反射式太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)的制作方法

專利名稱:反射式太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明涉及一種反射式太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)，這種系統(tǒng)用于將太陽(yáng)光線反射到太陽(yáng)能收集器。當(dāng)太陽(yáng)跨越天空運(yùn)動(dòng)時(shí)，該系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)跟蹤，使光線總是反射到收集器。
海哲(Hedger)的第4063543號(hào)美國(guó)專利給出了一種反射式太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)。這一系統(tǒng)中裝有一個(gè)主反射鏡，既可在南／北方向，又可在東／西方向運(yùn)動(dòng)。來(lái)自主反射鏡的反射光線經(jīng)由第二個(gè)反射鏡，即副反射鏡，射到一個(gè)位置探測(cè)靶上，從而控制主反射鏡的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)光線反射到靶的中間部位時(shí)，主反射鏡被置位，引導(dǎo)光線射入收集器。當(dāng)光線偏離靶的中間部位時(shí)，主反射鏡在一個(gè)或兩個(gè)方向上被重新置位，直至光線又射入收集器。
在現(xiàn)有技術(shù)的太陽(yáng)能收集裝置中，已有很多伺服控制跟蹤裝置。然而，它們大多是應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)整個(gè)收集器陣列，而不是運(yùn)動(dòng)遙控靶的反射器裝置那樣的系統(tǒng)中，而運(yùn)動(dòng)反射器裝置具有諸如重量輕，靈活機(jī)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)反射部件的低功率要求，而較重的收集器陣列仍保持靜止等等一系列優(yōu)點(diǎn)，整個(gè)收集器陣列為可運(yùn)動(dòng)的裝置的一個(gè)例子是拉塞爾(Russell)的4290411。固定式收集器和可運(yùn)動(dòng)反射鏡的優(yōu)點(diǎn)在海哲的技術(shù)之前已被認(rèn)識(shí)到，海哲系統(tǒng)包括一外加瞄準(zhǔn)反射鏡的子系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是校準(zhǔn)困難，由此可干擾跟蹤作用，并且在海哲系統(tǒng)中包括主反射鏡及子系統(tǒng)瞄準(zhǔn)反射鏡兩種校準(zhǔn)，這一問(wèn)題被復(fù)合起來(lái)。本發(fā)明通過(guò)改進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定性，簡(jiǎn)化跟蹤測(cè)定，以及不經(jīng)過(guò)大的干涉式調(diào)整，改進(jìn)太陽(yáng)處于任何區(qū)域的可工作性等，來(lái)設(shè)法減少校準(zhǔn)誤差。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種反射式太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)，可以自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)，維持其位置總是使太陽(yáng)光線入射到太陽(yáng)能收集器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供這樣一種系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)及操作均較簡(jiǎn)單并有簡(jiǎn)單的或操作(運(yùn)算)測(cè)定。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)，適用于將太陽(yáng)光反射到遠(yuǎn)處一個(gè)靜止的太陽(yáng)能收集器，該系統(tǒng)包括一個(gè)反射器，將太陽(yáng)光反射到收集器，一個(gè)裝配組件，相對(duì)于收集器可運(yùn)動(dòng)地安裝反射器，一個(gè)感測(cè)器裝置，指向太陽(yáng)并感測(cè)太陽(yáng)在高度及水平位置上的變化，并產(chǎn)生相應(yīng)這種變化的控制信號(hào)，以及一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)械，與感測(cè)器裝置及反射器實(shí)行工作連接，相應(yīng)于控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)它們，使感測(cè)器裝置跟蹤太陽(yáng)，使反射器運(yùn)動(dòng)，維持在一個(gè)位置，總是將太陽(yáng)光反射到收集器。反射器安裝在裝配組件上，繞指向收集器的第一個(gè)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，并可繞與第一軸線垂直的第二個(gè)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以控制反射器的俯仰度。感測(cè)器裝置也安裝在裝配組件上，其指向可繞第一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以控制其方位角指向，并可繞垂直于第一軸線的軸運(yùn)動(dòng)，以控制其俯仰指向。
