一种具备过载防护与柔性缓冲的碟式太阳能聚光跟踪系统

本发明涉及新能源领域，特别涉及一种具备过载防护与柔性缓冲的碟式太阳能聚光跟踪系统。

背景技术：

1、随着太阳能技术的快速发展，太阳能发电系统已成为清洁能源领域的重要构成。然而，太阳能发电系统的能量捕获效率高度依赖于太阳光入射角度。因此，为了最大限度提升光能利用率，太阳能跟踪技术逐渐成为关键支撑。

2、在跟踪机构的发展中，先后出现了单轴与双轴两类系统。其中，单轴跟踪机构虽结构简单，却仅能实现在单一方向上的太阳位置跟踪，无法保证聚光器轴线始终与太阳光线平行。因此，目前广泛采用的是双轴跟踪机构。然而，传统双轴机构多基于串联构型，普遍存在系统刚度低、稳定性不足的缺陷，尤其在恶劣环境下，其难以通过主动调整镜面位姿来补偿外界扰动，最终导致跟踪精度难以满足实际要求。

3、为克服串联机构刚度低的问题，传统并联机构被引入跟踪系统。其通过多支链结构在一定程度上提高了整体刚度，但其在面对大型聚光器的自重负载时仍显优化不足，长期运行中易因持续载荷产生微小形变，影响定位精度。此外，现有机构普遍缺乏有效的风振抑制机制，在强风条件下，支链与动平台易发生振动，进而引起聚光镜面偏移，进一步削弱系统稳定性。

4、值得注意的是，当前技术方案普遍过于聚焦于方位角与高度角的跟踪精度，而忽视了能量管理的根本必要性。这种对精准聚焦的过度追求，其本身就内蕴着能量过载的风险：为实现高热效率，系统设计通过要求将太阳光持续聚焦于斯特林发动机等接收器上，但在日照条件极佳时，这种持续的焦点汇聚容易直接导致接收器表面的能量密度超出其安全阈值。此外，外部因素或跟踪系统的瞬时误差，会进一步加剧能量积聚的波动性与不可控性。然而，现有跟踪机构的设计目标仍单一地集中于如何更精准地跟踪太阳，其结构本身不具备在能量过载时主动“失焦”的调控能力，并未将能量过载防护作为核心设计考量。

5、这些局限性凸显了现有太阳能跟踪机构在结构设计上的不足：一是刚度强化需针对自重负载进行非对称优化；二是需集成被动或主动减振机制以应对风载；三是需引入能量调控功能实现过载防护。因此，本领域亟待一种集成了主动能量调控和被动柔性缓冲功能的太阳能跟踪机构。它不仅能高精度地跟踪太阳，更能智能地应对能量过载风险，并能缓冲外部振动，从而全面提升碟式太阳能发电系统的可靠性、安全性与使用寿命。

技术实现思路

1、本发明采用的目的在于已有技术存在的问题提供一种具备过载防护与柔性缓冲的碟式太阳能聚光跟踪系统，实现对太阳行动轨迹的追踪，并在自重和一定的风载荷作用下保证追踪的精度。

2、本发明采用的技术方案是：一种具备过载防护与柔性缓冲的碟式太阳能聚光跟踪系统，包括斯特林发动机、具有柔性缓冲装置的支撑架、旋转抛物面反射镜、3-rps并联跟踪机构、网架；所述旋转抛物面反射镜分为内外两层，每层由多个镜片组成，且都服从同一方程，内外层任一镜面的结构形式和尺寸与同层其他镜面完全相同；所述3-rps并联跟踪机构包括动平台、定平台、三条相同的rps支链。单块镜面分别固接于单独的3-rps并联机构的动平台上，每条rps支链由连接动平台和直线伸缩装置的球副s、伸缩装置p副、连接直线伸缩装置和定平台的转动副r组成，内层和外层的rps支链结构相同，其所有3-rps并联机构的动平台和定平台都为相似的等腰三角形；网架用于连接旋转抛物面和3-rps并联机构。

