CN101345501A - 一种自动跟踪太阳方位的光伏发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动跟踪太阳方位的光伏发电装置，包括太阳时角跟踪单元和阵列倾角调整单元，光伏电池通过连接器分别与上架和底前架上的带座轴承紧固连接，位于光伏电池上端的连接器上装有电机，所述电机在信号驱动下带动连接器和光伏电池同轴转动；同时，所述光伏电池的左右两侧分别由下端连接联动横梁的两侧支架支撑，底部支架的底前架和底后架之间穿有一丝杠，丝杠在外加动力的作用下旋转，与丝杠连接的联动横梁将沿着滑动导轨发生位移，支架随之立起或放下，光伏电池的倾角相应改变。本装置能实时调整光伏电池的转角和倾角，具有成本低，易扩展，结构简单，控制精度高等优点。

Description

一种自动跟踪太阳方位的光伏发电装置
技术领域
本发明涉及太阳能光伏发电领域，特别涉及一种自动跟踪太阳方位的可扩展式光伏发电装置。
背景技术
太阳能作为一种巨量的可再生能源，每天到达地球表面的辐射能量相当于数万亿桶石油燃烧的能量。开发和利用丰富的太阳能资源，最显著的优点是对环境无污染或仅产生少量污染。因此，太阳能既是近期急需补充的能源，又是未来能源结构的基础，预计到本世纪中叶，太阳能光伏发电将成为人类的基础能源之一。目前存在的最大问题是，发电装置投资太高，发电成本太高。其主要原因是，光电转换效率不高，使得光电池的利用率较低。
提高光电池的利用率一种方法是从光电池内部结构上改进，提高光电转换效率；另一种方法是通过自动跟踪装置，使得光电池板始终对准太阳。而无论光电池自身的转换效率有多高，采用自动跟踪装置均可以使其发电能力在原有基础上再度提高，因此，自动跟踪装置已成为太阳能利用技术的研究热点之一，弹簧齿轮机构、电子定时机构、计算机程序控制机构等跟踪系统陆续出现。
在光伏发电跟踪装置的传动方式上，目前主要有电气传动和机械传动两种。在申请号为200710193750.5、名称为“光伏板太阳能遮光板式自动跟踪装置”的专利申请中，公开的自动跟踪装置是由安装在光伏板上的遮光板来判断太阳光是否为垂直入射，将信号送给控制光伏板垂直和水平转动的电机的伺服系统，控制电机转动。该装置传动方式采用了电气传动，精度可以做好很高，但是能耗较高，成本也较高；在申请号为200610088177.7、名称为“平面网架二维跟踪太阳的光伏发电装置”的专利申请中，公开了一种采用机械传动方式的跟踪装置，主要将装有太阳能电池板的平面网架铰接于水平轴和垂直轴上，通过滚轮实现二维的转动，跟踪驱动机构简单，但是由于滚轮装于平面支架下面，水平转动时要带动整个装置沿地面轨道转动，功耗较大。
上述现有技术有一定的应用价值，但是目前跟踪装置仍存在着成本较高，功耗较大及扩展性不好等不足之处，需进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动跟踪太阳方位的光伏发电装置。该装置对传统固定式支架进行了改进，在太阳时角跟踪上，由连杆机构连接各块光电池板在电机的驱动下保持同步运动，而在阵列倾角调整上，可以手动或自动控制丝杆转动，带动光电池板沿支架前后滑动，从而实现了太阳时角和阵列倾角的自由调整。成本低廉，扩展性好，结构简单，控制精度较高。
为实现上述目的，本发明公开了一种自动跟踪太阳方位的光伏发电装置，包括光伏电池和底部支架，主要通过太阳时角跟踪单元和阵列倾角调整单元实现对太阳方位的实时跟踪。
在太阳时角跟踪单元中，所述的光伏电池通过连接器分别与上架和底前架上的带座轴承紧固连接，位于所述光伏电池上端的连接器上装有电机，所述电机在信号驱动下带动所述的连接器同轴转动，光伏电池随之同角度转动；
