[實用新型]一種自旋-仰角跟蹤模式定日鏡的穩(wěn)定支撐裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020585021.1
• 申請日: 2010-11-01
• 公開（公告）號: CN201945729U
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發(fā)明（設計）人: 李莉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G02B7/198
• 分類號: G02B7/198;G02B7/182;G02B19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于太陽能應用技術領域，尤其涉及一種定日鏡的支撐裝置。

背景技術

定日鏡是對太陽進行跟蹤，并將光線反射到固定目標的裝置。一般說來，定日鏡的尺寸越大，集熱面積越大，收集到的能量也越多。另外，在一定范圍內(此范圍和緯度相關)，集熱器越高，則聚光的余弦效應就越小，收集的太陽能則越多。但是將集熱器安裝得很高，會帶來諸多不便：首先，安裝和維護的不便，其次，高處不便于熱量的收集和保溫。因此，在不能將集熱器安裝的太高的前提下，增大定日鏡的聚光面積就成了收集更多能量的一個重要的方法。

目前，定日鏡主要采用兩種跟蹤模式：方位角-仰角跟蹤模式和自旋-仰角跟蹤模式。

采用方位角-仰角跟蹤模式的定日鏡，機械設計較容易實現(xiàn)，其反射鏡面的重心位于支撐軸的正上方，整體結構也比較穩(wěn)定。但是，由于這種模式所能達到的聚光比不夠高，因此為了能夠達到較高的溫度，往往需要多臺定日鏡同時指向一個目標，塔式集熱器就是采用這種方法，利用一個大的定日鏡陣列對塔內的液體進行加熱，通過熱轉化對太陽能加以利用。

采用自旋-仰角跟蹤模式的定日鏡是近些年的進展，由陳應天教授等人在2001年的文章Non-imaging?focusing?heliostat(Solar?energy雜志，2001年71期155頁)中首先提出。該跟蹤模式由于采用非對稱的反射面，相同條件下能夠達到比方位角-仰角定日鏡更高的聚光比，因此可以使用單個定日鏡實現(xiàn)高倍聚光，具有更廣泛的應用前景。

但是傳統(tǒng)自旋-仰角跟蹤模式定日鏡(圖3、圖4)，反射鏡固定在自旋軸的一端，靠一個點固定整個鏡面。另外，自旋軸傾斜固定在支撐桿上，反射鏡面的重心偏離了支撐桿。

當反射鏡尺寸變大時，支撐桿需要變高，以使得反射鏡面不接觸地面，同時支撐桿承擔的重量變得很大。因此，支撐桿要在變高的同時，承擔更大的重量，而且是重心偏移的重量，這對支撐桿提出了很高的要求。傳統(tǒng)單支撐桿的定日鏡，完全依靠反射鏡面中心一個點，通過自旋軸支撐，當有風時，鏡面的晃動比較嚴重，容易造成聚光偏差，尤其，遇到雨雪，暴風等自然天氣，會導致重心嚴重的偏移支撐桿，從而嚴重的影響定日鏡的穩(wěn)定性。當鏡面尺寸變大時，情況會更為嚴重。由于上述支撐桿的限制，現(xiàn)有的自旋-仰角跟蹤模式的定日鏡要想達到很大的尺寸，有很大的困難。

發(fā)明內容

本實用新型主要目的是，提供一種新的定日鏡支撐結構，從而可以使采用自旋-仰角跟蹤模式的定日鏡，達到較大的尺寸，同時有很好的穩(wěn)定性和抗風能力，并且安裝簡便。

本實用新型設計的原理依據(jù)是：定日鏡是通過跟蹤并反射太陽光，使光線匯聚到指定目標，從而對太陽能源加以利用的裝置。本支撐裝置適用于采用自旋-仰角跟蹤模式的定日鏡。如圖1所示，該跟蹤模式的關鍵在于自旋軸指向目標集熱器，通過圍繞自旋軸和仰角軸兩個方向的旋轉來實現(xiàn)二維跟蹤聚光。由于自旋軸指向目標集熱器，仰角軸始終垂直于自旋軸，因此，圍繞自旋軸的旋轉，可以使得仰角軸垂直于通過太陽、目標集熱器和反射鏡面中心三點所在的平面。進一步，圍繞仰角軸的旋轉可以使得反射鏡面中心處的太陽的入射角等于出射角，(即太陽射出的光線，在鏡面中心處反射后，剛好照到目標集熱器。)本實用新型是利用自旋-仰角跟蹤模式定日鏡的跟蹤原理設計的穩(wěn)定的支撐裝置。

實現(xiàn)本實用新型的支撐裝置結構如下：有至少3個高度不同固定在地面上的支撐桿；支撐導軌固定在支撐桿的頂部；定日鏡的圓形框架放置在支撐導軌上，并可以在導軌上轉動；仰角軸通過定日鏡的圓形框架的中心，仰角軸的兩端與圓形框架相連接，并且可以繞其自身的軸向轉動；反射鏡固定在仰角軸上，并可以隨之一起轉動，定日鏡的圓形框架和仰角軸的轉動，由兩個跟蹤電機分別控制，集熱器收集經(jīng)反射鏡反射后的太陽光。

本實用新型與傳統(tǒng)支撐方式相比，有益的效果是：

一、解決了重心偏離支撐桿的問題。傳統(tǒng)單支撐桿的設計，會導致反射鏡面/鏡面陣列重心偏離支撐桿的問題。反射鏡面/鏡面陣列重心A(圖4)距離支撐桿中心偏移了長度BC。新型支撐裝置將原來自旋軸方向的轉動，轉變成定日鏡的圓形框架的轉動。沒有了自旋軸的限制，就解決了傳統(tǒng)自旋-仰角模式定日鏡重心偏離支撐桿的問題。

二、縮短了承重支撐桿的長度。傳統(tǒng)支撐裝置利用一根支撐桿承重，該支撐桿支撐著在整個定日鏡的中心，當定日鏡的半徑很大時，要求支撐桿的長度也很長，不容易實現(xiàn)穩(wěn)定的支撐。因此采用傳統(tǒng)支撐裝置的定日鏡不容易提高定日鏡的半徑，進而增大聚光面積。本新型支撐裝置由于整個重量幾乎壓在位于底部的支撐桿上，且不論定日鏡的半徑多大，底部的支撐桿都很短很粗，因此可以很容易實現(xiàn)低成本、堅固的支撐。