[发明专利]一种二自由度太阳能聚光器并联跟踪机构

说明书

技术领域

本发明属于太阳能聚光器跟踪机构设计领域，特别涉及一种二轴太阳能聚光器并联跟踪机构。

技术背景

随着传统能源消费的持续增长，化石等能源的稀缺性越来越明显。随着化石能源日趋枯竭的趋势，大规模开发可再生能源成为当下急需解决的问题。太阳能是人类取之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性，绝对的安全性和相对的广泛性，其在可再生能源中占据了重要地位。

太阳能聚光器是一种切实可行的提高太阳能采集并加以利用的装备，也是很多太阳能发电装置不可或缺的组成部分。太阳能聚光器通过实时跟踪太阳运动方位，使得跟踪机构上的电池板或聚光镜能够始终正对太阳光，最大程度地吸收太阳光。目前根据跟踪系统轴数分类，可分为单轴和双轴两种。单轴跟踪一般采用三种方式：倾斜布置，东西方向跟踪；焦线南北水平布置，东西方向跟踪；焦线东西水平布置，南北方向跟踪。这三种方式都是单轴转动的南北向或东西向跟踪，工作原理基本相似。采用单轴跟踪方式，一天之中一般只有正午时刻太阳光能够垂直入射到电池板或聚光镜，此时收集热能能量密度最大；而在早上或下午太阳光线都是斜射，此时收集热能能量密度较小。单轴跟踪的优点是结构简单，但由于入射光线不能始终垂直入射到电池板或聚光镜，收集太阳能的效果并不理想。如果能够在太阳高度和纬度的变化上实时全方位跟踪太阳的入射光线，就可以获得更多的太阳能，以提高收集太阳能的效率。全跟踪即双轴跟踪系统就是根据这样的要求设计的。国家太阳能检测中心最近开发了一套太阳集热器性能测试系统，其中就包括了太阳能跟踪器。该中心在集热器性能测试试验中，要求集热器采光面始终垂直太阳光线，入射角偏差不超过5°，因此需要对太阳光进行实时跟踪。所以本发明主要说明双轴驱动跟踪器，也即二轴转动聚光器跟踪机构。

传统二轴聚光器跟踪机构通常为串联机构，串联二轴太阳能聚光器跟踪机构一般采用一个竖直转动轴和一个水平转动轴结构，竖直转动轴用于支撑整个机构的载荷，并驱动跟踪机构完成太阳方位角的跟踪。水平转动轴安装在竖直转动轴的顶部，用于完成高度角的跟踪。串联跟踪机构设计简单，但是受到材料和结构的刚度约束，传统的串联二轴太阳能聚光器跟踪机构必须使用直径更大的竖直轴来支撑电池板或聚光镜，这样就造成了机构的成本上升。而且为了保证跟踪机构能够实现最大角度的跟踪，转轴的高度至少需要是整个太阳能聚光器机构高度的一半，这样迫使整个跟踪机构扩大尺寸以满足更大范围的跟踪需求。因此，为了提高刚度并减小机构尺寸，传统的串联二轴太阳能聚光器跟踪机构往往需要增大竖直轴的尺寸或添加桁架结构，以及使用重型驱动装置。同时随着尺寸的增加和结构的复杂化，提高了运行成本，也不利于跟踪机构的长途运输和高地安装。

发明内容

本发明的目的是为了改善传统串联二自由度太阳能聚光器跟踪机构的低刚度、高成本和大能量消耗的缺点，提出了一种二自由度太阳能聚光器并联跟踪机构。本发明在跟踪机构中采用了并联机构，具有高刚度、低成本和结构简单等的优点，并在精度保证的前提下，减少能量耗散。

为了解决以上技术问题，本发明采用的一种二自由度太阳能聚光器并联跟踪机构，其特征在于，该机构包括一个静平台，一个安装光伏太阳能电池板或聚光镜的动平台，以及第一分支，第二分支和第三分支，其中第一分支为限制分支，第二分支和第三分支均为驱动分支，每个分支两端分别与静平台和动平台相连，形成封闭的并联机构。

本发明通过驱动第二分支和第三分支的运动使得动平台形成两个自由度的转动运动，而且两个转动运动是解耦的，用以使得太阳光始终能够垂直入射到安装在动平台上的光伏太阳能电池板或聚光镜上面。

所述第一分支包括连杆、第一运动副和第二运动副，连杆一端通过第一运动副与静平台相连，第一运动副为转动副，连杆另一端通过第二运动副与动平台相连，第二运动副为球副或虎克铰。

所述第二分支或第三分支：包括滑块、连杆及第一运动副、第二运动副和第三运动副，滑块一端通过第一运动副与静平台竖直导轨连接，第一运动副为移动副，另一端通过第二运动副与连杆一端连接，第二运动副为转动副，连杆另一端通过第三运动副与动平台连接，第三运动副为球副或虎克铰，其中第一运动副是驱动副，第二运动副和第三运动副为被动副。