這樣，即使它們跟蹤太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)不同，反射器和感測(cè)器裝置可通過(guò)一個(gè)指向收集器的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線，安裝在同一個(gè)裝配組件上，它們的運(yùn)動(dòng)是不同的，這是由于，在反射式太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)中，感測(cè)器裝置必須運(yùn)動(dòng)以便總是指向太陽(yáng)，而反射器則必須運(yùn)動(dòng)以便指向太陽(yáng)和收集器之間的角度中點(diǎn)。在這一點(diǎn)，太陽(yáng)光反射到收集器。
如果太陽(yáng)僅僅在通過(guò)太陽(yáng)中心點(diǎn)，收集器中心點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)的反射鏡的中心點(diǎn)或聚焦點(diǎn)這三點(diǎn)的一個(gè)平面內(nèi)作高度方向的運(yùn)動(dòng)，則適當(dāng)校準(zhǔn)反射裝置以補(bǔ)償太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的計(jì)算會(huì)很簡(jiǎn)單，這時(shí)，反射鏡的角運(yùn)動(dòng)為太陽(yáng)角運(yùn)動(dòng)的一半，這是由于，反射角等于入射角。例如，如果太陽(yáng)在這個(gè)平面內(nèi)變化兩度角，則反射鏡只需運(yùn)動(dòng)一度角，因?yàn)檫@時(shí)反射角及入射角變化一度，總起來(lái)有兩度角的補(bǔ)償。然而，由于太陽(yáng)的水平高度同時(shí)變化，由太陽(yáng)反射器在各個(gè)反射點(diǎn)形成的平面朝向是變化的。本發(fā)明的系統(tǒng)試圖通過(guò)首先轉(zhuǎn)動(dòng)整個(gè)中心，使反射平面與太陽(yáng)的新位置校準(zhǔn)，以便保持在高度方向上1／2角調(diào)整的簡(jiǎn)單關(guān)系。在概念上可分解成兩種調(diào)整去理解本裝置的結(jié)構(gòu)。反射平面的第一種轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)角等于這個(gè)反射平面的角運(yùn)動(dòng)；在該平面內(nèi)的第二種調(diào)整，它是太陽(yáng)俯仰角變化的一半。第一個(gè)角可通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡補(bǔ)償，第二個(gè)角可通過(guò)調(diào)整反射鏡傾斜1／2角度補(bǔ)償。
在本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例中，裝配組件的走向沿著第一軸線通過(guò)反射器的中心點(diǎn)，并且包括一個(gè)可繞第一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的部件。反射器和感測(cè)器裝置安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)部件上。一個(gè)反射器的裝配柄橫向穿過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)部件沿第二軸線延伸。繞裝配柄的轉(zhuǎn)動(dòng)控制反射器的俯仰度，轉(zhuǎn)動(dòng)部件的旋轉(zhuǎn)控制反射器的方位角指向，感測(cè)器裝置沿著垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)部件和感測(cè)器指向的一個(gè)安裝軸裝在轉(zhuǎn)動(dòng)部件上，感測(cè)器裝置可繞安裝軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以控制其俯仰度，轉(zhuǎn)動(dòng)部件本身繞第一軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)控制感測(cè)器裝置的水平方位。
驅(qū)動(dòng)機(jī)械可簡(jiǎn)單地安置，給系統(tǒng)提供正確的轉(zhuǎn)動(dòng)。使反射器和感測(cè)器指向繞第一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以便跟蹤太陽(yáng)在水平方位上的變化。驅(qū)動(dòng)機(jī)械也可在高度方向上以21的驅(qū)動(dòng)比轉(zhuǎn)動(dòng)感測(cè)器裝置和反射器，從而使反射器傾斜，轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，等于太陽(yáng)在高度方向上運(yùn)動(dòng)所經(jīng)過(guò)的角度的一半，這就確保反射器總是指向太陽(yáng)和收集器之間的角度中點(diǎn)。
太陽(yáng)位置的任何變化包括高度及水平分量，所以系統(tǒng)跟隨太陽(yáng)位置變化的實(shí)際調(diào)整是兩種轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)合，因此系統(tǒng)自動(dòng)地補(bǔ)償太陽(yáng)位置的變化，使感測(cè)器裝置跟蹤太陽(yáng)，反射器的位置維持在將光線反射到收集器上。
在本發(fā)明的反射式太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)中，盡管反射器和感測(cè)器裝置的運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜，并且不能安置得使反射器簡(jiǎn)單跟蹤感測(cè)器裝置，但是，這些運(yùn)動(dòng)還是根據(jù)本發(fā)明在一個(gè)簡(jiǎn)單的裝配組件中得以實(shí)現(xiàn)。
