CN101764540A - 一种抗风太阳能跟踪器 - Google Patents

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CN101764540A CN201010106847A CN201010106847A CN101764540A CN 101764540 A CN101764540 A CN 101764540A CN 201010106847 A CN201010106847 A CN 201010106847A CN 201010106847 A CN201010106847 A CN 201010106847A CN 101764540 A CN101764540 A CN 101764540A
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王士涛
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SHANGHAI SUNTRIX CO Ltd
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    • H02S20/00Supporting structures for PV modules
    • H02S20/30Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment
    • H02S20/32Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment specially adapted for solar tracking
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

本发明公开了一种抗风太阳能跟踪器,包括多个用于安装太阳能电池的支架安装面,用于固定支架安装面的转轴,以及用于支撑转轴的立柱;支架安装面两两一组,每组的支架安装面分别设置在所述转轴的两侧;所述立柱上设有用于驱动转轴围绕转轴轴心转动的转动电机;所述转轴上设有控制机构以及用于驱动所述多个支架安装面进行方位角调整的调整机构,所述控制机构通过控制所述调整机构及所述转动电机来调整所述支架安装面转动使所述支架安装面始终对着太阳。本发明集合了T型结构跟踪器与趴地型结构跟踪器的优点于一身,既减少了占地面积,又可以满足在大风等恶劣天气下同样可以进行高精度跟踪的太阳能跟踪器,从而大大提高太阳能利用效率。

