半自动太阳跟踪器制造技术

本发明专利技术产品－半自动太阳跟踪器是属于机械制造领域和太阳能开发利用领域的产品。如果太阳能集热器的集热面在白天中能始终垂直于太阳辐射线，那么该集热器的太阳能利用率将会最高，要满足跟踪太阳的要求，就必须使太阳跟踪器的跟踪轴能和太阳的高度角和方位角作同时同步的变化，依据太阳人圆锥理论而设计出的太阳人圆锥，可以人工复制出太阳相对于地球上观察者的运动轨迹，依靠半自动太阳跟踪器，在白天的时间里，每间隔一定时间，太阳能集热器的集热面就可以机械地、自动地正对太阳辐射线一次。如此，太阳能集热器的太阳能利用率也将会极大地提高，由于半自动太阳跟踪器具有抗风力干扰能力强，设备简便，操作方便，太阳能的利用率高等优点，其市场开发价值将是巨大的。

【技术实现步骤摘要】

机械设计领域和太阳能利用领域
技术介绍
大家都知道，从地面上某一点来观察太阳，每天早晨太阳从东方升起，经过天空，晚间又从西方落下。但是要精确确定它的位置，就必须用两个角度表示，一个叫太阳高度角，就是从日轮中心到观测点间所连直线和通过观测点的水平面之间的夹角。另一个叫太阳方位角，就是从日轮中心到观测点间所联直线在通过观测点的水平面上的投影和观测点正南方向之间的夹角。太阳的高度角和方位角在一天之中是在不断变化的。从观察者来看，太阳在天空中运行的轨道就可以由太阳高度角和方位角随时间的变化来表示。这个运行轨道又随季节的变化而不同。在春、秋分时，太阳从正东升起，在正午时，太阳高度角在一天中最大，然后从正西落下。在夏至时，太阳从东北方升起，在正午太阳高度角为一年中最大，然后从西北方落下。在冬至时，太阳从东南方升起，在正午时，太阳高度角为一年中正午时最小的高度角，然后从西南方落下。地球的自转速度是不均匀的，但波动不大，地球绕轴旋转的角速度却几乎是一个常数，即15度/小时。
技术实现思路
本专利技术创造所要解决的技术问题分别是太阳人圆锥理论的创立和以太阳人圆锥理论为指导的、自动地、间断地、连续地跟踪太阳的技术。我们知道在一天的时间里，地球自转一周，在一年365天的时间里，地球自转365周，恰好围绕太阳公转一周。地球的公转轨道是椭圆形的，也就是说相对于地球某一点上的观测者来讲，在一年365天里，观察者与太阳之间的距离，是有很大不同的，但在一天24小时中，其距离却可近似地看作是相同的，因此我们可以这样描述，太阳相对于地球上观察者的运动轨迹，在一天24小时中，如果观察者处在一圆锥的顶点上，那么太阳相对于观察者的运动轨迹便在这一圆锥的底边线上，为了叙说方便以下我们便把这种形式的圆锥称为太阳人圆锥。从图1-1太阳运行轨道示意图中，我们不难看出，对于地球同一地点上的观察者来说，在一年365天中，这365个太阳人圆锥随着时间(天)的变化，其圆锥底面是平行的。其中轴线是重叠的，因此，我们有理由通过以下方式按比例地复制出太阳人圆锥随时间(天)变化的轨迹。取一圆形底面，过底面中心作垂直于底面的中轴线，如果以这一圆形底面为太阳人圆锥的底面，那么在它的中轴线上我们就很容易找到一年365个太阳人圆锥的相应顶点。为了述说方便，我们便把这种形式的中轴线称为太阳人圆锥轴。太阳人圆锥轴的轴向角与观察者所处的地理纬度有关。以下我们把太阳人圆锥轴与过轴的水平面之间的夹角称为太阳人圆锥轴向角。越接近赤道地区，太阳人圆锥轴向角越小，越接近于零度，越接近南北两极地区，太阳人圆锥轴向角越大，越接近于90度，太阳人圆锥的轴向角大小大致与观察者所处的地理纬度相一致。太阳人圆锥的中轴线在垂直于过正东正西线的平面上，同时又与正东正西线垂直。综上所述，我们便把太阳相对于地球上观察者的运动轨迹的学说称为太阳人圆锥理论。根据太阳人圆锥理论，我们可以做如下论断(1)太阳人圆锥的轴向角与观察者所处的地理纬度有关，其角度的大小大致相当于其所处地理纬度的大小。而与一年四季中时间(天)的变化无关。(2)太阳人圆锥顶点在太阳人圆锥轴上的相应位置与一年四季中时间(天)的变化有关，越靠近夏天，顶点位置就越近太阳人圆锥底面，越靠近冬天，顶点位置就越远离太阳人圆锥底而。(3)相对于一年四季中的某一天来讲，太阳人圆锥的轴向角和顶点位置都是一定的，不变的，也就是说在一天中太阳相对于地球上观察者的运动轨迹是可以通过太阳人圆锥机械地描绘出的，由于地球绕轴旋转的角速度几乎是一个常数，即15度/小时。这就为我们机械地、自动地、匀速地跟踪太阳提供了坚实的理论依据。