專利名稱：跟蹤太陽的機構(gòu)和其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種跟蹤太陽的機構(gòu)和其應(yīng)用，屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
用低造價，簡單的方法對太陽跟蹤及聚光對太陽能利用來說至關(guān)重要，為此國內(nèi)外許多人提出了許多種跟蹤太陽的方法和機構(gòu)，這些技術(shù)可歸結(jié)為以下五大類一是用一套控制和傳動系統(tǒng)控制一個太陽能接收器，這種方法最簡單，但造價很
蟲貝；二是用一套控制和傳動系統(tǒng)控制多個柱面聚光鏡聚光，是一種單軸跟蹤聚光，此方法聚光區(qū)為一條焦線區(qū)，不能產(chǎn)生高溫，造價中等；三是用一套控制和傳動系統(tǒng)控制多個聚光鏡分散聚光，聚光鏡總面積在數(shù)十平方米左右，這種多焦點的分散聚光應(yīng)用成本高，總造價也較高；四是用多套控制和傳動系統(tǒng)控制多個聚光鏡將太陽光聚焦到塔上一點，如塔式聚光和盤式聚光。這種方法可得到高聚光度，但造價很高；五是用一套控制和傳動系統(tǒng)控制多個接收器或聚光鏡，分散或集中聚光，聚光面積可達數(shù)十至數(shù)千平方米，甚至更大面積，用這種方法成本最低，有許多人提出了許多方案，如中國專利CN1361397提出了一種由柱面聚光鏡、導軌框架、傳動和控制裝置組成的聚光裝置，由一套控制和傳動系統(tǒng)控制多個聚光鏡聚光，但這種聚光方式為單軸聚光，聚光度低，光、熱損耗較多，造價中等。中國專利CN101098113提到一種平面網(wǎng)架二維跟蹤太陽的光伏發(fā)電裝置，其方法是多個光伏發(fā)電器一同裝在傾斜面搖動支架的平面網(wǎng)架上，用驅(qū)動平面轉(zhuǎn)動支架和垂直面轉(zhuǎn)動支架的方法跟蹤太陽，這種方法體積龐大，抗風壓能力差，造價很高。中國專利CN101504199提出了一種用一套控制和驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動一個由多個太陽能接收器或反射鏡組成的陣列的方案，但說明書中只提出了這種功能設(shè)想，實際方案無法實現(xiàn)其功能設(shè)想，如其在圖1中提出了一個基本的驅(qū)動原理圖實際上是不可能實現(xiàn)其功能設(shè)想的，因為按其圖1根本不可能實現(xiàn)有效的轉(zhuǎn)動，連一個方向的有效轉(zhuǎn)動也不可能，在其后提出的方案中沒有標明整個陣列如何與地面連結(jié)，其如何有效驅(qū)動無法看出來，另外在其后的方案中提出用螺桿連桿機構(gòu)驅(qū)動，這樣會造成靠近螺桿機構(gòu)的接收器(或反光板) 與遠離螺桿機構(gòu)的接收器或反光板的轉(zhuǎn)動角度不一樣，且差距很大，無法有效接收或聚光。中國專利200810007285. 6 (申請?zhí)?和中國專利200810182738. 9 (申請?zhí)?，兩者都提出了一種用一套控制和驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動一個由多個太陽能接收器或反射鏡組成的陣列的方案，其中提出了多種方案，這些方案中有如下嚴重問題，無法有效實現(xiàn)其提出的功能一是方案中的多套方案都沒有標明整個陣列如何與地面連結(jié)，以及行列如何互動，不知其如何有效驅(qū)動；二是方案中提出用螺桿連桿機構(gòu)驅(qū)動，這樣會造成靠近螺桿機構(gòu)的接收器或反射鏡與遠離螺桿機構(gòu)的接收器或反射鏡的轉(zhuǎn)動角度不一樣，且差距很大，無法有效接收或聚
4光；三是行驅(qū)動對列驅(qū)動相互間造成影響，其實際聚光效果不僅不是空間中的點聚光，就連線聚光都談不上，而是一個很大的平面，原因是，行列相互影響，每塊反射鏡的上、 下、左、右、前、后方向均有很大差異，每一行和每一列的連桿實際運行后都不在一個平面上，行、列連桿互相扭曲，既不能跟蹤太陽，更不可能將太陽光聚焦到空間某點狀區(qū)域；四是專利說明書中沒有說明行驅(qū)動和列驅(qū)動放在什么位置，按說明書的敘述理解應(yīng)該兩者放在一起或相互間很近距離，或至少在同一方向或同一邊沿上，這樣會造成陣列的驅(qū)動不對稱，特別在有風壓時和大的偏轉(zhuǎn)角時，由于裝置的自重等會引起裝置的非對稱扭轉(zhuǎn)，造成各聚光反射鏡的方向混亂；五是其中之一方案提到用連桿控制行(或列)跟蹤，扭動控制列(或行)跟蹤，方案中僅用功能性語言描述了要達到的目的，而沒有具體的實施方案和結(jié)構(gòu)，即便如此，這一方案的功能實際上跟早已申請的美國專利US6302099幾乎一樣，其缺點如下述美國專利一樣，不再敘述；六是上述專利中提到用角平分線方法補償達不到真正跟蹤聚焦的目的；七是沒有考慮溫度和應(yīng)力伸縮的影響，實際上對一個大的陣列來說，溫度和應(yīng)力引起的裝置的尺寸的伸長和縮短影響非常大，會產(chǎn)生較大的跟蹤精度偏差；美國專利US6058930提出一種用一個扭轉(zhuǎn)管支撐一排呈水平的矩形的太陽接收面板，扭轉(zhuǎn)管被安放在固定于地面的支柱上，用扭轉(zhuǎn)管的轉(zhuǎn)動使太陽接收面板正對太陽，用連桿機構(gòu)連接多排這樣的扭轉(zhuǎn)管。這種方法的缺點是一是只能用于一維驅(qū)動，二是風壓和接收器自重引起扭轉(zhuǎn)力矩使扭轉(zhuǎn)管發(fā)生變形，從而影響接收面板的接收角度，三是連桿機構(gòu)在本身長度較長的情況下會由于環(huán)境溫度的變化而使得長度發(fā)生較大變化，從而使得其驅(qū)動扭轉(zhuǎn)管產(chǎn)生較大的角度誤差，四是這種方法不能夠?qū)⑻柟饩劢沟揭粋€接收器上。美國專利US6302099提出了一種用一可轉(zhuǎn)動的脊柱支撐在一固定在地面的支柱上，在脊柱上再安放一垂直的旋轉(zhuǎn)軸，在垂直旋轉(zhuǎn)軸上安放太陽收集器，可轉(zhuǎn)動的脊柱和垂直的旋轉(zhuǎn)軸分別由滑輪和纜線連接到一驅(qū)動裝置上用以提供南北、東西方向的對太陽的角度跟蹤，若干個這樣的機構(gòu)組成一個陣列，用一個控制系統(tǒng)和兩個驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動多個太陽接收器。