[00123174]按时间控制跟踪太阳的方法及装置

　　成 果 简 介 　　本专利是一种根据天文学视日运行轨迹，采用机电一体化间断运行的技术方案，按时间控制（适用于世界各地）全自动对太阳进行跟踪的装置。所述跟踪太阳的方法，分为双轴(二维)与“以特定单轴(一维)” 跟踪两种。前者(专利号：ZL2005 10043491.9) 适用于诸如各类太阳能接收器及与太阳有关的检测设备、碟式太阳能热发电系统高温集热设备、将太阳光导入室内等各领域，应用广泛；后者(专利申请号：201010590207.0) 主要适用于中高温集热系统，特别适合用作大型槽式线聚焦太阳能热发电系统的集热设备。该跟踪方法具有低成本、高精度、全自动、全天侯、高性能、稳定可靠的特点。它克服了目前已有的各式各样跟踪装置的，或因造价昂贵或由于其它技术方面之不足而影响推广应用的缺陷，使其作为一种产品进行大规模商业运作成为可能。现将其所具备的功能、有关参数及主要特点归结如下： 　　⑴全自动跟踪：每日从日出到日落，全天侯全自动跟踪，日复一日，年复一年，周而复始，原则上勿须人工干预； 　　⑵跟踪精度高且稳定不受干扰：本装置驱动器可使用减速电机，也可使用步进电机。前者跟踪最大误差一般小于0.5°（个别地区个别日期小于1°）；后者根据需要，其跟踪精度可高达±0.1°。完全可满足诸如使用聚光型光伏电池发电及将阳光聚光后导入室内等高精度跟踪需求； 　　⑶夜间防风及上电定位跟踪：在日落后自动返回的同时，仰角抬平防风，次日日出前自动落至起始跟踪位置；在跟踪运行中，因故断电后再上电时，能够自动定位继续跟踪，勿须人工干预，因此完全可用于人工不便管理的地方； 　　⑷结构紧凑、制作容易、维护方便、成本低廉：其机械驱动及支撑部分，可根据不同需要进行设计，应用范围广泛。 　　特别是“以特定单轴”跟踪，是一种完全新颖的跟踪方法，它既不是只跟踪太阳的方位，也不是只跟踪太阳的高度，而是跟踪太阳在垂直于或通过子午线并与地平面垂直的平面上的投影高度，该投影高度角θ为太阳方位角Φ和高度角β的函数。根据投影面是垂直于或是通过子午线的不同，该函数及所述‘单轴’放置的方向亦不相同；前者“单轴”南北水平放置，适用于地理纬度较低（小于40°）的地域；后者“单轴”东西水平放置，特别适用于高纬度（大于45°）地域。同时，该“单轴”可设计成与聚热真空玻璃管重合，固定不动（如附录之写真(二)所示）。由于聚热真空玻璃管是固定不动的，从而它解决了双轴全方位跟踪装置用于中高温（七、八百度）集热时，防泄漏及保温困难的问题；另，①由于结构简单，其聚热器可以做得很长（可长至一、二百米）；②虽然它较双轴全方位跟踪对太阳能接受器的利用率略低些，但由于前后安装时，基本无遮挡，所以其占地面积还是要少得多。因此，该单轴跟踪装置，可大幅度降低太阳能在中高温领域应用的成本，特别适用于中高温集热系统（例如工业锅炉），完全可用来作大型槽式线聚焦太阳能热发电系统的集热设备。 　　(一) 按时间控制跟踪太阳的基本原理及特定单轴跟踪角的推演与计算（略） 　　(二) “双轴”及“单轴”东西向与南北向放置跟踪所能接收的能量计算比较 　　太阳能接收器所能接收的辐射能，可如下计算： 　　令：太阳的直接辐射强度为I（W/m?），太阳对接收器受光平面的辐射强度为J 　　则：J=Isin(α) 式中： 　　α-------太阳光射线与接收器平面的夹角 　　又，根据有关资料，在一天内‘I’与太阳高度角β有关，即： 　　I=A/exp(B/sin(β);式中： 　　A-------表观太阳辐射强度(W/m?)，夏季A值约为1080W/ m?，冬季1230 W/ m?； 　　B-------大气消光系数(无因次)，夏季B值约为0.21，冬季0.14。 　　对于双轴全方位跟踪太阳的接收器来说，无论太阳在何方，α均为90°，即sin(α)始终取得最大值1，即J=I；而对于单轴跟踪的接收器，sin(α)可推演为时间的函数，而β亦为时间的函数，因此最终可推得辐射强度J为时间h的函数（详细推演过程，略），即J=f(h)，若令自时刻h0至h1，接收器单位面积所接收的能量为WH，则WH等于函数J=f(h) 在区间[h0,h1]上的定积分，即WH=∫ f(h)d(h)。现将以Visual Basic编写的该定积分计算程序，对面积为１m?接收器，在不同地理纬度二十四节气日12点前，“双轴”及“单轴”东西向与南北向放置跟踪算得的，所能接收的能量比较列于附录表。 　　该计算结果自身的误差，取决于A与 B取值(与大气状况有关)的误差，有时可能较大，但对各计算数据之间的关系影响很小。由表中可以看出，当地理纬度较低（小于40°）时，“单轴”南北放置，所能接收的能量大于东西放置，因此，此时宜采用南北放置；当地理纬度较高（尤其是大于45°）时，南北与东西放置所能接收的能量大致相仿，但南北放置夏季与冬季相差悬殊，因此采用东西放置为宜。