3、上述一种具备过载防护与柔性缓冲的碟式太阳能聚光跟踪系统中，旋转抛物面反射镜采用分层设计，分为内层和外层镜面。内外层镜面均遵循同一旋转抛物面方程，确保光学性能一致。内层镜面在结构设计和尺寸上完全统一，为规避上方斯特林发动机造成的遮光影响，特别将靠近圆心区域的镜面进行切除处理。外层镜面同样保持规格一致性。每块镜片均独立固定于对应的3-rps并联机构动平台上，通过协同控制共同构成完整的旋转抛物面反射镜系统。

4、上述的并联碟式太阳能跟踪机构中，所述支撑杆内置缓冲器，由上下支撑杆、内芯、两个预压弹簧、端盖和外壳组成。内芯一端螺纹连接上支撑杆，另一端抵靠在下支撑杆内壁。第一弹簧设于外壳内，两端抵压在下支撑杆杆头和端盖之间；第二弹簧设于下支撑杆内壁，两端抵压在内芯和下支撑杆内壁。外壳一端与端盖螺纹配合，另一端端口半径小于下支撑杆杆头以封堵。当支撑杆受拉伸时，第二弹簧压缩产生抗力；受压缩时，第一弹簧通过端盖和外壳受压变形，实现缓冲。

5、上述的并联碟式太阳能跟踪机构中，所述网架由两层连接架和桁架组成，桁架分布式连接两层架之间以增强支撑和抗风载能力。连接架上设有螺栓孔，用于与反射镜和并联机构连接。网架边缘设有上凸台和下凸台，支撑杆穿过上凸台并抵靠在下凸台上表面。凸台外设外壳，通过螺栓将外壳、支撑杆和网架固定。

6、上述的并联碟式太阳能跟踪机构中，所述3-rps并联机构在内外层结构相同。动平台均为内接于半径为560mm的圆的等腰三角形，定平台为相似等腰三角形，动定平台外接圆半径比为1.15。rps支链通过转动副连接于定平台等腰三角形顶点，转动副轴线垂线与定平台角平分线重合；球铰链中心位于动平台等腰三角形角平分线上。

7、根据旋转抛物面的实际应用需求，并联跟踪机构须具备较大行程，故采用三级液压缸作为直线伸缩驱动装置。该液压缸结构紧凑，可在有限安装空间内实现比单级液压缸更长的行程。其级联结构为：一级液压缸的液压杆作为二级液压缸，二级液压缸的液压杆作为三级液压缸，三级液压缸的活塞头设置为球面副的球体。工作时，液压油依次进入一级、二级和三级液压缸，在压力作用下逐级顶起液压杆，实现伸缩运动。

8、上述的并联碟式太阳能跟踪机构中，用于连接支撑上方斯特林发动机的支撑杆连接于外层相隔90°圆周分布的四个镜面的网架上，每个支撑杆分为两层，通过螺栓分别连接在斯特林发动机的顶部与中间位置的法兰上。对于不需要支撑斯特林发动机的外层3-rps并联机构，其镜面可独立偏转。当能量在可接受范围内时，镜面保持标准姿态维持聚焦；当能量过载时，镜面通过预设偏转机构使光斑偏离焦点，实现能量分散。该功能通过结构设计实现，无需复杂控制

9、本发明的有益效果在于通过结构性创新有效解决了传统太阳能跟踪机构在刚度、抗风载和能量管理方面的不足。等腰三角形布局的3-rps并联机构显著提升了结构刚度，优化了自重载荷分布，减少了长期运行中的形变风险；集成双弹簧预压设计的柔性缓冲器通过吸收风载振动能量，保障斯特林发动机与支撑杆之间的连接可靠性，避免冲击载荷导致的结构失效；外层支撑镜面通过其独立的3-rps并联机构驱动，可实现特定角度范围内的偏转。与现有技术相比，本发明在过热保护方面的创新性在于：通过结构性设计，将过载防护功能内嵌于跟踪机构本体。在大部分正常运行时间内，所有镜面都协同工作，保持完整的抛物面形状；仅在极端过载风险发生时，才实现特定镜面偏转，实现快速物理防护。相较于传统的双轴机构仅能在通过改变镜面位置实现的过载保护，本发明能在无过载风险的时间里实现与无保护机构相同的最高聚光效率。这克服了普通跟踪机构无防护能力的缺陷，也避免了为添加保护而牺牲整体效率或增加系统复杂度的弊端。