CN101694589A - 屋顶太阳能双轴自动跟踪系统 - Google Patents

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宋贺伦
卢鑫
刘飞
李望
茹占强
郭超
张宇翔
陈雪
殷志珍
张耀辉
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Abstract

本发明公开了一种屋顶太阳能双轴自动跟踪系统，包括水平底座、位于水平底座上的框体，以及安装在框体内的一组光伏模组架，其特征在于：所述自动跟踪系统包括平铺式设置在框体旁侧的水平跟踪机构和俯仰跟踪机构，框体带动一组光伏模组架转动。通过相独立设置的两个电动机控制两轴齿轮传动改变减小转速，并通过对电机的控制来达到跟踪太阳的目的。本发明通过设置水平跟踪和俯仰跟踪相结合的结构，精简了不必要的设施，化立式结构为水平结构，并适用于屋顶以及绝大多数环境的使用，解决了传统跟踪系统在应用范围以及应用方式上不足的问题，且安装调试及维修简便。

Description

屋顶太阳能双轴自动跟踪系统
技术领域
本发明涉及一种屋顶太阳能双轴自动跟踪系统，特别是一种基于平铺式双轴旋转的太阳跟踪系统，主要应用于屋顶聚光光伏发电技术中对太阳入照光的跟踪定位。
背景技术
目前，随着世界能源逐步趋近匮乏，新兴可再生能源日益成为人们迫切的需要，太阳能作为一种新兴可再生能源，其具有辐照范围广，绿色环保，可永久利用等显著优点，因此世界各国家一直都在积极开展太阳能利用技术的研究以及产业化开发。太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源，与常规能源有本质的区别。这就对太阳能的收集与利用提出了更高的要求。
为了使太阳能更有效地被利用，太阳能系统感光面应始终跟踪太阳并和太阳入射方向垂直，用以获得最大的效率。现有的太阳能的利用方式分为有跟踪以及无跟踪两种。其中无跟踪的太阳能系统利用方式缺点明显，太阳入射光和感光面垂直时利用率最高，随着偏折角度变大进而利用率变小，无跟踪太阳能系统固定不动，其感光面不能随时和太阳入射光保持垂直，因而对于太阳能的利用率远远低于有跟踪的太阳能系统。但由于其设计、使用、维修成本较低，因而还在一些对太阳能利用率要求不高的生产和生活等领域中应用。据报道，有跟踪系统的太阳能利用率比没有跟踪系统的太阳能利用率提高20％-35％左右，在有跟踪的太阳能系统中，大多数采用立式跟踪结构，其具有结构笨重，使用地域有限，安装调试繁琐等缺点，同时结构复杂，精度不高。因此，在太阳能利用中，跟踪系统的使用与否对太阳能利用效率有很大的影响。在普遍应用的太阳能跟踪系统中，大多采用了立式结构，这种结构在地面太阳能跟踪系统中应用广泛。立式结构采用钢管或水泥底座，具有一定高度，使用过程中表面光伏模组阵列随电机传动单轴或双轴转动跟踪太阳。
在通用电动机中，最低转速一般很难到跟踪的需要，而能达到该转速的电机又价格昂贵，因此由于通用电机转速的限制，需要采用减速机构，本方案减速机构设置合理、结构新颖、传动精确。
随着改革开放进程的不断深化，人民生活水平和科学技术水平的不断进步，高楼大厦不断兴起。同时，太阳能的利用也从地面走向了楼顶，在普遍采用的立式光伏系统结构中，在地面使用时常常需要根据地面结构、状态进行打桩固定安装等工作，因此需要耗费大量人力物力。而在屋顶的太阳能利用中，由于楼体结构的限制，难以打桩固定，同时由于楼体承重的要求，不能使有限面积内压力过大，因此立式结构在屋顶往往难以实现大规模光伏模组阵列的集成和应用。
发明内容
针对现有的太阳能利用中普遍存在的无跟踪以及跟踪方式复杂、成本高、要求高等问题，本发明的目的在于提出一种屋顶太阳能双轴自动跟踪系统，解决太阳能跟踪系统在屋顶利用中存在的技术问题。
本发明的目的，将通过如下技术方案得以实现：
一种屋顶太阳能双轴自动跟踪系统，包括水平底座、位于水平底座上的框体，以及安装在框体内的一组光伏模组架，其特征在于：所述自动跟踪系统包括平铺式设置在框体旁侧的水平跟踪机构和俯仰跟踪机构，框体带动一组光伏模组架转动。
进一步地，前述屋顶太阳能双轴自动跟踪系统，其中一组光伏模组架通过相平行的两根横杆安装在框体内，两根横杆在同侧末端设有连杆机构，且连杆机构与横杆相垂直的输出端安装到俯仰齿轮组传动机构的电动机转轴上，构成俯仰跟踪机构；水平底座与框体之间设有一齿数远大于水平齿轮组传动机构对接齿轮的底盘齿轮，与电动机转轴通过水平齿轮组齿接；所述底盘齿轮固定在水平底座上，并与框体通过轴承相连，构成水平跟踪机构。
更进一步地，所述水平跟踪机构与俯仰跟踪机构设有各自独立的电动机。
