便携式极轴视日追踪平台的分析设计

发布时间：2020-09-03 19:21

　　本文针对一种超轻型可收拢的径向肋结构反射器展开研究,提出了一种发条驱动的便携式极轴太阳位置追踪装置,希望将其用于太阳位置的追踪,提高太阳能的收集效率。太阳能发电装置包括径向肋薄膜反射面、集热器和视日追踪装置。本文对视日追踪装置进行了详细的结构分析与设计。该平台在满足跟踪精度的基础上具有重量较轻,安装简单,便于携带,成本低,节能环保,且不需要电机驱动等优点。首先,介绍了太阳方位跟踪定位的原理。简要介绍了日地运动规律和描述日地位置关系的两种坐标系,在此基础上,给出了太阳日照分布和位置参数计算,并从跟踪轴数和控制方式两个角度详细介绍了太阳方位跟踪定位系统。然后,对视日追踪平台进行了方案的分析与选择。根据径向肋结构反射器的特点,提出了一种轻型的便携式视日追踪平台方案。介绍了平台的安装和工作流程,并进行了结构概念设计,包括平台的使用纬度范围、平台的整体大小、伸缩杆的设计、反射器的支撑构件设计、聚光透镜、平台的固定方式等。接着,对驱动装置进行了各构件的结构设计与分析。驱动装置采用纯机械的驱动方式,包括以发条作为动力的动力装置、传动轮系和控制反射器以固定角速度转动的擒纵机构和单摆。通过推导反射器在转动过程中的力矩变化方程,计算了反射器在极限工况对极轴的力矩,根据计算结果设计了带盒发条的具体参数,通过3D打印制作出发条盒的实物模型,并对发条的实物进行了选择。对于其他口径的反射器,提出了采用改变套筒配重的方法补偿转动力矩。随后对控制系统进行了详细的分析设计,介绍了控制系统的工作流程,设计了发条轴的止逆机构、擒纵机构和单摆,分析了不同位姿下单摆与擒纵机构连接引起的误差。根据发条盒、极轴、传动轮系和擒纵机构的连接关系,通过计算单摆的运动周期推导出擒纵轮的运动周期,结合极轴的角速度,计算出输入端和输出端的角速度比,从而确定了齿轮系的总传动比,比较了几种啮合传动的方案,最终选择谐波齿轮加直齿轮的传动方案。随后计算了谐波齿轮的参数,推导出传动轮系的误差,并确定了驱动装置在边环的安装形式。最后,对视日追踪平台进行了运动仿真。通过软件对平台中的主要构件进行了静力学和动力学分析,包括在重力载荷下套筒环、边环、伸缩杆和定长杆的结构强度校核,建立了平台在两种安装角下的有限元模型,最终推导了风力公式,分析了平台在风载状态下的稳定性,以及追踪平台的模态特性,验证了整个视日追踪平台结构设计的可靠性,并为平台的优化提供了依据。本文的分析对小型便携式太阳位置追踪装置在太阳能工程中未来的应用有一定的意义。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK513.4
【部分图文】：

收集系统,阳光,集热管,接收器

4a） b) c)图1.3 三种不同形式的聚光太阳能收集系统1.2.2 抛物槽式系统目前槽式系统是三种技术中商用最成熟的，通过抛物面将阳光聚焦在用玻璃封装的集热管上，集热管沿着接收器线性排列，管中装有吸热的工质（通常是油），通过吸收阳光的热能将水加热产生高温高压的蒸汽，驱动叶轮电机组发电。槽式系统可以实现光能到热能的有效转化，与其他发电技术相比经济性好，投资少，电力价格低，原料没有高污染、高能耗，易安装且维护简单。缺点是热传递的响应较慢，综合效率低。1.2.3 塔式系统在塔式系统中，将一排定日镜有序安置，将阳光聚焦在塔上的中心接收器上，从而加热接收器中的工质（通常是盐）

荒漠,电站

轴和高度-方位角式双轴系统，通过控制两进行调整才能保证太阳光始终与反射器垂较大且成本较高。究现状追踪系统的研究起步较早，且受政府大力支光伏的技术的发展相对我国较快，90 年代一。由美国的 Tucson 电力公司建设[5]，如图 1.方向倾角为 34п的太阳方阵，组件总数量为功率为 3812kW，每年的全年总交流发电均大于 99.8%，通过大功率的变压器和高压，曾在建成后第一年遭受雷击发生破坏；为长过高，导致每年需投入一定的资金进行

调峰电站,现场照片

图1.5 APS Star Center 调峰电站现场照片年，Abdallah 设计了一种通过 PLC 控制单轴跟踪系统[8]，并分析了化过程。随后在此研究的基础上将其改进为主动式双轴跟踪系统[9]度角的太阳能收集系统收集效率高约 41%，自身耗电占总发电量的年 J.Rizk 和 Y.Chaiko 设计了一种固定倾角的单轴跟踪系统[10]，通过位置，从而控制步进电机带动太阳能板下端的半弧状齿轮传动，实。年 Tsung Chieh 设计了一种主动式双轴视日追踪系统[11]，如图 1.6 所林集热器、菲涅尔聚光透镜、电机、太阳能帆板组成。双轴跟踪的能帆板供电，通过驱动聚光面跟踪太阳位置，使得菲涅尔透镜可以在集热器上，其加热温度可以达到 900℃以上。

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