TWM471570U - 追日裝置 - Google Patents

Description

追日裝置

本創作是關於一種追日裝置(solar tracking apparatus)，並且特別地，關於供太陽能收集系統用之追日裝置。

由於溫室效應、氣候變遷以及油價攀升等問題日趨嚴重，加上重要能源逐漸浮現枯竭危機，再生能源(包括太陽能、風能、地熱、水力、生質能…等)的發展已十分緊迫。再生能源不僅成為國際永續等會議討論焦點，也是各國擬定能源政策的要項。依Refocus Weekly於2004年5月的報導，當前世界使用再生能源僅占其潛力的1.3%，且若干再生能源發電成本逐漸下降，因此，再生能源不僅可因應當前綠色環保潮流，並深具發展潛力。

於前述各項再生能源的發展中，太陽能相關應用是較為成熟的領域之一。現今我們收集太陽能進而運用的方式有兩種：(1)收集熱能；(2)轉換光能。以收集熱能來說，小規模的民生利用方面，便是我們現在經常看到的太陽熱水器。較大規模方面則有所謂的集熱式太陽能發電廠，此種太陽能電廠的運作原理是將太陽光以反射鏡加以集中，藉著集中太陽能所產生的高熱來使水汽化產生蒸汽，進而推動渦輪發電機產生電力。

此外，以轉換光能來說，大多是利用所謂的太陽能電池板來將光能直接轉換為電能。較小型的如電子計算機上的太陽能電池板，較大型的如在房子貼上許多太陽能板， 藉以達到電力自主的目的。自60年代開始，美國發射的人造衛星就已經利用太陽能電池做為能量的來源。到了70年代能源危機時，人們開始把太陽能電池的應用轉移到一般的民生用途上。目前，在美國、日本和以色列等國家，已經大量使用太陽能裝置，更朝商業化的目標前進。在這些國家中，美國於1983年在加州建立世界上最大的太陽能電廠，它的發電量可以高達16百萬瓦特。南非、波札那、納米比亞和非洲南部的其他國家也設立專案，鼓勵偏遠的鄉村地區安裝低成本的太陽能電池發電系統。

進一步，為了更有效率地應用太陽能，以提提昇太陽能裝置的效率，許多能追蹤太陽位置的追日裝置被發展。該等追日裝置的主要功用目的，即在於承載太陽能收集系統並使陽光能持續垂直照射太陽能收集系統，以增加太陽能收集系統所收集到的光照射量。

關於追日裝置、追日方法之先前技術，大致尚可區分為：(1)熱致動(heat-actuated)形式；(2)光感測(photo detecting)形式；以及(3)事先計算形式。

熱致動形式追日裝置的案例，例如，美國專利號第4,027,651號所揭露的一種追日裝置，其具有多個反射鏡，能反射太陽輻射能以不同程度地加熱數個含有液體之貯存器，以製造不同的壓力，用以轉動該追蹤器以及太陽能收集器。也有，例如，美國專利號第4,498,456號所揭露的追日裝置，其運用多根由形狀記憶合金製程的張力線以及多個太陽能聚焦器，隨著太陽位置的改變，由太陽能加熱超過變態溫度的張力線會拉動太陽能收集系統轉動。

光感測形式追日裝置的案例，例如，中華民國專利號第I258559號所揭露之太陽能熱水器集熱板之改善暨智慧型追日機構裝置，其藉由東西向及南北向光敏電阻與東西 向及南北向自動追日電路板之配合下，係可使集熱板能隨時保持與太陽光線同步成九十度，以獲得最大之熱吸收效率。此外，中華民國專利公告號第482283號所揭露之太陽能追光感測器結構，係透過四感光元件所獲得照度之差異可使內部阻抗產生相對變化，並且此變化產生之訊號驅動馬達適時控制機械結構產生動作，俾使機械結構體連同追光感測器可同步自動調整至與光源正對之角度位置。

至於事先計算形式之追日方法，例如，有太陽能發電系統利用天文學太陽位置計算方位角與仰角追蹤太陽位置，或者以追蹤太陽軌跡的方式，根據地球每小時轉動15°，地軸一年來回移動±23.5°等參數設計以追蹤太陽位置。

