[发明专利]一种双轴互补光线跟踪的太阳能热水器

说明书

技术领域

本发明属于太阳能热水器技术领域，具体涉及一种双轴互补光线跟踪的太阳能热水器。

背景技术

太阳能热水器作为一个绿色、节能产品受到越来越多消费者的青睐，为了提高太阳光能的采集利用率，现有太阳能热水器设计有太阳能自动跟踪系统，使太阳光线在有效光照时间内始终垂直照射到光线采集器的采集面上，从而使光线采集器在有效光照时间内都能最大限度地获取太阳能，理论分析表明：太阳的跟踪与非跟踪, 能量的接收率相差37. 7%。

太阳能跟踪方式按形式分为：固定式、单轴跟踪式和双轴跟踪式，固定式太阳能支架鉴于其生产历史长、工艺成熟、安装使用简便等优点，目前被广泛应用，但固定式支架一旦安装，其结构就固定不变，造成太阳能利用率低，不能加热到所需温度，需外加辅助电源故增加成本；单轴跟踪只是在方位角跟踪太阳，而在高度角作季节性调整，虽然较固定式支架的太阳能利用率有所提高，但其跟踪精度较低，光线入射角不是最优值；双轴跟踪是在方位角和高度角两个方向跟踪太阳轨迹，实时保证太阳光线以最优角度入射，太阳能利用率达到最大值。太阳能跟踪方式按控制原理分为：光电检测跟踪、视日运动轨迹跟踪、混合跟踪和互补跟踪，光电检测跟踪应用光电传感器检测太阳光线控制系统运动，灵敏度高, 但受天气影响大，经常由于天气问题, 出现不跟踪或错误跟踪的情况；视日运动轨迹跟踪是计算机先根据天文学中太阳运行规律的公式计算出一天内某时刻太阳高度角和方位角的理论值, 然后运行控制程序调整装置的高度角和方位角, 完成对太阳的实时跟踪。此类跟踪控制的优点是控制简单、不受天气影响、可靠性强, 缺点是在计算太阳角度的过程中会产生累积误差, 而且其自身无法消除, 需要定期校正；混合跟踪是先利用视日运动轨迹跟踪控制的位置，使跟踪器定位到一定的范围，再利用光电检测跟踪控制在该范围内搜索检测太阳光的最强点实施精确跟踪，提高太阳能的利用率；互补跟踪是当太阳辐照度较强时采用光电检测跟踪模式，当太阳光线较弱时采用视日运动轨迹跟踪模式，两种跟踪模式在不同天气情况下进行相互切换，既可最大限度地避免外界环境的干扰，又可修正控制计算中的累积误差，提高自动跟踪系统的可靠性，实现了高精度、全天候的太阳自动跟踪。

发明内容

为克服现有太阳能支架的缺陷与不足，本发明提供一种双轴互补光线跟踪的太阳能热水器，采用光电检测跟踪和视日运动轨迹互补双轴跟踪太阳光线，利用控制程序纠正光电传感器的误操作，利用光电传感器校正程序的精度误差，从而保证光线跟踪系统长时间的工作精度和工作效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种双轴互补光线跟踪的太阳能热水器，包括支架、水箱和真空玻璃集热管，真空玻璃集热管排列固定在支架侧面形成集热平面，水箱安装在支架上方，所述支架包括底托架、脊架、电动推杆和水箱托架，水箱托架固定安装在脊架上方，水箱托架上部为与圆筒形水箱外围配合的弧形结构，水箱设置在水箱托架上，脊架倾斜于水平面安装，脊架两侧分别与水箱托架两端相连，脊架两顶点之间设有连接板，两电动推杆上端分别对称铰接在连接板两侧，电动推杆下端铰接在安装平面上，电动推杆的驱动电机与控制系统连接，控制系统与安装在脊架上的太阳能电池板相连，脊架底端与底托架固定连接，底托架通过球铰链铰接在安装平面上，为支架上的集热平面转动提供空间三自由度，防止集热平面扭曲。

所述电动推杆上端通过球铰链铰接在连接板两侧，电动推杆伸缩时为集热平面的转动提供空间三自由度，两电动推杆下端分别通过一自由度铰链、二自由度铰链铰接在安装平面上。

所述一自由度铰链包括连接块、固定块、转轴和转动块，两个固定块对称设置在转动块两侧并固定在安装平面上，固定块与转动块通过转轴串联并列在一起，转动块可绕转轴转动，连接块轴线垂直于转轴安装在转动块上，连接块与电动推杆下端相连，支架调整时，转动块绕转轴转动，使一自由度铰链具有空间一自由度；所述二自由度铰链与一自由度铰链基本相同，不同之处在于其连接块与转动块之间设有滚子，支架调整时，转动块绕转轴转动，连接块在转动块内转动，使二自由度铰链具有空间二自由度。