專利名稱：一種反射板可以旋轉的聚集太陽光線的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于太陽能利用技術領域，具體涉及一種反射板可以旋轉的聚集太陽光線的方法和裝置，包括用于反射太陽光的反射裝置和接受來自反射裝置反射光的接受裝置。
背景技術：
現(xiàn)有技術中，太陽能收集利用系統(tǒng)在我國應用廣泛，太陽能收集系統(tǒng)可用在太陽能熱水器中，或者是光電裝置中(如太陽能電池等)，主要是把太陽能轉化為熱能或者電能，供用戶使用。收集裝置一般需要結構穩(wěn)定的太陽能收集板或者是使用各種方法組合的反射器和收集器。
發(fā)明專利96193759.9所公開的太陽能收集系統(tǒng)，結構和工藝簡單、風荷很小、容易做成大型太陽能發(fā)電系統(tǒng)，但其漏光率高，反射器相互遮蓋情況很重，而且每一組中的反射器要對應兩個接受裝置，限制了技術的使用。發(fā)明專利96192810.7所公開的反射器可更換的改進的太陽能收集裝置，組合使用裝在一收集器支撐件上的結構穩(wěn)定的底板和柔性太陽能反射器，大大降低了更換反射器的難度和成本，但是弧形反射裝置制造工藝復雜，相對平板形反射裝置成本高。發(fā)明專利96192811.5所公開的具有新穎聚焦區(qū)的改進的太陽能收集裝置，在整個太陽循環(huán)中可把收集器置于聚焦區(qū)中最佳位置上，收集器可圍繞反射器的曲率中心轉動，但是圓弧形的太陽能反射器制造工藝復雜，收集器置于反射器上方，會遮擋一部分反射器表面。
相關申請本發(fā)明使用了如與本申請同時申請從而可作為本申請的參考材料的題為“一種均勻聚集太陽光束的方法和裝置”(專利申請?zhí)?的申請中所述的反射裝置形式。
本發(fā)明還使用了如與本申請同時申請從而可作為本申請的參考材料的題為“一種用于太陽能電熱共生的真空接受裝置”(專利申請?zhí)?的申請中所述的接受裝置形式。

發(fā)明內容
本發(fā)明是一種反射板可以旋轉的聚集太陽光線的方法和裝置，該裝置包括用于將太陽光反射的反射裝置和接受反射裝置反射來太陽光的接受裝置。一組反射板安裝在一傾斜的反射支架上，其接受的太陽光線反射到安裝在另一側上方的一個接受裝置上；接受裝置與各反射板的中心線平行；各反射板由驅動裝置可以同步旋轉，以跟蹤太陽的角度變化。我們采用相關申請的專利“一種均勻聚集太陽光束的方法和裝置”中的設計方法，使各反射板的旋轉角度處于一定的相對位置，以保證在陽光最強時，反射裝置能最大限度地接受陽光，并將所接受到的光線均勻反射、接受裝置能均勻接受到反射裝置所反射的光線；同時，通過優(yōu)化設計，可以使接受裝置接受的光線的垂直光通量達到95％以上。
根據(jù)相關專利“一種均勻聚集太陽光束的方法和裝置”的結果，我們可以設計一種“透風不透垂直光線”的反射柵板結構，做到使整個反射裝置不透垂直光線(相當于太陽最強時的光線)，如果相鄰兩塊柵板之間有足夠的垂直間隔，則可以保證相鄰柵板在旋轉時不會相互干擾。但這時各反射板的中心處于一個復雜的曲線上，對各反射板的同步旋轉驅動提出了很高的要求，當然仍是可行的，如采用全部齒輪驅動或者各柵板分別采用同步控制的電機驅動等，但這種驅動的成本就要大得多。
一個經(jīng)濟簡單的辦法是將各柵板的轉動軸心設計在一條直線上，這樣雖然會在陽光最強(即陽光垂直照射)時，有一定的漏光率，但卻使各柵板的同步旋轉驅動簡單得多，如可以采用多個平行四邊形連桿機構等。