然而，先前技術之追日裝置大多為笨重的追日裝置，並且力距設計上未求平衡，容易造成機械耗損，也難抵抗過大的風力。

因此，本創作所欲解決之一技術問題在於提供一種追日裝置。特別地，本創作之追日裝置較為輕巧，且力距設計上力求平衡，降低機械耗損，還具有抵擋風災的設計。

本創作之一較佳具體實施例之追日裝置係供太陽能收集系統之用。本創作之追日裝置包含支撐架、框架、控制器、第一致動裝置、轉動構件以及第二致動裝置。支撐架定義第一轉軸。框架係可轉動地固定在支撐架上，並且定義第二轉軸。第一致動裝置係電連接至控制器，並且操作性地耦合至框架。第一致動裝置被控制器控制以致動框架繞著第一轉軸轉動。轉動構件係可轉動地固定在框架上。太陽能收集系統係安置在轉動構件上。第二致動裝置係電連接至控制器，並且操作性地耦合至轉動構件。第二致動裝置被控制器控制以致動轉動構件繞著第二轉軸轉動。

於一具體實施例中，第一致動裝置係固定在支撐架上。

於一具體實施例中，第二致動裝置係固定在框架上

進一步，本創作之追日裝置還包含配重元件。配重元件係固定在轉動構件上，並且位在與太陽能收集系統相對之位置上。太陽能收集系統對框架與轉動構件造成之第一力距係與配重元件對框架與轉動構件造成之第二力距平衡。

與先前技術不同，本創作之追日裝置較為輕巧，製造成本低，安裝容易，並且力距設計上力求平衡，能降低機械耗損，還具有抵擋風災的設計。

關於本創作之優點與精神可以藉由以下的實施方式及所附圖式得到進一步的瞭解。

1‧‧‧追日裝置

10‧‧‧支撐架

12‧‧‧框架

122‧‧‧彎曲部

14‧‧‧第一致動裝置

16‧‧‧轉動構件

17‧‧‧風力計

18‧‧‧第二致動裝置

19‧‧‧配重元件

L1‧‧‧第一轉軸

L2‧‧‧第二轉軸

2‧‧‧太陽能收集系統

圖1係本創作之一較佳具體實施例之追日裝置的外觀視圖。

圖2係本創作之追日裝置之一變化的外觀視圖。

請參閱圖1及圖2。圖1係本創作之一較佳具體實施例的追日裝置1之外觀視圖。圖2係本創作之追日裝置1之一變化的外觀視圖。

本創作之追日裝置1係供太陽能收集系統2之用。於圖1中，太陽能收集系統2係太陽能電池，作為說明範例。於另一範例中，太陽能收集系統2可以是由透鏡及面鏡所組合的太陽光收集與導引系統。

如圖1所示，本創作之追日裝置1包含支撐架10、框架12、控制器(未繪示於圖1中)、第一致動裝置14、轉動構件16以及第二致動裝置18。

支撐架10定義第一轉軸L1。框架12係可轉動地固定在支撐架10上，並且定義第二轉軸L2。第一致動裝置14係電連接至控制器，並且操作性地耦合至框架12。第一致動裝置14被控制器控制以致動框架12繞著第一轉軸L1轉動。

於一具體實施例中，第一致動裝置14係固定在支撐架10上。

於一具體實施例中，第一致動裝置14包含步進馬達、伺服馬達或線性馬達。

轉動構件16係可轉動地固定在框架12上。太陽能收集系統2係安置在轉動構件16上。

於一具體實施例中，轉動構件16可以是板狀構件，也可以是框架構件，以減輕轉動構件16本身的重量為佳。

第二致動裝置18係電連接至控制器，並且操作性地耦合至轉動構件16。第二致動裝置18被控制器控制以致動轉動構件16繞著第二轉軸L2轉動。藉此，本創作之追日裝置1可以符合一般追日裝置須提供兩個旋轉自由度的要求。

於一具體實施例中，第二致動裝置18係固定在框架12上。

於一具體實施例中，第二致動裝置18包含步進馬達、伺服馬達或線性馬達。

本創作之追日裝置1可以利用事先計算形式之追日方法，事先本創作之追日裝置1裝設地點與方位有關的太陽曆存入控制器內，控制器再根據日期、時間與太陽曆決定太陽位置的方位角與仰角，進而控制第一致動裝置14、第 二置動裝置18帶動框架12、轉動構件16轉動的角度。本創作之追日裝置1也可以利用各式相關感測器(例如，光感測器等)來感測太陽位置的方位角與仰角，再控制第一致動裝置14、第二置動裝置18帶動框架12、轉動構件16轉動的角度。