感測(cè)器裝置最好包括一個(gè)第一部分，用于探測(cè)太陽(yáng)水平方位上的變化；包括一個(gè)第二部分，用于探測(cè)太陽(yáng)在高度位置上的變化，每一部分產(chǎn)生各自的控制信號(hào)供給驅(qū)動(dòng)機(jī)械，來(lái)自第一部分的控制信號(hào)使反射器繞第一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)自第二部分的控制信號(hào)使反射器繞第二軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，感測(cè)器裝置包括一個(gè)由四個(gè)對(duì)稱排布的太陽(yáng)電池感測(cè)器組成的陣列，其中的一對(duì)校準(zhǔn)水平方向，另外一對(duì)校準(zhǔn)高度方向控制信號(hào)由各對(duì)中的每個(gè)感測(cè)器探測(cè)到的陽(yáng)光量的變化所產(chǎn)生。分別用于粗調(diào)和細(xì)調(diào)定位的陣列可被提供。
這樣，一個(gè)簡(jiǎn)單的反饋機(jī)械可被提供，以控制反射器和感測(cè)器裝置的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
下面，簡(jiǎn)述附圖，它們示出本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例。
圖1為本發(fā)明太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)的示意透視圖，系統(tǒng)與太陽(yáng)和一遠(yuǎn)處的太陽(yáng)能收集器位于相對(duì)校準(zhǔn)狀態(tài)；圖2為跟蹤系統(tǒng)的示意側(cè)視圖，表示跟蹤太陽(yáng)在高度上的變化；圖3為跟蹤系統(tǒng)裝配組件的部分剖去側(cè)向透視圖；圖4為跟蹤系統(tǒng)感測(cè)器裝置的透視圖；圖5為圖4中感測(cè)器裝置一部分的斷面示意圖。
圖1示出本發(fā)明最佳實(shí)施例的一個(gè)反射式太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)。
系統(tǒng)1包括一個(gè)總體呈平面形狀的反射器或反射鏡2，反射器2裝在裝配組件3上，并且安置得將來(lái)自太陽(yáng)5的光線4反射到遠(yuǎn)處的一個(gè)太陽(yáng)能收集器6上，收集器6可包括任何適當(dāng)?shù)氖占?yáng)能的裝置，例如水或其他流體加熱器，或太陽(yáng)電池等裝置，收集器固定在遠(yuǎn)處的搭7上。
一個(gè)感測(cè)器裝置8也安裝在裝配組件3上，并且安置得當(dāng)太陽(yáng)跨越天空運(yùn)動(dòng)時(shí)，指向太陽(yáng)5及對(duì)其跟蹤，從感測(cè)器裝置8來(lái)的信號(hào)用作控制操作驅(qū)動(dòng)機(jī)械9(見(jiàn)圖3和圖4)，使反射器2運(yùn)動(dòng)，以便將太陽(yáng)在各個(gè)位置發(fā)出的光線精確地反射到收集器6。
簡(jiǎn)單的太陽(yáng)能收集器跟蹤系統(tǒng)中，收集器本身被安置得總是指向太陽(yáng)，以便接受最大量的光能，在反射式系統(tǒng)中，收集器靜止，反射器運(yùn)動(dòng)，正如本發(fā)明一樣，反射器必須指向收集器及太陽(yáng)之間空間的中點(diǎn)，以便將太陽(yáng)光線反射到收集器，這點(diǎn)示于圖2中，太陽(yáng)在高度位置上有兩個(gè)高度的變化。
在圖2中，當(dāng)太陽(yáng)處于第一位置S1時(shí)，反射器的垂線指向Z1點(diǎn)，它是太陽(yáng)5及反射器6間的角度中點(diǎn)。在這一位置，反射器M1和收集器的方向C之間的夾角r1等于陽(yáng)光入射到反射器M1上的入射角i1，所以入射光線在方向C被反射。
如果太陽(yáng)在高空變化10°運(yùn)動(dòng)到一個(gè)新位置S2，則反射器必須傾斜到一個(gè)新位置M2，其垂線指向太陽(yáng)S2及收集器6的新角度中點(diǎn)Z2。
太陽(yáng)作10°的運(yùn)動(dòng)，則中點(diǎn)將有5°的變化。故反射器必須改變一個(gè)等于太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)通過(guò)角度一半的角度。
太陽(yáng)相對(duì)于反射器和收集器的運(yùn)動(dòng)并不是處于圖2所示的一個(gè)平面內(nèi)，而是具有一個(gè)水平分量(即，附圖平面之外的運(yùn)動(dòng))。當(dāng)太陽(yáng)在水平方向移動(dòng)出附圖平面外時(shí)，反射器平面的垂線就不再指向太陽(yáng)和收集器之間的中點(diǎn)，這是由于該中點(diǎn)也會(huì)移出附圖平面，所以必須移動(dòng)反射器平面，直至光線重新入射到收集器6，必須在太陽(yáng)的高度和水平位置變化方向移動(dòng)反射器，以便校正之。示于圖1和圖3－5中的系統(tǒng)就是如上所述根據(jù)太陽(yáng)在水平和高度上的變化作運(yùn)動(dòng)去校準(zhǔn)的，所以光線總是射向收集器6。
反射器2的裝配組件3包括一個(gè)第一柱形件10，該柱形件安置得沿著通過(guò)反射器中心的第一軸線C指向收集器6，由一個(gè)套筒組成的第二部件11裝在第一部件10上，以便繞軸C旋轉(zhuǎn)。部件10固定安裝在支架12上，一個(gè)調(diào)整裝置13調(diào)節(jié)件10的指向，直至使其指到C方向。
套筒11延伸穿過(guò)一個(gè)垂直方向的開槽，這一開槽將反射器2分成兩半指向收集器。一個(gè)支撐反射器的裝配柄15，橫向沿著穿過(guò)套筒11的X軸伸展，跨過(guò)反射器兩個(gè)半面的背后，裝在套筒相對(duì)的側(cè)壁上。柄15可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在套筒上。
