利用地下淺層土壤溫度跟蹤太陽(yáng)赤緯角的裝置及調(diào)節(jié)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽(yáng)能利用技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]在地球某一點(diǎn)處的太陽(yáng)直射入射光線隨時(shí)在變化著，為了盡可能多地利用太陽(yáng)直射輻射能，太陽(yáng)能利用裝置要求配備能夠跟蹤太陽(yáng)位置的裝置，多數(shù)太陽(yáng)能跟蹤裝置以電驅(qū)動(dòng)裝置為主，這類裝置跟蹤精度高，但跟蹤過程中耗能，運(yùn)行和維護(hù)成本高，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了利用地下淺層土壤溫度的規(guī)律性變化跟蹤太陽(yáng)赤瑋角的變化，該跟蹤裝置不耗能、成本低、易維護(hù)，具有很高的應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值。
[0003]關(guān)于利用地下淺層土壤溫度跟蹤太陽(yáng)赤瑋角的裝置及調(diào)節(jié)方法的文獻(xiàn)還未找到。有一項(xiàng)技術(shù)成為與本專利技術(shù)較為類似的最新技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)是已公開的“利用溫度變化自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)能的方法”的發(fā)明專利技術(shù)，其專利申請(qǐng)?zhí)枮?01110286643.3，該技術(shù)以環(huán)境溫度的日變化規(guī)律來跟蹤太陽(yáng)高度角的變化，利用早晨光照補(bǔ)償來減小吸熱遲滯，以提高跟蹤精度。該項(xiàng)技術(shù)明顯存在著以下問題:1、太陽(yáng)高度角從日出到日落都是在時(shí)刻變化著的，從日出時(shí)的只有幾度到正午時(shí)分的七八十度隨瑋度的增高而降低，再到日落時(shí)又回到幾度的高度角，變化幅度大，變化速度快，并且隨著季節(jié)的不同而不同，因此對(duì)太陽(yáng)高度角的跟蹤要求響應(yīng)速度快，而膨脹罐內(nèi)流體的溫度變化由于受傳熱熱阻及裝置本身的熱慣性的影響和限制，溫度變化速率較慢，由膨脹罐內(nèi)流體溫度變化驅(qū)動(dòng)的踴躍裝置難于及時(shí)跟蹤太陽(yáng)能高度角的變化速率，造成較大的跟蹤誤差。
[0004]2、太陽(yáng)高度角與環(huán)境溫度的變化一致性差。環(huán)境溫度的變化存在短周期性在一天內(nèi)、中期周期性在兩個(gè)強(qiáng)對(duì)流天氣變化期間，長(zhǎng)周期性一年內(nèi)，在短周期內(nèi)，環(huán)境溫度與太陽(yáng)高度角的變化規(guī)律也存在時(shí)間上和變化特征上的差異；在中周期內(nèi)，每次強(qiáng)降溫天氣過后，即使是在相近的幾天內(nèi)，環(huán)境溫度將隨著天氣晴好而迅速上升，前后幾天內(nèi)的環(huán)境溫度變化較大，而太陽(yáng)高度角的變化規(guī)律基本不變；在長(zhǎng)周期內(nèi)，夏季平均氣溫很高，而冬季平均氣溫很低，夏季早晚的環(huán)境溫度較冬季中午的溫度還高，但夏季早晚的太陽(yáng)高度角比冬季中午的太陽(yáng)高度角低很多，因此太陽(yáng)高度角與環(huán)境溫度的變化一致性差，利用環(huán)境溫度跟蹤太陽(yáng)赤瑋角的精度就會(huì)較低。
[0005]3、天氣因素對(duì)該技術(shù)跟蹤精度的影響大，在晴朗且無風(fēng)的天氣條件下，環(huán)境溫度與太陽(yáng)高度角存在一定的相關(guān)性，該技術(shù)尚可跟蹤，但在大風(fēng)、霧天、或多云天氣條件下，環(huán)境溫度與太陽(yáng)高度角的相關(guān)關(guān)系減弱，此時(shí)利用環(huán)境溫度跟蹤太陽(yáng)高度角就變得不可能。
[0006]4、跟蹤目標(biāo)角度與所使用的環(huán)境溫度之間存在時(shí)間遲滯效應(yīng)，光照補(bǔ)償法在解決上升段問題的同時(shí)，增加了下降段的跟蹤誤差，同時(shí)在天氣較差的條件下，本方法不能使用。在天氣晴朗且無風(fēng)的條件下，環(huán)境溫度隨太陽(yáng)高度角的升高而上升，隨太陽(yáng)高度角的降低而下降，但并非同步變化，而是有一個(gè)相位差，也即時(shí)間遲滯，通過環(huán)境溫度跟蹤太陽(yáng)高度角需要解決時(shí)間遲滯問題，而通過光照補(bǔ)償法解決時(shí)間遲滯問題時(shí)，太陽(yáng)高度角上升段通過光照加快了膨脹罐內(nèi)的溫升速率，解決了一部分上升段的時(shí)間遲滯問題，但在太陽(yáng)高度角下降段由于光照的存在，反而使膨脹罐內(nèi)的溫降速率減慢，使問題更嚴(yán)重，跟蹤誤差加大。如果在有云層遮擋或太陽(yáng)直射較弱時(shí)，本方法不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。
