CN101847946A - 液压杆传动单点同步支撑跟踪采光太阳能电站 - Google Patents

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Abstract

一种可由电机驱动，可实现太阳光采集自动跟踪的液压杆传动单点同步支撑跟踪采光太阳能电站，它可由液压杆和由电机、直齿轮、齿形带、同轴双齿形带轮、蜗杆和蜗轮等组成的机械传动机构带动多个太阳能电池板完成同步自动跟踪太阳光运动，可用来带动多个太阳能电池板实现太阳光采集的群同步自动跟踪。

Description

液压杆传动单点同步支撑跟踪采光太阳能电站
所属技术领域：
本发明涉及一种太阳光自动跟踪技术，特别是一种可用于多个太阳能电池板或多个其他太阳能接收设备同步自动跟踪太阳光的液压杆传动单点同步支撑跟踪采光太阳能电站，该电站可以带动多个太阳能电池板或多个其他太阳能接收设备同步自动跟踪太阳光，完成太阳能的自动跟踪采集。
背景技术：
太阳能是一种清洁能源，取之不尽、用之不竭，也不会造成环境污染，如今，无论在沿海城市，还是在内陆城市，太阳能产品正越来越多地进入人们的视野，太阳能路灯、太阳能草坪灯、太阳能庭院灯、太阳能楼道灯、公交站台灯、交通信号灯等等，但这些太阳能产品的太阳能接收元件大多以位置固定方式接收太阳光的，因不能全天与太阳光保持垂直，造成太阳能利用率低下。近年来国外在一些太阳能电站的光伏矩阵中实现了太阳光的自动跟踪，在全国各地也有一些小型、中型的太阳能电站投入运行，他们的接收元件有些是以位置固定方式接收太阳光的，有些实现了太阳光的自动跟踪，但这些跟踪装置的水平跟踪转动轴垂直于地平面，竖直跟踪转动轴与地平面平行，水平和竖直两个方向必须实时跟踪才能实现太阳能电池板接收平面与太阳光保持垂直，使得这些跟踪装置结构复杂、体积庞大、造价高、能耗大，难以推广应用。
发明内容：
为了克服现有的跟踪装置机械结构复杂、体积庞大、成本高、能耗大等缺点，本发明针对现有技术存在的不足对现有技术进行了改进，把三维跟踪分解为轨道跟踪和轨道俯角跟踪，并以此为依据提出了一种结构简单可靠、成本低，跟踪能耗小、抗风能力强的太阳能电站。该电站每个太阳能电池板的连接轴的轴线与地球绕太阳运行轨道的轴线平行，太阳能电池板可在控制系统的驱动下绕该连接轴的轴线转动，从而使太阳能电池板平面实时保持与太阳光垂直，实现电站的轨道跟踪。另一组连接轴的轴线与每个太阳能电池板的连接轴的轴线垂直，该电站的所有太阳能电池板可在控制系统的驱动下同时同步的绕该连接轴的轴线转动，可调整每个太阳能电池板的连接轴的轴线与地球绕太阳运行轨道的轴线保持平行，实现电站的轨道俯角跟踪。因地球绕太阳运行一年，该连接轴的轴线相对于地球绕太阳运行轨道的轴线变化很缓慢，所以轨道俯角跟踪的调整可一天或几天进行一次，可大大降低太阳能电站的跟踪能耗。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：N个太阳能电池板被分为多组，每组的太阳能电池板都通过连接轴牢固的串接在一起。各组太阳能电池板的连接轴的轴线相互平行且与地球绕太阳运行轨道的轴线平行，使得太阳光线与各组太阳能电池板的连接轴的轴线垂直。每组的太阳能电池板的重量均匀分布在该组连接轴的轴线两侧，每组的太阳能电池板的上表面相互平行。每组太阳能电池板的连接轴通过轴承及轴承架被安装在同一组相互平行的支撑梁上，使得每组的太阳能电池板可绕该组的连接轴的轴线光滑的转动。支撑梁牢固的固定在两个支撑架上，支撑架通过两个连接轴和两个主支撑杆相连接，两个连接轴的轴线与各组太阳能电池板的连接轴的轴线相互垂直且与地表面平行，支撑架可绕两个连接轴的轴线光滑的转动并通过支撑梁带动各组的太阳能电池板绕两个连接轴的轴线同时同步同向的转动。
