阳光跟踪与聚光方法和跟踪式太阳能聚光设备

一：项目简介

新概念定日镜：“wdsz—9定日镜”正式内测成功，

“wdsz—9定日镜”的创新点在于：第一、新在低成本；第

二、新在纯机械无电子设备（当然有人愿意硬把“wdsz—9

定日镜”加装电子设备也可以更好地运行）；第三、新在独

特的原理；第四、新在特殊的结构以及适合不同地域的改型。

气候变化即全球变暖的危害自不必说，“碳中和”是

各国应对气候变化的当务之急，太阳能聚光设备——定日

镜，产生的高温光热应用，光电转换效率高，前景广阔，但

现阶段的定日镜以及各发达国家顶尖实验室在研的定日镜

有一个共同的缺点：造价高昂，且驱动他们的能量和他们聚

光产生的能量性价比不高，运行维护成本高昂……

譬如以下的讯息不胜枚举：

《美国Skysun研发新型“联动定日镜”，或将塔式定日镜成

本削减30%以上（2017）》

《目标50美元/㎡！NREL牵头成立国际联合研发团队推动定

日镜尽快降成本（2021-12-22）》

换句话说，改变全球变暖的关键是全球快速实现“碳中

和”，实现“碳中和”的途径是清洁能源的应用，清洁能源

当中太阳能是重要的发展方向，太阳能领域当中高温光热是

效率最高的应用，实现高温光热的关键是降低“定日镜”的

制造和运维成本，所以造价低廉、高精度聚光、防风性能强

的“定日镜”是所有问题的决定性因素。虽然全球各个企业

和国家实验室不遗余力地研发低成本定日镜，始终没有任何

进展。但是近日，满足以上苛刻要求的“定日镜”取得突破：

“wdsz—9定日镜”正式内测成功：w代表无电子设备，d

代表低成本，sz代表受控式自由，9代表第九代。“wdsz—9

定日镜”是第九代产品：是第二代产品“中国发明专利

200810149880.3”的全面改进，第二代wdsz—2（试验时

间是2013年冬天——与国内顶尖电控研究所交流后，被指

出虽抛弃电子设备，但在节约成本方面还有潜力可挖，并且

给与了鼓励）：

值得一提，直到2017年美国桑迪亚国家实验室也有了

外形类似第二代wdsz—2的产品……，中国发明专利（不是

实用新型专利）：200810149880.3在先，桑迪亚国家实验室

（是全球光热发电行业的领先研究机构）在后，但桑迪亚国

家实验室为电控式设备，所以其要领桑迪亚国家实验室并没

有掌握。而2022年以来，桑迪亚国家实验室(Sandia

NationalLaboratories,SNL)和澳大利亚太阳能热研究所参

与成立了名为HelioCon的国际联合研发团队，目标是旨在

研发将定日镜成本降低至50美元/㎡（约合人民币320元/

㎡），以助力下一代光热发电项目实现度电成本降低至0.05

美元/kWh（约合人民币0.32元/kWh）的发展目标。可见

“wdsz—9定日镜”（每平米人民币180元）的领先程度。

吸取各方面的建议后，2013年底抛弃第二代，全面改

进，从第三代、第四代、第五代直至顶级的第九代wdsz—9

在2020研制成功，2021年国庆期间“wdsz—9定日镜”正

样设备实验成功。

二：项目核心创新点

2021年国庆期间“wdsz—9定日镜”正样设备进行

了实验，相比于现阶段各国运行和在研的定日镜，“wdsz—9

定日镜”具有突出优点：成本低——制造成本运行及维护

成本都比现有和各发达国家在研的定日镜低廉，现有和各发

达国家在研定日镜每一面镜子需要两个步进电机和一套电

子电控设备，一个镜场假如有1000面镜子就需要2000个

步进电机，1000套电子设备控制双轴跟踪（更精确的用伺服

电机）而且技术核心欧美大公司垄断；而“wdsz—9定日镜”

不需要电子设备——是纯机械全自动跟踪，独门技术全部国

产化，假如一个镜场有1000面镜子，则只需要1至3个普

通电机，即不会超过3个普通电机。成本：人民币（每平米

180元以下。而世界顶尖的研发机构比如欧美近日才开始要

研发每平米320元的定日镜），运行成本是欧美现有和在研

的定日镜的十分之一，防风性能，精度均大幅度优于欧美现

有和在研的定日镜，10000米距离全年光斑中心移动不超过20厘米

三：项目详细用途

新概念“wdsz—9定日镜”将为塔式太阳能发电、采暖供热、

制氢、空调等工业热源驱动领域提供廉价的清洁能源。

四：预期效益说明

总之达到预期效果：1精确的大规模聚光可以不依赖昂贵的

精密设备。2合理的设备可以摆脱电子装置；反之只有设备

结构合理以后，再加装电子设备才能具备机电一体化的意

义，尤其在注重节约成本的新能源领域。3光热发电的效率

是其他太阳能技术不可比拟的，而定日镜的成本是普及太阳

能高温光热应用的关键，经过多年的研制创新，高精度、低

成本、强防风的太阳能聚光设备已经成体系化和系列化，尤

其适合不同地域的各变形结构让低成本太阳能聚光很方便。

其中具有代表意义的“wdsz—9定日镜”，必然为快速实现

碳中和铺平道路。届时将开启万亿价值市场，因为在碳中和

的大环境中，性能满足要求的新概念定日镜“wdsz—9定日

镜”将大行其道大放异彩，并且将创造全新的产业链，解决

一大批人员就业。对于正在研发的其他新能源设备，譬如：

“人造太阳——热核聚变”来说，新概念“wdsz—9定日镜”

十分成熟唾手可得，已经站在新能源舞台中央。

阳光跟踪与聚光方法和跟踪式太阳能聚光设备，属太阳能高温应用领域，可用于工业生产及生活中加热的热源。是非电控跟踪式太阳能聚光设备，主要用来解决电控式高温太阳炉设备，成本较高的问题。转动杆(2)与平面镜(29)轴连接，可伸缩的支架(3)一端与旋转支架(35)轴连接，另一端与第一面平面镜(29)连接。首先使转动杆(2)与地球的地轴平行，其次使法线(28)与杆(2)上45°圆锥曲面的角度为当天赤纬角的1/2，到达阳光高度角最大时刻，该时刻精确到秒，与阳光同步驱动旋转支架(35)，得到和杆(2)重合的方向不变的反射光线(34)，若干该设备达到聚光加热作用。

技术领域  本发明涉及太阳能应用领域中对阳光进行跟踪并    聚光的方法，和一种跟踪式太阳能聚光设备，特别是一种非电控、精    确跟踪阳光并聚光的太阳能高温应用设备。    背景技术  太阳能是人类重要的资源，在太阳能应用领域存在    如何方便地使太阳光能量密度增加即大规模聚光的问题。由于太阳是    运动的光源，解决大规模聚光问题的难点在于，如何用简便的方法和    低成本而可靠的设备来跟踪太阳光，然后用许多平面镜使阳光聚集到    一点。现阶段人们解决跟踪及聚光的方法和设备，多采用光传感器，    电子装置等电控设备，存在成本高的缺点。如中国专利号：00135854.5    公开号1361397、如中国专利号：200410104079.9公开号CN1789858。    非电控解决跟踪及聚光的方法和设备又不精确。如中国专利号：    200610137968.4公开号CN1945163A、如中国专利号：200610017032.8    公开号CN101109581、如中国专利号：200610200777.8公开号    CN101004298。所以低成本、精确跟踪太阳光并聚光的设备是普遍应    用太阳能的关键，检索未有同类的跟踪及聚光设备的专利报导。    发明内容  本发明的目的旨在解决太阳能应用领域中，如何无    须电控设备，而方便地跟踪阳光，并用许多平面镜聚光的一种方法，    和一种非电控、整体集成及低能耗跟踪阳光并聚光的太阳能高温应用    设备，是工业生产及生活上的新能源加热设备。    技术方案一种太阳能应用领域中跟踪阳光的方法，地表须    跟踪阳光的地点，从该点出发设定一根平行于地轴的直线，使平行于    地轴的直线上，任一点出发的跟踪阳光的直线，与平行于地轴的直线    之间的角度变化，同阳光与地轴间的角度变化相同，即可跟踪阳光。    原理，地轴与阳光的夹角由于地球的自转和公转有如下规律：在    任一时刻地轴与阳光光线相交成一个平面，地球自转和公转运动中在    下一刻，地轴与阳光相交又成另一个平面，统计整个回归年中的    