可以看到，這樣安裝可使反射器沿兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。如果把柄15看成X軸，垂直開槽14看成Y軸，則反射器繞X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)將改變其俯仰度，繞通過(guò)反射器中心C軸的轉(zhuǎn)動(dòng)將改變其水平朝向。開槽14可允許改變俯仰度而不受伸出反射器的裝配組件的影響；同時(shí)也允許感測(cè)器裝置8自由運(yùn)動(dòng)。任何垂直于柄15的開口，直至完全的開槽14，只要能提供俯仰運(yùn)動(dòng)需要的自由度，都可以。
感測(cè)器裝置8也裝在組件3上，其方式為，可在高度及水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)，感測(cè)器裝置8適用于指向太陽(yáng)，裝在一個(gè)L形的支撐桿16上。桿16沿著一個(gè)橫向安裝軸X進(jìn)入套筒11，并且可繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在那里，感測(cè)器裝置在高度上的指向通過(guò)繞X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)改變，當(dāng)套筒11轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其水平方向的指向?qū)⒈桓淖儭?br>簡(jiǎn)單的裝配組件3允許使用同一驅(qū)動(dòng)機(jī)械9同時(shí)驅(qū)動(dòng)感測(cè)器裝置8跟蹤太陽(yáng)，驅(qū)動(dòng)反射器2跟蹤太陽(yáng)和收集器6之間的角度中點(diǎn)，機(jī)械9如圖3所示裝在套筒11中。
驅(qū)動(dòng)機(jī)械9基本上包括一個(gè)第一伺服電機(jī)17，控制水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，以及一個(gè)第二伺服電機(jī)18，控制高度方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。
第一電機(jī)17操縱套筒11相對(duì)部件10轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖3所示，電機(jī)17與齒輪19工作地相連，齒輪19嚙合在件10的內(nèi)開口端21的環(huán)形分布的齒牙20中。
第二電機(jī)18通過(guò)一條連續(xù)的傳動(dòng)帶22工作地連接到一個(gè)第一驅(qū)動(dòng)輪23及第二驅(qū)動(dòng)輪24上，輪23裝在反射器的裝配柄15上，輪24裝在感測(cè)器裝置的支撐桿16上，驅(qū)動(dòng)輪24與23之間有21的驅(qū)動(dòng)比，所以，電機(jī)18對(duì)桿16的轉(zhuǎn)動(dòng)兩倍于對(duì)柄15的轉(zhuǎn)動(dòng)。
伺服電機(jī)17、18相應(yīng)于來(lái)自感測(cè)器裝置8的控制信號(hào)運(yùn)轉(zhuǎn)。詳細(xì)示于圖4中的感測(cè)器裝置8，適于探測(cè)太陽(yáng)在高度及水平位置上的變化。感測(cè)器裝置8包括兩個(gè)獨(dú)立的感測(cè)器組件25和26，它們?cè)谕鈿?7內(nèi)并排安裝并相互隔開，外殼27的截面一般呈矩形。組件25和26基本指向相同的方向，并且分別于外殼27中通道形腔28、29中，腔28、29由間隔壁30、31形成。如圖所示，外殼27安裝在支撐桿16上，并且其朝向太陽(yáng)的一端開口，開口端32由玻璃蓋33保護(hù)。
感測(cè)器組件25、26是相同的，并連接到裝在間隔壁31和32之間空腔35中的一個(gè)比較裝置34上，該裝置對(duì)來(lái)自于組件不同部分的信號(hào)加以比較，并產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)去操作伺服電機(jī)17、18，下面作詳細(xì)說(shuō)明。
每一感測(cè)器組件包括一個(gè)由太陽(yáng)電池感測(cè)器構(gòu)成的上矩形陣36、36′和一個(gè)下矩形陣37、37′，它們分別安裝在相應(yīng)的腔28、29相對(duì)的端部。每一個(gè)矩形陣包括一個(gè)第一太陽(yáng)電池感測(cè)器對(duì)38、38′，它們安裝在相對(duì)的側(cè)壁上，以便在第一個(gè)方向上相面對(duì)；還包括一個(gè)第二太陽(yáng)電池感測(cè)器對(duì)39、39′，它們安裝得可在垂直于第一個(gè)方向的第二個(gè)方向上相面對(duì)。圓形太陽(yáng)電池感測(cè)器40、40′分別裝在每一腔28、29的底面上。
上感測(cè)器陣36、36′探測(cè)從側(cè)壁方向來(lái)的太陽(yáng)光線，例如從圖4中S1方向來(lái)的光線當(dāng)太陽(yáng)光或多或少地在感測(cè)器裝置8上方照入時(shí)，例如在圖4中的S2方向照入時(shí)，陽(yáng)光將落入感測(cè)器腔28、29，并入射到下感測(cè)器40、40′。來(lái)自感測(cè)器40、40′的信號(hào)用于觸發(fā)下感測(cè)器陣37、37′，并使上感測(cè)器陣36、36′關(guān)閉，該陣不再接收入射光。
在每一感測(cè)器陣中，一對(duì)感測(cè)器38用于探測(cè)在高度上的變化；另一對(duì)感測(cè)器39用于探測(cè)太陽(yáng)在水平方位上的變化。相應(yīng)于各感測(cè)器對(duì)中的每一感測(cè)器上接收的陽(yáng)光量的變化，比較裝置34產(chǎn)生控制信號(hào)，這些控制信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)17、18，從而使感測(cè)器裝置8跟蹤太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。