這種方法有三個很大的缺點一是這種驅(qū)動方式由于太陽接收器的自重及有風時會造成連接太陽接收器的桿(或棒)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，多個太陽接收器共同作用于脊柱，使脊柱發(fā)生扭轉(zhuǎn)，當太陽接收器數(shù)量較多時，脊柱會發(fā)生較大的扭轉(zhuǎn)角，且每個太陽接收器附近的脊柱的扭轉(zhuǎn)角不一樣，從而使各接收器的接收方向發(fā)生改變，不能正常接收太陽光，二是由于環(huán)境溫度是變化的，溫度變化使傳動纜線的長度發(fā)生變化，從而使得各接收器的傳動角度不一致，而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，三是當太陽接收器面積較大，重量較重時，傳動纜線與滑輪之間的摩擦力不足以驅(qū)動滑輪運動，很容易發(fā)生滑動，從而使得各接收器的傳動角度發(fā)生混亂， 四是由于自重及風壓造成的纜線的拉應(yīng)力伸長，從而使傳動角度發(fā)生偏差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)中的對太陽光跟蹤精度差、各接收器跟蹤精度不一致、誤差很大、框架陣列裝置在風壓、自重及溫度等影響下易變形、不能有效跟蹤太陽， 加工誤差，安裝精度等累積誤差較大，造價高等缺點，提供一種結(jié)構(gòu)簡潔、造價便宜、具有良好環(huán)境適應(yīng)能力，即能克服風壓、溫差、重力及加工誤差、安裝精度等影響，使框架陣列中各太陽光接收裝置均有較高跟蹤精度的大型的跟蹤太陽的框架陣列機構(gòu)，用于中、大型及超大型的太陽能利用系統(tǒng)，包括分散應(yīng)用和集中應(yīng)用系統(tǒng)。 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種跟蹤太陽的機構(gòu)，包括太陽光跟蹤接收模塊陣列、驅(qū)動模塊陣列對準太陽的方位角和高度角的驅(qū)動機構(gòu)、控制方位角和高度角驅(qū)動機構(gòu)的跟蹤控制電路、向跟蹤控制電路傳送信號的太陽光方位角和高度角傳感器。 其技術(shù)特征是太陽光跟蹤接收模塊陣列由若干個接收單元模塊組合而成，這種組合可用任何一種方式進行，比如將若干個單個單元串聯(lián)成一排，再將若干這樣的排組合成一陣列， 或?qū)⑷舾蓚€單個單元組成一單元組合，比如3X3個單個單元的單元組合，再將若干個這樣的組合單元組合起來成一陣列。每個單個接收單元模塊包括由一段或多段構(gòu)成的立柱， 安裝在立柱上的轉(zhuǎn)向構(gòu)件，安裝在立柱上端或中間某處的太陽光接收裝置，行、列推拉桿或行、列拉繩，與行、列推拉桿或行、列推拉繩相連接的剛性桿或纜繩。上述剛性桿用萬向節(jié)或其它二維轉(zhuǎn)向構(gòu)件或用一維轉(zhuǎn)向構(gòu)件與行、列推拉桿相連接，剛性桿的另一端通過萬向節(jié)或其它二維轉(zhuǎn)向構(gòu)件或兩個轉(zhuǎn)軸相互垂直的一維轉(zhuǎn)向構(gòu)件與太陽光接收裝置直接連接，或連接到與太陽光接收裝置相連接的其他構(gòu)件上，或者剛性桿的另一端先用萬向節(jié)或其他二維轉(zhuǎn)向構(gòu)件或一維轉(zhuǎn)向構(gòu)件連接到一滑塊上或滑環(huán)上或其他類似構(gòu)件上，再用另一根剛性桿用萬向節(jié)或其他二維轉(zhuǎn)向構(gòu)件或一維轉(zhuǎn)向構(gòu)件連接滑塊或滑環(huán)或其他類似構(gòu)件，這另一剛性桿的另一端用萬向節(jié)等二維轉(zhuǎn)向構(gòu)件連接到太陽能接收裝置上或連接到與太陽光接收裝置相連接的其他剛性構(gòu)件上。上述滑塊或滑環(huán)或其他類似構(gòu)件直接安裝在立柱上或其他安裝于地面的構(gòu)件上、 或安裝于立柱上的滑槽上或其他構(gòu)件上的滑槽上。上述立柱上的轉(zhuǎn)向構(gòu)件為一單獨的二維轉(zhuǎn)向構(gòu)件，例如萬向節(jié)，或者是兩個一維轉(zhuǎn)向構(gòu)件組成的構(gòu)件。上述纜繩分別與推拉桿或拉繩上的兩處相連接或通過位于推拉桿或拉繩的兩個滑輪、且與太陽光接收裝置上的兩處構(gòu)件相連接或通過太陽光接收裝置上的兩個滑輪。上述太陽光接收裝置和立柱連接的轉(zhuǎn)向構(gòu)件與太陽光接收裝置和另外兩剛性桿連接的轉(zhuǎn)向構(gòu)件在相同轉(zhuǎn)動方向的轉(zhuǎn)動支撐點在同一平面內(nèi)，或接收裝置和立柱連接的轉(zhuǎn)向構(gòu)件與行、列推拉桿和剛性桿相連接的二維轉(zhuǎn)向構(gòu)件在相同轉(zhuǎn)動方向的轉(zhuǎn)動支撐點在同一平面內(nèi)；且上述太陽光接收裝置與立柱連接的轉(zhuǎn)向構(gòu)件與太陽光接收裝置連接的另外兩個轉(zhuǎn)向構(gòu)件在相同轉(zhuǎn)動方向的轉(zhuǎn)動支撐點的連線相互垂直。上述太陽光跟蹤接收模塊陣列由單個接收單元模塊組合的組合方式至少是下列
組合之一1、由若干個單個接收單元模塊的行、列推拉桿分別相互連接起來組成。2、若干個接收單元模塊的行、列推拉桿相互連接組成組合單元，再將若干個這樣的組合單元的行、列推拉桿再分別相互連接起來組成框架陣列。3、用其他組合方式將若干個接收單元模塊的行、列推拉桿相互連接組成框架陣列；上述行、列推拉桿的連接方式是行推拉桿和列推拉桿之間相互分別連接，行、列推拉桿的至少一個端頭或靠近端頭處用一較寬較厚的承力桿或其他類似構(gòu)件或其他能承受一定拉壓力的結(jié)構(gòu)件相連接，承力桿或類似構(gòu)件與驅(qū)動器相連接，或接收單元模塊的行、列拉繩分別相互連接起來組成框架陣列，或若干個接收單元模塊的行、列拉繩相互連接起來組成組合單元(行拉繩和列拉繩分別相互連接，下同)，再將若干個組合單元的行、列拉繩分別相互連接起來組成框架陣列，或用其他組合方式將若干個接收單元模塊的行、列拉繩分別相互連接起來組成框架陣列，行、列拉繩的兩個端頭或靠近端頭處用一較寬較厚的承力桿或其他類似構(gòu)件或其他能承受一定拉壓力的結(jié)構(gòu)件相連接；連接行、列拉繩的一端或靠近端頭處的承力桿的中間位置或其附近分別與驅(qū)動器相連接，這種連接可以用剛性桿或用軟連接，對應(yīng)的另一承力桿的中間位置或中間位置附近連接一根或若干根纜繩，或一段為剛性桿，另一段為纜繩，此一根或若干根纜繩的中間某位置分別通過滑輪，纜繩的另一端分別安裝重物，此重物的重量或重物之和大于框架陣列在太陽接收裝置在最大傾角時的平行拉繩方向的分力，或上述纜繩通過滑輪后，纜繩的另一端再連接到驅(qū)動器上，或上述纜繩的另一端不通過滑輪而是直接連接到另一驅(qū)動器上，或其他的纜繩連接和驅(qū)動方式。上述框架陣列可以為任意形狀。上述推拉桿或拉繩被限制在若干個圓形孔或方形孔或圓柱副或圓環(huán)或方形環(huán)或其他類似的用以限制推拉桿或拉繩只在一個方向做平行運動的構(gòu)件上，此構(gòu)件的另一目的是起到支撐推拉桿或拉繩的作用。上述圓柱副或圓環(huán)或方形環(huán)或其他類似功能構(gòu)件安裝在立柱上或地面上或其他構(gòu)件上。立柱的下端安裝于地面或其他構(gòu)件上，或立柱的上端安裝于水平梁上，用另外的支撐柱支撐水平梁。