在阵列倾角调整单元中，所述的光伏电池左右两侧分别由下端连接联动横梁的两侧支架支撑，所述底部支架的底前架和底后架之间穿有一丝杠，所述的丝杠在外加动力的作用下旋转，与所述丝杠联动的所述联动横梁将沿着滑动导轨发生位移，所述的支架随之立起或放下，所述光伏电池的倾角相应改变。
其中，所述电机的控制装置包括：
位置开关，连接到主控制器，为所述的主控制器提供所述光伏电池的初始位置信息；
风速传感器，连接到主控制器，为所述的主控制器提供所述光伏电池所处环境的实时风速信息；
光伏电池，连接光伏控制器；
蓄电池，连接所述的光伏控制器；
光伏控制器，连接所述的光伏电池、蓄电池和主控制器，所述的光伏电池与蓄电池通过所述的光伏控制器为所述的主控制器提供稳定直流电源；
主控制器，连接所述的位置开关、风速传感器、光伏控制器和电机，所述的主控制器接收来自所述位置开关的初始位置信息和来自所述风速传感器的实时风速信息，经过驱动器控制所述电机动作；
驱动器，连接所述的主控制器和电机。
其中，所述的上架通过合页与所述的底前架连接，所述的合页采用不锈钢材质制成。
其中，所述的带座轴承为塑料轴承。
其中，所述的光伏电池通过连杆结构和横向单轴固定的方式，拓展成光伏电池阵列。
其中，所述两侧支架的下端分别通过两滑块连接所述的联动横梁。
其中，所述的电机为步进电机，所述步进电机的功耗能带动起光伏电池转动。
其中，所述的滑动导轨和丝杠采用表面镀铬材料制成。
其中，所述的滑动导轨位于所述底前架和底后架之间的外侧。
其中，施加于所述丝杠的所述外加动力由电机或手轮通过输入设备连接器提供。
此外，作为主要的传动部件，所述的滑动导轨选用了符合国家产品标准(GB)、能在市面上购买的通用机床配件。
此外，所有部件均采用通用的螺栓紧固，无需焊接，使得组件体积大为减小，并有一定的调整余量，便于运输和组装。
此外，除以上所述的带座轴承、合页、滑动导轨、丝杠外，装置的其他部件作防锈处理。
以上技术方案是本发明的一个优选实施方案，具有的优点是：部件通用易于获取，成本低廉，整个装置适合于户外工作，调整精度高，且便于电池板数量的扩展。
附图说明
图1为本发明实施例的一种自动跟踪太阳方位的光伏发电装置的结构图(1)；
图2为本发明实施例的一种自动跟踪太阳方位的光伏发电装置的结构图(2)；
图3为本发明实施例的一种自动跟踪太阳方位的光伏发电装置的电机控制原理图。
其中，1-光伏电池，2-光伏电池，3-带座轴承，4-带座轴承，5-带座轴承，6-带座轴承，7-连接器，8-连接器，9-连接器，10-连接器，11-电机，12-电机支架，13-上架，14-底前架，15-底后架，16-输入设备连接器，17-合页，18-合页，19-支架，20-支架，21-联动横梁，22-丝杠，23-底左双纵梁，24-底右双纵梁，25-连杆机构，26-连接器，27-连接器，28-滑动导轨，29-滑动导轨，30-滑块，31-滑块，32-螺母，33-底后架。
具体实施方式
下面结合具体的实施例来进一步阐述本发明。应当理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不能限制本发明的保护范围。
参见图1，该图示出了本实施例的自动跟踪太阳方位的双轴双斜式光伏发电装置中，太阳时角跟踪机制的结构。其中，光伏电池1、光伏电池2通过连接器7、连接器8、连接器9、连接器10分别与固定在上架13上的带座轴承3、带座轴承4、带座轴承5、带座轴承6连接，上架13通过合页17、合页18与底前架14连接，固定在电机支架12上的电机11根据太阳时角计算程序提供的驱动信号，使连接器8同轴转动并带动与连接器8紧固连接的光伏电池1同角度转动，连杆机构25与连接器9、连接器10相连，带动光伏电池2与光伏电池1保持同步运动。