接受裝置應與其對應的反射裝置或者其上的反射單元平行布置，以保證反射光線都能被接受裝置所接受，并且接受裝置能盡可能均勻地接受到反射的光線。“平行”是指接受裝置的相應的受光部分的中心線與反射單元的中心線平行；實際上，接受裝置可能是一個平面電池板，也可能是由多個集熱管組成的立體，對后者，其受光部分的中心線可以理解成其最外層受光面的中心線。根據(jù)相關專利“一種均勻聚集太陽光束的方法和裝置”，通過光學設計，使反射單元的中心線對應接受裝置的中心線，使反射單元的一個邊緣對應接受裝置接受面的相應邊緣，則可以保證均勻反射和均勻接受。因此，采用以上設計方法，并且使反射單元圍繞其中間線旋轉(以后簡稱“中間線設計原則”)，應可以有效保證均勻反射和均勻受光。
事實上，對反射單元旋轉的反射裝置，即使按上述中間線設計原則，在一天當中，也不能保證接受裝置中接受的光線是完全均勻的。為了保證產出的最大化，應首先按太陽光線最強時的光線角度進行最優(yōu)化設計，即先按垂直光線進行設計。實際上，這個時候也正是一天中的陽光角度變化的中間位置。因此，按此時刻進行設計，不僅可以保證最大陽光時，反射裝置漏光率最低、接受裝置能均勻受光，從而保證最大的產出，而且可以有效提高其它時刻的產出。
反射單元安裝所用的反射支架的傾斜角度將影響到太陽升起后不久，以及太陽即將降落時，反射裝置的受光量。傾斜角度越大，反射裝置在正午時的漏光率可以更低，但太陽升起或者降低前后的受光總量受限的時間就越長。因此，也需要對此角度進行優(yōu)化設計。
反射板的橫截面可以設計成平面的，也可以設計成曲面的。按照中心線設計原理，一個對稱的反射板，只要其兩個邊緣能將其接受到的光線反射到接受裝置的相應邊緣，則任何一個連續(xù)、對稱的反射板都是可行的。當然，曲面曲率變化越大，接受裝置接受到的光線越不均勻。但另一方面，按平面反射板設計時，往往是一個反射板對應一個反射倍率，如果用曲面反射板，則可以成一個反射板對應一個以上的反射倍率，從而可以降低反射板的數(shù)量，進而簡化反射裝置的結構，降低反射裝置的成本。
實際上，可以將兩組反射裝置對稱布置，相應的接受裝置也要對稱布置。當然，對稱布置情況下，反射裝置的中心線可以與對稱軸平行，也可以不平行，但反射裝置或者反射單元的中心線一定要與其相對應的接受裝置的中心線平行。
多個收集裝置還可以成聯(lián)組布置?；驅⒍鄠€對稱布置的收集裝置并排布置，或將多個對稱布置的收集裝置背對背布置。在前者情況下，還可以集中使用同一個反射板旋轉驅動裝置，并且可以部分減少太陽在緯度變化時所造成的漏光。實際情況下，可以根據(jù)安裝現(xiàn)場條件進行設計組合。
對不同的緯度地區(qū)，太陽照射角也不同，因此可以將整個裝置預設一個安裝傾角。一年四季中根據(jù)地球與太陽相對位置的變化，和同一時間不同地區(qū)的緯度變化來調節(jié)整個裝置在南北方向的傾角，這種調節(jié)方式既用于平面屋頂，又可用于斜面屋頂。并且盡可能地使太陽光線經(jīng)反射后垂直照射接受裝置，使之得到最大的太陽輻照量。
綜上所述，本發(fā)明的方法和裝置具有以下顯著優(yōu)點1.一組反射板安裝在一傾斜的支架上，可以降低裝置的漏光率，減少相互遮光；
2.通過中間線設計原則，可以有效保證最大陽光時接受裝置的均勻受光；3.采用平面反射板結構簡單，成本低；采用對稱曲線反射板可以降低反射板數(shù)量，從而降低成本；4.反射板旋轉，大大降低整個裝置的風荷，減少自身的電力消耗，降低結構和成本；5.將一組反射板的支撐點設計在一條線上，可以利用簡單的多組四連桿機構實現(xiàn)對所有反射板的同步驅動；在驅動鏈中，加入一個蝸輪蝸桿機構，可以有效控制大風下的跟蹤精度；6.可以對稱布置、串并聯(lián)組布置。


