運(yùn)行狀況，東西向約134°，南北向約48°，則定日鏡的調(diào)節(jié)角度為東西向67°，南北向?yàn)?4°，當(dāng)然各個(gè)地方的調(diào)節(jié)角度是不相同的，且與季節(jié)有關(guān)。
電機(jī)(28、29)選用3W直流減速電機(jī)，控制過程是這實(shí)現(xiàn)的。由硅光電池組成的四限性差動(dòng)式太陽光接收器(14)安裝在殼體(6)上的玻璃蓋扳(1)下，見圖2。每天無論太陽在東西向的水平入射角大于10°，南北向的水平入射角在0～90°范圍的哪個(gè)位置都能接收到太陽光。由圖7可見，當(dāng)有太陽光照射在接收器(14)上時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)差動(dòng)電位，經(jīng)放大器B2輸出高電位1給與非門YF1。若定日鏡反射的太陽光束沒有對準(zhǔn)聚光鏡(2)的中心，狹縫光電對準(zhǔn)器(5)就沒有信號輸出，也就是放大器B1輸出低電位0，這時(shí)YF1輸入為0、1，輸出為1；這樣與門Y1輸入1、1，輸出為1，使開關(guān)放大器KG1輸出也為高電位1，從而使電機(jī)(28)啟動(dòng)運(yùn)行，調(diào)節(jié)定日鏡的偏轉(zhuǎn)角度，當(dāng)其反射的光束對準(zhǔn)聚光鏡(2)時(shí)，即狹縫光電對準(zhǔn)器(5)有信號輸出，經(jīng)放大器B1輸出高電位1。這時(shí)YF1輸入為1、1，輸出為0，而Y1輸入0、1，輸出為0，電機(jī)(28)停止運(yùn)行。實(shí)際上由于太陽不停地運(yùn)行，所以對準(zhǔn)器經(jīng)常處在不對準(zhǔn)狀態(tài)，電機(jī)也在間隙的不停地進(jìn)行跟蹤。間隙時(shí)間為東西向15～20秒，跟蹤調(diào)節(jié)2～3秒，南北向25～30秒，跟蹤調(diào)節(jié)3～4秒。而在太陽光弱的陰天或黑夜，B2輸出0，B1也談不上對準(zhǔn)問題，始終輸出為0，電機(jī)不工作。
當(dāng)白天跟蹤到太陽西落時(shí)，定日鏡碰觸西限位開關(guān)(18)時(shí)，使其閉合，繼電器J1接通，觸點(diǎn)J1K3閉合，見圖8，它的兩組常閉觸點(diǎn)J1K1打開，兩組常開觸點(diǎn)J1K2閉合，電機(jī)(28)反轉(zhuǎn)，定日鏡返回，當(dāng)其返回到東限位開關(guān)(15)的位置時(shí)，使其打開，J1K1重新閉合。但由于此時(shí)太陽西落進(jìn)入黑夜，B2根本接收不到陽光KG1輸出為0，電機(jī)仍不能工作。只有當(dāng)?shù)诙焯柹鸷螅胖貜?fù)上述過程，開始新的一天的跟蹤運(yùn)行。同樣，由放大器B3和B2，門電路YF2、Y2，開關(guān)放大器KG2、電機(jī)(29)、繼電器J2、南限位開關(guān)(7)和北限位開關(guān)(13)組成的南北方向跟蹤控制系統(tǒng)的工作原理也是一樣的，見圖7和圖9。顯然四個(gè)方向的限位開關(guān)安裝的位置應(yīng)根據(jù)各地區(qū)的地理位置不同，計(jì)算并調(diào)整好，以便全天候跟蹤太陽的運(yùn)行。同樣，太陽光接收器的安裝位置和角度決定跟蹤的準(zhǔn)確性。
圖10為本裝置的太陽能蓄電池組電源電路，由四塊串并連接的4W12V硅光電池接收器件(16)和12V蓄電池EL給控制電路供電，以負(fù)載RL表之。接收器件(16)安裝在殼體(6)上的玻璃蓋板(1)下，有光照時(shí)，對EL充電。全部控制系統(tǒng)和電源等器件均安放在控制箱(9)內(nèi)，并固定在殼體(6)上。
為保證光束遠(yuǎn)距離(30～40米)傳送時(shí)，光斑偏移不大于100毫米，經(jīng)計(jì)算定日鏡跟蹤太陽光時(shí)每次調(diào)整偏轉(zhuǎn)的角度在0.04°以內(nèi)，東西向每隔15～20秒，南北向每隔25～30秒，調(diào)整一次。