所有平面，其中地轴与阳光相交的角度关系是锥角变化的类圆锥形轨    迹。我们设立的平行于地轴的直线，任一时刻和地轴均平行，又由于    阳光是平行光，所以地轴平行线与阳光相交的角度，和地轴与阳光相    交的角度为大小相等方向相同的两个量。所以，只要把“跟踪阳光的    直线与平行于地轴的直线相交的角度”保持同“地轴与阳光相交的角    度”一致，并按旋转一周一个当天真太阳日，匀速随阳光运动方向转    动平行于地轴的直线，即可精确跟踪阳光。    方法如下：(1)确定地表某一点即跟踪阳光的地点阳光阴影的    “最短时刻立面”。实施阳光跟踪的前一天或前几天，记录地表该点    地理意义上的正午时刻即该点太阳高度角最大时刻。该时刻每天不    同，该时刻日心与地心连线(本文中该连线为虚拟的连线)同地表该    点所在的经度线相交，该时刻地表该点在阳光与地轴相交所确立的平    面内，在本文该平面称之为“最短时刻立面”。这一时刻特征是，地    表该点垂直水平面的线段，全天中其阳光阴影在水平面上的阴影长度    最短。本文将地表该点垂直于水平面线段的阳光阴影长度最短(高度    角最大)这一时刻，命名为地表该点的“正午时刻”。且这一时刻该    点垂直水平面的线段，与其阴影确立的平面同“最短时刻立面”重合，    所以可由此确定“最短时刻立面”，该“最短时刻立面”必然穿过地    球南北极的两个地轴点。并且从地表该点设定一根直线，将要使该直    线平行于地轴，称为准地轴平行线。(2)确定当天赤纬角。通过计    算实施阳光跟踪当天的赤纬角，可间接计算出阳光与地轴的角度。使    准地轴平行线上出发的跟踪阳光的直线与准地轴平行线的角度，同当    天阳光与地轴的角度相同。使准地轴平行直线和跟踪阳光的直线，均    处于“最短时刻立面”中。(3)确定地轴平行线。实施阳光跟踪当    天，使准地轴平行直线和水平面的角度与该点的纬度相同。或者当到    达该点“正午时刻”，在“最短时刻立面”中以地表该点为轴，调节    准地轴平行线与水平面的角度，使跟踪阳光的直线与阳光光线重合或    平行，这时的准地轴平行线位置与地轴平行，称为地轴平行直线。(4)    在该点“正午时刻”，使跟踪阳光的直线围绕地轴平行线，以旋转一    

周一个当天的真太阳日时间随阳光转动，同时保持跟踪阳光的直线与    地轴平行线的角度，同阳光与地轴的角度的变化相同，即可跟踪阳光。    并且确定了地轴平行线，以后就不需重复操作步骤(1)、(2)、(3)。    其中赤纬角，可以从《太阳能SOLAR ENERGY》期刊，国际标准刊号：    ISSN1003-0417，国内统一刊号CN11-1660，1999年第2期No.2起    止页码：8-10页，中国气象科学研究院王炳忠研究员关于太阳赤纬    角的计算公式当中求得，即地轴与阳光的角度可以通过赤纬角间接地    求得，摘录如下，日地中心的连线与赤道面间的夹角时刻变化，这个    角度称为太阳赤纬角，它在春分和秋分时刻等于零，而在夏至和冬至    时刻有极值，分别为正负23.442°，即以赤道面为中心，偏北极侧为    正值，偏南极侧为负值。赤纬角ED＝0.3723+23.2567sinθ+0.1149sin2    θ-0.1712sin3θ-0.758cosθ+0.3656cos2θ+0.0201cos3θ，(ED单    位是十进制的度)。时差Et＝0.0028-1.9857sinθ+9.9059sin2θ    -7.0924cosθ-0.6882cos2θ，(Et单位是十进制的分钟)，θ为日    角，即θ＝2πt/365.2422，这里t又由两部分组成，即t＝N-No，其中    N为积日，就是日期在年内的顺序号，1月1日的积日为1，平年12    月31日的积日为365，闰年则为366等等。No＝79.6764+0.2422×(年    份-1985)-INT[(年份-1985)/4]。以角度制计算时π为180°。    具体方法如下：精确确定地轴平行线和太阳高度角最大的时刻是    本文中的关键。本文除2处以外均以中国日历为标准来参考，以北京    时间即东经120°为标准，西经60°为日期分界线；并且本方案中在    夏至和冬至日当天是调节时间无法实施跟踪与聚光。本文中的“时差”    指真太阳日与平太阳日间的时差，而各地间由于经度不同而造成的时    差在本文中命名为“地理时差”。在本文中实施跟踪操作的地点，其    “正午时刻”即太阳高度角最大时刻的北京时间(须精确到秒)、该    “正午时刻”的太阳赤纬角(须精确到0.001度)、当天真太阳日(须    精确到秒)以及当天赤纬角的变化量(须精确到0.001度)对阳光跟    踪十分重要；即日地中心连线，到达实施跟踪操作地点所在的经度线    (该经度线须精确到0.001度)这一时刻的北京时间须精确到秒，该    

时刻赤纬角须精确到0.001度。设定Et为时差，ΔS为真太阳日与平    太阳日之差，并且文中ΔS和Et分别为对应当天的真平太阳日之差和    时差。确定点101的“正午时刻”，这一时刻的点101在“最短时刻    立面”中，该时刻的特点是，线段113在水平面上的阴影长度在全天    中最短，该时刻是观测值与计算值的统一。设定Sz为真太阳时，Sp    为平太阳时，式1：Sz＝Sp+Et该式为现有公认的真平太阳时换算公式。    设定Z为真太阳日，一个真太阳日是太阳中心接连两次通过同一个子    午圈所需要的时间，即太阳中心与地心连线两次通过同一经度的时    间，真太阳日Z可以表达为24小时+ΔS(ΔS为每天的真太阳日减去    平太阳日之差，真太阳日大于平太阳日ΔS是正值反之为负值，全年    为29秒到负21秒之间)。由此在本文中可以创造推导出如下公式即    式2、式3和式4。设n为全年中的任一天，n+1为该天的第二天，点    101在东经120°，任一天n开始时刻，日地中心的连线在西经60°，    是真太阳日的零时即真太阳时等于0，而平太阳时为SP(n)，即真太阳    时的零时与平太阳时的关系为0＝SP(n)+Et(n)。经过一段时间日地中    心的连线又在西经60°时，该时刻为任一天n的结束时刻即第二天    n+1天的开始，该时间段是一个完整的真太阳日即24小时+ΔS，这时    真太阳时仍为零时，即0＝SP(n+1)+Et(n+1)。由于经过了24小时    +ΔS这一段时间，所以任一天n结束时刻的平太阳时SP(n+1)＝SP(n)+    ΔS，在0＝SP(n)+Et(n)与0＝SP(n+1)+Et(n+1)两式中可以得到Δ    S＝[Et(n)-Et(n+1)]，所以Z＝24小时+[Et(n)-Et(n+1)]。同    理其他地点的推导与上述相同，例如点101的经度在0°时，日期分    界线为东经180°(第一处不以北京时间即东经120°为标准，西经    60°为日期分界线)，则使用格林尼治时间来推导，Z仍为24小时    +[Et(n)-Et(n+1)]。结论：所以地表任一点101在全年中的任一    天n的真太阳日为Z＝24小时+[Et(n)-Et(n+1)]。得到式2：任一    天n的真太阳日减去平太阳日的差ΔS＝[Et(n)-Et(n+1)]。    东经120°“正午时刻”的真太阳时为(24小时+ΔS)/2，即12    小时+(ΔS/2)＝Sp+Et(Sp为当天东经120°“正午时刻”的平太阳    

