[实用新型]一种自旋-仰角跟踪模式定日镜的稳定支撑装置

说明书

技术领域

本实用新型属于太阳能应用技术领域，尤其涉及一种定日镜的支撑装置。

背景技术

定日镜是对太阳进行跟踪，并将光线反射到固定目标的装置。一般说来，定日镜的尺寸越大，集热面积越大，收集到的能量也越多。另外，在一定范围内(此范围和纬度相关)，集热器越高，则聚光的余弦效应就越小，收集的太阳能则越多。但是将集热器安装得很高，会带来诸多不便：首先，安装和维护的不便，其次，高处不便于热量的收集和保温。因此，在不能将集热器安装的太高的前提下，增大定日镜的聚光面积就成了收集更多能量的一个重要的方法。

目前，定日镜主要采用两种跟踪模式：方位角-仰角跟踪模式和自旋-仰角跟踪模式。

采用方位角-仰角跟踪模式的定日镜，机械设计较容易实现，其反射镜面的重心位于支撑轴的正上方，整体结构也比较稳定。但是，由于这种模式所能达到的聚光比不够高，因此为了能够达到较高的温度，往往需要多台定日镜同时指向一个目标，塔式集热器就是采用这种方法，利用一个大的定日镜阵列对塔内的液体进行加热，通过热转化对太阳能加以利用。

采用自旋-仰角跟踪模式的定日镜是近些年的进展，由陈应天教授等人在2001年的文章Non-imaging focusing heliostat(Solar energy杂志，2001年71期155页)中首先提出。该跟踪模式由于采用非对称的反射面，相同条件下能够达到比方位角-仰角定日镜更高的聚光比，因此可以使用单个定日镜实现高倍聚光，具有更广泛的应用前景。

但是传统自旋-仰角跟踪模式定日镜(图3、图4)，反射镜固定在自旋轴的一端，靠一个点固定整个镜面。另外，自旋轴倾斜固定在支撑杆上，反射镜面的重心偏离了支撑杆。

当反射镜尺寸变大时，支撑杆需要变高，以使得反射镜面不接触地面，同时支撑杆承担的重量变得很大。因此，支撑杆要在变高的同时，承担更大的重量，而且是重心偏移的重量，这对支撑杆提出了很高的要求。传统单支撑杆的定日镜，完全依靠反射镜面中心一个点，通过自旋轴支撑，当有风时，镜面的晃动比较严重，容易造成聚光偏差，尤其，遇到雨雪，暴风等自然天气，会导致重心严重的偏移支撑杆，从而严重的影响定日镜的稳定性。当镜面尺寸变大时，情况会更为严重。由于上述支撑杆的限制，现有的自旋-仰角跟踪模式的定日镜要想达到很大的尺寸，有很大的困难。

发明内容

本实用新型主要目的是，提供一种新的定日镜支撑结构，从而可以使采用自旋-仰角跟踪模式的定日镜，达到较大的尺寸，同时有很好的稳定性和抗风能力，并且安装简便。

本实用新型设计的原理依据是：定日镜是通过跟踪并反射太阳光，使光线汇聚到指定目标，从而对太阳能源加以利用的装置。本支撑装置适用于采用自旋-仰角跟踪模式的定日镜。如图1所示，该跟踪模式的关键在于自旋轴指向目标集热器，通过围绕自旋轴和仰角轴两个方向的旋转来实现二维跟踪聚光。由于自旋轴指向目标集热器，仰角轴始终垂直于自旋轴，因此，围绕自旋轴的旋转，可以使得仰角轴垂直于通过太阳、目标集热器和反射镜面中心三点所在的平面。进一步，围绕仰角轴的旋转可以使得反射镜面中心处的太阳的入射角等于出射角，(即太阳射出的光线，在镜面中心处反射后，刚好照到目标集热器。)本实用新型是利用自旋-仰角跟踪模式定日镜的跟踪原理设计的稳定的支撑装置。

实现本实用新型的支撑装置结构如下：有至少3个高度不同固定在地面上的支撑杆；支撑导轨固定在支撑杆的顶部；定日镜的圆形框架放置在支撑导轨上，并可以在导轨上转动；仰角轴通过定日镜的圆形框架的中心，仰角轴的两端与圆形框架相连接，并且可以绕其自身的轴向转动；反射镜固定在仰角轴上，并可以随之一起转动，定日镜的圆形框架和仰角轴的转动，由两个跟踪电机分别控制，集热器收集经反射镜反射后的太阳光。

本实用新型与传统支撑方式相比，有益的效果是：

一、解决了重心偏离支撑杆的问题。传统单支撑杆的设计，会导致反射镜面/镜面阵列重心偏离支撑杆的问题。反射镜面/镜面阵列重心A(图4)距离支撑杆中心偏移了长度BC。新型支撑装置将原来自旋轴方向的转动，转变成定日镜的圆形框架的转动。没有了自旋轴的限制，就解决了传统自旋-仰角模式定日镜重心偏离支撑杆的问题。

二、缩短了承重支撑杆的长度。传统支撑装置利用一根支撑杆承重，该支撑杆支撑着在整个定日镜的中心，当定日镜的半径很大时，要求支撑杆的长度也很长，不容易实现稳定的支撑。因此采用传统支撑装置的定日镜不容易提高定日镜的半径，进而增大聚光面积。本新型支撑装置由于整个重量几乎压在位于底部的支撑杆上，且不论定日镜的半径多大，底部的支撑杆都很短很粗，因此可以很容易实现低成本、坚固的支撑。