驅(qū)動器分別位于框架陣列的相鄰兩邊(對框架陣列為三角形或四邊形或類似形狀)或其他非對稱的兩邊(對其他形狀的框架陣列)，每邊的驅(qū)動器可以是一個或若干個的組合，每邊的單個驅(qū)動器的驅(qū)動軸線或多個驅(qū)動器的驅(qū)動合力線處于框架陣列的對稱或基本對稱位置。兩邊的驅(qū)動器分別通過一根或若干根桿或類似桿的構(gòu)件或其它能承受一定拉壓力的結(jié)構(gòu)件與行、列框架陣列的承力桿直接連接或鉸鏈。兩邊的驅(qū)動器分別安裝在地面或其他構(gòu)件上。上述的滑塊安裝在滑槽內(nèi)，滑槽安裝在立柱上或安裝在其他構(gòu)件上，或滑塊直接安裝在立柱上或其他構(gòu)件上，滑槽可以是直線型或弧形或其他任何形狀，可以直立安裝也可以傾斜安裝。上述滑環(huán)安裝在立柱上或安裝在其他構(gòu)件上。上述跟蹤太陽的裝置可以用于一維跟蹤聚光，此時只需將行或列其中之一的一維或二維轉(zhuǎn)向構(gòu)件取消，而改為直接連接，且將框架陣列中的所有的二維轉(zhuǎn)向構(gòu)件都改為一維轉(zhuǎn)向構(gòu)件即可。上述跟蹤太陽的機構(gòu)可與其他種類跟蹤太陽機構(gòu)組合應(yīng)用，即行跟蹤用上述跟蹤太陽的機構(gòu)，而列跟蹤用其他種類的跟蹤太陽機構(gòu)。上述框架陣列的尺寸較大時，相應(yīng)的推拉桿或拉繩的長度都將較長，此時溫度的變化將使上述推拉桿或拉繩的長度發(fā)生相應(yīng)的變化，即熱脹冷縮效應(yīng)，此時將對太陽光接收器的傾角造成較大影響，且對每一接收器的傾角的影響不同，為克服這一影響，在本發(fā)明中設(shè)計了一類似本人已申請的中國專利201010526395.0中所述的基架，此基架由若干根桿或管按某種方式排列組合連接而成，若干個固定于地面或其他構(gòu)件上的限位套限制基架
7的上、下運動在很小的范圍，或基架放置于地面后再在基架上放上沙袋等物體，基架可以為任意形狀；對三、四邊形或類似形狀的基架，基架的相鄰兩邊分別連接在一軸上，此軸的另一端連接到驅(qū)動機構(gòu)的基座上或固定在驅(qū)動機構(gòu)附近的地面上或用其他方式固定，對其他多邊形或類似形狀的基架其相鄰兩邊分別連接在一軸上，此軸的另一端連接到驅(qū)動機構(gòu)的基座上或固定在驅(qū)動機構(gòu)附近的地面上或用其他方式固定，另外的多個邊可自由伸展， 至少一部分立柱的下端固定在基架上或立柱被懸掛在水平梁上，水平梁用另外的支撐桿支撐，支撐桿的下端固定在基架上。基架材料的選取只需滿足膨脹系數(shù)與框架陣列中的推拉桿或拉繩相同或接近即可，這樣當溫度發(fā)生變化時，框架陣列中的桿件尺寸和基架將一同發(fā)生相同或近似的變化，從而克服框架陣列中的推拉桿或拉繩伸縮對接收器的傾角影響。上述框架陣列的尺寸較大時，一方面相應(yīng)的桿件尺寸較長，除上述溫度變化引起的桿件尺寸變化外，另一方便框架陣列的自重及所受到的風的壓力都將較大，從而對框架陣列的推拉桿或拉繩產(chǎn)生較大拉伸或壓縮應(yīng)力，使桿件發(fā)生較大的應(yīng)力伸縮，此時將如同溫度一樣將對各個太陽接收器的傾角造成較大影響，且對每一個接收器的傾角的影響呈梯度分布，除此之外，還有其他如加工精度等誤差，為克服這些影響，在本發(fā)明中設(shè)計了一個連動機構(gòu)，它可使驅(qū)動器驅(qū)動行列框架陣列運動時牽引基架一起運動。連動機構(gòu)的機構(gòu)方案一是連動機構(gòu)由一弧形槽、在弧形槽正反兩面滑動的互相連接的兩個滑塊，此兩滑塊與一剛性桿相連接，剛性桿與一滑塊相連接，此滑塊與框架陣列的承力桿相連接且放置在一滑槽內(nèi)，連動機構(gòu)的底部與基架剛性連接。方案二或用另一種結(jié)構(gòu)即用一滑塊與框架陣列的承力桿剛性連接，滑塊的另一端與一標準角度狀態(tài)校正器的剛性桿連接，或與一驅(qū)動器連接，所謂標準角度狀態(tài)校正器即是校正器的剛性桿的運動軌跡與驅(qū)動器的驅(qū)動軸的運動軌跡相一致，或用另一臺驅(qū)動器來代替亦可，連動機構(gòu)的底部與基架剛性連接。連動機構(gòu)方案一的工作原理是驅(qū)動器驅(qū)動框架陣列中的推拉桿或拉繩運動，進而推動承力桿運動，承力桿推拉與此相連的滑塊運動，滑塊運動帶動剛性桿運動，進而帶動位于弧形滑槽上的正、反兩個滑塊運動，只需設(shè)計好弧形滑槽的形狀，使其外形與兩滑塊在用驅(qū)動器近距離直接驅(qū)動承力桿時的運動軌跡一致即可。這樣弧形滑槽就象一個運動模型一樣對承力桿的運動軌跡進行限定，進而限定與承力桿相連的推拉桿或拉繩的運動，且使推拉桿或拉繩與基架連動以矯正溫度效應(yīng)和應(yīng)力效應(yīng)。連動機構(gòu)方案二的工作原理是與工作原理一類似，用標準角度狀態(tài)矯正器或驅(qū)動器來限定承力桿的運動軌跡，且使推拉桿或拉繩與基架連動。連動機構(gòu)的數(shù)量至少為兩個，分布在與驅(qū)動器對稱的位置，安裝在地面或固定于地面的其他構(gòu)件上。上述的框架陣列可以有許多種不同的結(jié)構(gòu)，上述的驅(qū)動器與框架陣列的連接方式也有許多種，有些種類將在后面的附圖和實施例中做進一步的說明。通過上述的基架和連動機構(gòu)，可使跟蹤太陽的精度進一步提高，也更節(jié)省現(xiàn)場安裝材料成本和人工成本。上述兩邊的驅(qū)動器最好分別只用一個，這樣可減少成本。上述兩邊的驅(qū)動器的驅(qū)動軸的夾角可以為任意一個角度，但最好是夾角為90°， 即兩個軸相互垂直。上述驅(qū)動器可由光電控制器控制，也可由時鐘方法控制，或用其他方法控制，或用幾種方法聯(lián)合控制，驅(qū)動器可以用任何一種驅(qū)動機構(gòu)，如渦輪渦桿式、齒輪連桿式，齒輪鏈條式、飛輪連桿式、液壓式等待。上述的太陽光接收裝置可以是反射鏡、透射鏡、光伏電池板、熱能接收板或其他任何種類的接收器。接收器可以是一整塊，也可以是由若干塊組成，這若干塊可以是組成平面，或組成一曲面形狀。本發(fā)明的太陽角度跟蹤方式是首先確定立柱和太陽接收裝置在某時刻的初始位置，使太陽接收裝置正對著太陽或者根據(jù)用途使反射鏡或透鏡或這兩者的組合所反射或折射的太陽光照射到位于框架陣列中央某處或邊上某處的接收塔上的接收器上，初始位置的確定可以在工廠生產(chǎn)時確定，也可在安裝現(xiàn)場確定。