参见图2，该图示出了本实施例的自动跟踪太阳方位的双轴双斜式光伏发电装置中，阵列倾角调整机制的结构。其中，底前架14与底后架15通过底左双纵梁23与底右双纵梁24连接并固定，支架19通过连接器26及滑块30分别与上架13、底左双纵梁23连接，支架20通过连接器27及滑块31分别与上架13、底右双纵梁24连接，丝杠22两端分别固定在底前架14、底后架15的中心位置，丝杠22的顺时针或逆时针旋转将驱动固定在联动横梁21上的螺母32及与螺母32联动的横梁21、滑块30、滑块31共同向前或向后运动，支撑于支架19、支架20的光伏电池1、光伏电池2随之立起或放下，其倾角相应增大或减小。
参见图3，该图给出了本实施例中电机的控制原理图。其中，主控制器MAIN经驱动器D1控制驱动电机11按控制策略工作，光伏电池PV、蓄电池BAT与光伏控制器PV-C组成电源部分，为主控制器MAIN提供稳定直流电源。位置开关S1与风速传感器S2作为状态变量输入主控制器MAIN，其中位置开关S1用以确认光伏电池1、光伏电池2是否在初始位置，以消除转动中造成的位置误差，风速传感器S2提供实时风速信息，当风速超过光伏电池的安全工作条件时，向主控制器MAIN发出超安全风速报警信号，此时光伏电池1与光伏电池2回到初始位置，使风阻减到最小。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种自动跟踪太阳方位的光伏发电装置，包括光伏电池和底部支架，其特征在于，包括：
太阳时角跟踪单元，其中，所述的光伏电池通过连接器分别与上架和底前架上的带座轴承紧固连接，所述光伏电池上端的连接器上装有电机，所述电机在信号驱动下带动所述的连接器同轴转动，光伏电池随之同角度转动；
阵列倾角调整单元，其中，所述的光伏电池左右两侧分别由下端连接联动横梁的两侧支架支撑，所述底部支架的底前架和底后架之间穿有一丝杠，所述丝杠在外加动力的作用下旋转，与所述丝杠联动的所述联动横梁将沿着滑动导轨发生位移，所述支架随之立起或放下，所述光伏电池的倾角相应改变。
2、根据权利要求1所述的自动跟踪太阳方位的光伏发电装置，其特征在于，其中所述电机的控制装置包括：
位置开关，连接到主控制器，为所述的主控制器提供所述光伏电池的初始位置信息；
风速传感器，连接到主控制器，为所述的主控制器提供所述光伏电池所处环境的实时风速信息；
光伏电池，连接光伏控制器；
蓄电池，连接所述的光伏控制器；
光伏控制器，连接所述的光伏电池、蓄电池和主控制器，所述的光伏电池与蓄电池通过所述的光伏控制器为所述的主控制器提供稳定直流电源；
主控制器，连接所述的位置开关、风速传感器、光伏控制器和电机，所述的主控制器接收来自所述位置开关的初始位置信息和来自所述风速传感器的实时风速信息，经过驱动器控制所述电机动作；
驱动器，连接所述的主控制器和电机。
3、根据权利要求1所述的自动跟踪太阳方位的光伏发电装置，其特征在于，所述的上架通过合页与所述的底前架连接。
4、根据权利要求3所述的自动跟踪太阳方位的光伏发电装置，其特征在于，其中所述的合页采用不锈钢材质制成，其中所述的带座轴承为塑料轴承。
5、根据权利要求1所述的自动跟踪太阳方位的光伏发电装置，其特征在于，所述的光伏电池通过连杆结构和横向单轴固定的方式，拓展成光伏电池阵列。
6、根据权利要求1所述的自动跟踪太阳方位的光伏发电装置，其特征在于，所述两侧支架的下端分别通过两滑块连接所述的联动横梁。
7、其中所述的电机为步进电机，所述步进电机的功耗能带动起光伏电池转动。
8、根据权利要求1所述的自动跟踪太阳方位的光伏发电装置，其特征在于，其中所述的滑动导轨和丝杠采用表面镀铬材料制成。
9、根据权利要求1所述的自动跟踪太阳方位的光伏发电装置，其特征在于，所述的滑动导轨位于所述底前架和底后架之间的外侧。
10、根据权利要求1所述的自动跟踪太阳方位的光伏发电装置，其特征在于，施加于所述丝杠的所述外加动力由电机或手轮提供。
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