CN101577510B - 太阳能光伏发电全天候自跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能光伏发电全天候自跟踪系统，包括传动及支撑装置、太阳能采集系统、太阳方位跟踪系统及发电装置；太阳能采集系统及太阳方位跟踪系统设置在传动及支撑装置上；太阳能采集系统采集太阳能，以供发电装置进行发电；太阳方位跟踪系统包括监测装置、跟踪方式转换控制模块及双跟踪方式控制模块；监测装置用于监测天气状态，以供跟踪方式转换控制模块判断，并发出指令以供双跟踪方式控制模块启动相关跟踪方式，控制传动及支撑装置运动，以改变太阳能采集系统采集面的位置。本发明可以及时采集天气变化情况，根据天气变化情况，对太阳方位跟踪方式进行控制和选择，这样可以提高太阳方位跟踪精度，并降低能耗。

Description

太阳能光伏发电全天候自跟踪系统 

技术领域

本发明涉及一种太阳能光伏发电全天候自跟踪系统。 

背景技术

目前，太阳能作为环保和新能源越来越受到各国重视，各国争相开发和太阳能有关的各种产品，其中太阳能光伏发电就是最为受重视的一种。目前太阳能光伏发电所遇到的关键问题是如何高效的采集和利用太阳能，并减少自身在采集和利用太阳能过程中的损耗。这就涉及到如何精确有效的跟踪太阳方位，如何减少自身损耗的问题。在进行太阳方位跟踪时，由于不论采用何种方式的跟踪，反馈到跟踪系统均为电信号，而实际进行跟踪动作的则是机械结构。由于控制时间间隔的限定，以及每次机械操作的微小误差，会导致太阳能光伏发电在长时间内的巨大累计误差，使得太阳能采集板严重偏离太阳方位。另外，由于太阳每天都是东升西落，所以导致太阳能采集板的旋转也只能是单向旋转，传动机构日复一日的进行单向传动，会加速自身损耗，影响传动精度，甚至破损。 

目前的太阳能光伏发电系统的支撑及传动装置结构如图1所示，采用单立柱13支撑，传动支撑装置14设置在立柱13顶部，并支撑横轴12，横轴12在传动支撑装置14作用下可进行旋转并支撑采集装置11。目前的这种太阳能光伏发电系统的支撑及传动装置，采集装置11相对地面进行的转动，是通过横轴12的转动来实现的，而横轴12的转动动力是由传动支撑装置14来提供的。这种结构要求采集装置11相对横轴12左右对称，质量均匀分布。也就是要求采集装置11的上部16与下部17相对横轴12的转矩应相等。但实际情况中，上部16与下部17相对横轴12转矩相等是很难实现的，通常都会存在差距，有时还会产生严重偏置。在采集装置11产生偏置时，上部16与下部17的转矩差会损坏传动支撑装置14的传动机构，造成传动机构精度下降，影响采集装置1的旋转精度；严重时还会破坏电机等动力部件，造成不可估量的经济损失。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种太阳方位跟踪精度高、能耗低，且不受采集装置质量分布影响的太阳能光伏发电系统。 

为了解决上述问题，本发明提供了一种太阳能光伏发电全天候自跟踪系统，包括：传动及支撑装置、太阳能采集系统、太阳方位跟踪系统及发电装置；所述太阳能采集系统及太阳方位跟踪系统设置在所述传动及支撑装置上；所述太阳能采集系统采集太阳能，并将所采集的太阳能发送到所述发电装置；所述发电装置利用所述太阳能采集系统发送来的太阳能进行发电；所述太阳方位跟踪系统包括监测装置、跟踪方式转换控制模块及双跟踪方式控制模块； 

所述监测装置用于监测天气状态，并将监测到的天气状态以参数形式发送到所述跟踪方式转换控制模块； 

所述跟踪方式转换控制模块根据所述监测装置发送来的参数进行判断，并根据该判断向所述双跟踪方式控制模块发出指令； 

所述双跟踪方式控制模块根据所述跟踪方式转换控制模块发送来的指令启动相关跟踪方式，控制所述传动及支撑装置运动，以改变所述太阳能采集系统采集面的位置， 

所述双跟踪方式控制模块包括选择单元、时间跟踪单元及光感跟踪单元；所述双跟踪方式控制模块还包括设定显示时间及时间间隔的时间单元、用于确定太阳能光伏发电全天候自跟踪系统所处地理位置的定位器及用于测量太阳光方位的光感装置； 