Description

一种抗风太阳能跟踪器
技术领域
[0001] 本发明涉及太阳能发电设备领域特别是太阳能聚光发电设备领域,尤指一种用于
太阳能聚光发电的抗风太阳能跟踪器。 背景技术
[0002] 高倍聚光光伏技术是目前太阳能发电领域的一个主要新方向,现有的太阳能聚光 发电装置中,包括两个主要设备:聚光太阳能电池组件以及追日跟踪器,现有追日跟踪器 中,跟踪器的形式主要还是集中在"T"型结构,具体可以参见专利号为CN200820144544. 5 的"T型双轴太阳能跟踪机构",如图1、图2所示,追日跟踪支架系统2包括一用于安装太阳 能聚光发电模组的支架安装面l,支架安装面1安装在一固定立柱3上,支架安装面1上设 有一太阳光强传感器6,立柱3上设有用于调整支架安装面1的调整机构及控制机构,调整 机构是指一垂直调整机构与一水平调整机构,垂直调整机构包括一设置在支架安装面1上 的齿轮,一设置在立柱3上的垂直调整马达4,马达4的螺旋传动轴与齿轮啮合;水平调整 机构包括一套设在立柱3上可围绕立柱3转动的转动杆,一安装在转动杆一端的水平调整 马达5,转动杆的另一端连接在支架安装面1上。控制机构根据太阳光强传感器6的信号 控制水平调整机构及垂直调整机构调整支架安装面1转动从而保证支架安装面1始终正对 着太阳。这种"T"型结构由于所有太阳能电池组件(聚光太阳能组件)都安装在一个平面 上,这种单平面设计的跟踪器高度随着最大支撑平面面积增大,系统高度不断增加,直接导 致抗风性能下降及平面变形增大,最终影响系统整体跟踪精度,对于聚光发电是非常不利 的。因此常需要增加网架支撑结构的刚度来提高抗风性能,微调平面校正平面度来弥补这 两个缺陷。这样一来就造成了跟踪器成本增加、调试工作繁重等问题。 [0003] 目前利用太阳能这种绿色能源,提高太阳能的利用效率,降低单位电量的成本是 其能否最终取代不可再生能源的最重要因素,在我国西部地区,太阳能资源丰富,但是当地 的气候条件比较恶劣,尤其是多有大风沙尘天气,制约了太阳能发电装置的推广与利用,本 领域迫切希望能够设计出一种能够在恶劣气候下工作的太阳能跟踪器,从而能够充分利用 高倍聚光太阳能发电,提高太阳能的利用效率。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种集合了 T型与趴地型追踪器结构的优点,在大风等恶劣 天气下同样可以进行高精度跟踪的太阳能跟踪器,从而大大提高太阳能利用效率。 [0005] 本发明提供的技术方案如下:
[0006] —种抗风太阳能跟踪器,包括多个用于安装太阳能电池的支架安装面,用于固定 所述支架安装面的转轴,用于支撑所述转轴的立柱,以及用于保证支架安装面始终对准太 阳的控制机构;所述支架安装面两两一组,每组的支架安装面分别设置在所述转轴的两侧; 所述立柱上设有用于驱动转轴围绕转轴轴心转动的转动电机;所述转轴上设有控制机构以 及用于驱动所述多个支架安装面进行方位角调整的调整机构,所述控制机构通过控制所述调整机构及所述转动电机来调整所述支架安装面转动使所述支架安装面始终对着太阳。
[0007] 进一步地,所述调整机构是指所述转轴上固定有一可来回移动的线性推杆,所述
线性推杆与一传动杆连接,所述传动杆通过一连接杆分别与每个支架安装面连接。
[0008] 进一步地,所述线性推杆为一通过驱动电机驱动来回伸縮的电动推杆或其他形式
的直线运动机构,所述转动电机为一低输出转速的旋转电机或其他形式的转动装置。
[0009] 进一步地,所述控制机构根据精确天文算法来实现控制方位角、高度角方向两个
主动电动机(或推杆)来保证跟踪器的支架安装面实时对准太阳或者在所述支架安装面设
置太阳光强传感器,通过所述太阳光强传感器的信号控制所述调整机构及所述转动电机来
保证跟踪器的支架安装面实时对准太阳或者通过所述精确天文算法和所述太阳光强传感
器两种方式,共同控制所述调整机构及所述转动电机调整所述支架安装面转动保证所述支
架安装面始终对着太阳。具体而言,采用精确天文算法的时间追踪模式在太阳光照较弱或
多云的情况下使用,而在光照较强情况下使用采用太阳光强传感器的时间传感追踪模式,
两种模式可以互相补充、交替使用,实现共同控制。
[0010] 本专利的效果在于:
[0011] —直以来,太阳能追日跟踪器装置主要采用"T"型结构,业界虽然已经觉察到这种 结构在抗风性、支架安装面平面度方面存在的缺点,但是一直无法找到改进的办法,而"趴 地"追日跟踪器虽然有良好的抗风性能、支架安装面平面度独立处理效果好,但是其占地面 积大,成本高,因此很难大规模推广。本专利巧妙的将"T"型跟踪器与"趴地"跟踪器优点 集于一身,从而为太阳能追日跟踪器特别是高倍聚光太阳能发电提供了一种抗风、高精度、 成本更优的太阳能追日跟踪器。
[0012] 具体而言,本专利装置中支架安装面两两一组,每组的两个支架安装面呈"一"字 排开结构设置在转轴上,两个支架安装面的重心落在转轴上,这样每个安装在支架安装面 上的聚光太阳能电池组件不在一个平面上而在多个平行平面上,在方位角方向上是独立转 动,而在高度角方向则通过转轴统一转动。本装置对于传统的T型结构跟踪器而言,单个支 架安装面面积更小,从而不但使得支架安装面平整度相对更好,而且使本装置的抗风能力 更强;本装置对于完全趴地型跟踪器而言,采用立柱支撑,从而节约了土地资源。
附图说明
[0013] 图1为"T"型太阳能追日跟踪器的后视示意图;
[0014] 图2为"T"型太阳能追日跟踪器的侧视示意图;
[0015] 图3为本发明装置的正视结构示意图;
[0016] 图4为本发明装置的俯视结构示意图;
[0017] 图5为本发明装置的侧视结构示意图;
[0018] 图6为本发明装置中的一个支架安装面的结构示意图;
[0019] 图7为本发明装置中的控制机构的系统流程图;
[0020] 图8为本发明装置中的控制机构采用精确天文算法的时间追踪流程图;
[0021] 附图标号说明:
[0022] 1-支架安装面 2-追日跟踪支架系统3-立柱 4-垂直调整马达
[0023] 5-水平调整马达6-太阳光强传感器 7-转轴 71-线性推杆[0024] 72-传动杆 73-连接杆 74-转动电机75-驱动电机
具体实施方式
[0025] 下面结合实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0026] 如图3-图5所示,一种抗风太阳能跟踪器,包括多个用于安装太阳能电池的支架 安装面l,用于固定支架安装面1的转轴7,以及用于支撑转轴7的立柱3 ;支架安装面1两 两一组,每组的支架安装面1分别设置在转轴7的两边;立柱3上设有用于驱动转轴7围绕 转轴7轴心转动的转动电机74 ;转轴7上设有用于驱动多个支架安装面1进行方位角调整 的调整机构,如图6所示,调整机构是指转轴7上固定有一可来回移动的线性推杆71,线性 推杆71 —端与一传动杆72连接,线性推杆71另一端与驱动电机75连接,驱动电机75固 定在转轴上,传动杆72分别通过一连接杆73与每个支架安装面1连接。 [0027] 本专利装置通过控制机构的控制来保证跟踪器的支架安装面1实时对准太阳,控 制机构的系统流程图参见附图7,控制机构有两种模式-工作模式与调试模式可供选择,在 工作模式下运行轨迹追踪程序来进行控制,轨迹追踪又分为时间追踪与时间传感追踪,这 两种追踪方式的具体实施方式如下:
[0028] —、控制机构根据精确天文算法(根据不同地点的经纬度,依据地球自转与公转 的变化规律,利用天文算法自动精确计算当地的太阳光线角度)来实现控制方位角、高度 角方向的两个主动电机(即转动电机74、驱动电机75)来保证跟踪器的支架安装面1实时 对准太阳。
[0029] 具体而言,采用天文算法的时间追踪流程图参见附图8,控制机构按照时间段实现
不同的动作,在日落与日出之间,通过运行天文算法来驱动电机调整位置
[0030] 天文算法中根据时间计算太阳高度角方位角程序计算步骤
[0031] 1 :读取系统时间
[0032] 2:计算儒略日数JD
[0033] 3 :计算儒略世纪数
[0034] 4 :太阳几何平黄经
[0035] 5 :太阳平近点角
[0036] 6:太阳中间方程
[0037] 7:太阳的真黄经
[0038] 8 :计算视黄经
[0039] 9 :计算赤讳,赤经,时角
[0040] 10 :计算地平经度,地平讳度
[0041] 11 :获取温度,压强对地平纬度和地平经度进行大气折射修正(暂时用标准大气
压和25度进行修正)
[0042] 12 :更新计算的理论位置。
[0043] 二、支架安装面1上设有太阳光强传感器6,控制机构根据太阳光强传感器6的信 号控制调整机构及转动电机74、线性推杆71调整支架安装面1转动从而保证支架安装面 1始终对着太阳,这就是时间传感跟踪:具体而言,每隔2秒钟,控制机构检测一次传感器信 号值,判断太阳光是否偏离;若偏离,则驱动电机,若没有偏离,则停止电机,等待下一个2秒。
[0044] 所述一和所述二两种追踪方式任选其中一种方式,也可以两种方式同时使用。 [0045] 本专利中对于控制机构的设计及功能要求为: [0046] 1.功能要求
[0047] a :跟踪太阳角度误差在-0. 1〜0. 1度;
[0048] b:每天太阳升起时开始跟踪,傍晚太阳到地平线时开始回转到水平位置,太阳升 起前回到太阳位置(早上和傍晚光照较弱,根据机械设计适当调整) [0049] C :具备极限位置保护;
[0050] d:能够实时输出控制关键参数,如:经纬度、运行模式、方位角、高度角、时间、电
机转动圈数、电机转动方向、太阳角度偏差;数据每1分钟存储一次,掉电后数据不丢失;
[0051] e :具备调试、时间追踪、时间传感追踪三种模式;在调试模式下,可以现场调整时
间(精确到秒)、经纬度、电机转动;时间追踪模式在太阳光照较弱(或多云)的情况下使
用,在光照较强情况下采用时间传感追踪模式。
[0052] 2.电气要求
[0053] a :控制器电压输入12V ;
[0054] b :电机驱动电压12V,电流3A ;
[0055] 3.环境要求
[0056] a :工作温度_55°C〜50°C (工业等级_45°C〜80°C ); [0057] b :能够在沙尘、雨、雷、静电等情况下正常工作。
[0058] 本领域技术人员应该认识到,上述的具体实施方式只是示例性的,是为了更好的 使本领域技术人员能够理解本专利,不能理解为是对本专利保护范围的限制,只要是根据 本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰,均落入本专利保护的范围。
6

