[發明專利]以特定單軸按時間控制跟蹤太陽的方法及高溫集熱裝置

無效

• 申請號: 201010590207.0
• 申請日: 2010-12-16
• 公開（公告）號: CN102122176A
• 公開（公告）日: 2011-07-13
• 發明（設計）人: 王新庚
• 申請（專利權）人: 王新庚
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12;F24J2/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬領域

本發明涉及一種以特定單軸按時間控制跟蹤太陽的方法及高溫集熱裝置，可廣泛用于中、高溫太陽能產業。

背景技術

為利用太陽能獲得高溫，需要對太陽進行跟蹤并加以聚焦。而目前，跟蹤太陽的裝置，大多為雙軸全方位跟蹤，當把這種裝置用于中高溫(七、八百度)集熱時，由于被加熱介質的輸送管道往往需要設有活動環節，因此給密封防泄漏及保溫帶來極大困難，從而使這種跟蹤裝置難于在太陽能中高溫產業領域得到廣泛應用。

發明內容

為了解決雙軸全方位跟蹤裝置用于中高溫集熱時的弊端，本發明提供一種以特定單軸按時間控制對太陽進行跟蹤的方法與高溫集熱裝置。

本發明之‘單軸’跟蹤，并非目前已有的只跟蹤太陽方位的所謂單軸跟蹤。本單軸跟蹤，既不是只跟蹤太陽的方位，也不是只跟蹤太陽的高度，而是跟蹤太陽在垂直于或通過子午線并與地平面垂直的平面上的投影高度，該投影高度角θ＝F(Φ，β)，為太陽方位角Φ和高度角β的函數，或推演成太陽高度角β和赤緯角δ、時角H的函數。根據該投影面是垂直于或是通過子午線的不同，所述之‘單軸’放置的方向亦不相同。前者南北水平放置，適用于地理緯度較低(小于40°)的區域；后者東西水平放置，特別適用于高緯度(大于45°)區域。本發明即通過如是‘單軸’，對該θ角進行跟蹤，并利用槽式拋物柱面線聚焦，實現高溫集熱。

附圖說明

附圖1.a、圖1.b分別為本發明所述投影面是垂直于或是通過子午線時，投影高度角θ的推演示圖，圖1.a為“垂直于”，圖1.b為“通過”。

圖中：HC----太陽光射線，β---太陽高度角，α---太陽光射線與太陽能接收器受光平面(涂色面示)之間的夾角；圖中DC與地平面平行，當I與D點重合時，α獲得最大值，HD(I)即為太陽光射線在HGEAD平面(圖1.a垂直于，圖1.b通過子午線)上的投影。該投影高度角θ：

在圖1.a中，sin(θ)＝sin(β)/sqrt(1-cos²(β)cos²(φ))

或sin(θ)＝sin(β)/sqrt(sin²(β)+cos²δsin²H)

在圖1.b中，sin(θ)＝sin(β)/sqrt(1-cos²(β)sin²(φ))

或sin(θ)＝sin(β)/sqrt(1-cos²δsin²H)

此時，接收器受光平面CDEF與地平面的夾角ψ為θ的余角。

附圖2為特定單軸跟蹤槽式拋物柱面集熱器實施例(擬用于小型鍋爐)圖。

圖中：1.集熱真空玻璃管(與特定‘單軸’重合，南北或東西放置固定不動)，2.支架，3.槽式拋物柱面集熱器，4.扇形齒輪，5.驅動器。

具體實施方式

本發明實施上述跟蹤方法的按時間控制跟蹤太陽的高溫集熱裝置的實施例，如附圖2示，所述高溫集熱裝置，采用槽式拋物柱面集熱器；所述‘單軸’，與位于槽式拋物柱面集熱器聚焦線上的集熱真空玻璃管重合，根據當地地理緯度之不同，南北或東西放置，通過支架固定不動，槽式拋物柱面集熱器，通過其下面的扇形齒輪由驅動器驅動，圍繞‘單軸’轉動，以實現對上述投影高度角θ的跟蹤；其驅動器由微型減速電機或步進電機與一減速齒輪付構成。

計算機控制部分，硬件主要由單片機與時鐘芯片組成；軟件采用間斷運行跟蹤的技術方案，用C語言與匯編語言編寫。

本發明的有益效果：

由于集熱真空玻璃管及其介質的輸送管道都是固定不動的，從而解決了雙軸全方位跟蹤裝置用于中高溫集熱時，防泄漏及保溫困難的問題；又，①由于運行穩定可靠，結構簡單，成本低廉，其集熱器可以做得很長(可長至一、二百米)；②雖然它較雙軸全方位跟蹤對太陽能接受器的利用率略低些，但由于前后安裝時，基本無遮擋，所以其占地面積較雙軸全方位跟蹤要少得多。因此，該單軸跟蹤裝置，可大幅度降低太陽能在中高溫領域應用的成本，特別適用于中高溫集熱系統(例如工業鍋爐)，完全可用作槽式大型太陽能熱發電系統的集熱設備，在陽光充足的沙漠、草原建設大型太陽能發電站，為減少溫室氣體排放做出貢獻。