所述选择单元在接到所述跟踪方式转换控制模块发送来的指令后可作出判断，并可在所述时间跟踪单元及光感跟踪单元之间进行切换； 

所述时间跟踪单元根据所述时间单元设定的时间及定位器确定的位置参数，计算相对的太阳实时方位，按照所述时间单元设定的时间间隔定时向所述控制单元发送参数信息； 

所述光感跟踪单元根据光感装置发送来的太阳光的参数，计算太阳实时方位，按照所述时间单元设定的时间间隔定时向所述控制单元发送参数信息； 

所述控制单元根据所述时间跟踪单元或所述光感跟踪单元发送来的参数信息控制所述传动及支撑装置运动。 

优选的，所述双跟踪方式控制模块还包括逆指令单元；所述选择单元可根据判断向所述逆指令单元发送指令； 

所述逆指令单元在接到选择单元发送来的“天亮”指令时初始化并开始记录所述双跟踪方式控制模块向所述传动及支撑装置所发送的指令； 

在接到选择单元发送来的“天黑”指令时，所述逆指令单元将所记录的指令作一个逆变换； 

所述逆指令单元将逆变换后的指令发送到所述传动及支撑装置，控制所述传动及支撑装置作逆向运动。 

优选的，包括平面支撑装置、可旋转立柱及传动机构，所述立柱上设置有上支架和下支架，所述平面支撑机构可翻转的设置在所述上支架上，所述传动机构一端设置在所述下支架上，另一端设置在所述平面支撑机构上，以控制所述平面支撑机构翻转。 

优选的，传动及支撑装置还包括弹性支撑机构，该弹性支撑机构的一端设置在所述下支架上，所述弹性支撑机构的另一端与所述平面支撑机构相连。 

优选的，所述弹性支撑机构为相对所述立柱对称设置的两个气弹簧。 

优选的，所述上支架采用三角形固定架。 

优选的，所述传动机构包括电机、丝杠和丝母，电机设置在所述下支架上，丝母设置在所述电机的动力输出端，丝杠套设在所述丝母上，所述丝杠的一端设置在所述平面支撑机构上。 

本发明具有如下优点： 

1、本发明可以及时采集天气变化情况，根据天气变化情况，对太阳方位跟踪方式进行控制和选择，这样可以提高太阳方位跟踪精度，并降低能耗； 

2、本发明采用两种太阳方位跟踪方式对太阳方位进行跟踪，跟踪方式更加灵活、可靠； 

3、本发明采用了逆指令单元，可以去除累计误差，并减少传动机构的单向磨损，提高太阳方位跟踪精度； 

4、本发明中为平面支撑机构提供的翻转动力与平面支撑机构的翻转轴不在一个平面上，这就不会因为平面支撑机构的偏置或质量分布不均导致传动机构受到损坏，从而，平面支撑机构的翻转精度得到提高，工作稳定性也得到提高； 

5、本发明中为平面支撑机构提供的翻转动力与平面支撑机构的翻转轴不在一个平面上，这种结构使得平面支撑结构可以承受更大的载荷； 

6、本发明中采用弹性支撑机构，更大程度上保护了传动机构，另外还能够缓冲平面支撑机构翻转中的冲击； 

7、本发明中采用三角形固定架来支撑平面支撑机构，可靠性高； 

8、本发明中采用电机及丝杠丝母结构，传动精度高。 

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明： 

图1示出了目前太阳能光伏发电系统的支撑及传动装置的结构示意图； 

图2示出了本发明太阳能光伏发电全天候自跟踪系统的结构示意图； 

图3示出了本发明中太阳方位跟踪系统的控制流程图； 

图4示出了本发明中信号传递示意图； 

图5示出了本发明中传动及支撑装置的结构示意图。 

具体实施方式

如图2所示，本发明包括：传动及支撑装置1、太阳能采集系统2、太 阳方位跟踪系统3及发电装置4；太阳能采集系统2及太阳方位跟踪系统3设置在传动及支撑装置1上；太阳能采集系统2采集太阳能，并将所采集的太阳能发送到发电装置4；发电装置4利用太阳能采集系统2发送来的太阳能进行发电。 

