CN101882895A - 塔式光伏跟踪发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塔式光伏跟踪发电系统，包括竖直导轨、纬度追踪导轨、驱动装置、电池板旋转轴及固定安装在其上的太阳能电池板，电池板旋转轴的上端滑动式安装在竖直导轨上，电池板旋转轴的下端滑动式安装在纬度追踪导轨上；驱动装置驱动电池板旋转轴的下端在纬度追踪导轨上运动，来调整太阳能电池板在纬度方向上的追踪；同时驱动装置驱动电池板旋转轴绕其轴线转动，来调整太阳能电池板在经度方向上的追踪，以保持太阳能电池板与太阳光线的垂直。本发明可同时在经度和纬度上进行调整，使太阳能电池板能自动跟随太阳旋转，使其与太阳光线时刻保持垂直，提高了光伏发电装置的发电能力，并通过设置塔架的主体结构，提高了本系统的整体结构强度。

Description

塔式光伏跟踪发电系统

技术领域

本发明涉及一种塔式光伏跟踪发电系统。

背景技术

光伏发电装置利用太阳能电池板接受太阳光照射，将光能转换为电能。太阳能电池板的发电能力与其接收的光强成正比，并且入射阳光垂直于太阳能电池板时的发电能力最强，现有设备中，有很多跟踪太阳的光伏发电系统，如采用电子定时的控制装置、齿轮机构等，这些装置存在结构复杂、跟踪精度低、故障率高、成本高等缺点。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种结构稳定、接收光强高的塔式光伏跟踪发电系统。

为实现上述目的，本发明塔式光伏跟踪发电系统，包括竖直导轨、纬度追踪导轨、驱动装置、电池板旋转轴及固定安装在其上的太阳能电池板，电池板旋转轴的上端以滑动式安装在竖直导轨上，电池板旋转轴的下端以滑动式安装在纬度追踪导轨上；驱动装置驱动电池板旋转轴的两端在导轨上运动，来调整太阳能电池板在纬度方向上的追踪；同时驱动装置驱动电池板旋转轴绕其轴线转动，来调整太阳能电池板在经度方向上的追踪，以保持太阳能电池板与太阳光线的垂直。

进一步，所述电池板旋转轴上固定设置有电池板固定支架，所述太阳能电池板固定安装在电池板固定支架上。

进一步，所述竖直导轨固定安装在塔架上，所述纬度追踪导轨的一端固定安装在塔架上，另一端固定安装在地面水泥基座上，所述纬度追踪导轨倾斜设置，其与水平面的夹角为30度。

进一步，所述竖直导轨上套装有用于沿导轨滑动的垂直滑板架、所述纬度追踪导轨上套装有用于沿导轨滑动的倾斜滑板架，垂直滑板架通过第一U型支架与所述电池板旋转轴的上端相连接，倾斜滑板架通过第二U型支架与所述电池板旋转轴的下端相连接。

进一步，沿所述电池板旋转轴两端向外延伸的轴线方向上，所述第一U型支架和第二U型支架均包括推力轴承和调心轴承。

进一步，所述驱动装置包括钢丝收紧器和蜗轮旋转器，其中，钢丝收紧器固定安装在所述塔架上，所述纬度追踪导轨的上端处设置有定滑轮，钢丝收紧器与所述倾斜滑板架之间设置有钢丝绳，钢丝绳一端与塔架连接，另一端绕在倾斜滑板架上的定滑轮的轮槽内，经由定滑轮后与钢丝收紧器连接，钢丝收紧器收放钢丝绳时即拖动所述倾斜滑板架沿导轨运动，蜗轮旋转器设置在所述电池板旋转轴下端以驱动其转动。

进一步，所述塔架的顶部设置有配重滑轮，所述垂直滑板架上固定连接有配重钢丝绳，该配重钢丝绳另一端经由配重滑轮后与配重块固定连接。

进一步，所述电池板固定支架的上端设置有光电传感器，该光电传感器包括光电探测头、电子控制线路及控制箱，光电探测头实时测量光线的经度值和纬度值，并将测量值经由电子控制线路转换为两路控制信号，一路控制信号控制钢丝收紧器工作，另一路控制蜗轮旋转器工作，通过实时调整所述太阳能电池板的经度和纬度，来保持太阳能电池板与太阳光线的垂直。

进一步，所述塔架和纬度追踪导轨均由若干部分组合而成，所述纬度追踪导轨的中部间隔设置有若干个固定支架，该固定支架的下端固定安装在地面水泥基座上。

进一步，所述发电系统还包括总控制器，该总控制器包括用于显示系统工作状态的显示器和用于手动控制系统工作的手动控制器。

本发明可同时在经度和纬度上进行调整，使太阳能电池板能自动跟随太阳旋转，使其与太阳光线时刻保持垂直，最大限度的提高了光伏发电装置的发电能力，并通过设置塔架的主体结构，提高了本系统的整体结构强度。