取一杠杠杆，取名为太阳人圆锥杠杆。杠杆的一端与太阳人圆锥顶点间呈具有四个自由度的球与圆柱连接，杠杆的另一端与太阳能集热器呈固定连接，其中杠杆垂直于太阳能集热器的集热面。太阳人圆锥杠杆在实际的机械设计中的构造是联接多个机械部件的机架，在外形上不可能为一直线性的杠杆，但太阳人圆锥顶点和太阳能集热器固定点之间的直线，在太阳人圆锥系统处于工作状态时，却必须始终垂直于太阳能集热器的集热面。如果杠杆的近太阳能集热器端可在太阳人圆锥的底边作15度/小时匀角速度滑动，且滑动接触面在太阳人圆锥杠杆上的位置始终保持不变。那么，太阳能集热器的集热面就可以始终垂直于太阳辐射线。太阳能的利用率就会最大限度地接近太阳常数。在现实生活中，要做到机械地、自动地、同步地跟踪太阳、技术上的要求太过复杂，不便于推广，但要做到在某几个连续的时间点上，连续地、同步地跟踪太阳，技术上的要求却很简单、很易于推广。比如让太阳能集热器的集热面分别在上午9时、10时、11时、12时，下午1时、2时、3时分别地、连续地正对太阳辐射一次，即便这样，其太阳能的利用率也将会大大提高。附图说明图1-1是太阳运行轨道示意图。图1-2是定时栓装置结构与分布示意图。图1-3是半自动太阳跟踪器制作示意图。1、太阳人圆锥底面 2、太阳人圆锥底边的滑行轨道，简称滑行轨道3、嵌压装置4、太阳人圆锥杠杆 5、定时栓6、圆柱螺旋压缩弹簧A，弹簧的一端固定在定时栓上，另一端固定在太阳人圆锥底面板上，在弹性限度内，当定时栓由凹入滑行轨道的状态被牵拉至凸出状态时，其自身被拉长，弹性势能增加，而在凹入状态时，其弹性势能为零。7、定时栓起落柄装置，既具有时间设定功能又具有牵挂定时栓的作用，可以人工牵拉定时栓由凹入滑行轨道的状态变为凸出的状态，凸出状态时，可阻挡太阳人圆锥杠杆的滑动，而凹入状态时就不起阻挡作用。如果要实现定时栓由凸出状态向凹入状态的转变，就需要定时栓起落栓装置的时间设置功能来自动完成。8、定时栓装置其组成包括定时栓，定时栓起落柄装置和圆柱螺旋压缩弹簧A，定时栓位置的确定与太阳人圆锥底边的角弧度有关，以太阳人圆锥底边上距底座水平面最高的一点为12点定时栓位置，左右每间隔一个15度(或7.5度)角弧度便设定一个定时栓装置。9、底座调节螺杆 10、底座调节螺母 11、机架 12、底座底座调节螺杆和底座调节螺母的作用是调节底座面与水平面相平行。13、调节螺母 14、调节螺杆 15、活页，即只能绕轴作旋转活动的平面机构回转副。该活页的名称为太阳人圆锥轴活页。当调节螺母在调节螺杆上作旋转移动时，太阳人圆锥轴活页只能随调节螺母沿调节螺杆作前后移动，而不能作同步旋转移动。太阳人圆锥轴活页同时还具有以下功能，即当调节螺母在调节螺杆上作旋转移动时，可通过活页本身的适度旋转，而临时改变太阳人圆锥轴的长度，从而使调节螺母的旋转移动时，可通过活页本身的适度旋转，而临时改变太阳人圆锥轴的长度，从而使调节螺母的旋转移动行为得以进行。同时该活页还具有临时丧失自身的旋转功能，从而确保在太阳人圆锥系统处于工作状态时，太阳人圆锥轴应处于平直状态的需要。16、太阳人圆锥轴调节螺母17、太阳人圆锥轴调节螺杆 18、太阳人圆锥轴的螺杆传动整体螺母 19、太阳人圆锥杠杆与太阳人圆锥轴上的螺杆传动整体螺母之间的可调连接 20、具有三个自由度的球面运动副太阳人圆锥轴调节螺母在太阳人圆锥轴调节螺杆上作旋转移动时可缩短或延长太阳人圆锥轴的长度。当太阳人圆锥轴的螺杆传动整体螺母在太阳人圆锥轴调节螺杆上作旋转移动时太阳人圆锥轴长度不变，而只引起太阳本文档来自技高网...

【技术保护点】
以太阳人圆锥理论为指导的太阳运行轨迹描绘技术如果观察者处在一圆锥的顶点上，那么太阳相对于观察者的运动轨迹便在这一圆锥的底边上。我们把以这种形式存在的圆锥称为太阳人圆锥。太阳人圆锥的中轴线与水平面间的夹角称为太阳人圆锥的轴向角 ，太阳人圆锥的轴向角与观察者所处的地理纬度有关，其大小大致相当于地理纬度的大小。太阳人圆锥顶点在其中轴线上的位置与一年四季中的时间（天）有关，越靠近夏天，其位置就越接近太阳人圆锥的底面。越靠近冬天，其位置就越远离太阳人圆锥的底面。太 阳人圆锥的中轴线在垂直于过正东正西线的平面上，同时又与正东正西线垂直。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓培友，
申请(专利权)人：邓培友，
类型：发明
国别省市：95[中国|青岛]