时，Et为当天东经120°的时差。以下将给出日心与地心连线，同任    一经度线相交时刻的时差Et，即任一经度线“正午时刻”的时差Et)。    而当天一个完整的真太阳日，阳光光线转过一周360°的经度，则平均    每秒阳光转过的经度值为360°÷(24×60×60+ΔS)。则西经60°    开始以其东侧为方向任一点的“正午时刻”为：在西经60°以东和西    经60°差360°÷(24×60×60+ΔS)经度，该点“正午时刻”的真    太阳时为1秒。设H为360°÷(24×60×60+ΔS)的倍数，差H个    [360°÷(24×60×60+ΔS)]经度，则该点的真太阳时为H秒，该点    “正午时刻”的真太阳时为H秒，记录该数据。该点“正午时刻”的    真太阳时即为式3：H＝Sp+Et(Sp为当天该点“正午时刻”的平太    阳时，Et为当天该点的时差，即该点当天所在经度“正午时刻”的时    差)。所以地表任一点“正午时刻”的平太阳时Sp(北京时间)都可    得到。例如东经179.55°，在2006年9月22日，“正午时刻”的北    京时间是：用Et公式计算可知2006年9月22日西经60°的时差为    7分15.53秒，2006年9月23日西经60°的时差为7分37.72秒，    则ΔS为-22.19秒。东经179.55°与西经60°相差120.45°，H为120.45    °÷[360°÷(24×60×60-22.19)]＝28900.58秒，则东经179.55°    在2006年9月22日的“正午时刻”的真太阳时为：28900.58秒＝Sp+7    分23秒(7分23秒为2006年9月22日东经179.55°的Et)，即8    小时1分钟40.58秒＝Sp+7分23秒，即东经179.55°在2006年9月    22日的“正午时刻”平太阳时(北京时间)Sp＝7点54分17.58秒。    图1中点101为地表任一点，直线102为从点101出发的直线，    将要使其平行于地轴称其为准地轴平行线，点109为准地轴平行直线    102上的任一点，直线103为需跟踪阳光的直线，直线110和直线112    为二至时分直线103的位置，直线105和直线107为二至时分阳光的    位置，直线104为从直线102上的点108出发的直线，直线104也是    射到点108的阳光光线，其中直线104从直线105至直线107，和直    线103从直线110至直线112的角度均为46°52′。直线106、直线111    均为和直线102垂直的直线，即二分时刻阳光与直线102的位置，包    

含直线106或直线111且垂直于直线102的平面可称之为赤道平行面。    线段113为点101上垂直于水平面的线段，直线28为从点109出发    的平面镜29的法线。图2中：地心为0，线段113为点101上垂直    于水平面的线段，地轴为114，赤道为115，阳光光线与线段113的    交点为点116，也是线段113的顶点，阳光光线为117a、117b及117c，    水平面为120，阳光与水平面的交点121即Q位置。其中I为点101    纬度大于23°26′时的情况，II为点101纬度小于23°26′的情况。    跟踪阳光的操作，图1中的点101位于北半球时。(1)确定点    101的“最短时刻立面”。实施操作的前几天，该“最短时刻立面”    这样确定，一个垂足在点101处，顶点在空中2米至100米间高度的    铅垂线即线段113，点101所在的地表为水平面，当达到点101“正    午时刻”那一秒，标记下铅垂线顶点的阳光阴影位置，注意由于阳光    衍射现象该位置不容易直接观察，可在到达点101“正午时刻”那一    秒，标记日心与铅垂线顶点之间连线的延长线，与水平面的相交点(称    为Q位置)：使一条铅垂线顶点出发的直线L(日心到铅垂线顶点之    间连线的延长线)与铅垂线的角度，同点101的纬度值减去点101“正    午时刻”赤纬角的差相等，在到达点101“正午时刻”那一秒，旋转    铅垂线，当铅垂线顶点出发的直线L指在日心时，直线L和水平面的    相交点，为Q位置。或者到达点101“正午时刻”那一秒，如铅垂线    顶点处有一个内径小于5毫米长度达到地面的直管，阳光光线穿过直    管形成的光斑的中心点即为Q位置。Q位置、点101和铅垂线的顶点    确定的垂直于水平面的立面为“最短时刻立面”。使直线102、直线    103、直线104和直线106，均在“最短时刻立面”中。(2)确定赤    纬角，实施跟踪操作当天，使直线104与直线106的角度，和点101    “正午时刻”的赤纬角相同。由赤纬角公式可得到当天的赤纬角ED，    该赤纬角是以格林尼治时间的零时为标准来参考的，而北京时间比格    林尼治时间早8小时即1/3天，因此西经60°的赤纬角在本文中设为    ED°，即日角公式中θ＝2πt/365.2422中，t＝(N-1/3)-No，代入ED    公式即可得到ED°。从北极向南极看以西经60°开始顺时针为方向，    