現(xiàn)在看感測(cè)器組件25，當(dāng)陽(yáng)光從S1方向的外殼一側(cè)射來(lái)時(shí)，上感測(cè)器陣36中的一對(duì)38中的一個(gè)感測(cè)器將會(huì)明顯地比另一個(gè)多接收到太陽(yáng)光。這一差別被比較裝置探測(cè)到，并用在一個(gè)反饋機(jī)械中，開動(dòng)伺服電機(jī)18(見(jiàn)圖3)。柄15和桿16均將被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，由于21的驅(qū)動(dòng)比，桿16的旋轉(zhuǎn)兩倍于柄15。這樣得到如下結(jié)果，反射器2的平面將傾斜通過(guò)一個(gè)角度，這一角度等于感測(cè)器裝置8在高度方向跟蹤太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)通過(guò)角度的一半。
與之相似，如果上感測(cè)器陣36中的感測(cè)器對(duì)39接收到不同量的陽(yáng)光，感測(cè)器之間的信號(hào)差被比較裝置34探測(cè)到，并產(chǎn)生控制信號(hào)開動(dòng)伺服電機(jī)17，電機(jī)17將通過(guò)19、20的齒牙嚙合，在適當(dāng)?shù)姆较?見(jiàn)圖3)轉(zhuǎn)動(dòng)套筒11，這樣，使反射器2的平面繞軸C轉(zhuǎn)動(dòng)，并使感測(cè)器裝置的指向繞同一軸線C轉(zhuǎn)動(dòng)。
直至陽(yáng)光入射到下感測(cè)器40為止，這些高度及水平方向上的變化將是連續(xù)不斷的，當(dāng)陽(yáng)光入射到下感測(cè)器40上時(shí)，上感測(cè)器陣36接收到減少了的直射光量，并受側(cè)光的影響。這樣，當(dāng)比較裝置探測(cè)到一個(gè)來(lái)自下感測(cè)器40的信號(hào)時(shí)，使上感測(cè)器陣36的信號(hào)關(guān)閉或被忽略并使下感測(cè)器陣37的信號(hào)觸發(fā)或被檢驗(yàn)。
由于其距離遠(yuǎn)，下感測(cè)器陣37相對(duì)受側(cè)光影響較小。如果太陽(yáng)在頭頂直射，則感測(cè)器對(duì)38、39將接受到等量的陽(yáng)光，這是由于陽(yáng)光的自然散射角d所致，這種情況示于圖5中。它示出感測(cè)器組件25的一個(gè)垂直橫截面，當(dāng)太陽(yáng)在頭頂直射時(shí)，散射光L1和L2以相同的角度入射到感測(cè)器38上，如果太陽(yáng)位置發(fā)生改變，照射角將不同，從而使入射到感測(cè)器38上的光量不同，相同的道理可用于另一對(duì)感測(cè)器39。這樣，比較裝置34探測(cè)到來(lái)自于感測(cè)器對(duì)38(或39)的信號(hào)間的差異，并產(chǎn)生上述控制信號(hào)，以便驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，使感測(cè)器裝置8在高度及水平方向跟蹤太陽(yáng)，并且同時(shí)驅(qū)動(dòng)反射器2，使之總是將陽(yáng)光反射到收集器6上。
另一感測(cè)器組件26以相同的方式工作。考慮到組件之一由于灰塵積累在蓋33上或其他問(wèn)題而失效時(shí)，使用了兩個(gè)組件，比較裝置34用于比較來(lái)自于每一組件中工作的感測(cè)器陣的信號(hào)，或來(lái)自于感測(cè)器40、40′的信號(hào)。如果信號(hào)間存在差異，即，如果信號(hào)之一下降到低于一定的閾值，則給出低信號(hào)的組件關(guān)閉，另一組件將得到檢驗(yàn)，產(chǎn)生必要的跟蹤控制信號(hào)。如果來(lái)自每一組件的信號(hào)基本相等，則比較裝置34將來(lái)自每一組件的等效電池的輸出進(jìn)行積分，產(chǎn)生跟蹤控制信號(hào)。
如果感測(cè)器裝置8用于相對(duì)無(wú)塵區(qū)，或者使用了某些報(bào)警信號(hào)提醒操作者感測(cè)器殼上有灰塵積累的情況下，裝置8可以僅僅包含一個(gè)感測(cè)器組件25或26。
當(dāng)感測(cè)器裝置8指向上方地使系統(tǒng)首先進(jìn)入等待位置時(shí)，早晨一般只是上感測(cè)器陣36首先開始工作，系統(tǒng)最好在夜間退回到一個(gè)朝下的休眠位置，早晨又通過(guò)諸如光亮度感測(cè)器的某種觸發(fā)裝置，或通過(guò)來(lái)自收集器塔7的光度脈沖，或其他通訊方法，使系統(tǒng)返回到其等待位置。早晨當(dāng)感測(cè)器裝置8指向上方時(shí)，太陽(yáng)在天空較低的位置，光線將從感測(cè)器裝置8的側(cè)壁射入。這樣，上感測(cè)器陣36作為一個(gè)粗調(diào)的置位機(jī)構(gòu)，直至使感測(cè)器裝置8大約指向太陽(yáng)的方向，細(xì)調(diào)置位通過(guò)下感測(cè)器陣37在全天進(jìn)行，使感測(cè)器裝置8跟蹤太陽(yáng)。同時(shí)，由于反射器2的運(yùn)動(dòng)如上所述與感測(cè)器裝置8的運(yùn)動(dòng)相連，所以反射器2被驅(qū)動(dòng)跟隨太陽(yáng)和收集器間的角度中點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。
由于太陽(yáng)相對(duì)于系統(tǒng)1的任何運(yùn)動(dòng)一般總是由水平及高度分量所合成的，所以上述水平及高度上的校正將同時(shí)以一系列或多或少的小增量出現(xiàn)，盡管使感測(cè)器裝置跟蹤太陽(yáng)，并使反射器將光線反射到收集器所需要的運(yùn)動(dòng)明顯地復(fù)雜，但它們已如上述通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的裝配組件在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。上述裝配組件可使反射器和感測(cè)器裝置安裝在一單個(gè)的部件上。一個(gè)簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)機(jī)械連接感測(cè)器裝置和反射器，以提供必要的跟蹤運(yùn)動(dòng)。
