一种太阳跟踪系统及其方法技术方案

本发明专利技术是关于一种太阳跟踪系统，尤其是关于一种分布式太阳能热水系统的太阳跟踪系统。本发明专利技术的太阳跟踪系统通过对热水系统的多维影响参数的设置，在尽量满足太阳直射光线与集热器平面垂直的条件下，计算得到每月的最佳倾角，灵活性好。根据计算得到的倾角，每月做一次集热器倾角的调整，付出的跟踪能量代价小，同时使得热水系统能充分利用每一个月的太阳能资源，减少其辅助能源的消耗，节能减排效果好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种太阳跟踪系统，尤其关于一种分布式太阳能热水系统的太阳跟踪系统。
技术介绍
温室气体排放引起的全球气候变暖越来越受到国际社会的广泛关注，加强节能减排是应对全球气候变化以及资源短缺和环境容量有限挑战的重要手段。太阳能作为一种可再生能源，其开发利用对于节约常规能源、保护自然环境、减缓气候变化等都有极其重大的意义。与常规能源相比，太阳能还具有总能量大、长久性、普遍性、无污染等优点，但同时它还存在分散性、间歇性和随机性等弱点，使得太阳能的利用难度大而且效率低。太阳跟踪方法有两种，一种是太阳方位角的跟踪，一种太阳高度角的跟踪。太阳方位角的跟踪要求集热器每天从早到晚自东向西跟随太阳转动，角度变化范围大且需要即时调整，角度变化率为15° /h。因此，对于分布式太阳能热水系统，人工调整方位角显然是不现实的。若采用自动跟踪方位角的方法，不仅使得集热器的结构复杂，成本加大，而且集热器跟随太阳的转动本身将耗费一定的能量，从而导致其集热效果得不到明显的改善。太阳高度角的跟踪其角度变化率小于0. 25° /d，逐日跟踪太阳高度角要求其角度调整精度高， 而且每天的天气和太阳辐照度的是随时变化的，对于一个分布式太阳能热水系统而言，逐日跟踪太阳高度角的方法效果也是不明显的。为此，本专利技术提出一种按月跟踪太阳高度角的方法，能最大限度地利用各个月的太阳能，增加太阳能集热器的热转换，提高太阳能的利用率，从而减少辅助能源的消耗，达到节能减排的效果。
技术实现思路
本专利技术是关于一种太阳跟踪系统，尤其关于一种分布式太阳能热水系统的太阳跟踪系统。本专利技术通过输入太阳能热水系统的各项参数，计算出每个月的集热器的最佳倾角，并以年作为周期，以月作为集热器倾角调整的基本时间单位，调整太阳能集热器的倾角。实现对每个月太阳能的最大利用，提高太阳能的利用率，从而减少辅助能源的消耗，达到节能减排的效果。附图说明图1为本专利技术的太阳跟踪系统的系统架构图。图2为本专利技术的计算单元结构图。图3为本专利技术的活动支架结构图。图4为本专利技术的角度仪示意图。具体实施例方式请参考图1。图1为本专利技术的太阳跟踪系统的系统架构图。本专利技术的太阳跟踪系统实例包含计算单元、分布式太阳能热水系统。计算单元包括输入设备、处理单元和显示屏。分布式太阳能热水系统包括贮水箱、集热器、控制器、泵、止回阀、活动支架、角度仪和连接水管等。系统根据计算单元所计算的最佳倾角，按月调整集热器的倾角，使得太阳直射光线能尽量与集热器平面保持垂直，从而提高集热器的热转换效率，充分利用全年的太阳能资源。如图1，本专利技术为太阳追踪系统，图1中的分布式太阳能热水系统为温差控制强制循环热水系统。控制器用以系统根据集热器与贮水箱中水的温差控制循环的进行。止回阀控制水流的单向流动，防止水回流。泵为水的循环流动提供动力。用户通过输入设备将计算倾角所需的各项数据输入到计算单元中，经处理单元计算，得到该系统每个月的最佳倾角， 由显示屏显示计算结果。根据计算结果，每月初由用户通过调整活动支架改变集热器倾角。 倾角的大小由角度仪测定，并根据需要较正。这样，即可使得集热器每月的倾角为该系统当月的最佳倾角，即最大限度地利用当月的太阳能。如图2，本专利技术中计算单元的输入设备接收的参数包括当月的天数、赤纬角、月平均直射辐射、月平均散射辐射、环境温度、进口水温、当地纬度、地面反射率、预设水温、贮水量、集热器热性能参数1 O71^UJ、集热器热性能参数2( ^κ· (τ α)ε)、总集热面积。处理单元中subsysteml模块计算得到集热器理论上最大集热量，subsystem〗模块计算得到热水系统当月所需的热负载量，通过集热量和负载热量的差值曲线，决定集热器的最佳倾角大小(或大小范围)。