太陽跟蹤控制器根據(jù)太陽在經(jīng)度和緯度方向的角度即俗稱的方位角和高度角的角度信息發(fā)出控制指令，驅(qū)動器接收控制器的控制指令，推動或拉動承力桿及推拉桿或拉繩運動，推拉桿或拉繩的運動帶動太陽接收裝置轉(zhuǎn)動角度，太陽接收裝置的角度轉(zhuǎn)動量視應(yīng)用的方式不同而不同，若為分散應(yīng)用，即每個接收裝置為相對獨立的光伏電池組件或熱能接收器等，需要太陽接收裝置正對著太陽，此時太陽接收裝置的角度轉(zhuǎn)動量應(yīng)等于太陽在同樣方向上的轉(zhuǎn)動量，這只需調(diào)整確定驅(qū)動器驅(qū)動推拉桿或拉繩的運行距離與太陽接收裝置的角度轉(zhuǎn)動量的關(guān)系即可；若為集中應(yīng)用，比如太陽接收裝置例如反射鏡將太陽光反射到接收塔上的接收器上，則此時在確定太陽接收裝置的初始位置后，只需將太陽接收裝置在兩個方向上的角度偏移量等于太陽在同樣兩個方向的角度偏移量的二分之一，即可使反射鏡將太陽光反射到接收塔上的接收器上，這也只需調(diào)整確定驅(qū)動器驅(qū)動推拉桿或拉繩的運行距離與太陽光反射鏡的轉(zhuǎn)動角度量的關(guān)系即可，具體方法可通過計算和調(diào)整推拉桿或拉繩的運行距離、剛性桿或纜繩的運動軌跡、二維轉(zhuǎn)向機構(gòu)與太陽光反射鏡的相對位置等幾何參數(shù)確定，集中應(yīng)用時的各太陽接收裝置的初始位置可由各接收裝置離接收塔的位置，接收塔的高度等幾何參數(shù)計算出來，也可現(xiàn)場比對?？傊?，根據(jù)不同的用途和需要，可以通過調(diào)整驅(qū)動器驅(qū)動推拉桿或拉繩的運行距離，太陽光接收裝置的轉(zhuǎn)動角度量的關(guān)系等幾何參數(shù)確定，調(diào)整的方法很多，在此不再一一敘述。通過以上設(shè)計，即可僅用一套跟蹤控制系統(tǒng)和兩個一維驅(qū)動器控制驅(qū)動數(shù)千至數(shù)萬平方米面積的太陽光接收器較精確地跟蹤太陽。上述的一維驅(qū)動器即單軸驅(qū)動器，驅(qū)動器驅(qū)動一根軸做轉(zhuǎn)動或者驅(qū)動器驅(qū)動一根軸做平行運動，在本發(fā)明中需要驅(qū)動軸做平行運動，但可將軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為平行運動，因此這兩種方式均可。當然也可以用二維驅(qū)動器來代替上述的一維驅(qū)動器，只是這樣增加了成本。在上述驅(qū)動器與推拉桿或拉繩相連結(jié)的軸或臂上分別安裝有一配重機構(gòu)和防風調(diào)節(jié)剎車裝置，配重機構(gòu)的作用是用與陣列框架及太陽接收裝置重量接近的配重塊，通過配重裝置使兩者在任何角度時均處于力矩平衡狀態(tài)或基本平衡狀態(tài)，從而大大減少驅(qū)動器的驅(qū)動功率，防風調(diào)節(jié)剎車裝置的目的是當有超出設(shè)計的風速負荷時，防風調(diào)節(jié)剎車裝置將框架陣列中的太陽接收裝置調(diào)節(jié)到與水平面最小的夾角位置，及固定在此位置，以防大風破壞。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點1、克服了現(xiàn)有技術(shù)中框架陣列中各太陽光接收器在溫度和自重、風壓及加工、安裝等因素的影響下產(chǎn)生的各接收器跟蹤精度不一致，跟蹤誤差很大，跟蹤精度差等問題。2、框架陣列中的各結(jié)構(gòu)件受力較均勻。3、驅(qū)動器所需驅(qū)動功率較小。4、框架陣列包括太陽光接收器貼近地面，風壓小，抗風能力強。5、僅用一套控制系統(tǒng)和兩個一維驅(qū)動器即可控制驅(qū)動數(shù)千至數(shù)萬平方米面積的太陽光接收器精確跟蹤太陽，跟蹤和驅(qū)動成本低。6、框架陣列中的各太陽光接收器不僅可以分散應(yīng)用，即各接收器各自相對獨立為一接收單元；也可集中應(yīng)用，即各太陽光接收器可用反射鏡或透鏡或這兩者的組合將太陽光聚焦到框架陣列的邊沿或中間的接收塔上的接收器上，或?qū)⑷舾蓚€這樣的框架陣列中的接收器的光全部集中到一個接收塔上的接收器上，可大規(guī)模集中應(yīng)用。7、裝置可模塊化生產(chǎn)，工廠化安裝，減少了運輸和現(xiàn)場安裝成本。8、本發(fā)明由于有基架，可在基架上放置沙袋等重物，只需將框架陣列和基架放置在地面即可，不需要再將框架陣列固定于地面。因此大量減少了框架陣列的土建安裝材料成本和人工成本。9、本發(fā)明的裝置可用于多種用途，如平板式光伏電池發(fā)電，低倍聚焦光伏發(fā)電，高倍聚焦光伏發(fā)電，太陽能熱發(fā)電，太陽能熱能利用，如太陽能工業(yè)供熱，供暖，制冷等等多種用途。10、結(jié)構(gòu)材料可用較細的材料，材料用量省，加工容易，安裝簡單，裝置綜合成本低


圖1是本發(fā)明的跟蹤太陽的機構(gòu)的總體裝置示意圖。其中圖1 (a)是3行X3列的跟蹤太陽的機構(gòu)的示意圖。圖1 (b)是6行X7列的跟蹤太陽的機構(gòu)并將太陽光反射到位于框架陣列中央某處的接收塔上的接收器上的示意圖。圖2是用剛性桿時的單元結(jié)構(gòu)圖，其中圖2 (a)，圖2 (b)，圖2 (c)直至圖2 (χ)為24 種不同結(jié)構(gòu)的用剛性桿時的單元結(jié)構(gòu)圖。圖3是用纜繩時的單元結(jié)構(gòu)圖，其中圖3(a)，圖3(b)，圖3(c)直至圖3(k)為11 種不同結(jié)構(gòu)的用纜繩時的單元結(jié)構(gòu)圖。圖4是用拉繩代替推拉桿時的總體框架方案示意圖。其中圖4(a)，圖4(b)，圖4(c)分別為三種用拉繩代替推拉桿的方案，圖4(d)為圖 4(a)的方案的總體框架示意圖。圖5是幾種單元的組合方式，其中圖5(a)，圖5 (b)，圖5 (c)分別是三種不同的組
合方式。圖6是用兩個一維轉(zhuǎn)向構(gòu)件代替萬向節(jié)等二維轉(zhuǎn)向構(gòu)件的示意圖，圖6(a)和圖 6(b)分別畫出了兩種示意圖。圖7是三種連動裝置示意圖，其中圖7(a)，圖7 (b)，圖7 (c)分別為三種連動裝置的示意圖，圖7(c)和圖7(d)分別為圖7(a)和圖7(b)中的限位盒和滑槽示意圖，圖7 (e) 為限位弧形滑槽98的俯視圖。圖8是基架示意圖，其中圖8(a)為用限位套時的基架示意圖，圖8 (b)為限位套的