圖1是公式一的光路示意2是每兩組裝置成一定夾角地對稱布置的光路示意3是本發(fā)明實施例的單邊結構示意4是本發(fā)明實施例的兩組裝置對稱布置示意5是本發(fā)明實施例的支架基本結構示意圖具體實施方式
本實施例中的收集裝置包括用于太陽光反射的傾斜的反射裝置1和接受反射裝置反射來的太陽光的接受裝置2。其中，反射裝置1是V型槽結構，反射裝置1由兩組對稱的、可旋轉的、安裝在支承結構上的反射板組成，參見附圖5所示，一組反射板安裝在一傾斜的鋁合金支架上，其接受的太陽光線反射到安裝在另一側上方的一個接受裝置上；接受裝置與各反射板的中心線平行。接受裝置2是固定安裝在鋁合金支架上，鋁合金支架上裝有驅動機械組件，用于驅動各個反射板繞相應的軸旋轉，驅動機械組件包括步進電機、步進電機驅動器、步進電機控制器和蝸輪蝸桿機構。整個裝置固定安裝于鋁合金支架上并需要牢固地固定于地面。
步進電機控制器向步進電機輸出動作信號，步進電機推動反射單元旋轉0.25°，每一個反射單元的旋轉角度都設置得可以使所有的反射單元均勻反射，蝸輪蝸桿機構則在每一個反射單元旋轉完之后，鎖定整個裝置。
整個鋁合金支架需要豎直地固定于地面，整個支架由支架腳上的法蘭與地面固定法蘭連接。V形槽安裝時一端稍高，如附圖5所示，以使其軸線與水平面夾角約為51°，此角度可根據(jù)現(xiàn)場安裝狀況進行微調，從而解決了不同地區(qū)的緯度變化和太陽照射角不同所帶來的問題。
反射板采用平面反射鏡，反射鏡可旋轉的固定安裝于支承結構上，支承結構用螺栓固定安裝于支架上。
權利要求
1.一種反射板可以旋轉的聚集太陽光線的方法和裝置，其特征是一組反射板安裝在一傾斜的反射支架上，其接受的太陽光線反射到安裝在另一側上方的一個接受裝置上；反射板可以旋轉，以跟蹤太陽的角度變化
2.如權利要求1所述的收集裝置，其特征是接受裝置與各反射板的中心線平行布置。
3.如權利要求1所述的收集裝置，其特征是每兩組反射板之間可以對稱布置，對應的兩組接受裝置也是對稱布置。
4.如權利要求1、2和3所述收集裝置，其特征是其中每兩組反射裝置可以與對稱軸成一定夾角。
5.如權利要求1、2、3和4所述的收集裝置，其特征是可以聯(lián)組布置。
6.如權利要求1所述的收集裝置，其特征是反射板的橫截面可以是平面，也可以是曲面。
7.如權利要求1所述的收集裝置，其特征是反射板的縱截面可以是平面的，也可以是曲面。
8.如權利要求1所述的收集裝置，其特征是為了解決不同地區(qū)的緯度變化和太陽照射角不同所帶來的問題，可將整個裝置在安裝時采用平均優(yōu)化值傾斜一定角度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種反射板可以旋轉的聚集太陽光線的方法和裝置，屬于太陽能利用技術領域。該裝置包括用于將太陽光反射的傾斜反射裝置和接受反射裝置反射來太陽光的接受裝置。一組反射板安裝在一傾斜的反射支架上，其接受的太陽光線反射到安裝在另一側上方的一個接受裝置上；接受裝置與各反射板的中心線平行；反射支架上裝有驅動機械組件，使反射板可以旋轉，以跟蹤太陽的角度變化。
文檔編號F24J2/38GK1948860SQ20051011257
公開日2007年4月18日 申請日期2005年10月11日 優(yōu)先權日2005年10月11日
發(fā)明者孫長貴, 范德才, 徐績冬 申請人:北京太陽河技術發(fā)展有限責任公司