附图说明

图1为本发明主视图；

图2为本发明俯视图；

图3为本发明右视图；

图4为图1中A部放大图；

图5为图1中B部放大图；

图6为图2中C部放大图。

具体实施方式

如图1至图6所示，本发明塔式光伏跟踪发电系统，包括竖直导轨17、纬度追踪导轨2、驱动装置、电池板旋转轴3，电池板旋转轴3上固定设置有电池板固定支架11，太阳能电池板15固定安装在电池板固定支架11上。竖直导轨17固定安装在塔架1上，纬度追踪导轨2的一端固定安装在塔架1上，另一端固定安装在地面水泥基座18上，纬度追踪导轨2倾斜设置，其与水平面的夹角为30度。

竖直导轨17上套装有用于沿导轨滑动的垂直滑板架4、纬度追踪导轨2上套装有用于沿导轨滑动的倾斜滑板架5，垂直滑板架4通过第一U型支架7与电池板旋转轴3的上端相连接，倾斜滑板架5通过第二U型支架19与电池板旋转轴3的下端相连接。

驱动装置包括钢丝收紧器9和蜗轮旋转器8，其中，钢丝收紧器9固定安装在塔架1上，纬度追踪导轨2的上端处设置有定滑轮12，钢丝收紧器9与倾斜滑板架5之间设置有钢丝绳13，钢丝绳13的一端固定在塔架1上，另一端经由定滑轮12后绕在倾斜滑板架5上的动滑轮51的轮槽内，再与钢丝收紧器9的转绕轮相连接，当钢丝收紧器9收放钢丝绳时，即拖动倾斜滑板架5沿导轨运动，并使垂直滑板架4在竖直导轨17上从动运动，来调整太阳能电池板15在纬度方向上的追踪；蜗轮旋转器8设置在电池板旋转轴3下端以驱动其转动，来调整太阳能电池板15在经度方向上的追踪。

电池板固定支架11的上端设置有光电传感器16，光电传感器16包括光电探测头、电子控制线路及控制箱，光电探测头实时测量照射在探测头上的太阳光线与探测头在经度与纬度方向上的偏差角，并将测量偏差角的值经由电子控制线路转换为两路控制信号，一路控制信号控制钢丝收紧器9工作，另一路控制涡轮旋转器8工作，通过实时调整太阳能电池板15的经度和纬度，来保持太阳能电池板15与太阳光线的垂直。本发明发电系统中还设置有风速风向传感器，其用于测量工作环境中的实时风速、风向，以确保系统工作的安全。

塔架1的顶部设置有配重滑轮20，垂直滑板架4上固定连接有配重钢丝绳21，配重钢丝绳21另一端经由配重滑轮20后与配重块14固定连接。塔架1和纬度追踪导轨2均由若干部分组合而成，纬度追踪导轨2的中部间隔设置有若干个固定支架6，固定支架6的下端固定安装在地面水泥基座18上。

本发明中各部件的功能：

塔架1：其为发电系统的主受力结构之一，为电池板旋转轴3在垂直方向上的支撑结构。上面安装有配重滑轮20、竖直导轨17、垂直滑板架4、钢丝收紧器9等部件，竖直导轨17为垂直滑板架4提供垂直升降运动，带动电池板旋转轴3一起做上下运动，完成对太阳能电池板15俯仰角度的调整，完成太阳能电池板15在纬度方向上的追踪功能。塔架分为三层结构，可以拆装组合，根据要求组成不同的高度。各部分的外形尺寸较小，有利于汽车长途运输，用螺丝紧固连接，现场安装非常方便。

纬度追踪导轨2：为发电系统的主受力结构之一，为电池板旋转轴3在水平方向上的支撑结构，其上安装有倾斜滑板架5。钢丝收紧器9将钢丝绳缓慢收放，通过倾斜滑板架5下面安装的动滑轮51，带动倾斜滑板架5在纬度追踪导轨2上移动，同时带动电池板旋转轴3一起运动，完成对太阳能电池板15俯仰角度的调整，完成电池板在纬度方向上的追踪功能。本实施例中，纬度追踪导轨2分为三个部分，可以拆装组合，根据要求可以组成不同的长度。各部分的外形尺寸较小，有利于汽车长途运输，用螺丝紧固连接，现场安装非常方便。