当点101的经度与西经60°差1度时(精确到1度，不足1度四舍五    入)，t＝(N-1/3+1/360)-No，代入ED公式即可得到点101的赤纬    角，差M度时(设M为两者相差经度的数值)t＝[N-1/3+M ×(1/360)]-N    o，该式命名为式4，代入ED公式得到点101当天阳光阴影最短时刻    的赤纬角设为ED¹。即点101“正午时刻”的赤纬角在本文设为ED¹。    同理将t＝[N-1/3+M×(1/360)]-No代入Et，得到点101的“正午    时刻”的时差。并使直线103与直线104平行。(3)确定地轴平行    线。实施操作当天在“最短时刻立面”中，令直线102以点101为轴，    使直线102与水平面的角度同点101的纬度值相等(图2中：图I或    图II的直线102与水平面120的角度即∠102、101、120该角度设为    α，线段113垂直于水平面即地表切面，线段113的延长线必然穿过    地心O；点101的地轴平行线102与地轴114平行，线段113与两者    的角度相等即∠102、101、116＝∠114、0、116，同时与两个平行直    线相交的直线其同位角相等。90°减去∠114、0、116为点101的纬    度，90°减去∠102、101、116为α，所以α同点101的纬度值相等。    同理在到达点101“正午时刻”那一时刻，日心到铅垂线顶点116之    间连线的延长线L，即117a与铅垂线113的角度∠121、116、101，    同点101的纬度值减去点101“正午时刻”赤纬角的差相等，因为两    者是：铅垂直线113与两平行光线117a及117b相交的内错角，内错    角相等)，这时直线102的位置为点101的地轴平行线位置。或者当    到达线段113阴影最短这一时刻，即“正午时刻”(该“正午时刻”    可以由式2、式3与式4得到)，在5秒内，令直线102以点101为    轴，调节直线102与水平面的角度，直到使直线104和射到点108的    阳光光线重合或平行。这时直线102的位置为点101的地轴平行线位    置。(4)当到达点101“正午时刻”，以转动一周一个真太阳日时间，    从点109向点108看顺时针以匀速，且一周一个真太阳日时间驱动直    线102，同时使直线103相对于直线111所在的赤道平行面的角度变    化，同赤纬角的变化相同。注意：地轴平行线102应和南极至北极的    方向相同。    图1中当点101在南半球时，并且使用中国日历为参考，以下二    分二至均为北半球意义的二分二至，即直线105位置和直线110位置    为北半球冬至南半球的夏至时刻，直线107位置和直线112位置为北    半球夏至南半球的冬至时刻。具体方法如下：跟踪阳光的操作，步骤    (1)、(2)、(3)与北半球操作相同。(4)当到达点101“正午    时刻”，以转动一周一个真太阳日时间，从点109向点108看逆时针    以匀速且一周一个真太阳日时间驱动直线102，同时使直线103相对    于直线111所在的赤道平行面的角度变化，同赤纬角的变化相同。注    意：从地表点101出发的直线102应和北极至南极的方向相同。    校准地轴平行线的具体方法为，步骤(1)及步骤(3)与北半球    的跟踪操作相同。(2)确定赤纬角，春分日的前一天我们先得到春    分时刻春分点的经度值，该点101的经度正好在春分点的经度线上，    则使直线104与直线106重合；如果点101在春分点经度线的东侧和    西经60°之间，当点101与春分点的经度差1度时，直线104与直线    106的角度为γ春分日÷360，春分日全天赤纬角变化量设为γ春分    日，该值为西经60°春分日开始时的赤纬角与春分日结束时赤纬角之    差。差M度时(设M为相差数值)直线104与直线106的角度为M×    γ春分日÷360，且直线104在直线106的南侧(稍微偏向南极侧)。    如果点101在春分点经度线的西侧和西经60°之间，当点101的经度    与春分点的经度差1度时，直线104与直线106的角度为γ春分日÷    360，差M度时直线104与直线106的角度为M×γ春分日÷360，并    且使直线104在直线106的北侧(稍微偏北极侧)。(4)使直线103    跟踪阳光转动，与北半球或南半球操作相同。    统计各年，以精确到小时为标准，得到夏至时刻到冬至时刻有183    个太阳日加12个小时，夏至时刻到秋分时刻有93个太阳日加16个    小时，秋分时刻到冬至时刻有89个太阳日加20个小时。冬至时刻到    夏至时刻有181个太阳日加18小时，冬至时刻到春分时刻有89个太    阳日，春分时刻到夏至时刻有92个太阳日加18个小时。这里把夏至    时刻开始经过16个小时后，日地中心连线所在的经度线设为起点，    

该起点的经度线与夏至点的经度线相差16个时区。以该起点开始的    第一天(一个完整的真太阳日，此处为第二处不以北京时间即东经120    °为标准，西经60°为日期分界线)的赤纬角设为ED(B1)，一个完    整的真太阳日后的赤纬角设为ED(B2)，同理得到ED(B3)及其他各值，    直至冬至前20个小时时刻。把冬至时刻冬至点的赤纬角设为ED(y1)，    一个完整的真太阳日后的赤纬角设为ED(y2)，同理得到ED(y3)及其    他各值，直至夏至前18个小时时刻。在本文中选用2006年至2007    年完整的一个回归年中的各ED(B)、ED(y)值为标准。实际每年的    ED(B1)有微小变化，如为了提高精度可以选用1949年至2049年中各    年的ED(B1)平均值来解决，同理ED(B2)、ED(y1)、ED(y2)等均可    用平均值来解决。查日历，2006年的夏至时刻为6月21日20点26    分，夏至点在西经6°30′，其东部16个时区的经度线为东经113°    30′，当日心与地心连线到达该经度线时是北京时间2006年6月22    日12点26分，通过式3、式4及ED公式，得到ED(B1)，一个真太    阳日后是2006年6月23日通过式3、式4及ED公式，得到ED(B2)，    同理得到ED(B3)等各值。2006年的冬至时刻为12月22日8点22分，    冬至点在东经174°30′，即日心与地心连线到达该经度线时是2006    年12月22日8点22分，通过式3、式4及ED公式得到ED(y1)，    一个真太阳日后是2006年12月23日通过式3、式4及ED公式，得    到ED(y2)，同理得到ED(y3)等各值。同理得出ED(B94)和ED(y90)    为二分时刻的赤纬角。本文是以赤纬角、时差和真太阳日为基础来求    得“正午时刻”的，从而确定地轴平行线和赤道平行面；赤纬角、时    差和真太阳日的精确性对本发明的结果有影响。Et不是一个固定值，    时差随时间的变化曲线叫时差曲线，在中国天文年历的太阳表中载有    每天Et的数值。    阳光跟踪与聚光的方法，地表将要进行阳光跟踪与聚光的地点    出发的地轴平行线，平行线上的平面镜随阳光作转动一周一个真太阳    日的转动，地轴平行线上的平面镜法线与反射光线的角度，随赤纬角    的变化而改变，从而得到与地轴平行线重合的反射光，并用另一面反    

光镜来反射阳光到需加热物体表面，若干该结构可完成聚光作用。    说明一下平面镜29如何将阳光反射到与地轴平行线重合，并始    终保持反射光线方向不变。从义务教育标准实验教科书、物理八年级    上册，第二章光现象，第40页光反射定律：垂直于镜面的直线叫做    法线；入射光线与法线的夹角叫做入射角；反射光线与法线的夹角叫    做反射角；在反射现象中反射光线、入射光线和法线都在一个平面内；    反射光线、入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角。所以，只要    将平面镜的法线保持在阳光与地轴平行线相交而确立平面内即法线    跟踪阳光转动，并且使“阳光与法线的角度”和“反射光线(地轴平    行线)与法线的角度”相等，可使平面镜反射的阳光与地轴平行线重    合。即点101在北半球时，从夏至到冬至或从冬至到夏至，法线28    与反射光线的角度(该光线为点101至109方向，从点109出发和直    线102重合的直线)，由33°17′变化到56°43′或由56°43′变化至33    °17′，二分时刻入射光线垂直于地轴平行线，法线28与反射光线的    角度为45°。本文中把从点109出发，与点101至109方向的地轴平    行线的夹角呈45°的所有射线，所围成的虚拟圆锥型曲面命名为“45    °圆锥面”。法线28在夏至时刻与“45°圆锥面”的角度为11°43′，    等同于法线28与反射光线的角度33°17′，冬至时刻与“45°圆锥面”    的角度为-11°43′，即法线28与反射光线的角度56°43′，二分时刻法    线28与“45°圆锥面”重合，即法线28与反射光线的角度45°。    定向反射阳光的操作，(1)首先确定地表将要进行阳光跟踪与    聚光地点的阳光高度角最大的时刻，该时刻精确至秒；即确定“最短    时刻立面”；同阳光跟踪的操作步骤(1)相同，并使直线102、直线    104、直线106、线段113和法线28均在“最短时刻立面”中。(2)    其次确定赤纬角及法线的角度，即法线与“45°圆锥面”的角度；实    施聚光操作当天，在“最短时刻立面”中使直线104与直线106的角    度，和当天点101“正午时刻”的赤纬角ED¹相同，使法线28与“45    °圆锥面”的角度为赤纬角ED¹/2。使法线28在入射光线和反射光线    之间。(3)然后确定地轴平行线；同阳光跟踪的操作步骤(3)相同。    