本系統(tǒng)比較便宜，容易制造和運(yùn)行。如果愿意的話，反射系統(tǒng)可提供一個(gè)部件以瞄準(zhǔn)一個(gè)大規(guī)模太陽(yáng)能收集器。
感測(cè)器裝置8提供了一個(gè)非常靈敏的控制機(jī)械跟蹤太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)，并使這一運(yùn)動(dòng)和反射器相連，所以使反射器運(yùn)動(dòng)，總是將陽(yáng)光反射到收集器，感測(cè)器裝置8本身沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的內(nèi)部構(gòu)件，故比較牢靠。
很明顯，可對(duì)所公開的實(shí)施例作出一些改進(jìn)，它們并不超出本發(fā)明的范圍。本發(fā)明不受所公開實(shí)施例的限制，它僅由所附權(quán)利要求
書限定。
權(quán)利要求
1.一種反射式太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)，用于將來(lái)自太陽(yáng)的光線反射到遠(yuǎn)處的一個(gè)太陽(yáng)能收集器，該系統(tǒng)的特征在于，它由如下部件構(gòu)成一個(gè)反射器，用于將太陽(yáng)光線反射到所述收集器；一個(gè)裝配組件，用于相對(duì)收集器安裝反射器，使反射器可繞指向收集器的第一個(gè)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，并可繞垂直于第一軸線的第二軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以便控制反射器的俯仰度；感測(cè)器裝置，用于指向太陽(yáng)，并感測(cè)太陽(yáng)位置的方向變化，該裝置包括產(chǎn)生相應(yīng)于上述方向變化的控制信號(hào)的機(jī)構(gòu)；所述裝配組件包括安裝所述感測(cè)器裝置的機(jī)構(gòu)，所以感測(cè)器裝置可繞上述第一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以控制其水平方向的指向，并可繞另一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)以控制其高度方向的指向；以及一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)械，用于轉(zhuǎn)動(dòng)所述反射器及感測(cè)器裝置，使它們相應(yīng)于所述控制信號(hào)繞相應(yīng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，從而，使感測(cè)器裝置跟蹤太陽(yáng)，使反射器移動(dòng)，將太陽(yáng)光線反射到收集器。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的系統(tǒng)，其特征在于，所述裝配組件通過(guò)反射器中心，沿著所述第一軸線指向收集器，裝配組件包括一個(gè)可繞第一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，反射器及感測(cè)器裝置安裝在這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件上。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的系統(tǒng)，其特征在于，它包括一個(gè)反射器的裝配柄，該柄沿上述第二軸線橫向延伸穿過(guò)上述轉(zhuǎn)動(dòng)部件，柄在轉(zhuǎn)動(dòng)部件中是可旋轉(zhuǎn)的，以便控制反射器俯仰度。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2的系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)包括將感測(cè)器裝置沿垂直于其指向的一個(gè)軸，可轉(zhuǎn)動(dòng)地裝在上述轉(zhuǎn)動(dòng)部件中的機(jī)構(gòu)，沿該垂直軸的這一轉(zhuǎn)動(dòng)改變感測(cè)器裝置的俯仰度指向。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4的系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)械包括使反射器和感測(cè)器裝置的指向相應(yīng)于太陽(yáng)水平方位變化繞所述第一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，以及相應(yīng)于太陽(yáng)的高度方向變化，使反射器繞上述第二軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，使感測(cè)器裝置在俯仰方向轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5的系統(tǒng)，其特征在于，所述水平方位轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括使上述轉(zhuǎn)動(dòng)部件繞第一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，所述高度方向轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)反射器平面及感測(cè)器裝置的指向，以12的驅(qū)動(dòng)比改變它們俯仰度的機(jī)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的系統(tǒng)，其特征在于，所述裝配組件包括一個(gè)柱形件，沿著通過(guò)反射器平面中心的第一軸線固定安置，一個(gè)套筒可轉(zhuǎn)動(dòng)地裝在柱形件上，一個(gè)反射器的裝配柄沿著上述第二軸線垂直延伸穿過(guò)該套筒，并在套筒相對(duì)的兩側(cè)壁處固定到反射器上，裝配柄可轉(zhuǎn)動(dòng)地裝在軸套中，以控制反射器的俯仰度，反射器有一開槽垂直于裝配柄，套筒通過(guò)該開槽伸出，指向收集器。