电池板旋转轴3：其为太阳能电池板15的主安装结构，其上连接设置有第一U型支架7、第二U型支架19、蜗轮旋转器8、工字梁10、电池板固定支架11、太阳能电池板15、光电传感器16等部件。电池板旋转轴3的上旋转轴头71与第一U型支架7之间设置有调心轴承78和推力轴承77，调心轴承77通过轴承密封盖72和轴承密封垫75、轴承固定座73来固定安装，推力轴承77由推力轴承固定座74和密封垫76来固定安装。电池板旋转轴3的下旋转轴头710与第二U型支架19之间设置有调心轴承711和推力轴承714，调心轴承711通过轴承密封盖712和轴承密封垫79、轴承固定座713来固定安装。光电传感器16发出光电跟踪信号，经由控制电路向蜗轮旋转器8的电机发出驱动电流，带动蜗轮旋转，完成电池板在经度方向上的追踪功能。同时钢丝收紧器9的电机亦接受光电传感器16发出的光电信号，拖动倾斜滑板架5在纬度追踪导轨2上滑动，完成电池板在纬度方向上的追踪功能。

垂直滑板架4：安装在塔架的竖直导轨17上，其上安装有滑板轴41、滑板轮42、轴承密封盖43、调心轴承44等部件组成。通过销轴45的连接，受U型支架的驱动做上下移动，协助电池板旋转轴3完成电池板在纬度方向上的追踪功能。

倾斜滑板架5：其安装在纬度追踪导轨2上，其主体结构与垂直滑板架4相同，包括滑板轴41、滑板轮42、轴承密封盖43、调心轴承44，其上还设置有与钢丝绳13相连接的动滑轮51，并通过销轴45与电池板旋转轴3相连接，受钢丝收紧器9、钢丝绳13和动滑轮51的共同驱动来移动，协助电池板旋转轴3完成电池板在纬度方向上的追踪功能。

斜导轨支架6：为纬度追踪导轨2提供固定支撑的作用。斜导轨支架6本身固定在地面水泥基座18上。

U型支架：包括第一U型支架7、第二U型支架19，两者结构相同，为将垂直滑板架4、倾斜滑板架5与电池板旋转轴3相连接的部件。通过带动电池板旋转轴3运动来完成纬度方向上的调整。

蜗轮旋转器8：接受光电传感器16发出光电跟踪信号，经由控制电路向蜗轮旋转器8的电机发出驱动电流，带动蜗轮旋转器8左右旋转，完成电池板在经度方向上的追踪功能。

钢丝收紧器9：接受光电传感器16发出光电跟踪信号，经由控制电路向钢丝收紧器9的电机发出驱动电流，带动倾斜滑板架5在纬度追踪导轨2上左右移动，控制电池板旋转轴3的运动，完成太阳能电池板15在纬度方向上的追踪功能。

工字梁10：为电池板固定支架11提供固定安装的承重部件。

电池板固定支架11：安装太阳能电池板15的承重部件。

钢丝绳13、配重钢丝绳21：配重钢丝绳21用于安装在垂直滑板架4上的钢丝绳下悬配重块14，用以平衡电池板旋转轴3的重量，减少电机拖动功率。钢丝绳13一端安装固定在塔架1上，另一端绕在倾斜滑板架5上的动滑轮51的轮槽内通过定滑轮12与钢丝收紧器9的转绕轮连接，用以拖动倾斜滑板架5完成太阳能电池板15的纬度跟踪。

配重块14：安装在垂直滑板架4的钢丝绳13上，用以平衡电池板旋转轴3的重量，减少电机拖动功率。

太阳能电池板15：为光伏发电系统提供电力。

光电传感器16：由光电探测头、电子控制线路及控制箱组成。光电探测头感应光线照射角度的变化，并输出相应的感应信号给控制电路，控制电路接收感应信号并加以处理，输出电流拖动电机对太阳能电池板15的经纬度进行跟踪控制。

本发明发电系统还包括总控制器，该总控制器包括用于显示系统工作状态、环境状态的显示器和用于手动控制系统工作的手动控制器。

本发明塔式光伏跟踪发电系统能有效的利用太阳的能量，发出比普通太阳能电池板高1.35倍的电量.从而节省了大量昂贵的电池板的使用数量，达到了节约降耗的目的。虽然市场上已经拥有很多各种类型的太阳能跟踪发电系统，但是本跟踪系统它与其它光伏跟踪式发电系统相比，有较大的区别和特点：

1.本跟踪器的纬度跟踪，可以是自动的，也可以是手动的。

2.安装有风速风向传感器和光照强度传感器。并在控制室的显示屏上加以显示。风速风向传感器和光照强度传感器将根据现场的情况，安装在最有利于测量的位置。

3.本跟踪器在没有阳光照射时，可以利用最大功率追踪，利用散射光和环境光发电。

4.塔式结构设计，抗风强度高，在同等发电功率的情况下，可以最大限度的向空中发展，节省土地的占用面积。

5.采用倾斜支撑轴设计，上下有两个支撑点，结构稳定，抗风强度高，下导轨采用倾斜结构设计，改善了机械传动的性能，使之符合力学性能的特点。节省拖动电机的功率。

6.设计安装有配重机构，平衡电池板的重量，亦降低了拖动电机的功率。

7.结构采用分体式组合设计，便于运输和安装。

当太阳光照射到电池板和光电传感器16上时，光电传感器接受光线的照射，感应光线经纬度的照射角度，并向控制电路输出感应信号。控制电路接受感应信号并加以处理后，输出两路控制电流：

