[发明专利]定日镜

说明书

一.技术领域

本发明涉及太阳能利用跟踪聚光技术，是太阳能利用关键技术之一。

二.背景技术

目前定日镜，普遍采用在水平转轴之上叠加垂直转轴，双转轴驱动构成T型定日镜传动系统。如美国加州、西班牙PSA实验基地等，该结构外观如图24所示。这种定日镜结构看似简单，但其传动系统存在问题。众所周知，定日镜为远距离转动式跟踪，由于受到以投射距离为半径的巨大扇形放大作用。导致传动系统角位移跟踪控制尺度，被压缩到很微小的工作区间；而系统传动误差，却被放大到数千倍之大。由于太阳运行速度十分缓慢，为了达到超低速精确跟踪，定日镜需要一套高倍数齿轮减速传动系统。由于齿轮传动，存在着耦合间隙，而耦合间隙会产生传动误差。当传动误差被放大到几百或数千倍之后，就会引起定日镜跟踪效果严重失常。结果造成定日镜整体聚光效率下降。若要消除传动误差对跟踪效果的严重影响，就必须做到齿轮无间隙耦合，这就等于要做到齿轮加工绝对精密。然而，要想做到齿轮无间隙耦合，其精密加工难度之大，是可想而知的。欲求得加工精度的甚微进展，都得要付出艰难的努力和巨大的代价。目前，定日镜传动系统制作，正面临跟踪精度上不去，制作成本下不来的两难处境。几十年来，受齿轮配合精度限制，定日镜始终处于跟踪精度不足，传动效率低，抗风能力差。在风荷载下运行，光斑晃动较为严重。因此，这种定日镜只能在无风或弱风的环境下才能运行。就目前加工能力而言，采用齿轮传动方式，并不适合于T型双转轴驱动定日镜传动系统。可是离开了齿轮传动，又别无他法可求。为了摆脱齿轮传动的尴尬局面，近年来，已经有一些定日镜改用液压传动方式。但液压传动也同样存在着其自身弱点，这里就不再详述。此外，目前所研制出来的定日镜，都不具备聚光调节能力，面对太阳每日运动，所引起定日镜反射光斑大小的波动变化，却无能为力，从而导致聚光效果不理想，造成太阳能流失较为严重，设备利用率下降，发电成本上升。在定日镜场中，分布着数百甚至上千台定日镜，每台定日镜的位置参数各不相同。在定日镜没有聚光控制的情况下，塔式太阳能发电的总体设计，将会受到聚光条件的捆绑约束。为了获取高密度太阳能，定日镜场需要有很高的聚光倍数。如果每台定日镜，都采用平面镜聚光，则需要大量增加定日镜台数，才能达到聚光倍数要求。但是，随着定日镜数量增多，就会引起定日镜相互遮挡光线，为避免这种情况发生，就必须要加高加大中心塔的建筑规模。其结果又加重了中心塔的投资比例。反之，如果每台定日镜都采用曲面镜作固定式聚光，虽然可以减少定日镜数量。但如此一来，整个定日镜机群，就需要配置数量众多焦距多样的曲面反射镜。由于大面积曲面反射镜，其模具制作极其困难，所需造价十分昂贵。因此，多开模具，就意味着制镜成本大幅攀升，造成制作费用难以承受。在定日镜的安装调试过程中，如果没有聚光控制，将会使安装调试工作，变得异常繁琐复杂。每一台定日镜都由二、三十面反射分镜组成，面对上千台定日镜，若要进行逐台安装调试，就等于要面对数万个反射分镜，在人工高空作业的情况下，进行安装与调试。可想而知，如此之大的定日镜的安装工程，需要耗费不少的人力、物力、财力，以及许久的工期。总之，目前定日镜在制作方面，由于各项耗费开支太大，造成单机造价居高不下，导致塔式太阳能发电成本过高，迟迟未能与商业化市场运作接轨。国情需要和市场期待的是：低造价、抗风能力强、跟踪精度高、自动聚光调节、安装维护便捷等等。显然，现有设计与国情需要，还存在着一定的差距。

三.发明内容

为克服上述定日镜传动系统的技术缺陷，本发明提供一种设计思路，具体办法是：采用超大直径传动轮，通过放大齿轮单位角度所对应的弧长之办法，从而突破齿轮传动的空间限制，达到提高跟踪精度和缩小系统误差目的。其基本结构如下：在定日镜立柱支架顶端，设置可水平转动的T型轴。T型轴的垂直轴，与立柱支架构成水平转动联接。T型轴的水平轴，与采光器的主梁构成垂直转动联接。采光器由反射镜及反射镜支撑系统组成。为了获得水平转动控制，在T型轴的水平轴后侧，安装超大直径水平传动半轮，水平传动半轮受水平驱动装置控制，可使采光器作水平≤180°范围内转动。为了获得垂直转动控制，在采光器上，安装超大直径垂直传动半轮，垂直传动半轮受垂直驱动装置控制，可使采光器进行15°至90°范围内垂直转动。由此，采光器在水平驱动和垂直驱动的双重控制下，可以同时进行水平方位角和垂直高度角的二维球面跟踪运动。