10示意圖，圖8 (C)為用沙袋等重物限制基架運動的示意圖。圖9是本發(fā)明跟蹤太陽的機構(gòu)與其他種類跟蹤太陽的機構(gòu)的組合應(yīng)用的三種單元示意圖，其中圖9 (a)，圖9 (b)，圖9 (c)分別為不同的組合應(yīng)用示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的跟蹤太陽的機構(gòu)的具體實施的總體裝置示意圖如圖1(a)和圖1(b)所示，其中圖1 (a)是3行單元X 3列單元的跟蹤太陽的機構(gòu)的示意圖，圖1 (b)是6行單元X 7 列單元的跟蹤太陽的機構(gòu)并將太陽光反射到位于框架陣列中央某處的接收塔上的接收器上的示意圖，為了繪圖簡便及表達清楚，圖1(a)和圖1(b)分別只畫出了 3行X3列和6 行X7列的框架陣列結(jié)構(gòu)，實際上行、列數(shù)量可以為任意個，圖1(a)中的太陽光接收裝置為光伏電池組件，圖1(b)中的太陽光接收裝置為反射鏡，實際上接收裝置可以為反射鏡或透鏡或兩者的組合或光伏電池組件或熱能接收器等等任何一種。圖1(a)中的裝置包括太陽光接收裝置即光伏電池組件1，立柱2，推拉桿3和推拉桿4，位于立柱2上的圓形孔5和圓形孔6，用于支撐推拉桿3和推拉桿4，使其不容易由于自身重量等因素發(fā)生形變，圖中7為一運動副，8為剛性桿，9為運動副，10為滑環(huán)或滑塊， 11為運動副，12為剛性桿，13為萬向節(jié)，14為運動副，其中7，9，11，14這四個運動副也可用萬向節(jié)代替，15為剛性桿，16為萬向節(jié)，17為萬向節(jié)(圖中由于不好標識沒有畫)，18為基架，基架由剛性桿或管構(gòu)成，立柱2與基架18連接，19和20均為承力桿，是較寬較厚的，能承受較大的拉應(yīng)力而不變形的桿件，承力桿的中央部分寬于兩端，呈梯度分布，21為連接承力桿19與連動裝置25的連接桿，22為連接承力桿20與另一連動裝置25的連接桿，23，M 分別為連接基架18與連動裝置25的連接桿，25為位于框架陣列兩邊的兩個連動裝置，26 為連接承力桿31和驅(qū)動器觀的連接桿，另一個沈為連接承力桿32和另一個驅(qū)動器觀的連接桿，27為配重裝置，有兩個，分別位于兩邊，28為驅(qū)動器，有兩個，分別位于兩邊，傳感與控制系統(tǒng)安裝在驅(qū)動器上，圖中沒有畫出二9為防風剎車裝置，也有兩個，分別位于兩邊， 30為連接基架與驅(qū)動器觀的連接桿，31，32分別為與19，20類似的承力桿，行、列推拉桿分別與各自對應(yīng)的承力桿連接，其中行推拉桿3與承力桿20和承力桿31相連接，列推拉桿與承力桿19和承力桿32相連接。為了表達清楚，圖中只畫出了兩個完整的單元結(jié)構(gòu)，其他單元沒有畫出標號7,8,9,10,11,12,13的結(jié)構(gòu)。圖1(b)中的裝置中標號2至標號32與圖1(a)中含義一樣，只是圖1 (b)中的標號1為反射鏡，33為一塔架，34為安裝在塔架33上的太陽光接收器。圖2為單個單元結(jié)構(gòu)示意圖，從圖2(a)至圖2 (χ)共畫出了 M種，實際上還遠遠不只是這M種，還有許多種類似的單元結(jié)構(gòu)，由于篇幅關(guān)系在此不再敘述。其中圖2(a)為一種單元結(jié)構(gòu)示意圖，標號1 18的含義與上述一致，圖中A，B，C 分別表示萬向節(jié)17，13和16的轉(zhuǎn)動接觸中心點，A，B, C三點位于同一平面上，A，B兩點的連接線垂直A，C兩點的連接線。圖2(b)與圖2(a)的結(jié)構(gòu)類似，不同之處是萬向節(jié)16和13位于反射鏡1的下方， 而圖2(a)中是位于反射鏡的邊緣，其他與圖2(a) —樣。圖2 (c)與圖2(a)類似，不同之處是萬向節(jié)13和16分別用一彎形剛性桿35和36 與反射鏡1相連接，同時萬向節(jié)17也略微下降高度，以保證A，B, C三點在同一平面上，也即立柱2在萬向節(jié)17的上部的距離比圖2(a)中要長。圖1及圖2(a)至圖2(c)中只畫出了反射板的示意圖，沒有畫出反射板與立柱是如何連接的結(jié)構(gòu)圖，實際上反射板1與立柱2之間應(yīng)通過類似框架的結(jié)構(gòu)相連接，同樣萬向節(jié)13和16與反射板的連接也應(yīng)通過類似框架的結(jié)構(gòu)相連接，但為了表述簡單明了以及這是任何具有結(jié)構(gòu)概念的工程技術(shù)人員都熟悉的事情，因此圖中省去了這一部分，在以下的圖中均類同。圖2(d)與圖2(a)類似，不同之處在于用滑槽和滑塊代替了圖2 (a)中的滑環(huán)或滑塊，圖2 (d)中37為滑塊，38為滑槽，滑塊37在滑槽38中滑動。圖2 (e)與圖2 (d)類似，不同之處在于將剛性桿15用滑塊和滑槽及剛性桿39，剛性桿40和兩個運動副(或萬向節(jié))9，11代替。圖2 (f)，圖2 (g)，圖2 (h)，圖2 (i)四幅圖中，為了簡便只畫出了一維運動示意圖， 圖2(f)中41為滑槽，與立柱2成一定角度安裝；圖2(g)與圖2(f)類似，僅僅是滑槽41的安裝角度不一樣，其中42為支撐桿；圖2(h)中43為弧形滑槽，44為弧形滑塊；圖2 (i)中 45為弧形滑槽，46為弧形滑塊。圖2(j)中47為剛性桿，48為運動副或萬向節(jié)。圖2(k)與圖2(j)類似，僅僅是剛性桿15、47和萬向節(jié)13,16的安裝位置不同。圖2(1)中49為兩根桿中間連接一四邊形框，目的是避免與立柱發(fā)生碰撞和摩擦， 其余的類似圖2 (j)。圖2(m)中50和51分別為固定于地面的立柱或其他構(gòu)件上，推拉桿3和4由立柱 50和51支撐。圖2 (η)中52和53分別為連接立柱2的支撐桿，推拉桿3和4由支撐桿52和53支撐。圖2 (ο)中M為一固定于立柱51的滑槽。圖2 (ρ)與上述方案類似，只不過將推拉桿3，4等放置在太陽接收裝置的上方。圖2(q)與圖2(p)類似，只是用剛性桿15代替了圖2(p)中的滑環(huán)結(jié)構(gòu)。圖2 (r)，圖2 (s)，圖2 (t)，圖2 (u)與上述方案類似，只是將推拉桿3和4分別放置在太陽接收裝置的上方和下方，其中圖2 (u)中55為一根桿中間連接一四邊形框，目的與前述一樣是避免與立柱發(fā)生碰撞和摩擦。圖2 (ν)，圖2 (w)，圖2 (χ)與上述方案類似，只不過將萬向節(jié)17的位置放在了立柱 2的稍下方位置，其中56，57分別為與推拉桿3，4相連接的支撐桿。在上述圖2(a)至圖2(χ)這M種方案中，圖中Α，B，C三點在一個平面上，且Α，B 兩點的連線與A，C兩點的連線相互垂直，A，B，C三點與前述一樣，為萬向節(jié)13，16，17的轉(zhuǎn)動支撐點。上述圖2(a)至圖2(x)這M種方案的工作原理是光電傳感器接收太陽光的經(jīng)、 緯度的角度信息一控制電路給出控制指令一驅(qū)動器動作一驅(qū)動推拉桿3或4運動一推拉桿 3或4帶動與之相鉸鏈的剛性桿運動一剛性桿運動帶動太陽接收裝置1轉(zhuǎn)動角度或剛性桿運動帶動滑環(huán)或滑塊運動，滑環(huán)或滑塊運動再帶動另一剛性桿運動，再通過此剛性桿帶動太陽接收裝置1轉(zhuǎn)動角度。圖3也是單個的單元結(jié)構(gòu)示意圖，與圖2不同之處在于圖3中用纜繩58，59等代替了圖2中的剛性桿12，15等。其中圖3(a)中58，59分別為纜繩，60，61為滑輪，62為纜繩58，59繞過滑輪60和61后的部分。工作原理是推拉桿3在驅(qū)動器的驅(qū)動下運動，帶動纜繩59，60，62運動，纜繩運動帶動太陽接收裝置1轉(zhuǎn)動角度，為方便表述，圖中只畫出了一維轉(zhuǎn)動示意圖，二維轉(zhuǎn)動與一維轉(zhuǎn)動相似。圖3(b)與圖3(a)類似，不同之處在于將滑輪60和61置放到太陽接收裝置下方附近，圖中63，64為滑輪。