太阳方位跟踪系统3包括监测装置33、跟踪方式转换控制模块32及双跟踪方式控制模块31。 

监测装置33用于监测天气状态，并将监测到的天气状态以参数形式发送到跟踪方式转换控制模块32。 

跟踪方式转换控制模块32根据监测装置33发送来的参数进行判断，并根据该判断向双跟踪方式控制模块31发出指令。 

双跟踪方式控制模块31根据跟踪方式转换控制模块32发送来的指令启动相关跟踪方式，控制传动及支撑装置1运动，以改变太阳能采集系统2采集面的位置。 

双跟踪方式控制模块31包括选择单元311、时间跟踪单元312及光感跟踪单元313。双跟踪方式控制模块31还包括设定显示时间及时间间隔的时间单元3122、用于确定太阳能光伏发电全天候自跟踪系统所处地理位置的定位器3121及用于测量太阳光方位的光感装置3131。 

选择单元311在接到跟踪方式转换控制模块32发送来的指令后可作出判断，并可在时间跟踪单元312及光感跟踪单元313之间进行切换。 

时间跟踪单元312根据时间单元3122设定时间及定位器3121确定的位置参数，计算相对的太阳实时方位，按照系统设定的时间间隔定时向控制单元314发送参数信息。 

光感跟踪单元313根据光感装置3131发送来的太阳光的参数，计算太阳实时方位，按照时间单元3122设定的时间间隔定时向控制单元314发送参数信息。 

控制单元314根据时间跟踪单元312或光感跟踪单元313发送来的参数信息向传动及支撑装置1发送指令。 

双跟踪方式控制模块31还包括逆指令单元315，选择单元311可根据 判断向逆指令单元315发送指令。 

逆指令单元315在接到选择单元311发送来的“天亮”指令时，初始化并开始记录双跟踪方式控制模块31向传动及支撑装置1所发送的指令。 

在接到选择单元311发送来的“天黑”指令时，逆指令单元315停止记录并将白天所记录的指令作一个逆变换。 

逆指令单元315将逆变换后的指令发送到传动及支撑装置1，控制传动及支撑装置1作逆向运动。 

使用本发明前，组装好机械结构后连接电源并启动本发明控制部分，通过时间单元3122设定时间，此处的时间需以北京时间为准。此时定位器3121开始工作，根据地球磁场变化确定本发明所在位置，即以经度、纬度所表示的地点位置，定位器3121将测得的位置参数信息发送到时间跟踪单元312，时间跟踪单元根据此信息，确定时间位置关系参数。 

使用本发明时，启动本发明。监测装置33首先开始工作，监测装置33包括照度传感器331、风速传感器332及电缆333。照度传感器331及风速传感器332及时监测太阳光的照度及风速变化情况并通过电缆333发送到跟踪方式转换控制模块32，跟踪方式转换控制模块32对所接收数据进行分析，并将所接收数据与预先设定的数据作比较，得出“晴”、“阴”及“风大”、“风小”以及“天亮”、“天黑”等结论。跟踪方式转换控制模块32将所述结论以参数形式发送到双跟踪方式控制模块31。 

在跟踪方式转换控制模块32得出“天亮”的结论时，直接将该信息发送给选择单元311，选择单元311将该指令发送到逆指令单元315，并等待跟踪方式转会控制模块32继续发送指令。此时逆指令单元315初始化指令记录，并开始记录控制单元314的指令。 

在跟踪方式转换控制模块32得出“风大”的结论时，直接将该信息发送给选择单元311，选择单元311关闭光感跟踪单元313及时间跟踪单元312。 

在跟踪方式转换控制模块32得出“风小”的结论时，直接将该信息发送给选择单元311，选择单元311此时需对比跟踪方式转换控制模块32发 送的“晴”/“阴”的结论后开始发送指令。 

在跟踪方式转换控制模块32得出“晴”的结论时，将该参数信息发送到选择单元311，选择单元311激活光感跟踪单元313并关闭时间跟踪单元312。 

光感跟踪单元313启动，光感装置3131开始工作，光感装置3131可以测量太阳光射线与水平面的夹角及太阳光射线在水平面上投影与纬线的夹角。光感装置3131按照系统设定的时间间隔定时将所测得的数据以参数形式发送到控制单元314，控制单元314根据该参数信息向传动及支撑装置1发送并记录指令，同时将该指令发送到逆指令单元315作记录。传动及支撑装置1接到指令后运转，以保证太阳能采集系统2的采集面始终与阳光照射方向垂直。 