各组太阳能电池板的连接轴的上端都牢固的安装了一个同轴双齿形带轮，同轴双齿形带轮与该连接轴同心轴线相互重合且牢固的固定在该连接轴上，同轴双齿形带轮上的两个齿形带轮轴线相互重合且各项尺寸对应相等，各组太阳能电池板的连接轴上的同轴双齿形带轮的各项尺寸对应相等，每一组太阳能电池板连接轴上的同轴双齿形带轮都分别与两根齿形带良好的相齿合，其中一根齿形带和该组一侧相邻的一组太阳能电池板连接轴上的同轴双齿形带轮良好的相齿合，另一根齿形带和该组另一侧相邻的另一组太阳能电池板连接轴上的同轴双齿形带轮良好的相齿合。
在上述相互平行的支撑梁中的一个支撑梁上牢固的固定了一个减速箱体，一条驱动轴通过轴承及轴承架被安装在减速箱体上。在减速箱体内一个蜗轮与一个蜗杆良好的相齿合，一个直齿轮与蜗杆同心轴线相互重合且牢固的固定在蜗杆上，另一直齿轮与一个电机的电机轴同心轴线相互重合且牢固的固定在该电机轴上，两个直齿轮良好的相齿合。蜗轮与上述驱动轴同心轴线相互重合且牢固的固定在该驱动轴上，该驱动轴的一端从减速箱体内伸出并和一个直齿轮相连，该直齿轮与该驱动轴同心轴线相互重合且牢固的固定在该驱动轴上，另一个直齿轮和一组太阳能电池板的连接轴同心轴线相互重合且牢固的固定在该连接轴上，该直齿轮可通过该连接轴带动该组太阳能电池板绕该组连接轴的轴线光滑的转动，并通过该组太阳能电池板连接轴上的同轴双齿形带轮和齿形带带动各组太阳能电池板绕各组连接轴的轴线同时同步同向光滑的转动，上述两个直齿轮良好的相齿合。
当太阳光线与各组太阳能电池板的上表面偏离垂直位子时由控制系统驱动电机转动，电机通过四个直齿轮、蜗杆、蜗轮、同轴双齿形带轮和齿形带带动各组太阳能电池板同时同步同向绕各组太阳能电池板的连接轴的轴线转动，使得各组太阳能电池板同时恢复到与太阳光线垂直位子上。
一个连接架的上端牢固的固定在减速箱体下端，一个由活塞杆和活塞缸体构成的液压杆位于减速箱体下面，连接架的下端通过一个连接轴与一个液压杆的活塞杆的上端光滑的相连接，活塞杆的下端光滑的伸入一个液压杆的活塞缸体内，活塞缸体的下端通过一个连接轴与一个辅支撑杆的上端光滑的相连接，辅支撑杆的下端牢固的固定在地面上。
当各组太阳能电池板的连接轴的轴线与地球绕太阳运行轨道的轴线偏离平行位子时由控制系统驱动，通过对液压杆的上油腔加压注油下油腔放油或对上油腔放油下油腔加压注油带动活塞杆沿活塞缸体的轴线上下运动，并通过活塞杆、连接架和减速箱体带动各组太阳能电池板同时同步同向的绕连接支撑架和主支撑杆的两个连接轴的轴线转动，使得各组太阳能电池板的连接轴的轴线同时恢复到与地球绕太阳运行轨道的轴线平行位子上。
本发明的有益效果是：由蜗杆、蜗轮传动的单向性和不可逆性，可实现良好的抗风性能，跟踪能耗小、成本低，结构简单可靠。
附图说明
下面以十个太阳能电池板为实施例结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明的整体原理图。
图2是本发明的A-A剖视图。
图3是本发明的B-B剖视图。
图4是本发明的C-C剖视图。
图5是本发明的减速箱体的放大剖视图。