本发明的原理：通过两轴齿轮传动改变减小转速，并通过对电机的控制来达到跟踪太阳的目的。俯仰传动结构采用连杆结构，每组光伏模组均具有两个自由度，通过平面连杆机构带动光伏模组联动，连杆机构和齿轮机构连接，齿轮机构通过转向结对连杆机构进行控制，电机的转动带动齿轮机构转动，从而带动光伏模组进行转动。水平传动结构采用行星齿轮传动，底盘齿轮和行星齿轮进行啮合，传输扭矩以及减速比大，因此在转动过程中是电机带动上部光伏模组进行水平转动。
本发明屋顶太阳能双轴自动跟踪系统应用实施后，其有益效果体现在：
通过设置水平跟踪和俯仰跟踪相结合的结构，精简了不必要的设施，化立式结构为水平结构，并适用于屋顶以及绝大多数环境的使用，解决了传统跟踪系统在应用范围以及应用方式上不足的问题，且安装调试及维修简便。
附图说明
图1是本发明屋顶太阳能双轴自动跟踪系统的整体示意图；
图2是本发明双轴自动跟踪系统横杆的结构图；
图3是本发明俯仰电机齿轮传动示意图；
图4是本发明水平电机齿轮传动示意图；
图5是本发明水平转都轴系图。
以上图中各附图标记的含义是：
1～光伏模组架、2～横杆、3～框体、4～水平电动机、5～水平齿轮组传动机构、6～俯仰电动机、7～转动结、8～俯仰齿轮组传动机构、9～水平底座；
10～对接齿轮、11～水平转轴、12～轴承、13～上法兰盘、14～底盘齿轮、15～底板法兰盘、16～底角螺栓、17～轴套。
具体实施方式
如图1本发明屋顶太阳能双轴自动跟踪系统的整体示意图所示可见：该屋顶太阳能双轴自动跟踪系统包括水平底座9、位于水平底座9上的框体3，以及安装在框体3内的一组光伏模组架1。并在框体3旁侧和框体3与水平底座9之间分别平铺式齿连有俯仰跟踪机构和水平跟踪机构。光伏模组架1通过横杆2安装在框体3上，并可以通过转杆转动。两根横杆2在同侧末端设有连杆机构，光伏模组架1上通过连杆机构连接俯仰齿轮组传动机构8，并通过俯仰电动机6带动光伏模组架1转动；同时，框体3侧面安装的水平电动机4，带动水平齿轮组传动机构5，使框体3带动光伏模组架1转动。
如图2所示的双轴自动跟踪系统横杆的结构图可见，该光伏模组架1侧边安装横杆2，通过俯仰齿轮组传动机构8带动转动结7转动，同时带动横杆2，使光伏模组架1进行俯仰转动。
如图3所示是本发明俯仰电机齿轮传动示意图，俯仰电动机6固定于框体3侧壁，带动俯仰齿轮组传动机构8旋转，同时通过转动结7带动横杆2运动，使光伏模组架1进行俯仰转动。
如图4所示是本发明水平电机齿轮传动示意图，水平电动机4安装于框体3旁侧，带动水平齿轮组传动机构5运转，其中大轮为底盘齿轮14，小轮为对接齿轮10(行星轮)，水平电动机4旋转带动行星轮10转动，绕底盘齿轮14转动，进而带动框体3上的光伏模组架1水平转动。
如图5本发明水平转都轴系图所示，水平转轴11通过底脚螺栓16同底座法兰盘15固定，水平转轴11上装有水平转动齿轮机构5的底盘齿轮14，水平转轴11上部由轴套17和轴承12组成，顶部由上法兰盘13和框体3底部中心位置相连，通过轴承12支撑上面的负载。
通过两轴齿轮传动改变减小转速，并通过对电机的控制来达到跟踪太阳的目的。俯仰传动结构采用连杆结构，每组光伏模组均具有两个自由度，通过平面连杆机构带动光伏模组联动，连杆机构和齿轮机构连接，齿轮机构通过转向结对连杆机构进行控制，电机的转动带动齿轮机构转动，从而带动光伏模组进行转动。水平传动结构采用行星齿轮传动，底盘齿轮和行星齿轮进行啮合，传输扭矩以及减速比大，因此在转动过程中是电机带动上部光伏模组进行水平转动。
在实际设计制造过程中，可以增大水平转动齿轮机构中两齿轮中心距离，并重新设计齿轮齿形参数，采用梯形同步带传动代替齿轮啮合，增大了传送比，同时减小了噪音以及齿轮的磨损。

Claims (4)

1.屋顶太阳能双轴自动跟踪系统，包括水平底座、位于水平底座上的框体，以及安装在框体内的一组光伏模组架，其特征在于：所述自动跟踪系统包括平铺式设置在框体旁侧的水平跟踪机构和俯仰跟踪机构，框体带动一组光伏模组架转动。
2.根据权利要求1所述的屋顶太阳能双轴自动跟踪系统，其特征在于：所述水平跟踪机构与俯仰跟踪机构设有各自独立的电动机。
3.根据权利要求1所述的屋顶太阳能双轴自动跟踪系统，其特征在于：所述一组光伏模组架通过相平行的两根横杆安装在框体内，两根横杆在同侧末端设有连杆机构，且连杆机构与横杆相垂直的输出端安装到俯仰齿轮组传动机构的电动机转轴上，构成俯仰跟踪机构。
4.根据权利要求1所述的屋顶太阳能双轴自动跟踪系统，其特征在于：所述水平底座与框体之间设有一齿数远大于水平齿轮组传动机构对接齿轮的底盘齿轮，与电动机转轴通过水平齿轮组齿接；所述底盘齿轮固定在水平底座上，并与框体通过轴承相连，构成水平跟踪机构。
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