權(quán)利要求1.一種太陽光收集裝置，包括光學(xué)接收系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)，其特征是定日鏡(12)接收太陽光并反射到聚光鏡(2)上，光束聚焦后經(jīng)準(zhǔn)直鏡(3)反射出準(zhǔn)直光束，由反光鏡A(4)和反光鏡B(17)改變光束的傳送方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光收集裝置，其特征是定日鏡(12)與定日鏡架(20)配裝，定日鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)中心及固定支架(10)的球座固定在定日鏡架(20)的中心，另一端與殼體(6)連接固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽光收集裝置，其特征是調(diào)節(jié)齒桿(24)一端為球體，與固定在定日鏡架(20)上的圓柱形滑座酗裝，另一端為齒桿與電機(jī)(28)轉(zhuǎn)軸上的齒輪(26)齒合傳動(dòng)，限位塊(25)與電機(jī)座(27)連接，并固定在殼體(6)上；兩套調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)完全相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光收集裝置，其特征是控制系統(tǒng)的太陽光接收器(14)有光照時(shí)，B2輸出高電位1；當(dāng)定日鏡(12)反射的太陽光束對準(zhǔn)聚光鏡(2)的中心時(shí)，狹縫光電對準(zhǔn)器(5)有信號輸出，經(jīng)B1、YF1、Y1、KG1輸出為0，電機(jī)(28)停止運(yùn)行；但當(dāng)定日鏡反射的太陽光束沒有對準(zhǔn)聚光鏡(2)的中心時(shí)，狹縫光電對準(zhǔn)器(5)就沒有信號輸出，經(jīng)B1、YF1、Y1、KG1輸出為1，電機(jī)(28)啟動(dòng)運(yùn)行，調(diào)整定日鏡的偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行跟蹤對準(zhǔn)；在太陽光弱的陰天或黑夜，電機(jī)不工作；由B2、B3、YF2、Y2、KG2、J2和電機(jī)(29)構(gòu)成另一方向的控制電路作用相同；控制系統(tǒng)的各種器件均安裝在控制箱(9)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的太陽光收集裝置，其特征是狹縫光電對準(zhǔn)器(5)是兩組由柱面聚光鏡和在其焦面上安放一具有一定寬度的狹縫，以及光電接收器件構(gòu)成，并安裝在反光鏡A(4)支架上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的太陽光收集裝置，其特征是控制系統(tǒng)中設(shè)有東限位開關(guān)(15)、西限位開關(guān)(18)、南限位開關(guān)(7)、北限位開關(guān)(13)，它們均安裝在殼體(6)上的相應(yīng)方位。
專利摘要太陽光收集裝置是設(shè)計(jì)一套光學(xué)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和跟蹤控制系統(tǒng),將太陽光會聚后傳送到室內(nèi),進(jìn)行開發(fā)和利用。其特征是定日鏡(12)接收太陽光并反射到聚光鏡(2)上,光束聚焦后經(jīng)準(zhǔn)直鏡(3)反射出準(zhǔn)直光束,由反光鏡A(4)和反光鏡B(17)改變光束的傳送方向。本實(shí)用新型經(jīng)過多年研究和模擬實(shí)驗(yàn),跟蹤系統(tǒng)簡單可靠,傳動(dòng)部分穩(wěn)定,可以安裝在各類建筑物上,特別是北方地區(qū)的居民住宅上,使沒有自然光照的房間充滿陽光,或?qū)⑵涓呙芏鹊墓饽苡糜诶懑熀图訜岬取１狙b置的定日鏡為0.9×0.7m
文檔編號F24J2/38GK2478035SQ01223390
公開日2002年2月20日 申請日期2001年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月11日
發(fā)明者汪冶 申請人:汪冶