(4)最后与阳光同步驱动地轴平行线。以转动一周一个真太阳日时    间，从点109向点108看顺时针匀速驱动直线102，同时使法线28与    “45°圆锥面”的角度变化量为当天赤纬角变化量/2，即法线28与反    射光线的角度变化量，始终是入射光线与地轴平行线的角度变化量的    1/2，并且使法线28相对于“45°圆锥面”的角度变化方向，同阳光    与赤道平行面的角度变化方向相同。以上步骤(3)至(4)操作5秒    钟内完成。图1中当点101在南半球时，并且使用中国日历为参考，    以下二分二至均为北半球意义的二分二至，即位置105和位置110为    北半球冬至南半球的夏至时刻，位置107和位置112为北半球夏至南    半球的冬至时刻，反射光线为点101至109方向，从点109出发与直    线102重合的光线。法线28在南半球的冬至时刻与“45°圆锥面”的    角度为11°43′，在南半球的夏至时刻与“45°圆锥面”的角度为-11°    43′，二分时刻与“45°圆锥面”重合。定向反射阳光的操作，(1)、    (2)、(3)步骤同北半球聚光操作相同。(4)以转动一周一个真    太阳日时间，从点109向点108看逆时针以匀速且一周一个真太阳日    时间驱动直线102，同时使法线28与“45°圆锥面”的角度变化量，    为当天赤纬角变化量/2，并且使法线28相对于“45°圆锥面”的角度    变化方向，同阳光与赤道平行面的角度变化方向相同。步骤(3)至    (4)应5秒钟内完成。    由以上原理及方法，本文中跟踪式聚光设备的基本构思是一个整    体框架上有若干定向反光设备(使反射的阳光光线方向固定的设备)，    每套定向反光设备包括一个在整体框架上的直立支架，一个直杆和所    述直立支架通过轴相连，以及一个与转动杆通过第三个轴连接的平面    镜，调节与直杆螺纹连接的转动杆，可使平面镜的反射光线与地轴平    行线重合，当平面镜随阳光方向同步旋转时，在螺纹的作用下，转动    杆相对于直杆旋转并轴向位移，即带动平面镜旋转的同时，改变了其    法线与地轴平行线的角度，使反射光线始终与地轴平行线重合，成为    一条方向不变的光束，反射光线射到第二反射镜上，第二反射镜可以    是平面镜也可以是凹面镜或凸透镜。最终再射到需加热的物体上，若    

干(指1个或2至10000个之间)同样的该定向反光设备组成的整体    结构可产生工业或生活上的热源。    作为实现所述基本构思的第一种技术方案较合适的结构为：跟踪    式太阳能聚光设备，一个整体框架，驱动设备，以及第二反射镜，整    体框架上包括若干套定向反光设备，每套所述定向反光设备包括一个    在整体框架上的直立支架，一个可调整水平角度的直杆和所述直立支    架通过轴相连，以及一个平面镜，套在一起的转动杆与所述直杆通过    螺纹相连接，连成一体的所述平面镜与可伸缩的支架的一端，通过第    三个轴与转动杆相连，可伸缩的支架的另一端通过第四个轴和旋转支    架相连，活动连接在支撑杆上端的旋转支架，旋转支架边缘上的齿与    所述驱动设备上的齿轮相互啮合，支撑杆的下端与所述直杆相连。    作为实现所述基本构思的第二种技术方案较合适的结构为：跟踪    式太阳能聚光设备，一个整体框架，驱动设备，以及第二反射镜，整    体框架上包括若干套定向反光设备，每套所述定向反光设备包括一个    在整体框架上的直立支架，一个可调整水平角度的直杆和直立支架通    过轴相连，所述直杆上有一个小弧，一个可观察阳光光线的观察杆通    过第二个轴与直杆相连，以及一个平面镜，套在一起的转动杆与所述    直杆通过螺纹相连接，连成一体的所述平面镜与可伸缩的支架的一    端，通过第三个轴与转动杆相连，可伸缩的支架的另一端通过第四个    轴和旋转支架相连，活动连接在支撑杆上端的旋转支架，所述旋转支    架边缘上的齿与所述驱动设备上的齿轮相互啮合，支撑杆的下端与所    述直杆相连。    作为所述两种技术方案的一种改进，转动杆可以在所述直杆中，    端部有凸起的螺杆在所述直杆上，螺杆端部凸起与所述转动杆上螺纹    的沟槽相啮合，支撑杆的上端可以有一个支撑架，以及套在一起的支    撑架与旋转支架。    作为所述两种技术方案的另一种改进，所述支撑杆的上端可以是    框架式支架，轮与框架式支架相连，轮可以在旋转支架的凹槽中，所    述驱动设备还可以在框架式支架上。    作为所述两种技术方案的另一种改进，所述直杆还可以在转动杆    中，旋转支架可以在大轮的凹槽中，大轮和支撑杆的上端相连。    作为所述两种技术方案的另一种改进，所述直杆可以在转动杆    中，端部有凸起的螺杆在所述转动杆上，螺杆端部凸起与所述直杆上    螺纹的沟槽相啮合。    作为所述两种技术方案的另几种改进分别为：所述驱动设备可以    在所述整体框架上。所述螺杆与所述直杆通过螺纹连接。所述齿轮可    以为蜗杆。固定设备可以在整体框架上。所述固定设备还可以在所述    直杆上。    调整至正常运转时，每套直立支架其确立的平面均相互平行且垂    直于水平面，直杆在直立支架确立的垂直面中，通过轴调节与水平面    的角度。直立支架可以由两个相互连接的杆和弧组成，或其他形状可    用来使直杆在垂直面中调节与水平面的角度，三脚架型或半圆型等。    可伸缩的支架为至少两个套在一起，能自由伸缩的杆或管，起伸缩作    用的支架或杆。所述可伸缩的支架两端有轴分别与旋转支架、转动杆    连接，使可伸缩的支架能调节与转动杆，轴向间的角度，以及调节与    旋转支架所在平面间的角度，(即旋转支架所在的平面为赤道平行面，    该第四个轴使可伸缩的支架，调节与旋转支架所在的赤道平行面的角    度)。可转动的旋转支架活动连接在支撑杆的另一端上，指弧型或0    型支撑架包裹在旋转支架上，或旋转支架的边缘有凹槽型导轨，球型、    轮型或杆型支撑架在凹槽型导轨中。本文中凡支撑旋转支架的各种形    状物体均称为支撑架。驱动设备的齿轮可以是蜗杆，旋转支架可以是    涡轮，和蜗杆形成涡轮蜗杆转动系，转动杆垂直于旋转支架的中心。    驱动设备可以是电动机或弹性势能等设备。转动杆与直杆通过连续的    螺纹连接，指转动杆上或直杆上有连续的螺纹，螺纹的沟槽可以为矩    形，三角形或梯型，转动杆上或直杆上有1个或2个以上个螺孔，用    来在春分日调节法线与地轴平行线的角度。有一个螺杆旋入其中的一    个螺孔，该螺杆端部有圆柱型、三角形或圆台型凸起，该凸起与连续    螺纹的沟槽刚好啮合。    本文中各设备的结构，各转动或有相互位移关系的接触零件均用    同种材料制作以防气温变化而卡滞或松旷，尺寸公差配合应合理，可    为3-38微米，且涂有润滑油，使所述转动系的接触零件相互不松旷    又转动自如，所用材料可以选用各种金属、合金等材料。    有益效果由于其运用天体运动规律，所以无须电控设备，降    低了成本，提高了太阳能应用的意义。(一)图3中是一种大规模聚    光，高温利用太阳能的设备，在整个聚光系统中，加热物体及第二反    射镜37固定，只有平面镜29的单轴转动，因此具有实用、可操作的    特点。实验证明，只要操作得当，其每一束反光光线长1000米时，    全年光斑中心移动小于20厘米。该设备适合工业生产中多种须加热    的领域，如：太阳能热发电领域中的阳光聚光部分，热力供暖单位的    热源等。将第二个反光镜换成光导纤维可用于矿井的安全照明。如将    第二反射镜换成凹面镜，可成为太阳灶，在其焦点处放置1个凹透镜，    可以使汇聚的光线成为一束方向不变的激光，该激光可以再用平面镜    反射到任意的方向上如图5中的图II。该结构有利于整体集成，规模    化应用，和防风：由于是采用驱动旋转支架，力矩小电机功率无须过    大，所以通过连动杆或连动链可以由一个电机同时驱动10至20个定    向反光设备，而现有的精确聚光设备其每一面平面镜采用两个电机和    一个单片机，因此本结构的优点在于低成本，便于普及近而有利于减    少温室气体排放，节能环保。且在恶劣气象条件下，该整体集成结构    可由活动库房快速遮盖，便于保养维护，增强了可靠性。(二)地震    预报，按上述图1原理及方法，一段时间后如无法正常跟踪阳光，由    于日地间运行的稳定性，说明点101的地轴平行线发生改变成为准地    轴平行线，由于地表地轴平行线的唯一性，即说明点101所在的大地    板块发生位移或凸起、凹下。重新确定地轴平行线，统计地轴平行线    改变的频率，有利于地震预报(但点101在地表凸凹点的顶点时，可    能其地轴平行线仍会和地轴平行，须附近其他位置的地轴平行线数据    来综合分析)。并且可以用来寻找地轴点，测定地球震颤率，定位和    岁差的研究。如用来天体的观测，则保持地轴平行线102从北极向南    

