本发明专利技术提供一种偏置式太阳能定向线聚光沙漠表面硬化系统和硬化方法，包括：聚光器、水平经向反射镜、水平纬向反射镜、抛物柱面反射镜、遮光反射镜、计算机、太阳位置传感器、太阳辐射强度传感器、水平沙面等。聚光器为平行光聚光器，对太阳进行精确的方位角和高度角跟踪，输出的平行聚光光线通过水平经向反射镜、水平纬向反射镜和抛物柱面反射镜形成位于水平沙面表面且各点辐射强度相同的聚光光线。该系统在对沙漠表面进行熔化硬化时，运动能量和对沙面熔化的能量均来自于太阳能，不消耗化石能源；能够对太阳能的利用时间更长，聚光位置相对固定；采用线聚焦且利用计算机控制下进行熔化硬化的效率高，质量好；能实现无人自动运行，降低固沙成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能利用
，特别是涉及一种对利用太阳能聚光能量对沙漠表面进行硬化的系统。
技术介绍
太阳能是一种清洁无污染的可再生能源，取之不尽，用之不竭，充分开发利用太阳能不仅可以节约日益枯竭的化石能源，缓解日益严峻的资源短缺问题，而且还可以减少碳排放污染，应对气候变化，保护人类赖以生存的生态环境。在我们生存的地球上，存在着大面积的沙漠，因其恶劣的自然环境，使人类很难在这些区域内居住和生存。在风的作用下，沙漠具有的流动性可以造成周围地区的生产生活设施的破坏，最终导致无法利用，人类的生存空间被沙漠不断侵蚀。当今，荒漠化也是世界性的公害，全球受到荒漠化危害的陆地面积已达到I / 4，且每年仍以5 7万平方公里的速度扩展。目前，全球荒漠化面积达到3800万平方公里，占地球陆地总面积的四分之一，使世界三分之二的国家和五分之一的人口受到其影响。沙尘暴虐，田毁人亡,每年造成的直接经济损失达400多亿美元。国家林业局公布的数据表明，我国现有荒漠化土地面积为262. 6万平方公里，占国土总面积的27. 3%,涉及全国18个省区的471个县，影响着近4亿人口的生产和生活，每年由沙化造成的直接经济损失超过540亿元人民币。荒漠化已成为严重威胁中华民族生存空间、严重制约中国经济社会发展的巨大挑战。目前，政府每年要拿出巨额资金用于防沙治沙工程建设。现有治沙方法主要包括工程治沙和植物治沙两大类。所谓工程治沙是用柴、草、粘土、板条、席笆、卵石或浙青乳剂和高分子聚合物等设置障碍或辅压遮蔽的方法阻沙固沙。这种方法受资源和条件的限制只在少数地区可用，但费用较高，可持续时间短，而植物治沙法生产周期长、见效慢，在大部分缺水和降水稀少地区是不具备实施条件的。在公开的《治沙、筑路方法及其装置》(97104067. 2)专利技术中，是将聚焦后的太阳光束扫描地面，使地面的沙粒或土壤熔融或者烧结，冷却后使地面上形成坚硬覆盖物。这项技术存在很多缺点一是采用点聚焦和逐点逐行扫描方式的机构与控制都很复杂；二是在实施过程中太阳的位置时刻都在发生变化，其聚焦落点很难控制；三是动力系统没有采用太阳能，具有碳排放污染。在公开的《利用太阳能的智能化筑路与沙漠表面硬化系统》(200710161174. 6)专利技术中，是采用太阳能发电组件向蓄电池充电，再由蓄电池向激光设备提供电能用于沙漠表面硬化，其缺点有一是蓄电池蓄电效率低，再加上激光设备的转化效率也比较低，造成只有很少部分能源用于沙漠表面硬化，因此其总体效率较低；二是采用点聚光以逐点逐行扫描方式的机构与控制都很复杂；三是蓄电池寿命短且生产环节存在污染问题，重量大，使整个机构的运动耗能也更大，因此不适合应用推广。
技术实现思路
为了克服现有防沙治沙手段，以及利用聚光方式对沙漠表面进行熔化硬化方式的缺点和不足，本专利技术提供一种，能够在对沙漠表面进行熔化硬化的过程中全部采用太阳能，而不采用化石能源驱动；能够对太阳能的利用时间更长，聚光利用方式更加合理；能够采用线聚焦且利用计算机控制下进行熔化硬化的效率更高，质量更好；能够实现无人自动运行，进一步降低了人工成本。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是本专利技术提供一种偏置式太阳能定向 线聚光沙漠表面硬化系统，包括水平沙面、行走机构、左侧行走电机、右侧行走电机、侧行走轮带、右侧行走轮带、偏置支架、扫描轨道、扫描电机、太阳能电池组件、电池组件跟踪支架、跟踪支架转动轴、电池组件跟踪电机、DC-DC直流稳压模块、聚光器、水平经向反射镜、水平纬向反射镜、抛物柱面反射镜、遮光反射镜、水平经向反射镜方位角电机、水平经向反射镜高度角电机、聚光器方位角电机、聚光器高度角电机、聚光器轴旋转电机、计算机、I/o数据接口、太阳位置传感器、太阳辐射强度传感器。水平沙面是经平整过的表面呈水平状的沙漠区域。左侧行走轮带、右侧行走轮带安装在行走机构上，左侧行走电机驱动左侧行走轮带，右侧行走电机驱动右侧行走轮带。太阳能电池组件将太阳辐射能转化为直流电能，提供给左侧行走电机、右侧行走电机、扫描电机、电池组件跟踪电机、水平经向反射镜方位角电机、水平经向反射镜高度角电机、聚光器方位角电机、聚光器高度角电机、聚光器轴旋转电机和计算机使用。