图1、图2、图3、图4、图5和图6中1-1-1.太阳能电池板，1-1-2.太阳能电池板，1-2-1.太阳能电池板，1-2-2.太阳能电池板，1-3-1.太阳能电池板，1-3-2.太阳能电池板，1-4-1.太阳能电池板，1-4-2.太阳能电池板，1-5-1.太阳能电池板，1-5-2.太阳能电池板，2-1-1.活塞杆，2-2-1.活塞缸体，2-3-1.上油腔，2-3-2.下油腔，3-1.主支撑杆，3-2.主支撑杆，3-3.辅支撑杆，4-1-1.支撑架，4-1-2.支撑架，4-2-1.支撑梁，4-2-2.支撑梁，4-2-3.支撑梁，5-1-1.连接轴，5-1-2.连接轴，5-2-1.连接轴，5-3-1.连接轴，6-1-1.连接架，7-1.减速箱体，7-2.减速箱体，8-1.齿形带，8-2.齿形带，8-3.齿形带，8-4.齿形带，9-1-1.连接轴，9-1-2.连接轴，9-1-3.连接轴，9-2-1.连接轴，9-2-2.连接轴，9-2-3.连接轴，9-3-1.连接轴，9-3-2.连接轴，9-3-3.连接轴，9-4-1.连接轴，9-4-2.连接轴，9-4-3.连接轴，9-5-1.连接轴，9-5-2.连接轴，9-5-3.连接轴，10-1.同轴双齿形带轮，10-2.同轴双齿形带轮，10-3.同轴双齿形带轮，10-4.同轴双齿形带轮，10-5.同轴双齿形带轮，12-1.电机，13-1.电机轴，14-1.直齿轮，14-2.直齿轮，15-1.蜗杆，16-1.蜗轮，17-1.驱动轴，18.控制电路板，19.直齿轮，20.直齿轮。
具体实施方式
在图1和图2中，太阳能电池板被分成五组，太阳能电池板(1-1-1)和太阳能电池板(1-1-2)为第一组，太阳能电池板(1-2-1)和太阳能电池板(1-2-2)为第二组，太阳能电池板(1-3-1)和太阳能电池板(1-3-2)为第三组，太阳能电池板(1-4-1)和太阳能电池板(1-4-2)为第四组，太阳能电池板(1-5-1)和太阳能电池板(1-5-2)为第五组，每组太阳能电池板的上表面相互平行。连接轴也被分成五组，下连接轴(9-1-1)、中连接轴(9-1-2)和上连接轴(9-1-3)为第一组，下连接轴(9-2-1)、中连接轴(9-2-2)和上连接轴(9-2-3)为第二组，下连接轴(9-3-1)、中连接轴(9-3-2)和上连接轴(9-3-3)为第三组，下连接轴(9-4-1)、中连接轴(9-4-2)和上连接轴(9-4-3)为第四组，下连接轴(9-5-1)、中连接轴(9-5-2)和上连接轴(9-5-3)为第五组。支撑梁(4-2-1)、支撑梁(4-2-2)和支撑梁(4-2-3)被牢固的固定在支撑架(4-1-1)和支撑架(4-1-2)上，三个支撑梁相互平行，支撑架(4-1-1)通过连接轴(5-1-1)与主支撑杆(3-1)的上端相连接，支撑架(4-1-2)通过连接轴(5-1-2)与主支撑杆(3-2)的上端相连接，主支撑杆(3-1)和主支撑杆(3-2)下端牢固的固定在地面上，连接轴(5-1-1)和连接轴(5-1-2)同心轴线相互重合，两个支撑架可带动三个支撑梁绕连接轴(5-1-1)和连接轴(5-1-2)的轴线光滑的转动。让i分别取一、二、三、四、五。第i组太阳能电池板通过第i组连接轴牢固的串接在一起，第i组的三个连接轴同心且三个连接轴的轴线相互重合，第i组太阳能电池板的重量均匀分布在第i组连接轴的轴线两侧，第i组的上连接轴通过轴承及轴承架被安装在支撑梁(4-2-3)上，第i组的中连接轴通过轴承及轴承架被安装在支撑梁(4-2-2)上，第i组的下连接轴通过轴承及轴承架被安装在支撑梁(4-2-1)上，第i组太阳能电池板可绕第i组连接轴的轴线光滑的转动。各组连接轴的轴线相互平行且与地球绕太阳运行轨道的轴线平行。