极看的顺时针，匀速转动一周一个恒星日时间，同时再克服地球的    公转(360°÷一恒星年)，观测视线再从地表该点的地轴平行线102    上出发，可提高观测天体的精度。(三)导航及定位，按图1原理保    持对阳光的跟踪，一个能始终指向日心的杆与直线102平行连接，用    来克服交通工具的自身姿态，当交通工具地理位置改变时，直线102    与水平面的角度及垂直方位相应地变化，才能跟踪阳光，从直线102    与水平面的角度及垂直方位的变化值可得到纬度及经度的变化。    附图说明：  图1为阳光跟踪方法的原理图。图2为日心与地心    连线，同地表该点101所在的经度线相交时刻，地球的剖面图。图3    为跟踪式太阳能聚光设备的侧面结构图(其中旋转支架为剖面图)。    图4为跟踪式太阳能聚光设备的点9至点1方向俯视结构图。图5为    跟踪式太阳能聚光设备的立体简化图。图6为跟踪式太阳能聚光设备    的一个实施例，点9至点1方向俯视结构图。图7为跟踪式太阳能聚    光设备的另一实施例的侧面结构图(其中旋转支架为剖面图)。    具体实施方式：  其中一种优选的实施例为图3，跟踪式太阳能    聚光设备，一个整体框架21，驱动设备24，以及第二反射镜37，整    体框架21上包括若干套定向反光设备，每套所述定向反光设备包括    一个在整体框架21上的直立支架，一个可调整水平角度的直杆14和    所述直立支架通过轴1相连，以及一个平面镜29，套在一起的转动杆    2与所述直杆14通过螺纹相连接，连成一体的所述平面镜29与可伸    缩的支架3的一端，通过第三个轴9与转动杆2相连，可伸缩的支架    3的另一端通过第四个轴38和旋转支架35相连，活动连接在支撑杆    19上端的旋转支架35，所述旋转支架35边缘上的齿与所述驱动设备    24上的齿轮22相互啮合，支撑杆19的下端与所述直杆14相连。    转动杆2在所述直杆14中，端部有凸起的螺杆15在所述直杆14    上，螺杆15端部凸起与所述转动杆2上螺纹的沟槽相啮合，支撑杆    19的上端有一个支撑架36，套在一起的支撑架36与旋转支架35。    所述驱动设备24在所述整体框架21上。螺杆15与所述直杆14    通过螺纹连接。所述齿轮22为蜗杆。支撑架36套在旋转支架35上。    首先说明各零件结构的位置、相互关系和功能特性：整体框    架21其底座可调节至与水平面平行。其中直立杆13和水平杆26为    截面半圆相互垂直的整体，均连接大弧27组成直立支架，且直立杆    13垂直于整体框架21的底座，轴1在直立支架上，直杆14通过轴1    和直立支架相连，能在直立支架确定的垂直于水平面的平面中，调节    与水平面的角度，以上结构均在垂直于整体框架21底座的同一平面    内。直杆14带圆柱体空腔，转动杆2和直杆14以螺纹连接，且刚好    在直杆14的圆柱体空腔中自由转动。第三个轴9为转动杆2上的轴，    其轴心与转动杆2的中心线相交。可伸缩的支架3的一端与第一面平    面镜29相连成固定一体，平面镜29的法线28同可伸缩的杆3中心    线的角度，即第三个轴9中心与第四个轴38中心的连线，与法线28    的角度呈始终不变的(90+45)°角度，该固定一体处与第三个轴9相    连。可伸缩的支架3的另一端，通过旋转支架35上的第四个轴38与    旋转支架35的相连。旋转支架35为外缘带齿的O型支架，该齿与蜗    杆22的齿啮合。转动杆2的中心线垂直于旋转支架35所在的平面，    垂足为旋转支架35外圆的圆心。支撑杆19为一端和直杆14相连，    另一端和支撑架36相连的杆。其中转动杆2上有连续的螺纹，端部    有一个圆柱型凸起的螺杆15与直杆14通过螺纹连接，直杆14一端    上有旋入螺杆15的螺孔，该螺孔为1个或2至24个之间，等距围绕    直杆14一周，用来在春分日微调节转动杆2与直杆14间的轴向伸缩    量，即螺杆15旋入不同的螺孔，可以微调节法线28与“45°圆锥面”    的角度，且该螺孔中心点均在垂直于直杆14中心线的同一平面中，    在本文中命名为“螺孔位置平面”。螺杆15端部圆柱型凸起与转动杆    2上螺纹的沟槽相啮合。上位置16、下位置17以及两者的中心位置    30分别代表第三个轴9的中心在二至时刻位置以及二分时刻位置，转    动杆2上带螺纹部分的杆的位置由以下来确定，即第三个轴9中心在    上位置16时，螺纹的下端点位置32(简称下位32)在“螺孔位置平    面”中，第三个轴9中心在下位置17时，螺纹的上端点位置31(简    称上位31)在“螺孔位置平面”中，第三个轴9中心在中心位置30    

时，螺纹的中心位置33(简称中位33)在“螺孔位置平面”中。第    三个轴9中心从上位置16到下位置17，可伸缩的支架3以第四个轴    38的中心为轴心走过的角度为23°26′，当第三个轴9中心在中心位    置30处，可伸缩的支架3正好垂直于转动杆2，第三个轴9中心从中    心位置30到上位置16、与从中心位置30到下位置17，可伸缩的支    架3以第四个轴38的中心为轴心均转过11°43′。以第四个轴38中心    为起点至转动杆2中心线的垂直距离设定为R，则根据三角函数定理    可知，以下四段长度：上位置16到中心位置30的距离、中心位置30    到下位置17的距离、下位32到中位33的杆长同中位33到上位31    的杆长均为R×tg11°43′。转动杆2上的螺纹为连续的单线螺纹，是    外螺纹，转动杆2上的牙25为矩形牙型，其公称直径即大径和转动    杆2的直径相等，小径和中径无特殊要求，杆2为两种形式即其旋向    为左旋螺纹型和右旋螺纹型两种杆，从通过螺纹轴线的断面上看，沟    槽为矩形，其每个沟槽的形状和尺寸完全一样，每个牙形的高度相等    而牙形的宽度不相等，螺距为牙宽加沟槽的宽度即相邻两牙在中径线    上对应两点间的轴向距离，该沟槽的宽度应小于转动杆2上螺纹的最    小的一圈完整螺距，为最小的一圈完整螺距的1/5至4/5之间。驱动    设备24在所述整体框架21上，齿轮22通过传动装置23受驱动，直    杆14上有固定设备39。    该设备用于北半球，从冬至到夏至即第三个轴9的中心从下位置    17到上位置16，对应上位31到下位32上连续的181+3/4圈螺纹，    该螺纹为，从第三个轴9向轴1方向看顺时针驱动旋转支架35，转动    杆2相对于直杆14伸出型的螺纹，即左旋螺纹：冬至到春分第三个    轴9中心从下位置17到中心位置30，对应转动杆2上的上位31到中    位33上连续的89圈螺纹。中位33至上位31之间，中位33开始的    第1圈螺纹的螺距为R×tg[-ED(y89)/2]，第2圈螺距为R×    tg[-ED(y88)/2]-R×tg[-ED(y89)/2]，第3圈螺距为R×tg[-ED(y87)    /2]-R×tg[-ED(y88)/2]。设η为大于或等于1的整数，所以第η    圈为R×tg{-ED[y(90-η)]/2}-R×tg{-ED[y(90-η+1)]/2}，    