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7的系統(tǒng)，其特征在于，感測(cè)器裝置的支撐機(jī)構(gòu)沿一軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在套筒上，所述安裝軸既垂直于套筒，又垂直于感測(cè)器裝置的指向。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8的系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)械包括使套筒相應(yīng)于太陽(yáng)水平方位變化繞上述第一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的第一部分，以及使反射器的裝配柄和感測(cè)器支撐機(jī)構(gòu)相應(yīng)于太陽(yáng)高度方向變化，以12的驅(qū)動(dòng)比沿著它們的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)的第二部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1的系統(tǒng)，其特征在于，所述感測(cè)器裝置包括探測(cè)太陽(yáng)水平方位上的運(yùn)動(dòng)，并產(chǎn)生與之相應(yīng)的第一信號(hào)的機(jī)構(gòu)，探測(cè)太陽(yáng)在高度方向上的運(yùn)動(dòng)，并產(chǎn)生與之相應(yīng)的第二信號(hào)的機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)械包括使反射器相應(yīng)于第一信號(hào)繞第一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使反射器相應(yīng)于第二信號(hào)繞第二軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)適用于使反射器轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)一個(gè)角度，該角度等于太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)所通過(guò)角度的一半，并可使感測(cè)器裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，跟隨太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求
8的系統(tǒng)，其特征在于，所述探測(cè)水平方位變化的感測(cè)器裝置包括一對(duì)在水平方位上排布的太陽(yáng)電池感測(cè)器，探測(cè)高度方向變化的感測(cè)器裝置包括一對(duì)在高度方向上排布的太陽(yáng)電池感測(cè)器，這樣的安置使得當(dāng)感測(cè)器裝置正對(duì)著太陽(yáng)時(shí)，每對(duì)太陽(yáng)電池中的感測(cè)器接受等量的太陽(yáng)能，各對(duì)太陽(yáng)電池連到對(duì)應(yīng)的比較裝置，比較來(lái)自每對(duì)感測(cè)器的信號(hào)并產(chǎn)生相應(yīng)于信號(hào)差的控制信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12的系統(tǒng)，其特征在于，所述的那些感測(cè)器排列成一個(gè)矩形陣，該陣的垂線用于軸向地指向太陽(yáng)，這一矩形陣沿一垂直于其指向的軸，安裝在上述裝配組件中，并且與驅(qū)動(dòng)機(jī)械工作地相連，這樣，上述第一控制信號(hào)使安裝軸繞第一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)一個(gè)等于反射器轉(zhuǎn)過(guò)的角度，上述第二控制信號(hào)使所述感測(cè)器陣?yán)@所述安裝軸轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)一個(gè)兩倍于反射器轉(zhuǎn)過(guò)的角度。
14.根據(jù)權(quán)利要求
13的系統(tǒng)，其特征在于，所述裝配組件包括一個(gè)可繞第一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，反射器沿第二軸線可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在該部件上，所說(shuō)的那些感測(cè)器沿安裝軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地裝在上述部件上，上述第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)裝配組件，第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于使反射器和感測(cè)器陣關(guān)于它們各自的裝配柄及安裝軸以12的驅(qū)動(dòng)比轉(zhuǎn)動(dòng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14的系統(tǒng)，其特征在于，所述裝配組件包括一個(gè)柱形件，沿第一軸線指向收集器，所述轉(zhuǎn)動(dòng)部件包括一個(gè)在該柱形件上可轉(zhuǎn)動(dòng)的套筒，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝在該套筒中，一個(gè)反射器的裝配柄橫向延伸穿過(guò)套筒，并在其相對(duì)的兩側(cè)將裝配柄緊固到反射器的背面，裝配柄的軸線組成了所說(shuō)的第二軸線，感測(cè)器陣安裝在一個(gè)支撐桿上，該桿沿安裝軸延伸進(jìn)入上述套筒，所述第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用來(lái)使套筒在柱形件上轉(zhuǎn)動(dòng)，第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用來(lái)使反射器裝配柄繞其軸線、支撐桿繞其安轉(zhuǎn)軸以12的驅(qū)動(dòng)比轉(zhuǎn)動(dòng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求