在跟踪方式转换控制模块32得出“阴”的结论时，将该参数信息发送到选择单元311，选择单元311关闭光感跟踪单元313并激活时间跟踪单元312。 

时间跟踪单元312启动，首先读取系统的时间参数信息，并根据定位器测定的位置参数确定时间位置关系，由此确定太阳光射线与水平面的夹角及太阳光射线在水平面上投影与纬线的夹角。然后按照系统设定的时间间隔定时将所测得的数据以参数形式发送到控制单元314，控制单元314根据该参数信息向传动及支撑装置1发送指令，同时将该指令发送到逆指令单元315作记录。传动及支撑装置1接到指令后运转，以保证太阳能采集系统2的采集面始终与阳光照射方向垂直。 

在跟踪方式转换控制模块32得出“天黑”的结论时，直接将该信息发送给选择单元311，选择单元311关闭光感跟踪单元313及时间跟踪单元312，并将该信息直接发送到逆指令单元315。 

逆指令单元315接到该信息后，对记录在该逆指令单元315中的指令作逆变换，然后依次将已经作了逆变换的指令发送到传动及支撑装置1。传动及支撑装置1接到指令后运转，沿原运动轨迹退回到其初始位置。 

本发明可以及时采集天气变化情况，根据天气变化情况，对太阳方位跟 踪方式进行控制和选择，这样可以提高太阳方位跟踪精度，并降低能耗。本发明采用两种太阳方位跟踪方式对太阳方位进行跟踪，跟踪方式更加灵活、可靠。本发明采用了逆指令单元315，可以去除累计误差，并减少传动机构的单向磨损，提高太阳方位跟踪精度。 

如图4所示，传动及支撑装置1包括平面支撑机构6、可旋转立柱7及传动机构8，立柱7上设置有上支架72和下支架71，平面支撑机构6可翻转的设置在上支架72上，传动机构8一端设置在下支架71上，另一端设置在平面支撑机构6上，以控制平面支撑机构6翻转。 

本发明中为平面支撑机构6提供的翻转动力与平面支撑机构6的翻转轴不在一个平面上，这就不会因为平面支撑机构6的偏置或质量分布不均导致传动机构8受到损坏，从而，平面支撑机构6的翻转精度得到提高，工作稳定性也得到提高；本发明中为平面支撑机构6提供的翻转动力与平面支撑机构6的翻转轴不在一个平面上，这种结构使得平面支撑结构6可以承受更大的载荷。 

传动及支撑装置还包括弹性支撑机构10，该弹性支撑机构10的一端设置在下支架71上，弹性支撑机构10的另一端与平面支撑机构6相连。弹性支撑机构10为相对立柱7对称设置的两个气弹簧。本发明中采用弹性支撑机构10，更大程度上保护了传动机构8，另外还能够缓冲平面支撑机构6翻转中的冲击。 

立柱7底部安装有电机、大齿轮和小齿轮，大齿轮固定，小齿轮与立柱7连接，电机带动小齿轮旋转，小齿轮在大齿轮内进行旋转，从而带动立柱7进行旋转。 

上支架72采用三角形固定架。本发明中采用三角形固定架来支撑平面支撑机构6，可靠性高。 

传动机构8包括电机81、丝杠83和丝母82，电机81设置在下支架71上，丝母82设置在电机81的动力输出端，丝杠83套设在丝母82上，丝杠83的一端设置在平面支撑机构6上。本发明中采用电机及丝杠丝母结构，传动精度高。 

本发明，平面支撑机构6为框架结构。本发明中的平面支撑机构6采用框架结构，可承受载荷更大、稳定性更高。 

平面支撑机构6分为上、下两部分，分别是上部61、下部62，这两部可采用对称设计，由于本发明中平面支撑机构6所受翻转力与平面支撑机构有一定角度甚至垂直，所以平面支撑机构上太阳能采集装置的设置更为灵活，无需过多考虑质量分布，这样就可以根据实际需要灵活掌握太阳能采集装置在平面支撑机构6上的设置。 

本发明采用了气弹簧作为弹性支撑装置10，采用丝杠丝母作为传动方式，且翻转力与平面支撑机构6形成一定角度，这些都使得本发明中平面支撑机构的翻转精度更高，对于实际工作中，在控制机构的控制下平面支撑机构6对太阳的跟踪更加精密，也就提高了太阳能光伏发电设备的发电能力。 

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (7)