本文将中位33开始的到上位31或下位32，与此数据相同的连续螺纹    的螺距命名为“η型螺距”。春分到夏至第三个轴9中心从中心位置    30到上位置16，对应中位33到下位32上连续的92+3/4圈螺纹。中    位33至下位32之间，中位33开始的第1圈螺纹的螺距为R×    tg[ED(y91)/2]，第2圈螺距为R×tg[ED(y92)/2]-R×tg[ED(y91)    /2]，第3圈螺距为R×tg[ED(y93)/2]-R×tg[ED(y92)/2]，设μ    为大于或等于1的整数，所以第μ圈为R×tg{ED[y(90+μ)]/2}-R    ×tg{ED[y(90+μ-1)]/2}，(3/4圈螺纹不是整数无须制造出，布    置在转动杆2螺纹下位32处即可，对应夏至或冬至当天)本文将中    位33开始的到上位31或下位32，与此数据相同的连续螺纹的螺距命    名为“μ型螺距”。夏至到冬至第三个轴9中心从上位置16到下位    置17，对应下位32到上位31上连续的183+1/2圈螺纹，该螺纹为，    从第三个轴9向轴1方向看顺时针旋转转动杆2，转动杆2相对于直    杆14为缩入型的螺纹，即右旋螺纹。夏至到秋分第三个轴9中心从    上位置16到中心位置30，对应转动杆2上的下位32到中位33上连    续的93+2/3圈螺纹，中位33至下位32之间，中位33开始的第1圈    螺纹的螺距为R×tg[ED(B93)/2]，第2圈螺距为R×tg[ED(B92)/2]-    R×tg[ED(B93)/2]，第3圈螺距为R×tg[ED(B91)/2]-R×tg[ED(B92)    /2]。设p为大于或等于1的整数，所以第p圈为R×tg{ED[B(94-    p)]/2}-R×tg{ED[B(94-p+1)]/2}，(2/3圈螺纹无须计算，    布置在转动杆2螺纹下位32处即可，对应夏至或冬至当天)本文将    中位33开始的到上位31或下位32，与此数据相同的连续螺纹的螺距    命名为“p型螺距”。秋分到冬至第三个轴9中心从中心位置30到    下位置17，对应转动杆2上的中位33到上位31上连续的89+5/6圈    螺纹，中位33至上位31之间，中位33开始的第1圈螺纹的螺距为R    ×tg[-ED(B95)/2]，第2圈螺距为R×tg[-ED(B96)/2]-R×tg[-    ED(B95)/2]，第3圈螺距为R×tg[-ED(B97)/2]-R×tg[-ED(B96)    /2]。设d为大于或等于1的整数，所以第d圈为R×tg{-ED[B    (94+d)]/2}-R×tg{-ED[B(94+d-1)]/2}，(5/6圈螺纹不是整    

数无须计算，布置在上位31处即可，对应夏至或冬至当天)本文将    中位33开始的到上位31或下位32，与此数据相同的连续螺纹的螺距    命名为“d型螺距”。即转动杆2螺纹为左旋和右旋两种螺纹，夏至    到冬至和冬至到夏至须更换左旋和右旋这两种螺纹的转动杆2。    该设备用于南半球，从南半球夏至到南半球冬至第三个轴9中心    从上位置16到下位置17，对应下位32到上位31上连续的181+3/4    圈螺纹，该螺纹为，从第三个轴9向轴1方向看逆时针驱动旋转支架    35，转动杆2相对于直杆14缩入型的螺纹，即左旋螺纹。则第三个    轴9从上位置16到中心位置30，对应转动杆2上的下位32到中位    33上连续的89圈螺纹，中位33至下位32之间，中位33开始的第1    圈螺纹的螺距为R×tg[-ED(y89)/2]，第2圈螺距为R×tg[-ED(y88)    /2]-R×tg[-ED(y89)/2]，第3圈螺距为R×tg[-ED(y87)/2]-R    ×tg[-ED(y88)/2]。设η为大于或等于1的整数，所以第η圈为R    ×tg{-ED[y(90-η)]/2}-R×tg{-ED[y(90-η+1)]/2}，即“η    型螺距”。同理第三个轴9中心从中心位置30到下位置17，对应转    动杆2上的中位33到上位31上连续的92+3/4圈螺纹，即“μ型螺    距”。南半球冬至到南半球夏至，第三个轴9中心从下位置17到上    位置16，对应上位31到下位32上连续的183+1/2圈螺纹，该螺纹为，    从第三个轴9向轴1方向看逆时针旋转转动杆2，其相对于直杆14为    伸出型的螺纹，即右旋螺纹。第三个轴9中心从下位置17到中心位    置30，对应转动杆2上的上位31到中位33上连续的93+2/3圈螺纹，    即“p型螺距”。第三个轴9中心从中心位置30到上位置16，对应    转动杆2上的中位33到下位32上连续的89+5/6圈螺纹，即“d型螺    距”。    (二)图3的操作方式，1、当在北半球时，使以轴1为轴的直杆14    与地表该点的地轴平行线重合，并且固定直杆14。(1)在实施跟踪    聚光当天的前一天，确定“最短时刻立面”，并且使整体框架21的    底座水平，且使定向反光设备中的平面镜29的法线28、直杆14、立    杆13与水平杆26及大弧27组成的直立支架均在“最短时刻立面”    

中；同理其他设备的相应各个杆均在各自“最短时刻立面”中，因为    距离近，可以认为各“最短时刻立面”平行：设R D为地球半径则地    表同纬度每间隔“距离S”＝2πR Dsin(90-纬度角)/(24×60×60+    ΔS)其“最短时刻立面”之间相差一秒的时间，当各“最短时刻立    面”在东西方向上的距离在“距离S”之内，可以认为各“最短时刻    立面”平行，例如在赤道“距离S”＝463.84米而在南纬或北纬60°    “距离S”＝231.538米。(2)实施跟踪的当天，在轴1的“正午时    刻”之前，将螺杆15旋入直杆14上的任一个螺孔中，驱动聚光设备    中的所有旋转支架35，如是冬至后第n天，则将上位31后，第n圈    螺纹与“螺孔位置平面”相交，(且使用“η型螺距”和“μ型螺距”    的左旋螺纹转动杆)。并使直杆14中心线与水平面的角度为轴1    所在地的纬度值。(3)固定和轴1相连，整体聚光设备中的所有的    直杆14。这时杆14应和南极至北极方向相同。2、当到达轴1的“正    午时刻”时，从轴9向轴8看顺时针，以转动一周一个真太阳日时间    或一周24小时时间匀速驱动旋转支架35，(使用北半球左旋螺纹。    反之如是北半球夏至后，从第三个轴9向轴1看顺时针驱动旋转支架    35，使用转动杆2相对直杆14为缩入型的“p型螺距”和“d型螺距”    的螺纹即北半球右旋螺纹)，旋转支架35的边缘可以有24×60个齿，    驱动设备24带动蜗杆22每58秒开始转动，每次转动一周用时2秒，    使旋转支架35转过一个齿即每个齿对应：360°/(24×60)角度。当    然驱动设备24通过传动装置23带动蜗杆22，也可以不间歇方式驱动    旋转支架35更能提高精度，即驱动设备24中可以有类似石英钟的减    速齿轮机构。    3、步骤2操作在5秒钟之内完成，可得到反射光线34。调节可连    接在整体框架21上的第二反射镜37，使反射光线最终照射到需加热    的物体表面。然后在无阳光的日落时或阴天时，停止驱动旋转支架35，    第二天或晴天时顺时针快速驱动旋转支架35，旋转支架35应快速转    过的角度与停止的时间段的关系是15°对应1小时，当法线28同阳光    与地轴平行线相交所确立的平面重合时，即当光斑再次照射到加热物    