在图1、图2、图3、图4和图5中，减速箱体(7-2)牢固的固定在支撑梁(4-2-3)上，控制电路板(18)被安装在减速箱体(7-2)内，驱动轴(17-1)通过轴承及轴承架安装在减速箱体(7-2)上。电机(12-1)良好的固定在减速箱体(7-2)上，直齿轮(14-1)与电机(12-1)的电机轴(13-1)同心轴线相互重合且牢固的固定在电机轴(13-1)上，直齿轮(14-2)与蜗杆(15-1)同心轴线相互重合且牢固的固定在蜗杆(15-1)上，蜗杆(15-1)通过轴承及轴承架安装在减速箱体(7-2)上，直齿轮(14-1)和直齿轮(14-2)良好的相齿合，蜗杆(15-1)与蜗轮(16-1)良好的相齿合，蜗轮(16-1)与驱动轴(17-1)同心轴线相互重合且牢固的固定在驱动轴(17-1)上，驱动轴(17-1)的一端从减速箱体(7-2)内伸出并和直齿轮(19)相连接，直齿轮(19)与驱动轴(17-1)同心轴线相互重合且牢固的固定在驱动轴(17-1)上。同轴双齿形带轮(10-1)牢固的固定在连接轴(9-1-3)的上端，同轴双齿形带轮(10-2)牢固的固定在连接轴(9-2-3)的上端，同轴双齿形带轮(10-3)牢固的固定在连接轴(9-3-3)的上端，直齿轮(20)与连接轴(9-3-3)同心轴线相互重合且牢固的固定在连接轴(9-3-3)上，直齿轮(19)与直齿轮(20)良好的相齿合，同轴双齿形带轮(10-4)牢固的固定在连接轴(9-4-3)的上端，同轴双齿形带轮(10-5)牢固的固定在连接轴(9-5-3)的上端。齿形带(8-1)与同轴双齿形带轮(10-1)和同轴双齿形带轮(10-2)良好的相齿合，齿形带(8-2)与同轴双齿形带轮(10-2)和同轴双齿形带轮(10-3)良好的相齿合，齿形带(8-3)与同轴双齿形带轮(10-3)和同轴双齿形带轮(10-4)良好的相齿合，齿形带(8-4)与同轴双齿形带轮(10-4)和同轴双齿形带轮(10-5)良好的相齿合，五个同轴双齿形带轮完全相同。
当电机(12-1)转动时，通过电机轴(13-1)、直齿轮(14-1)、直齿轮(14-2)、蜗杆(15-1)、蜗轮(16-1)、驱动轴(17-1)和直齿轮(19)带动直齿轮(20)转动，直齿轮(20)通过同轴双齿形带轮(10-1)、同轴双齿形带轮(10-2)、同轴双齿形带轮(10-3)、同轴双齿形带轮(10-4)、同轴双齿形带轮(10-5)齿形带(8-1)、齿形带(8-4)、齿形带(8-4)和齿形带(8-4)带动各组太阳能电池板绕其连接轴的轴线同时、同步、同向跟随太阳光转动，实现电站的轨道跟踪。
连接架(6-1-1)的上端牢固的固定在减速箱体(7-2)的下端，由活塞杆(2-1-1)和活塞缸体(2-2-1)构成的液压杆位于减速箱体(7-2)下面，连接架(6-1-1)的下端通过连接轴(5-2-1)与活塞杆(2-1-1)的上端光滑的相连接，活塞杆(2-1-1)的下端光滑的伸入活塞缸体(2-2-1)内，活塞缸体(2-2-1)的下端通过连接轴(5-3-1)与辅支撑杆(3-3)的上端光滑的相连接，辅支撑杆(3-3)的下端牢固的固定在地面上。
当各组太阳能电池板的连接轴的轴线与地球绕太阳运行轨道的轴线偏离平行位子时，通过对液压杆的上油腔(2-3-1)加压注油下油腔(2-3-2)放油或对上油腔(2-3-1)放油下油腔(2-3-2)加压注油带动活塞杆(2-1-1)沿活塞缸体(2-2-1)的轴线上下运动，并通过活塞杆(2-1-1)、连接架(6-1-1)和减速箱体(7-2)带动各组太阳能电池板同时同步同向的绕连接轴(5-1-1)和连接轴(5-1-2)的轴线光滑的转动，使得各组太阳能电池板的连接轴的轴线同时恢复到与地球绕太阳运行轨道的轴线平行位子上，可调整各组太阳能连接轴的轴线与地球绕太阳运行轨道的轴线保持平行，实现电站的轨道俯角跟踪。