[0007]5、太陽(yáng)高度角與日環(huán)境溫度之間每天都存在時(shí)間遲滯效應(yīng)，因此通過環(huán)境溫度跟蹤太陽(yáng)高度角時(shí)必須每天都進(jìn)行溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)器節(jié)，調(diào)節(jié)頻次高，如果手動(dòng)調(diào)節(jié)則需要專人負(fù)責(zé)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且成本高；如果光照調(diào)節(jié)，則很難上升段與下降段兼顧，因此這種跟蹤裝置精確跟蹤成本高，非精確跟蹤則誤差大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是利用地下淺層土壤溫度的變化規(guī)律驅(qū)動(dòng)裝置跟蹤太陽(yáng)赤瑋角的位置變化，提高跟蹤精度，降低跟蹤成本。
[0009]本發(fā)明是利用地下淺層土壤溫度跟蹤太陽(yáng)赤瑋角的裝置及調(diào)節(jié)方法，利用地下淺層土壤溫度跟蹤太陽(yáng)赤瑋角的裝置南北向放置，設(shè)有北支撐桿3和南支撐桿12，在南支撐桿12或者北支撐桿3上串接有伸縮式液壓缸6及其活塞桿11，液壓缸6的內(nèi)腔與埋在地下淺層土壤10中的熱膨脹罐8的內(nèi)腔聯(lián)通，在液壓缸6和熱膨脹罐8的內(nèi)腔中充滿有熱膨脹流體介質(zhì)9，在由太陽(yáng)能接收器I下面的托架18、北支撐桿3、南支撐桿12和基座13所組成的多邊形結(jié)構(gòu)中，至少有三個(gè)旋轉(zhuǎn)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)，本裝置設(shè)有干預(yù)式溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置16，或者設(shè)有自動(dòng)溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置19，干預(yù)式溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置16設(shè)在北支撐桿3上，或者在南支撐桿12上，或者在托架18上，或者在液壓缸6上，或者在導(dǎo)壓軟管7上，或者在熱膨脹罐8上，自動(dòng)溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置19設(shè)在北支撐桿3上，或者在南支撐桿12上。
[0010]利用地下淺層土壤溫度跟蹤太陽(yáng)赤瑋角的裝置的調(diào)節(jié)方法，所述的干預(yù)式溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置16，其調(diào)節(jié)方法為:在每年的6月I日之8月31之間，通過干預(yù)式溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置16分I?5次逐次縮短南支撐桿12或者伸長(zhǎng)北支撐桿3，以便調(diào)大太陽(yáng)能接收器I的傾角，總共調(diào)大5?20度；在每年的12月I日之2月28之間，通過干預(yù)式溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置16分I?5次逐次加長(zhǎng)南支撐桿12，或者縮短北支撐桿3，調(diào)小太陽(yáng)能接收器I的傾角，總共調(diào)小5?20度。
[0011]本發(fā)明的有益效果為:
1、本發(fā)明專利不再跟蹤太陽(yáng)高度角轉(zhuǎn)而跟蹤太陽(yáng)赤瑋角，太陽(yáng)赤瑋角以一年為周期，從冬至的南回歸線到夏至的北回歸線，再到南回歸線，年總計(jì)變化幅度為47度，每24小時(shí)變化0.26度，因此跟蹤太陽(yáng)赤瑋角的裝置在某一天中幾乎可以一動(dòng)不動(dòng)，其跟蹤誤差也小于0.26度，因此太陽(yáng)赤瑋角跟蹤裝置所要求的響應(yīng)速度慢，適合以膨脹罐內(nèi)液體的溫度變化進(jìn)行跟蹤，并且跟蹤精度高。