计算结果由scope显示屏展示，从而完成最佳倾角的整个计算过程。如图3，本专利技术中的活动支架其倾角的调整由一螺旋杆控制，该螺旋杆一端与支撑杆中部铰接，另一端与斜框中部铰接。斜框的底端铰接于地面，顶端铰接于支撑杆。支撑杆底端安置一滑轮，支撑杆借助该滑轮，即图中的支撑轮，可以来回移动。当需要调整角度时， 用户将调整手柄插入到杆孔中，在竖直方向上，向上或向下转动，使螺杆伸或缩，从而使支撑杆与斜框的夹角变大或变小，使集热器倾角变小或变大。螺杆与螺母属自锁结构，可牵制支撑轮的滑动。当倾角调整好之后，再用一挡块作障碍物，固定支撑杆，防止支撑轮滑动。如图4，本专利技术中的角度仪是一种自带水平仪功能的角度仪。一液注注入在一透明长柱体状中空体内，带中间刻度，置于角度仪底部，用于判断角度仪是否处于水平位置。刻度盘为1/4圆弧，刻度范围为0 90°，精度为0.1°，可以满足本系统对角度调整时的测量要求。综上所述，本专利技术的太阳跟踪系统综合了多维太阳能集热的影响因素，通过对多维系统参数的设置，在尽量满足太阳直射光线与集热器垂直的条件下，计算得到每月的最佳倾角。根据计算得到的倾角，每月做一次集热器倾角的调整，使得热水系统能充分利用每一个月的太阳能资源，减少其辅助能源的消耗，达到节能减排效果。至少包括以下优点一、本专利技术中的热水系统集热量大，能充分利用各月的太阳能，节能减排效果好；二、与日跟踪方法相比，本专利技术的太阳跟踪方法付出的跟踪能量代价小，更好地节约了系统的总耗能量；三、本系统可根据应用的实际地理信息和使用的集热器性能参数，设置系统的各项参数，适合不同地理位置和不同的设备条件，并可随时较正其倾角大小，灵活性好；四、本系统每月调整一次角度，不会因使用中跟踪失败造成大量能量损失，维护性好。五、本系统中集热器倾角的调整手动即可完成，且不需将集热板卸下，操作简单， 易实现。权利要求1.一太阳跟踪系统，除包括一太阳能热水系统常用设备外，还包括至少一倾角计算单元、一动支架以及一角度仪。其特征在于根据热水系统实际情况，由用户进行系统各参数的设置，计算出热水系统每个月集热器的最佳倾角，并通过支架控制器逐月调整活动支架的倾角大小，使得热水系统能充分地利用太阳能，减少辅助能源的消耗。2.根据权利要求1所述的太阳跟踪系统，其特征在于所述的倾角计算单元包含多维输入变量，考虑了系统的热负载、太阳辐照度、当地纬度、环境温度、进口水温、集热器热性能参数等因素对集热器最佳倾角的影响，该计算单元包括至少一输入设备，可接收多维参数，供用户进行相关参数设置； 一处理单元，用以计算倾角大小； 一显示屏，用以输入提示和显示计算结果。3.根据权利要求1所述的太阳跟踪系统，其特征在于所述的活动支架在不将集热板从支架上卸下来的情况下，即可手动地调整集热器倾角，操作简单、易实现，而且该活动支架可较好地与建筑物一体化。包括至少一螺旋杆，包括螺母和螺杆，属自锁结构。其一端铰接于斜框，另一端铰接于支撑杆，当螺杆向外旋出时，倾角变小，反之变大。一调节手柄，当需要调整倾角时，将手柄插入杆孔中，上下转动即可。 一带滑轮的支撑杆，在支撑杆的底端安置了一滑轮，随着倾角的调整，支撑杆能借助底端支撑轮来回移动，属被动轮；一挡块，当倾角调整完之后，用它固定支撑杆底端，防止支撑轮滑动。4.根据权利要求1所述的太阳跟踪系统，其特征在于所述的角度仪包括一液注和一刻度盘，液注注入在一透明长柱体状中空体内，带中间刻度，置于角度仪底部，用于判断角度仪是否处于水平位置。刻度盘本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一太阳跟踪系统，除包括一太阳能热水系统常用设备外，还包括至少一倾角计算单元、一动支架以及一角度仪。其特征在于：根据热水系统实际情况，由用户进行系统各参数的设置，计算出热水系统每个月集热器的最佳倾角，并通过支架控制器逐月调整活动支架的倾角大小，使得热水系统能充分地利用太阳能，减少辅助能源的消耗。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何世钧，黄冬梅，俞渊，张雨，周文君，陈中华，周汝雁，
申请(专利权)人：上海海洋大学，
类型：发明
国别省市：31