体表面时，再以一周一个真太阳日顺时针驱动旋转支架35，即驱动设    备24可以是双速的变速机构。6、当到达夏至时刻后，即第三个轴9    中心到达位置16后，须旋出螺杆15，将转动杆2更换成北半球右旋    螺纹，即使用“p型螺距”和“d型螺距”的右旋螺纹，如此往复。    当地表点101在南半球时同理，只是转动杆2须选用南半球左旋螺纹    或南半球右旋螺纹。每日校正和春分日校正，每天到达轴1当天“正    午时刻”，调节旋转支架35使平面镜29的法线28在“最短时刻立    面”中，旋转支架35的边缘及支撑架36上均有标记来确定法线28    是否在直立支架的垂直立面中，然后以一周一个真太阳日驱动旋转支    架35。同理春分日，螺杆15旋入不同的螺孔，直至使法线28与“45    °圆锥面”的角度接近理论值，可使反射光更精确地聚光。    其中另一种优选的实施例为图7，改进之处如下，所述直杆14上    有一个小弧18，一个可观察阳光光线的观察杆4通过第二个轴8与直    杆14相连。小弧18是以观察杆4为半径(设为r)在直杆14上的圆    弧，小弧18上前位置5和后位置7为二至时分位置，弧中位置6为    二分时分位置，并且观察杆4从前位置5到后位置7走过的角度为46    °52′，观察杆4到弧中位置6时，正好垂直于直杆14。所述直杆14    在转动杆2中，端部有凸起的螺杆15在所述转动杆2上，端部有凸    起的螺杆15与所述转动杆2通过螺纹连接，螺杆15端部凸起与所述    直杆14上螺纹的沟槽相啮合。直杆14上有连续的螺纹。    支撑杆19的下端与直杆14相连，旋转支架35在大轮43的凹槽    中，大轮43和支撑杆19的上端相连。所述整体框架21上有一个固    定设备39。即转动杆2套在直杆14上，刚好可自由转动，直杆14在    半圆键42处分为同轴心的两段，直杆14与转动杆2同轴心。    该设备用于北半球，从冬至到夏至第三个轴9中心从下位置17    到上位置16，对应下位32到上位31上连续的181+3/4圈螺纹，该螺    纹为，从第三个轴9向轴1方向看顺时针驱动旋转支架35，转动杆2    相对于直杆14伸出型的螺纹，即左旋螺纹。则第三个轴9从下位置    17到中心位置30，对应直杆14上的下位32到中位33上连续的89    

圈螺纹，中位33至下位32之间，中位33开始的第1圈螺纹的螺距    为R×tg[-ED(y89)/2]，第2圈螺距为R×t g[-ED(y88)/2]-R×    tg[-ED(y89)/2]，所以第η圈为R×tg{-ED[y(90-η)]/2}-R×    tg{-ED[y(90-η+1)]/2}，即“η型螺距”。同理第三个轴9中心    从中心位置30到上位置16，对应中位33到上位31上连续的92+3/4    圈螺纹，即“μ型螺距”。北半球夏至到冬至，第三个轴9中心从上    位置16到下位置17，对应上位31到下位32上连续的183+1/2圈螺    纹，该螺纹为，从第三个轴9向轴1方向看顺时针旋转可转动的杆2，    杆2相对于直杆14为缩入型的螺纹，即右旋螺纹。第三个轴9中心    从上位置16到中心位置30，对应上位31到中位33上连续的93+2/3    圈螺纹，即“p型螺距”。第三个轴9中心从中心位置30到下位置    17，对应直杆14上的中位33到下位32上连续的89+5/6圈螺纹，即    “d型螺距”。该设备用于南半球，从南半球夏至到南半球冬至第三    个轴9中心从上位置16到下位置17，对应上位31至下位32上连续    的181+3/4圈螺纹，该螺纹为，从第三个轴9向轴1方向看逆时针驱    动旋转支架35，转动杆2相对于直杆14缩入型的螺纹，即左旋螺纹。    则第三个轴9中心从上位置16到中心位置30，对应上位31到中位    33上连续的89圈螺纹，即“η型螺距”。同理第三个轴9中心从中    心位置30到下位置17，对应中位33到下位32上连续的92+3/4圈螺    纹，即“μ型螺距”。南半球冬至到南半球夏至，第三个轴9中心从    下位置17到上位置16，对应下位32到上位31上连续的183+1/2圈    螺纹，该螺纹为，从第三个轴9向轴1方向看逆时针旋转转动杆2，    转动杆2相对于直杆14为伸出型的螺纹，即右旋螺纹。第三个轴9    从下位置17到中心位置30，对应下位32到中位33上连续的93+2/3    圈螺纹，即“p型螺距”。第三个轴9中心从中心位置30到上位置    16，对应中位33到上位31上连续的89+5/6圈螺纹，即“d型螺距”。    图7的操作方式，同具体实施方式中图3的操作步骤不同在于步骤2：    观察杆4用来矫正地球自转的向心力对铅垂线方向的影响。计算当天    的赤纬角ED¹，并使观察杆4指在小弧18上的相应位置上，使观察杆    

4与直线6(弧中位置6与第二个轴8中心的连线)的角度同赤纬角    相同，又可通过测量弧长，使观察杆4指在小弧18上，相对于弧中    位置6的2πr×[(赤纬角ED¹)/360°]处。当到达轴1“正午时刻”，    微调节和轴1相连，整体聚光设备中所有的直杆14，直至观察杆4与    阳光平行时(观察杆4在直杆14上无阴影)。    作为上述二种优选的实施例另一种实施方式改进之处如下，图6    跟踪式太阳能聚光设备，所述支撑杆19的上端是框架式支架40，轮    41与框架式支架40相连，轮41在旋转支架35的凹槽中，所述驱动    设备24在框架式支架40上，固定设备39在所述整体框架21上。    作为上述二种优选的实施例另一种实施方式改进之处如下，所述    直杆14在转动杆2中，旋转支架35在大轮43的凹槽中，大轮43和    支撑杆19的上端相连，固定设备39在所述直杆14上。    作为上述二种优选的实施例另一种实施方式改进之处如下，所述    第二反射镜37与其他所述设备均不相连。    作为上述二种优选的实施例另一种实施方式改进之处如下，所述    支撑架36在旋转支架35的凹槽中。    作为上述二种优选的实施例另一种实施方式改进之处如下，所述    驱动设备24的齿轮可以是蜗杆，旋转支架35可以是涡轮，和蜗杆22    形成涡轮蜗杆转动系，转动杆2垂直于旋转支架35外圆的中心。    作为图6实施例另一种实施方式改进之处如下，所述旋转支架35    在轮41的凹槽中。    作为图6实施例另一种实施方式改进之处如下，所述支撑杆19    的上端是框架式支架40，轮41与旋转支架35相连，轮41在框架式    支架40的凹槽中，所述驱动设备24在框架式支架40上。    当然，所述跟踪式聚光设备的连接不局限于上述形式，所述各    结构特征互换得到的设备，只要其用于跟踪阳光并聚光均属于本发明    将要保护的范围之内。