[0012]2、太陽(yáng)赤瑋角與地下淺層土壤溫度的變化一致性好。首先，地下淺層土壤溫度在一年中隨太陽(yáng)赤瑋角的變化作有規(guī)律的變動(dòng)，在北半球，當(dāng)太陽(yáng)能赤瑋角升高時(shí)北正南負(fù)，地下淺層土壤溫度也隨之上升，當(dāng)太陽(yáng)能赤瑋角降低時(shí)，地下淺層土壤溫度也隨之下降；其次，地下淺層土壤溫度每天的變化幅度很小，這點(diǎn)變化特性與太陽(yáng)赤瑋角的變化特性非常一致；因此，太陽(yáng)赤瑋角與地下淺層土壤溫度的變化一致性好，利用地下淺層土壤溫度跟蹤太陽(yáng)赤瑋角精度高。
[0013]3、天氣變化對(duì)本裝置跟蹤精度的影響小。由于土壤的導(dǎo)熱系數(shù)小及大地巨大的熱慣性的存在，像刮風(fēng)、下雨、降溫等短期強(qiáng)對(duì)流天氣對(duì)地下淺層土壤溫度的影響很小，因此即使在這種惡劣的天氣條件下，本裝置也能很好地跟蹤太陽(yáng)赤瑋角。
[0014]4、本發(fā)明采用的干預(yù)式溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置或者自動(dòng)溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置都較好地解決了跟蹤目標(biāo)角度與所使用溫度之間存在的時(shí)間遲滯效應(yīng)。本發(fā)明在北支撐桿、或者是南支撐桿、或者是液壓缸、或者是導(dǎo)壓軟管、或者是熱膨脹罐上設(shè)有干預(yù)式溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置，在每年夏至前后調(diào)大太陽(yáng)能接收器的傾角，在冬至前后調(diào)小太陽(yáng)能接收器的傾角的方式解決了跟蹤目標(biāo)角度與所使用溫度之間存在的時(shí)間遲滯效應(yīng)，因?yàn)檎{(diào)節(jié)次數(shù)少，手動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方便，采用上升段前后和下降段前后兩頭調(diào)節(jié)，因此能同時(shí)在太陽(yáng)赤瑋角的上升段和下降段調(diào)整時(shí)滯效應(yīng)，使得全年跟蹤精度都較高；另一方面，本發(fā)明在北支撐桿、或者是南支撐桿上安裝的凸輪式自動(dòng)溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置，可以根據(jù)裝置應(yīng)用地區(qū)太陽(yáng)赤瑋角與地下淺層土壤溫度變化規(guī)律之間的不一致性，特別加工出凸輪的外形形狀，一次性解決太陽(yáng)赤瑋角與地下淺層土壤溫度變化曲線之間存在的時(shí)間遲滯效應(yīng)，全自動(dòng)運(yùn)行，盡管前期加工成本稍高，但跟蹤精度高，不需人工干預(yù)調(diào)節(jié)，方便高效。兩種溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置各有優(yōu)點(diǎn)，都能較好地解決跟蹤目標(biāo)角度與所使用溫度之間存在的時(shí)間遲滯效應(yīng)。
[0015]5、太陽(yáng)赤瑋角與地下淺層土壤溫度之間的時(shí)間遲滯效應(yīng)每年只有一次，對(duì)于干預(yù)式溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置，只需在夏至和冬至前后各調(diào)節(jié)I?5次即可，因時(shí)間遲滯效應(yīng)所引起的調(diào)節(jié)次數(shù)少，調(diào)節(jié)后跟蹤精度高如果在夏至和冬至前后各調(diào)節(jié)4次，年跟蹤最大誤差可減小到2度，在部分裝置中手動(dòng)調(diào)節(jié)即可滿足要求，因此跟蹤裝置成本低；對(duì)于自動(dòng)溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置，因無需人工調(diào)整，省時(shí)省力，因此總跟蹤成本也較低。
【附圖說明】
[0016]下面根據(jù)實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明專利作進(jìn)一步詳細(xì)說明；
圖1是本發(fā)明專利的跟蹤裝置側(cè)視圖；
圖2是安裝有手動(dòng)液壓調(diào)節(jié)型調(diào)節(jié)裝置的跟蹤裝置側(cè)視圖；
圖3是膨脹罐與液壓缸一體化的跟蹤裝