本发明专利技术涉及一种曲柄连杆跟踪式复合抛物面聚光器，包括步进电机、曲柄连杆构成的跟踪装置和CPC；其中跟踪装置由曲柄1、连杆Ⅰ、导杆及导轨Ⅰ和导轨Ⅱ组成；步进电机的输出轴与曲柄垂直联接；连杆Ⅰ与曲柄通过铰链联接，导杆与连杆Ⅰ通过铰链联接，导杆可在其两端的导轨Ⅰ和导轨Ⅱ上滑动；连杆Ⅱ两端通过铰链分别与焊接在导杆上的支架和固定在CPC抛物面外侧的联接件Ⅰ联接；CPC底部外侧有一固定联接件Ⅱ，通过铰链或轴承与机架联接，内侧置有接收器。本发明专利技术采用多位置跟踪，使CPC槽面早上向东，中午向南，下午向西，有效延长CPC工作时间，解决CPC一天中接收的能流变化大，提供的能量不均等问题；并将CPC跟踪式聚光器拓展至光热利用领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳能聚光集热
，涉及一种曲柄连杆跟踪式复合抛物面聚光器，用于太阳能中、低温集热系统中。
技术介绍
复合抛物面聚光器(Compound Parabolic Concentrator,CPC)是根据边缘光学原理设计的低聚光度非成像聚光器。接收角内的入射阳光在CPC中通过多次反射到达吸收体表面，损失较少，可达到最大理论聚光比。CPC可以与平板型、竖板型、三角型或圆管型接收器相结合，已被广泛应用于太阳能光热和光伏领域中。CPC聚光比一般在10以下当聚光比小于3时，固定安装即可有效工作；随着聚光比的增加，CPC接收角逐渐减小，因而固定安装条件下日有效工作时间变短。此外由于太阳每天从东到西的变化，CPC开口面接收的光 流密度随太阳高度角成正弦关系变化，使得接收的能量在早晚的时候很小；且在一天中接收的能流的变化太大，无法提供较高且平稳的能量，较大程度上限制了 CPC的应用。目前中低温跟踪式聚光集热器以槽式太阳能接收器为主，对跟踪精度要求很高，跟踪系统复杂，成本较高。唐润生等在“Feasibility and optical performanceofone axis three positions sun-tracking polar-axis aligned CPCs forphotovoltaicappIications^ (solar energy. 2010, 84(9) : 1666-1675) 一文中提出了一种单极地轴三点跟踪式CPC的设想。该CPC可绕极地轴旋转，用于太阳能光伏系统，发电效率相对于固定式CPC光伏系统提高约95%。上述跟踪式CPC光伏系统中CPC组件均固定在一块底板上，底板绕极轴转动实现整个系统的跟踪，当CPC数量较多时，系统稳定性差，能耗较大，跟踪成本较高。此外，目前未见跟踪式CPC用于太阳能光热领域的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有CPC跟踪式聚光器的局限，提供一种低能耗、低成本和高效率的一种曲柄连杆跟踪式复合抛物面聚光器，采用多位置跟踪，使CPC槽面早上向东，中午向南，下午向西，有效延长CPC工作时间，解决CPC —天中接收的能流变化大，提供的能量不均等问题；并将CPC跟踪式聚光器拓展至光热利用领域。本专利技术的技术方案是一种曲柄连杆跟踪式复合抛物面聚光器，包括步进电机13、曲柄连杆构成的跟踪装置和CPC6 ;其中跟踪装置由曲柄I、连杆I 2、导杆3及导轨I 9和导轨II 11组成；步进电机13的输出轴8与曲柄I垂直联接；连杆I 2与曲柄I通过铰链联接，导杆3与连杆I 2通过铰链联接，导杆3可在其两端的导轨I 9和导轨II 11上滑动；连杆II 4两端通过铰链分别与焊接在导杆3上的支架10和固定在CPC6抛物面外侧的联接件I 5联接；CPC6底部外侧有一固定联接件II 7，通过铰链或轴承15与机架12联接，内侧置有接收器14。优选上述的步进电机13输出轴8与曲柄I之间垂直焊接或者通过键联接，输出轴8与导杆3置于同一水平面。所述的复合抛物面聚光器(6)，是目前技术比较成熟的聚光元件，其反射面的抛物面为金属反射面，或者覆有的反射性涂层的金属反射面。优选所述的跟踪式复合抛物面聚光器，与水平面呈(Γ50°夹角，与其相匹配的接收器14为平板型、竖板型、三角型或圆管型接收器。优选所述的跟踪式复合抛物面聚光器，其聚光比为3 10，全天进行3 11个位置的间歇式跟踪，其CPC槽横截面对称线全天太阳跟踪角度Θ为-60°飞0° (以正午时CPC正南方向时的横截面对称线为基准上午时，θ=-60° 0° ;正午时Θ = 0° ;下午时，θ=0° 60° )。优选所述的联接件I 5固定于CPC6中下部，固定高度为CPC6高度的1/3-1/2。 所述的跟踪式复合抛物面聚光器，其导杆3方向排布若干个相同的CPC6，如图2所示；联接件II 7与机架12通过轴承15联接时，在轴承轴方向上排布若干个相同的CPC6，如图3所示。 所述的接收器14为平板型、竖板型、三角型接收器时，置于CPC6底部中心处，与CPC6相对固定并同步跟踪；接收器14为圆管型接收器时，置于CPC6底部中心位置，单独固定，接收器不参与跟踪。