[發明專利]一種集熱式太陽光自動跟蹤系統及使用方法

在審

• 申請號: 201710981776.X
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107544560A
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 巨東英;張萬山;王軍生;張興虎
• 申請（專利權）人: 鞍鋼未來鋼鐵研究院有限公司
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所21224
• 代理人: 張群

技術領域

本發明屬于太陽能利用技術領域，特別涉及一種根據太陽光集熱形式設計的太陽光跟蹤系統的裝置和方法。

背景技術

隨著經濟的高速發展，僅僅依靠石油和煤炭等資源已經遠遠不能滿足人類對能源的需求。近年來太陽能利用受到普遍地關注，太陽能光伏發電技術也越來越得到普及。同時，利用太陽輻射能，并且即時將其轉換成其它形式能量(如激光等)的技術也已經開始被很多研究者所重視。在太陽能光伏發電和研究將太陽能轉換成不同形式的能量時，一個重要的問題是如何跟蹤太陽和某地的相對位置，更大限度地充分利用太陽能。尤其是當通過集熱的形式利用太陽能時，太陽光的焦點偏移對能量轉化影響極大，需要更精確地跟蹤太陽光，確定最好的焦點位置。目前在太陽能利用領域，太陽光的跟蹤方法主要是無線電跟蹤，光學跟蹤和光伏自動跟蹤方式。無線電跟蹤又分為角度自動跟蹤系統和距離自動跟蹤系統。角度跟蹤系統由發射系統、接收系統、伺服系統、數據處理和顯示系統以及跟蹤架等組成。距離跟蹤系統全由電子和電氣電路組成。這兩種方式都不適合于集聚高密度太陽能系統。光學跟蹤系統主要有紅外跟蹤和激光跟蹤，二者都是把測量的輻射能量轉換成電信號進行跟蹤。這兩種方式在高能量密度下也可以轉化電信號，但設備復雜成本高。光伏跟蹤方式是將傳感器安裝在太陽電池方陣上，通過與其同步運行進行跟蹤。這種方式主要在光伏發電中應用，不適合于高能量密度轉換系統。

為此，在集聚高密度太陽能的應用中(如太陽能誘發激光技術)，就需要根據太陽能的高密度集聚原理進行太陽自動跟蹤，因而在大規模應用中盡可能減低成本也是在應用中的關鍵課題。

綜上，在把高密度太陽能轉化成其他形式的能量或信號時，根據高效聚光或高太陽能集聚密度的特點自動跟蹤太陽和測試點的相對位置對應用課題至關重要。基于此，本專利提出一種新型集熱式太陽跟蹤系統。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明的目的是提供一種集熱式太陽光自動跟蹤系統及使用方法，以提高太陽跟蹤進度，減低系統的成本，有效地保證高能量太陽能密度的集聚和轉換。

為實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種集熱式太陽光自動跟蹤系統，包括聚光鏡、熱電偶、支撐桿、連接器件、支撐板、高位角馬達、支撐桿、聯結器、聯結板、方位角馬達、支架；

熱電偶通過支撐桿設置在聚光鏡的焦點處；聚光鏡、連接器件、支撐板、高位角馬達依次連接，支撐板與其下方的支撐桿固定連接，支撐桿底端通過聯結器與聯結板相連接，聯結板的正下方設置有方位角馬達，聯結板固定在支架上面。

還包括兩個A/D轉換器、電腦、數據采集單元；兩個A/D轉換器分別與高位角馬達、方位角馬達相連接，兩個A/D轉換器均與電腦相連接，熱電偶通過數據采集單元與電腦相連接。

所述聚光鏡為半球殼體或半橢球殼體。

所述聚光鏡材質為具有高反射率的金屬薄板。

所述聚光鏡的焦距大于1米，由若干菲涅爾光鏡組合形成，通過聚光鏡聚焦后的光斑直徑為20～60mm。

一種集熱式太陽光自動跟蹤系統的使用方法，包括以下步驟：

1)隨著地球與太陽的相互位置的變化，高位角馬達和方位角馬達的轉動實現高位角和方位角的調整，保證聚光鏡中心軸線始終指向太陽中點，即聚光鏡的聚光焦點隨時跟蹤太陽的中點，通過熱電偶測量聚光鏡的中心軸線是否偏離太陽的中點；當聚光鏡中心軸線偏離太陽中點時，熱電偶的溫度會發生變化，調整高位角馬達和方位角馬達的轉角使得熱電偶始終處于聚光鏡的聚光焦點上；

2)根據太陽赤道角度的計算方法計算集熱式太陽光自動跟蹤系統所在位置，決定經緯度和初始的高位角和方位角；

熱電偶測量聚光焦點處的溫度，該溫度與聚光焦點處的溫度規律相比得到的偏差，由偏差值反饋控制系統，控制系統控制高位角馬達和方位角馬達的轉動，跟蹤太陽的方位；當出現瞬間性多云現象，在控制補償時間間隔內溫度變化規律將不能實現聚光焦點再現溫度規律，此時按照太陽赤道角度的計算方法的計算公式控制高位角馬達和方位角馬達的轉動控制；當太陽光的光照度恢復良好狀態后，再度轉換為聚熱太陽跟蹤控制方式。

所述的太陽赤道角度的計算方法，包括太陽赤道角度計算、均時差計算、時間角計算、高位角的計算、方位角的計算，具體為：

太陽赤道角度δ計算：

δ＝0.33281-22.984cos(ωJ)-0.34990cos(2ωJ)-0.13980cos(3ωJ)+3.7872sin(ωJ)+0.03250sin(2ωJ)+0.07187sin(3ωJ)(1)