進一步，同樣示於圖1，本創作之追日裝置1還包含配重元件19。配重元件19係固定在轉動構件16上，並且位在與太陽能收集系統2相對之位置上。太陽能收集系統2對框架12與轉動構件16造成之第一力距係與配重元件19對框架12與轉動構件16造成之第二力距平衡。藉此，本創作之追日裝1可以降低機械耗損，尤其是第一致動裝置14及第二致動裝置18的機械耗損。第一致動裝置14及第二致動裝置18的輸出扭力可以較小。

進一步，同樣示於圖1，本創作之追日裝置1還包含包含風力計17。風力計17係電連接至控制器，並且用以感測風力資料。控制器接受風力計17所感測到的風力資料，並且根據風力資料選擇性地控制第一致動裝置14以及第二致動裝置18以致動框架12以及轉動構件16轉動至預定位置。也就是當風力超過預設門檻，本創作之追日裝置1能讓框架12以及轉動構件16轉動至受風力影響較小的位置，一般是將框架12以及轉動構件16轉動至與地面成平行，避免因較大風力甚至是颱風造成過大力距而破壞本創作之追日裝置1的元件、構件。

於一具體實施例中，配重元件19與轉動構件16之間的距離可以被調整，藉此，配重元件19對框架12與轉動構件16造成之第二力距可以被調整。

請參閱圖2，太陽能收集系統2用以導引太陽光沿光路傳導。於圖2中，仍繪示太陽能電池做為太陽能收集系統2的範例，而非繪示由透鏡及面鏡所組合的太陽光收集 與導引系統。特別地，框架12具有彎曲部122。彎曲部122係位在光路的下方。藉此，框架12不會阻擋沿光路傳導的太陽光。圖2中具有與圖1中相同號碼標記之元件，有相同或類似的結構以及功能，在此不多做贅述。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，相信可以瞭解本創作之追日裝置較為輕巧，製造成本低，安裝容易，並且力距設計上力求平衡，能降低機械耗損。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本創作之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本創作之面向加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本創作所欲申請之專利範圍的面向內。因此，本創作所申請之專利範圍的面向應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1‧‧‧追日裝置

10‧‧‧支撐架

12‧‧‧框架

122‧‧‧彎曲部

14‧‧‧第一致動裝置

16‧‧‧轉動構件

17‧‧‧風力計

18‧‧‧第二致動裝置

19‧‧‧配重元件

L1‧‧‧第一轉軸

L2‧‧‧第二轉軸

2‧‧‧太陽能收集系統

Claims (10)

1. 一種追日裝置，係供一太陽能收集系統之用，該追日裝置包含：一支撐架，定義一第一轉軸；一框架，係可轉動地固定在該支撐架上，且定義一第二轉軸；一控制器；一第一致動裝置，係電連接至該控制器且操作性地耦合至該框架，該第一致動裝置被該控制器控制以致動該框架繞著該第一轉軸轉動；一轉動構件，係可轉動地固定在該框架上，其中該太陽能收集系統係安置在該轉動構件上；以及一第二致動裝置，係電連接至該控制器且操作性地耦合至該轉動構件，該第二致動裝置被該控制器控制以致動該轉動構件繞著該第二轉軸轉動。
2. 如請求項1所述之追日裝置，其中該第一致動裝置係固定在該支撐架上。
3. 如請求項1所述之追日裝置，其中該第二致動裝置係固定在該框架上。
4. 如請求項1所述之追日裝置，進一步包含一配重元件，係固定在該轉動構件上，且位在與該太陽能收集系統相對之一位置上，其中該太陽能收集系統對該框架與該轉動構件造成之一第一力距係與該配重元件對該框架與該轉動構件造成之一第二力距平衡。
5. 如請求項4所述之追日裝置，進一步包含一風力計，係電連接至該控制器，且用以感測一風力資料，其中該控制器接受該風力資料，並且根據該風力資料選擇性地控制該第一致動裝置以及該第二致動裝置以致動該框架以及該轉動構件轉動至一預定位置。
6. 如請求項1所述之追日裝置，其中該太陽能收集系統用以導引太陽光沿一光路傳導，該框架具有一彎曲部，係位在該光路之一下方。
7. 如請求項1所述之追日裝置，其中該第一致動裝置係選自由一步進馬達、一伺服馬達以及一線性馬達所組成之群組中之其一。
8. 如請求項1所述之追日裝置，其中該第二置動裝置係選自由一步進馬達、一伺服馬達以及一線性馬達所組成之群組中之其一。
9. 如請求項1所述之追日裝置，其中該轉動構件係一板狀構件。
10. 如請求項1所述之追日裝置，其中該轉動構件係一框架構件。