太阳位置传感器检测到太阳的方位角和高度角，并传送给计算机，再由计算机软件的控制，使左侧行走电机、右侧行走电机、扫描电机、电池组件跟踪电机、水平经向反射镜方位角电机、水平经向反射镜高度角电机、聚光器方位角电机、聚光器高度角电机、聚光器轴旋转电机转动到指定位置；左侧行走电机、右侧行走电机、扫描电机、电池组件跟踪电机、水平经向反射镜方位角电机、水平经向反射镜高度角电机、聚光器方位角电机、聚光器高度角电机、聚光器轴旋转电机都是具有数控功能的电机，按计算机的控制指令实现精确的转动量。电池组件跟踪支架固定安装在行走机构上部，跟踪支架转动轴固定在电池组件跟踪支架上，太阳能电池组件安装在跟踪支架转动轴上，沿跟踪支架转动轴转动；太阳位置传感器检测到太阳的方位角和高度角，通过I/o数据接口传送给计算机，由计算机的控制软件，控制电池组件跟踪电机转动，实现太阳能电池组件对太阳的方位角进行跟踪，从而最大程度地将接受到的太阳辐射能转化为电能，为整个系统的运动和控制提供电力能源，而非采用化石能源。聚光器为平行光聚光器，通过目前公知的光学知识和多种技术实现输出光线与输入光线传播方向相同且平行，能够将垂直入射到矩形ABCD区域内的光线聚光并输出到矩形截面A1B1C1D1区域内，矩形截面A1B1C1D1区域内各点的聚光辐射强度相同；S0"为聚光器的中心轴线，O"点位于聚光区域一侧。行走机构上安装有偏置支架，偏置支架上安装有扫描轨道和扫描电机；扫描轨道与行走机构的行走方向MN垂直，与水平沙面表面平行；抛物柱面反射镜安装在偏置支架的扫描轨道上，并可沿扫描轨道水平运动；抛物柱面反射镜沿扫描轨道水平运动的行程内下方是水平沙面，中间没有任何障碍物；抛物柱面反射镜的焦线XY位于水平沙面表面且与行走机构的行走方向MN平行；遮光反射镜安装在行走机构上部，能够沿上下方向运动；在行走机构上有固定点O ;水平经向反射镜位于行走机构上部，水平经向反射镜的反射表面中心点位于O点并且能围绕O点转动；聚光器安装在行走机构上部，聚光器中心轴线SO"上的一定点O"在跟踪太阳的运动过程中始终与行走机构上的固定点O点重合。由计算机控制聚光器方位角电机和聚光器高度角电机的转动，聚光器对太阳进行精确的方位角和高度角跟踪，使聚光器中心轴线S0"始终指向太阳；GH是通过聚光器表面、垂直且相交于聚光器中心轴线S0"、始终与水平沙面表面平行的线段；EF位于聚光器表面、垂直且相交于中心轴线S0"的线段，并与聚光器的入射矩形面ABCD的其中一个边平行；EF线段相对于聚光器的位置固定，与线段GH之间的偏转角为λ，且当太阳的方位角ω=0即太阳在正南方向时，偏转角λ =0;在聚光器轴旋转电机的转动作用下，聚光器能够沿中心轴线S0"进行转动，使线段EF与GH之间有偏转角λ ;聚光器输出的平行聚光光线全部射向水平经向反射镜；由计算机控制水平经向反射镜方位角电机和水平经向反射镜高度角电机转动，使水平经向反射镜将聚光器输出的平行聚光光线反射为水平向南方向，并全部射向水平纬本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种偏置式太阳能定向线聚光沙漠表面硬化系统，包括水平沙面11、行走机构12、左侧行走电机13、右侧行走电机14、侧行走轮带15、右侧行走轮带16、偏置支架17、扫描轨道18、扫描电机19、太阳能电池组件21、电池组件跟踪支架22、跟踪支架转动轴23、电池组件跟踪电机24、DC？DC直流稳压模块25、聚光器31、水平经向反射镜32、水平纬向反射镜35、抛物柱面反射镜33、遮光反射镜34、水平经向反射镜方位角电机41、水平经向反射镜高度角电机42、聚光器方位角电机43、聚光器高度角电机44、聚光器轴旋转电机45、计算机51、I/O数据接口52、太阳位置传感器53、太阳辐射强度传感器54；水平沙面11是经平整过的表面呈水平状的沙漠区域；左侧行走轮带15、右侧行走轮带16安装在行走机构12上，左侧行走电机13驱动左侧行走轮带15，右侧行走电机14驱动右侧行走轮带16；聚光器31为平行光聚光器，入射面为矩形区域，SO″为聚光器31的中心轴线，O″点位于聚光区域一侧；其特征在于，行走机构12上安装有偏置支架17，偏置支架17上安装有扫描轨道18和扫描电机19；扫描轨道18与行走机构12的行走方向MN垂直，与水平沙面11表面平行；抛物柱面反射镜33安装在偏置支架17的扫描轨道18上，能够沿扫描轨道18水平运动;抛物柱面反射镜33的焦线XY位于水平沙面11表面且与行走机构12的行走方向MN平行；由计算机51控制水平经向反射镜方位角电机41和水平经向反射镜高度角电机42转动，使水平经向反射镜32将聚光器31输出的平行聚光光线反射为水平向南方向，并全部射向水平纬向反射镜35，水平纬向反射镜35再将入射光线全部反射为水平东西方向，并全部射向抛物柱面反射镜33上；通过抛物柱面反射镜33的聚焦形成聚光光线XY，聚光光线XY位于水平沙面11表面。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张德胜，刘红强，
申请(专利权)人：张德胜，
类型：发明
国别省市：
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