8的系統(tǒng)，其特征在于，所述感測(cè)器裝置包括至少一個(gè)感測(cè)器組件，該組件由一個(gè)縱長(zhǎng)的腔組成，用于朝向太陽(yáng)方向，在該腔相對(duì)的端部裝著兩個(gè)間隔開的太陽(yáng)電池感測(cè)器矩形陣，每一矩形陣包括一個(gè)第一太陽(yáng)電池感測(cè)器對(duì)，裝在上述腔壁上，在第一個(gè)方向互相面對(duì)，還包括一個(gè)第二太陽(yáng)電池感測(cè)器對(duì)，在垂直于第一方向的第二方向上互相面對(duì)地安裝，各個(gè)感測(cè)器陣中的一對(duì)包括探測(cè)高度方向變化的機(jī)構(gòu)，另一對(duì)包括探測(cè)水平方位變化的機(jī)構(gòu)，當(dāng)太陽(yáng)位于感測(cè)器組件一側(cè)時(shí)，有觸發(fā)上感測(cè)器陣的機(jī)構(gòu)，故上部陣作為粗調(diào)機(jī)構(gòu)，當(dāng)陽(yáng)光直射入上述腔中時(shí)，有使上部陣關(guān)閉并觸發(fā)下感測(cè)器陣的機(jī)構(gòu)，故下部陣作為細(xì)調(diào)機(jī)構(gòu)，每一感測(cè)器陣中的感測(cè)器連到比較裝置，以比較來(lái)自每一工作感測(cè)器對(duì)中感測(cè)器的信號(hào)，并產(chǎn)生相應(yīng)于信號(hào)差的控制信號(hào)。
17.根據(jù)權(quán)利要求
16的系統(tǒng)，其特征在于，所述觸發(fā)機(jī)構(gòu)包括一個(gè)裝在上述腔下端的太陽(yáng)電池感測(cè)器，當(dāng)陽(yáng)光入射到這一太陽(yáng)電池上時(shí)，它可產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)，關(guān)閉上感測(cè)器陣并觸發(fā)下感測(cè)器陣。
18.根據(jù)權(quán)利要求
16的系統(tǒng)，其特征在于，一個(gè)第二感測(cè)器組件與上述第一感測(cè)器組件方式相同地安裝，這些組件的總指向相同，每一組件的感測(cè)器連到所述比較裝置，該裝置包括有將上述兩個(gè)組件的輸出進(jìn)行積分的機(jī)構(gòu)，以產(chǎn)生上述控制信號(hào)，并且包括有探測(cè)兩個(gè)組件之一的信號(hào)降落到低于某一預(yù)定值，并由此使這一組件的輸出關(guān)閉的機(jī)構(gòu)，由此，比較裝置產(chǎn)生相應(yīng)于另外一個(gè)組件信號(hào)的控制信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求
18的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)降落探測(cè)機(jī)構(gòu)包括安裝在每一組件中的一個(gè)太陽(yáng)電池感測(cè)器，以探測(cè)入射光線的強(qiáng)度。
20.一種用于將太陽(yáng)光線反射到遠(yuǎn)處太陽(yáng)能收集器的反射式太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括一個(gè)反射器，將來(lái)自太陽(yáng)的光線反射到上述收集器；一個(gè)裝配組件，相對(duì)收集器可運(yùn)動(dòng)地安裝反射器；感測(cè)器裝置，用于指向太陽(yáng)并探測(cè)太陽(yáng)位置變化；所述感測(cè)器裝置包括用于產(chǎn)生相應(yīng)于太陽(yáng)位置變化的控制信號(hào)的機(jī)構(gòu)；以及一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)械，相應(yīng)于上述控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)反射器及感測(cè)器裝置，從而使感測(cè)器裝置跟蹤太陽(yáng)，使反射器運(yùn)動(dòng)將光線反射到收集器。
專利摘要
本實(shí)用新型描述了將太陽(yáng)光反射到遠(yuǎn)處太陽(yáng)能收集器的一種反射式太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個(gè)裝在帶驅(qū)動(dòng)機(jī)械的組件上的反射器，驅(qū)動(dòng)機(jī)械使反射器繞兩個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以便補(bǔ)償太陽(yáng)在高度方向及水平方位上的位置變化；一個(gè)感測(cè)器裝置，用于指向太陽(yáng)，并產(chǎn)生供驅(qū)動(dòng)機(jī)械的控制信號(hào)，使反射器相應(yīng)于太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，使光線總是反射到收集器，同時(shí)感測(cè)裝置也被運(yùn)動(dòng)，跟蹤太陽(yáng)。
文檔編號(hào)F24J2/38GK86202713SQ86202713
公開日1987年3月18日 申請(qǐng)日期1986年5月2日
發(fā)明者文森特·H·諾托 申請(qǐng)人:文森特·H·諾托