圖3(c)與圖3(b)類似，不同之處在于將滑輪63，64置放到太陽接收裝置1靠近立柱2的位置。圖3(d)與圖3(a)類似，不同之處在于纜繩58，59與太陽接收裝置1的連接位置不同，前者靠近立柱2。圖3(e)中65為纜繩，66，67分別為剛性桿，68，69，70分別為運動副。圖3(f)中71，72分別為滑輪，73，74為纜繩。圖3(g)與前述類似，但需滿足下列條件，即r = h = AB/2，且AC = BD0圖3 (h)與圖3 (g)類似，也需滿足r = h = AB/2,且AC = BD的條件。圖3⑴中75，76為纜繩。圖3(j)與圖3(i)類似，但去掉了圖3(i)中的纜繩75，其中AD = BC，AC = BD。圖3 (k)中77為滑輪，78，79為纜繩。圖3(b)至圖3(k)的工作原理與圖3(a)類似，在此不再敘述。圖4是用拉繩代替推拉桿3或4時的幾種方案。圖4(a)，圖4(b)，圖4(c)分別給出了用拉繩代替推拉桿時的三種方案。圖4(a)為驅(qū)動器驅(qū)動一拉繩拉動排成一排的若干個剛性桿或纜繩以帶動太陽接收裝置轉(zhuǎn)動角度的示意圖，圖中為了表述簡潔，沒有畫出如圖2和圖3中的單元結(jié)構(gòu)全圖， 只畫出了與推拉桿及拉繩相連接的剛性桿或纜繩80，此處用標號80表示，相當于圖2中的標號為8，15，40，47，49等剛性桿和圖3中標號為58，59，73，74，76等纜繩，圖4 (a)中81 為承力桿，類似于圖1中的承力桿，82為驅(qū)動器，類似于圖1中的驅(qū)動器，83為拉繩，84為滑輪，滑輪84安裝在地面，也可安裝在其他構(gòu)件上，85為重物，重物85的重量大于跟蹤太陽機構(gòu)的框架陣列，包括太陽接收裝置的總重量之和，86為地面，87為承力桿，類似圖1中的承力桿，88為支撐桿，支撐滑輪84，89為拉繩，90為承力桿81與驅(qū)動器82之間的連接桿。為了簡潔，圖4(a)中只畫出了一排太陽接收單元裝置的示意圖，重物和滑輪也只畫了一個， 實際上它們均可為任意排和任意個。圖4(a)中方案的工作原理是驅(qū)動器82驅(qū)動承力桿81運動，進而帶動拉繩83運動，再帶動剛性桿或纜繩80運動，再帶動與剛性桿或纜繩80相關(guān)聯(lián)的太陽接收裝置轉(zhuǎn)動角度，從而跟蹤太陽。圖4(b)與圖4(a)類似，不同之處是用另一個驅(qū)動器代替了圖4(a)中的滑輪89 和重物85的結(jié)構(gòu)。圖4(c)與圖4(a)類似，不同之處是去掉了圖4(a)中的重物85，而將拉繩83繞過滑輪84后再連接到驅(qū)動器82上。圖4(d)為用圖4(a)中的方案的總體框架方案示意圖，圖中畫出了 5行X6列的總體框架示意圖，為簡潔，圖中沒有畫出如圖1所示的單元結(jié)構(gòu)的其他部分。
13
上述用拉繩代替推拉桿3或4的方案也可有多種代替組合，第一種是行、列推拉桿均用上述的拉繩代替，第二種是行或列推拉桿之一用拉繩代替。圖5為單元的幾種組合方式。其中圖5(a)為若干個排成一排的單個單元組合成一行的結(jié)構(gòu)示意圖，組合方式是將這若干個單個單元裝置的行推拉桿3和基架18在行方向相互連接起來，將若干個上述排成一排的列結(jié)構(gòu)的列推拉桿4和基架18在列方向相互連接起來即可組成一大框架陣列。圖5(b)為另一種單個單元的組合方式構(gòu)成一個組合單元，將若干個這樣的組合單元再排成若干行和若干列，并將它們的行、列推拉桿分別像圖1 一樣相互連接，以及基架 18在行、列方向上相互連接即構(gòu)成一大的框架陣列。圖5(c)為又一種單元的組合方式，其再組合方式與圖5(a)和圖5(b)的方式類似，其中91，92，93分別為連接三個單元的連接桿。上述只給出了 3種單元組合方式，實際上可以有無數(shù)個單元組合方式，限于篇幅， 不再詳述。圖6為用兩個一維轉(zhuǎn)向構(gòu)件代替萬向節(jié)等二維轉(zhuǎn)向構(gòu)件的示意圖。圖6(a)中94，95分別為單向轉(zhuǎn)向支架，圖6(b)中96，97分別為一圓形副，實際上有許多種一維轉(zhuǎn)向構(gòu)件可用來代替二維轉(zhuǎn)向構(gòu)件，在此不再詳述。圖7為推拉桿或拉繩與基架連動裝置25的示意圖。其中圖7(a)為其中之一連動方案的正視圖，圖7(a)中，98為限位弧形滑槽，99為雙面弧形滑塊，滑塊99可在滑槽中自由滑行，100和101均為剛性桿，兩者固定連接，這兩者也可用一根剛性桿代替，102為剛性板，103為滑塊，104為限位盒，105為連接承力桿19或20與滑塊103的連接桿，18為基架。連動裝置的工作原理是驅(qū)動器使滑塊103運動，并進而帶動剛性桿100和101及滑塊99在滑槽98內(nèi)運動，可根據(jù)驅(qū)動器的驅(qū)動行程與太陽接收裝置1的轉(zhuǎn)動角度關(guān)系設(shè)計滑塊103和剛性桿100，101及滑塊99的行程和幾何形狀，以及滑槽98的幾何形狀，使得驅(qū)動器與太陽接收裝置1的行程和轉(zhuǎn)動角度關(guān)系與滑塊99在滑槽98中滑行的行程和角度一一對應(yīng)，這樣可消除或減少拉應(yīng)力及風壓等造成的誤差影響，基架18在有溫差時推拉剛性板102伸縮，使基架18與上面的推拉桿及連接桿105等一起運動，可消除溫差對推拉桿和基架的伸縮影響。圖7(b)為另一連動方案的正視圖，圖7(b)中106為連接承力桿19或20與滑塊103的剛性桿或纜繩，其他標號與前述一致，即84為滑輪，89為纜繩等等，工作原理與圖 7(a)的方案類似。圖7 (c)為又一連動方案的正視圖，圖7(c)中107為一兩端開孔的長方形盒，108 為剛性桿，109為標準狀態(tài)校正器，此校正器是根據(jù)驅(qū)動器驅(qū)動軸的行程與太陽接收裝置的轉(zhuǎn)動角度的關(guān)系設(shè)計的角度行程校正器，可有許多種結(jié)構(gòu)，在此不做詳述。圖7(c)的工作原理與圖7(a)和圖7(b)類似。圖7(d)為限位盒104的俯視圖，其中110為一開口。圖7(e)為限位弧形滑槽98的俯視圖，其中111為一對穿開口槽，滑塊99在此開
口槽中滑動。圖8為基架18的示意圖，圖8(a)為一種基架示意圖，其中圖8 (a)中112為剛性桿，基架由剛性桿縱橫連接或以其他方式連接而成，113為限位套。