所述的联接CPC6底部的联接件II 7和机架12的铰链或者轴承15的中心位置根据接收器类型进行优化设计，当接收器为平板型、竖板型和三角型中任意一种类型时，该中心位置位于CPC6对称轴线上；当接收器为圆管型时，该中心位置与圆管型接收器轴线一致。系统运行方案为步进电机13做一维多位置自动调节，曲柄I在输出轴8带动下绕该轴转动，连杆I 2的作用使得导杆3在其两端的导轨I 9和导轨II 11上滑动，并带动连杆II 4使其摆动，与水平面呈一定夹角的CPC6在连杆II 4的作用下也绕机架12转动，因此实现CPC6的多位置跟踪。有益效果(I)本专利技术结构简单，通过简单的曲柄连杆传动实现系统的跟踪，能耗低，对支撑以及链接件材料的要求不高，成本较低。(2)本专利技术跟踪可靠性高，可根据需要设定输入步进电机的脉冲数以及脉冲频率以实现系统多点多位置跟踪，有效延长CPC工作时间，解决CPC —天中接收的能流变化大，提供的能量不均等问题。(3)本专利技术系统适用于各类光伏和光热接收器，CPC转动轴位置可根据接收器类型进行调整，实现较闻精度的跟踪。(4)本专利技术系统使得CPC具有较高的集成度，根据场地和任务需要任意调整系统导杆方向和轴承轴方向，即CPC横向和纵向的数量，实现CPC集成化安装，适用于规模化光伏和光热的利用。附图说明图I为本专利技术的CPC聚光器系统全天跟踪结构示意图；其中A-上午初始位置跟踪系统结构示意图；Β-正午时刻跟踪系统结构示意图；C-下午终止位置跟踪系统结构示意图。其中1_曲柄；2-连杆I ;3_导杆；4-连杆II ;5_联接件I ;6_CPC ;7_联接件II ；8-输出轴；9-导轨I ;10-支架；11-导轨II ;12-机架；13-步进电机。图2为接收器为圆管时系统结构示意图。其中14-接收器图3为跟踪式复合抛物面聚光器纵向排列示意图。其中15_轴承具体实施例方式下面结合实施例做进一步说明。实施例I 如图I所示，本专利技术公开了一种曲柄连杆跟踪式复合抛物面聚光器(CPC)。包括步进电机、曲柄连杆构成的跟踪装置和聚光比为10的CPC。步进电机输出轴与曲柄垂直联接；连杆I与曲柄通过铰链联接，导杆与连杆I通过铰链联接并可在其两端的导轨I和导轨II上滑动；连杆II两端通过铰链分别与焊接在导杆上的支架和固定在CPC抛物面外侧的联接件I联接，联接件I固定于CPC高度的1/2处；CPC与水平面之间夹角为50°，底部外侧面有一固定联接件II，通过铰链与机架联接，铰链中心位置位于CPC的对称轴线上；CPC底部内侧置有平板型接收器。聚光比为10的CPC接收角约为11. 5°，由于太阳自东向西每分钟转过O. 25°，故在CPC接收角范围内的有效日照时长为46分钟。该实施例中跟踪间隔设定为46分钟，系统每次转过的角度为一个接收角大小，这里取12°。假设正午时刻(12:00时亥Ij)的Θ =0 °，则系统全天有效工作时间段为7:47 16:13。自8:33起，PLC控制步进电机每隔46分钟做一个位置的跟踪调节，全本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种曲柄连杆跟踪式复合抛物面聚光器，包括步进电机（13）、曲柄连杆构成的跟踪装置和CPC（6）；其中跟踪装置由曲柄（1）、连杆Ⅰ（2）、导杆（3）及导轨Ⅰ（9）和导轨Ⅱ（11）组成；步进电机（13）的输出轴（8）与曲柄（1）垂直联接；连杆Ⅰ（2）与曲柄（1）通过铰链联接，导杆（3）与连杆Ⅰ（2）通过铰链联接，导杆（3）可在其两端的导轨Ⅰ（9）和导轨Ⅱ（11）上滑动；连杆Ⅱ（4）两端通过铰链分别与焊接在导杆（3）上的支架（10）和固定在CPC（6）抛物面外侧的联接件Ⅰ（5）联接；CPC（6）底部外侧面有一固定联接件Ⅱ（7）通过铰链或者轴承（15）与机架（12）联接。
【技术特征摘要】
1.一种曲柄连杆跟踪式复合抛物面聚光器，包括步进电机(13)、曲柄连杆构成的跟踪装置和CPC (6);其中跟踪装置由曲柄(I)、连杆I (2)、导杆(3)及导轨I (9)和导轨II (11)组成；步进电机(13)的输出轴(8)与曲柄(I)垂直联接；连杆I (2)与曲柄(I)通过铰链联接，导杆(3)与连杆I (2)通过铰链联接，导杆(3)可在其两端的导轨I (9)和导轨II(Il)上滑动；连杆II (4)两端通过铰链分别与焊接在导杆(3)上的支架(10)和固定在CPC (6)抛物面外侧的联接件I (5)联接；CPC (6)底部外侧面有一固定联接件II (7)通过铰链或者轴承(15)与机架(12)联接。2.根据权利I所述的曲柄连杆跟踪式复合抛物面聚光器，其特征在于所述的CPC(6)...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱跃钊，王银峰，陈海军，廖传华，张鑫，杨丽，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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