Claims (6)

  1. 一种抗风太阳能跟踪器,包括多个用于安装太阳能电池的支架安装面,用于固定所述支架安装面的转轴,以及用于支撑所述转轴的立柱;其特征在于:所述支架安装面两两一组,每组的支架安装面分别设置在所述转轴的两侧;所述立柱上设有用于驱动转轴围绕转轴轴心转动的转动电机;所述转轴上设有控制机构以及用于驱动所述多个支架安装面进行方位角调整的调整机构,所述控制机构通过控制所述调整机构及所述转动电机来调整所述支架安装面转动使所述支架安装面始终对着太阳。
  2. 2. 根据权利要求1所述的抗风太阳能跟踪器,其特征在于:所述调整机构是指所述转 轴上固定有一可以伸縮的线性推杆,所述线性推杆与一传动杆连接,所述传动杆通过一连 接杆分别与每个支架安装面连接。
  3. 3. 根据权利要求2所述的抗风太阳能跟踪器,其特征在于:所述线性推杆为一通过驱 动电机驱动来回伸縮的推杆,所述转动电机为一低输出转速的旋转电机。
  4. 4. 根据权利要求1所述的抗风太阳能跟踪器,其特征在于:所述控制机构根据设置在 所述支架安装面上的太阳能光强传感器的信号控制所述调整机构及所述转动电机来调整 所述支架安装面转动从而使所述支架安装面始终对准太阳。
  5. 5. 根据权利要求1所述的抗风太阳能跟踪器,其特征在于:所述控制机构根据精确天 文算法控制所述调整机构及所述转动电机来调整所述支架安装面转动从而使所述支架安 装面始终对准太阳。
  6. 6. 根据权利要求1所述的抗风太阳能跟踪器,其特征在于:所述控制机构根据设置在 所述支架安装面上的太阳能光强传感器的信号以及精确天文算法共同控制所述调整机构 及所述转动电机来调整所述支架安装面转动从而使所述支架安装面始终对准太阳。
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