圖8(b)為限位套示意圖，圖中限位套與地面或與其他構(gòu)件連接，限位套的作用是限制基架的上、下運動，基架可以在限位套中做前、后、左、右的移動，但其上、下運動限制在很小的范圍，比如毫米或厘米量級，這只需使限位套的高度略大于基架桿的厚度(高度)即可。圖8 (c)為另一種基架示意圖，結(jié)構(gòu)與圖8 (a)類似，不同之處在于用重物115代替了圖8(a)中的限位套113，重物115可以是石塊或沙袋或其他重物，重物115的作用與圖 8(a)中的限位套113類似，目的是限制基架18的上、下運動，但可以在地平面附近伸縮。基架18的作用主要有三種，一種是可使位于基架上方的推拉桿3或4及拉繩的溫差效應(yīng)消除或減少，第二種是可大量節(jié)省立柱等的安裝材料和人工費用，第三種是可對框架結(jié)構(gòu)進行工廠化，標準化和模塊化加工和組裝。圖9為與其他種類跟蹤太陽機構(gòu)的組合應(yīng)用的單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖9 (a)為其中一種，圖中標號1，2，3，4，5及10與前述一樣，116和117分別為運動副，118為剛性桿，119和120分別為運動副，121為剛性桿，122為運動副，123為運動副， IM為一維轉(zhuǎn)向支架或運動副，將若干個上述單元結(jié)構(gòu)組合起來即可構(gòu)成一跟蹤太陽機構(gòu)的框架陣列，組合方式與前述的類似。其中驅(qū)動推拉桿3的驅(qū)動器安裝在一維轉(zhuǎn)向支架上， 另一邊的驅(qū)動器固定在地面。圖9(b)為另外一種組合應(yīng)用單元結(jié)構(gòu)，與上述圖9 (a)類似，不同之處在于圖9 (b) 將列推拉桿4放在行推拉桿3的上方，另外將運動副122換成了萬向節(jié)125，應(yīng)用方法與前述的圖9(a)類似，其中兩邊的驅(qū)動器均固定于地面或固定于與地面相連接的構(gòu)件上。圖9 (c)為又一種組合應(yīng)用單元結(jié)構(gòu)，與圖9(b)類似，不同之處在于將推拉桿4放在了滑塊10的上方，其他與圖9(b)類似。本實施例的工作原理是太陽相對于地球的入射角可用太陽在地球的經(jīng)度方向和緯度方向的角度來表示，通常稱這兩個角度分別為方位角和高度角，這兩個角度可將其投影分解到任意兩個呈一定角度的方向，在本實施例中，為了方便，這兩個方向分別為行推拉桿和列推拉桿方向，它們的角度相互垂直，即成90°夾角，將太陽的角度分解到行、列推拉桿方向，若將行、列推拉桿分別放置在經(jīng)度和緯度方向，則太陽投射到行、列推拉桿方向的角度分別為太陽相對于地球的經(jīng)度方向和緯度方向的角度。本實施例的工作原理的具體實施方法是通過太陽光跟蹤接收傳感系統(tǒng)(模塊)和控制電路控制驅(qū)動器觀的運動，驅(qū)動器28驅(qū)動與之相連的承力桿31和32等，進而帶動推拉桿3和4等運動，推拉桿3，4運動再帶動剛性桿運動并進而帶動太陽接收裝置1轉(zhuǎn)動角度，或推拉桿3，4運動帶動剛性桿運動，此剛性桿再帶動滑塊10運動，滑塊10再帶動另一與太陽接收裝置用萬向節(jié)連接的剛性桿運動，并進而帶動太陽接收裝置轉(zhuǎn)動角度。在前面已敘述了可用多種單元結(jié)構(gòu)及可用纜繩代替剛性桿還可用拉繩代替推拉桿，在此不再詳述。只需計算設(shè)計適當?shù)尿?qū)動器觀的驅(qū)動行程和立柱2的高度，剛性桿在推拉桿3或 4中的相對位置，以及剛性桿與太陽接收裝置的相對位置等參數(shù)，即可準確計算出驅(qū)動器的驅(qū)動行程與太陽接收裝置轉(zhuǎn)動角度的一一對應(yīng)關(guān)系。上述參數(shù)可根據(jù)需要做任意調(diào)整， 即通過調(diào)整上述參數(shù)即可使太陽接收裝置準確跟蹤太陽，或?qū)⑻柟夥瓷涞皆O(shè)定的位置， 例如接收塔上的接收器上。
太陽接收裝置的初始角度的確定根據(jù)用途有不同的初始角度，如果為分散應(yīng)用， 即太陽接收裝置為平板光伏電池組件或聚光光伏電池組件或熱能接收器等等，則需要將太陽接收裝置至始至終對準太陽，因此這類應(yīng)用時的初始角度必須正對太陽，初始角度的設(shè)定需要根據(jù)當?shù)氐乩砦恢眉唇?jīng)度、緯度確定。如果為集中應(yīng)用，即將太陽接收裝置例如反射鏡接收到的太陽光全部集中反射到位于框架陣列中或框架陣列邊上的太陽光接收塔上的接收器上，則此時太陽接收裝置1的初始角度應(yīng)調(diào)整到能將太陽光集中反射到太陽光接收塔上的接收器上的角度，這一角度可根據(jù)太陽光接收塔上的接收器離地面的高度和某個太陽光接收裝置1離太陽光接收塔底部的距離計算出來，這是簡單的幾何計算，不做詳述。驅(qū)動器和推拉桿的行程計算對分散應(yīng)用即太陽接收裝置1需要始終對準太陽的情況，行、列推拉桿的行程需保證太陽接收裝置轉(zhuǎn)動的角度等于太陽在相同方向的轉(zhuǎn)動角度，適當選取上述各項參數(shù)不難做到這一點。對集中應(yīng)用，即將若干個太陽接收裝置1 (反射鏡等)的反射光等全部匯聚到太陽光接收塔上的接收器上的情況，此時由于鏡面的反射關(guān)系，反射鏡的角度變化應(yīng)等于太陽光在相同方向的角度變化的二分之一，此時相應(yīng)調(diào)整驅(qū)動器觀的行程即可，或?qū)傂詶U及剛性桿相對太陽光接收裝置的位置等幾何參數(shù)做出適當調(diào)整即可。上述實施例中的萬向節(jié)均可分別用兩個轉(zhuǎn)軸相互垂直且與行、列推拉桿相互平行的一維轉(zhuǎn)向支架或圓柱副或運動副或其他一維轉(zhuǎn)向構(gòu)件代替。上述實施例中的一維轉(zhuǎn)向支架和鉸鏈方式及其它部件可以有許多種，限于篇幅， 不再詳述。以上實施例僅僅是本發(fā)明的許多種實施例的一部分，限于篇幅，還有許多種實施例不再詳述。
權(quán)利要求
1.一種跟蹤太陽的機構(gòu)，包括太陽光跟蹤接收模塊陣列、驅(qū)動模塊陣列對準太陽的方位角和高度角的驅(qū)動機構(gòu)，控制方位角和高度角驅(qū)動機構(gòu)的跟蹤控制電路，向跟蹤控制電路傳送信號的太陽光方位角和高度角傳感器。其有如下特征a)太陽光跟蹤接收模塊陣列由若干個單個接收單元模塊組合而成；b)每個單個接收單元模塊包括由一段或多段構(gòu)成的立柱，安裝于立柱上的轉(zhuǎn)向構(gòu)件，安裝于立柱上端或中間某處的太陽光接收裝置，行、列推拉桿，或行、列拉繩，與行、列推拉桿或行、列拉繩相連接的剛性桿或纜繩。
2.如權(quán)利要求1中所述的剛性桿用萬向節(jié)或其他二維轉(zhuǎn)向構(gòu)件或用一維轉(zhuǎn)向構(gòu)件與行、列推拉桿相連接，剛性桿的另一端通過萬向節(jié)或其他二維轉(zhuǎn)向構(gòu)件或兩個轉(zhuǎn)軸相互垂直的一維轉(zhuǎn)向構(gòu)件與太陽光接收裝置直接連接，或連接到與太陽光接收裝置相連接的其他構(gòu)件上，或者剛性桿的另一端先用萬向節(jié)或其他二維轉(zhuǎn)向構(gòu)件或一維轉(zhuǎn)向構(gòu)件連接到一滑塊上或滑環(huán)上或其他類似構(gòu)件上，再用另一根剛性桿用萬向節(jié)或其他二維轉(zhuǎn)向構(gòu)件或一維轉(zhuǎn)向構(gòu)件連接滑塊或滑環(huán)或其他類似構(gòu)件，這另一剛性桿的另一端用萬向節(jié)等二維轉(zhuǎn)向構(gòu)件連接到太陽光接收裝置上或連接到與太陽光接收裝置相連接的其他剛性構(gòu)件上。