1.一种太阳能光伏发电全天候自跟踪系统，其特征在于：包括传动及支撑装置(1)、太阳能采集系统(2)、太阳方位跟踪系统(3)及发电装置(4)；所述太阳能采集系统(2)及太阳方位跟踪系统(3)设置在所述传动及支撑装置(1)上；所述太阳能采集系统(2)采集太阳能，并将所采集的太阳能发送到所述发电装置(4)；所述发电装置(4)利用所述太阳能采集系统(2)发送来的太阳能进行发电；所述太阳方位跟踪系统(3)包括监测装置(33)、跟踪方式转换控制模块(32)及双跟踪方式控制模块(31)；

所述监测装置(33)用于监测天气状态，并将监测到的天气状态以参数形式发送到所述跟踪方式转换控制模块(32)；

所述跟踪方式转换控制模块(32)根据所述监测装置(33)发送来的参数进行判断，并根据该判断向所述双跟踪方式控制模块(31)发出指令；

所述双跟踪方式控制模块(31)根据所述跟踪方式转换控制模块(32)发送来的指令启动相关跟踪方式，控制所述传动及支撑装置(1)运动，以改变所述太阳能采集系统(2)上采集面的位置，

所述双跟踪方式控制模块(31)包括选择单元(311)、时间跟踪单元(312)、光感跟踪单元(313)及控制单元(314)；所述双跟踪方式控制模块(31)还包括设定显示时间及时间间隔的时间单元(3122)、用于确定太阳能光伏发电全天候自跟踪系统所处地理位置的定位器(3121)及用于测量太阳光方位的光感装置(3131)；

所述选择单元(311)在接到所述跟踪方式转换控制模块(32)发送来的指令后可作出判断，并可在所述时间跟踪单元(312)及光感跟踪单元(313)之间进行切换；

所述时间跟踪单元(312)根据所述时间单元(3122)设定的时间，及所述定位器(3121)确定的位置参数，计算相对的太阳实时方位，按照所述时间单元(3122)设定的时间间隔定时向所述控制单元(314)发送参数信息；

所述光感跟踪单元(313)根据所述光感装置(3131)发送来的太阳光的参数，计算太阳实时方位，按照所述时间单元(3122)设定的时间间隔定时向所述控制单元(314)发送参数信息；

所述控制单元(314)根据所述时间跟踪单元(312)或所述光感跟踪单元(313)发送来的参数信息控制所述传动及支撑装置(1)运动。

2.如权利要求1所述的太阳能光伏发电全天候自跟踪系统，其特征在于：所述双跟踪方式控制模块(31)还包括逆指令单元(315)；所述选择单元(311)可根据判断向所述逆指令单元(315)发送指令；

所述逆指令单元(315)在接到所述选择单元(311)发送来的“天亮”指令时，初始化并开始记录所述双跟踪方式控制模块(31)向所述传动及支撑装置(1)所发送的指令；

在接到所述选择单元(311)发送来的“天黑”指令时，所述逆指令单元(315)停止记录并将所记录的指令作一个逆变换；

所述逆指令单元(315)将逆变换后的指令发送到所述传动及支撑装置(1)，控制所述传动及支撑装置(1)作逆向运动。

3.如权利要求2所述的太阳能光伏发电全天候自跟踪系统，其特征在于：所述传动及支撑装置(1)包括平面支撑机构(6)、可旋转立柱(7)及传动机构(8)，所述立柱(7)上设置有上支架(72)和下支架(71)，所述平面支撑机构(6)可翻转的设置在所述上支架(72)上，所述传动机构(8)一端设置在所述下支架(71)上，另一端设置在所述平面支撑机构(6)上，以控制所述平面支撑机构(6)翻转。

4.如权利要求3所述的太阳能光伏发电全天候自跟踪系统，其特征在于：所述传动及支撑装置(1)还包括弹性支撑机构(10)，该弹性支撑机构(10)的一端设置在所述下支架(71)上，所述弹性支撑机构(10)的另一端与所述平面支撑机构(6)相连。

5.如权利要求4所述的太阳能光伏发电全天候自跟踪系统，其特征在于：所述弹性支撑机构(10)为相对所述立柱(7)对称设置的两个气弹簧。

6.如权利要求3所述的太阳能光伏发电全天候自跟踪系统，其特征在于：所述上支架(72)采用三角形固定架。

7.如权利要求3所述的太阳能光伏发电全天候自跟踪系统，其特征在于：所述传动机构(8)包括电机(81)、丝杠(83)和丝母(82)，电机(81)设置在所述下支架(71)上，丝母(82)设置在所述电机(81)的动力输出端，丝杠(83)套设在所述丝母(82)上，所述丝杠(83)的一端设置在所述平面支撑机构(6)上。

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