控制系统电路板(18)被安装在减速箱体(7-2)内，控制系统电路板(18)可实时监测太阳的位子和太阳运行轨道的俯角变化，完成电站的轨道跟踪和轨道俯角跟踪。

Claims (6)

1.一个由齿形带、同轴双齿形、直齿轮、蜗轮、蜗杆、电机、驱动轴、连接轴、连接轴、连接架、支撑架、支撑梁、主支撑杆、辅支撑杆、活塞缸体和活塞杆构成的液压杆、N个太阳能电池板和减速箱体等构成的液压杆传动单点同步支撑跟踪采光太阳能电站，N个太阳能电池板被分为多组，其特征是：每组的太阳能电池板都通过一组连接轴牢固的串接在一起并且每组内连接轴的轴线相互重合且各组太阳能电池板的连接轴的轴线相互平行，各组太阳能电池板的连接轴上都牢固的安装了一个同轴双齿形带轮，各组太阳能电池板的连接轴上的同轴双齿形带轮与该组太阳能电池板的连接轴同心轴线相互重合且牢固的固定在该组连接轴上，相邻两组太阳能电池板的连接轴上的同轴双齿形带轮分别通过一根齿形带相连接，齿形带与同轴双齿形带轮良好的相齿合，每组太阳能电池板的各个连接轴都通过轴承和轴承架被安装在同一组相互平行的支撑梁上，该组支撑梁牢固的固定在一组支撑架上，该组支撑架分别通过一组连接轴和一组主支撑杆相连接并且该组连接轴的轴线相互重合且与各组太阳能电池板连接轴的轴线相互垂直，在上述一个支撑梁上牢固的安装了一个减速箱体，在减速箱体内安装了由一个电机、一条驱动轴、一组直齿轮、一个蜗杆、一个蜗轮构成的减速驱动系统，驱动轴的一端从减速箱体内伸出并和一个直齿轮相连，该直齿轮与该驱动轴同心轴线相互重合且牢固的固定在该驱动轴上，另一个直齿轮和上述太阳能电池板其中一组的连接轴同心轴线相互重合且牢固的固定在该连接轴上，上述两个直齿轮良好的相齿合，一个连接架的上端牢固的固定在减速箱体下面，连接架的下端通过一个连接轴与一个液压杆的活塞杆的上端光滑的相连接，活塞杆的下端光滑的伸入一个液压杆的活塞缸体内，活塞缸体的下端通过一个连接轴与一个辅支撑杆的上端光滑的相连接，辅支撑杆的下端牢固的固定在地面上。
2.根据权利要求1所述的液压杆传动单点同步支撑跟踪采光太阳能电站，其特征是：上述各同轴双齿形带轮上的两个齿形带轮的轴线相互重合且各项尺寸对应相等。
3.根据权利要求1所述的液压杆传动单点同步支撑跟踪采光太阳能电站，其特征是：每组的太阳能电池板的上表面相互平行且重量均匀分布在该组连接轴的轴线两侧。
4.根据权利要求1所述的液压杆传动单点同步支撑跟踪采光太阳能电站，其特征是：各组太阳能电池板的连接轴上的同轴双齿形带轮的各项尺寸对应相等。
5.根据权利要求1所述的液压杆传动单点同步支撑跟踪采光太阳能电站，其特征是：在减速箱体内一个直齿轮与电机的电机轴同心轴线相互重合且牢固的固定在该电机的电机轴上，另一个直齿轮与蜗杆同心轴线相互重合且牢固的固定在该蜗杆上，上述两个直齿轮良好的相齿合，上述蜗轮和蜗杆良好的相齿合，上述蜗轮与驱动轴同心轴线相互重合且牢固的固定在该驱动轴上。
6.根据权利要求1所述的液压杆传动单点同步支撑跟踪采光太阳能电站，其特征是：上述液压杆可通过连接架、减速箱体、支撑架、支撑梁带动各组太阳能电池板同时同步同向的绕连接支撑架和主支撑杆的连接轴的轴线转动。
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