3.如權(quán)利要求1中的滑塊或滑環(huán)或其他類似構(gòu)件直接安裝在立柱上或其他安裝于地面的構(gòu)件上，或安裝于立柱上的滑槽上或其他構(gòu)件上的滑槽上。
4.如權(quán)利要求1中的立柱上的轉(zhuǎn)向構(gòu)件為一單獨的二維轉(zhuǎn)向構(gòu)件或兩個一維轉(zhuǎn)向構(gòu)件組成的構(gòu)件。
5.如權(quán)利要求1中的纜繩分別與推拉桿或拉繩上的兩處相連接或通過位于推拉桿或拉繩的兩個滑輪，且與太陽光接收裝置上的兩處構(gòu)件相連接或通過太陽光接收裝置上的兩個滑輪相連接。
6.如權(quán)利要求1中的太陽光接收裝置和立柱連接的轉(zhuǎn)向構(gòu)件與太陽光接收裝置和另外兩剛性桿連接的轉(zhuǎn)向構(gòu)件在相同轉(zhuǎn)動方向的轉(zhuǎn)動支撐點在同一平面內(nèi)，或接收裝置和立柱連接的轉(zhuǎn)向構(gòu)件與行、列推拉桿和剛性桿相連接的二維轉(zhuǎn)向構(gòu)件在相同轉(zhuǎn)動方向的轉(zhuǎn)動支撐點在同一平面內(nèi)，且上述太陽光接收裝置與立柱連接的轉(zhuǎn)向構(gòu)件與太陽光接收裝置連接的另外兩個轉(zhuǎn)向構(gòu)件在相同轉(zhuǎn)動方向的轉(zhuǎn)動支撐點的連線相互垂直。
7.如權(quán)利要求1中的太陽光跟蹤接收模塊陣列及其支撐框架，其特征是由若干個單個接收單元模塊的行、列推拉桿分別相互連接起來組成，或若干個接收單元模塊的行、列推拉桿相互連接起來組成組合單元，再將若干個這樣的組合單元的行、列推拉桿再分別相互連接起來組成框架陣列，或用其他組合方式將若干個接收單元模塊的行、列推拉桿相互連接組成框架陣列，行、列推拉桿的至少一個端頭或靠近端頭處用一較寬較厚的承力桿或其他類似構(gòu)件或其他能承受一定拉壓力的結(jié)構(gòu)件相連接，承力桿或類似構(gòu)件與驅(qū)動器相連接，或接收單元模塊的行、列拉繩分別相互連接起來組成框架陣列，或若干個接收單元模塊的行、列拉繩相互連接起來組成組合單元，再將若干個組合單元的行、列拉繩分別相互連接起來組成框架陣列，或用其他組合方式將若干個接收單元模塊的行、列拉繩相互連接起來組成框架陣列，行、列拉繩的兩個端頭或靠近端頭處用一較寬較厚的承力桿或其他類似構(gòu)件或其他能承受一定拉壓力的結(jié)構(gòu)件相連接，連接行、列拉繩的一端或靠近端頭處的承力桿分別與驅(qū)動器相連接，另一承力桿的中間位置或中間位置附近連接一根或若干根纜繩或一段為剛性桿另一段為纜繩，此一根或若干根纜繩的中間某位置分別通過滑輪，纜繩的另一端分別按照重物，此重物的重量或重物重量之和大于框架陣列在太陽接收裝置在最大傾角時的平行拉繩方向的分力，或上述纜繩通過滑輪后，纜繩的另一端再連接到驅(qū)動器上，或上述纜繩的另一端不通過滑輪而是直接連接到另一驅(qū)動器上，或其他的纜繩連接和驅(qū)動方式，上述框架陣列可以為任意形狀。
8.如權(quán)利要求1所述的推拉桿或拉繩被限制在若干個圓形孔或方形孔，圓柱副，圓環(huán)， 方形環(huán)或其他類似的用以限制推拉桿或拉繩只在一個方向做平行運動的構(gòu)件上，圓柱副， 圓環(huán)，方形環(huán)或其他類似功能構(gòu)件安裝在立柱上或地面上或其他構(gòu)件上。
9.如權(quán)利要求1所述的立柱的下端安裝于地面或其他構(gòu)件上，或立柱的上端安裝于水平梁上，用另外的支撐柱支撐水平梁。
10.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器分別位于框架陣列的相鄰兩邊或其他非對稱的兩邊， 每邊的驅(qū)動器可以是一個或若干個的組合，單個驅(qū)動器的驅(qū)動軸線或多個驅(qū)動器的驅(qū)動合力線處于框架陣列的對稱或基本對稱位置。
11.如權(quán)利要求5中的兩邊的驅(qū)動器分別通過一根或若干根桿或類似桿的構(gòu)件與行、 列框架陣列的承力桿直接連接或鉸鏈。
12.如權(quán)利要求5中的兩邊的驅(qū)動器分別安裝在地面或其他構(gòu)件上。
13.如權(quán)利要求1中所述的跟蹤太陽的機構(gòu)在一維跟蹤聚光中的應(yīng)用，此時只需將行或列其中之一的一維或二維轉(zhuǎn)向構(gòu)件取消，而改為直接連接，且將框架陣列中的所有的二維轉(zhuǎn)向構(gòu)件都改為一維轉(zhuǎn)向構(gòu)件即可。
14.如權(quán)利要求1中所述跟蹤太陽的機構(gòu)與其它種類跟蹤太陽機構(gòu)的組合應(yīng)用，即行跟蹤用如權(quán)利要求1所述的跟蹤太陽的機構(gòu)，而列跟蹤用其他種類的跟蹤太陽機構(gòu)。
15.一種用于上述權(quán)利要求1中所述框架陣列的基架，基架由若干根剛性桿連接而成， 用限位套或重物限制基架的上、下運動，基架的非對稱的兩邊分別用一軸連接到驅(qū)動器的基座上或固定在驅(qū)動器附近的地面上或其他構(gòu)件上，基架的另外的多個邊可自由伸展，上述接收框架陣列固定在基架上。
16.一種用于上述權(quán)利要求1和權(quán)利要求12所述框架陣列和基架的連動裝置，用以消除或減少風壓、重力、及加工和安裝等因素對跟蹤精度的影響，其特征是連動裝置由標準角度狀態(tài)校正器和連接框架陣列的軸及連接基架的軸組成，標準角度狀態(tài)校正器是由太陽角度傳感器和控制電路及驅(qū)動機構(gòu)組成，每一個連動器與一個驅(qū)動器相對應(yīng)，位于驅(qū)動器的驅(qū)動軸線的延長線上，分布在框架陣列的對應(yīng)的兩邊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自動跟蹤太陽裝置，屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括聚光模塊陣列、驅(qū)動機構(gòu)、跟蹤控制電路、傳感器等，利用一組控制和驅(qū)動機構(gòu)控制驅(qū)動數(shù)百至數(shù)萬個太陽光接收裝置跟蹤太陽，這些接收裝置包括聚光或非聚光的光伏電池組件、熱能接收裝置、太陽光反射鏡和折射鏡等，用于光伏發(fā)電或熱能應(yīng)用，及將太陽光反射或折射到塔上的接收器上用于光伏發(fā)電或熱能應(yīng)用等。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，不易變形，且有良好的防風能力和較高跟蹤精度，成本低廉，可用于各種太陽能利用系統(tǒng)中。
文檔編號G05D3/00GK102193560SQ20111007523
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月20日
發(fā)明者邱定平 申請人:邱定平