一路输出到钢丝收紧器9的电机上，拖动电机旋转，带动倾斜滑板架5移动，完成太阳能电池板15在纬度方向上的跟踪操作，并保持与太阳光线的垂直。获得最大光照，增加发电的功率。同时在控制室的显示屏上显示纬度的角度值。纬度跟踪即可以自动进行，也可以每隔一定的时间或一定的天数手动进行操作。

另一路输出到电池板旋转轴3上的蜗轮旋转器8的电机上，拖动电机旋转，带动电池板旋转轴3左右旋转，完成太阳能电池板15在经度方向上的跟踪操作，并保持与太阳光线的垂直。获得最大光照，增加发电的功率。同时在控制室的显示屏上显示经度的角度值。

当没有太阳光线时，将根据电池板的最大功率点追踪，利用散射光和环境光发电。并且自动判断发电的效率是否达到要求的最低值。如果低于最低值，将停止发电，此功能由逆变器自动完成。

当天空光线特别微弱，光电感应器不能正常工作且又低于发电效率最低值时。跟踪系统将自动切换到时间控制状态，每隔一定的时间自动旋转一定的角度，使电池板受光面基本垂直于太阳方向，当太阳光出现时，为光电感应器提供面向太阳的可感应位置。

当太阳落山，夜幕降临时，跟踪器将根据事先设定的程序，在特定的时间自动返回到第二日开始跟踪的出始位置。

本跟踪器可以在经度方向180度的范围内对太阳光线进行跟踪运行。

本跟踪器适合于南北纬度为30-70度的地区使用(南北纬60度以上时，太阳光的投影将无限长，不适合安装太阳能发电站)。

Claims (10)

1.塔式光伏跟踪发电系统，其特征在于，该系统包括竖直导轨、纬度追踪导轨、驱动装置、电池板旋转轴及固定安装在其上的太阳能电池板，电池板旋转轴的上端滑动式安装在竖直导轨上，电池板旋转轴的下端滑动式安装在纬度追踪导轨上；驱动装置驱动电池板旋转轴的两端在导轨上运动，来调整太阳能电池板在纬度方向上的追踪；同时驱动装置驱动电池板旋转轴绕其轴线转动，来调整太阳能电池板在经度方向上的追踪，以保持太阳能电池板与太阳光线的垂直。

2.如权利要求1所述的塔式光伏跟踪发电系统，其特征在于，所述电池板旋转轴上固定设置有电池板固定支架，所述太阳能电池板固定安装在电池板固定支架上。

3.如权利要求2所述的塔式光伏跟踪发电系统，其特征在于，所述竖直导轨固定安装在塔架上，所述纬度追踪导轨的一端固定安装在塔架上，另一端固定安装在地面水泥基座上，所述纬度追踪导轨倾斜设置，其与水平面的夹角为30度。

4.如权利要求3所述的塔式光伏跟踪发电系统，其特征在于，所述竖直导轨上套装有用于沿导轨滑动的垂直滑板架、所述纬度追踪导轨上套装有用于沿导轨滑动的倾斜滑板架，垂直滑板架通过第一U型支架与所述电池板旋转轴的上端相连接，倾斜滑板架通过第二U型支架与所述电池板旋转轴的下端相连接。

5.如权利要求4所述的塔式光伏跟踪发电系统，其特征在于，沿所述电池板旋转轴两端向外延伸的轴线方向上，所述第一U型支架和第二U型支架均包括推力轴承和调心轴承。

6.如权利要求5所述的塔式光伏跟踪发电系统，其特征在于，所述驱动装置包括钢丝收紧器和涡轮旋转器，其中，钢丝收紧器固定安装在所述塔架上，所述纬度追踪导轨的上端处设置有定滑轮，钢丝收紧器与所述倾斜滑板架之间设置有钢丝绳，该钢丝绳经由动滑轮后拖动所述倾斜滑板架沿导轨运动，蜗轮旋转器设置在所述电池板旋转轴下端以驱动其转动。

7.如权利要求6所述的塔式光伏跟踪发电系统，其特征在于，所述塔架的顶部设置有配重滑轮，所述垂直滑板架上固定连接有配重钢丝绳，该配重钢丝绳另一端经由配重滑轮后与配重块固定连接。

8.如权利要求7所述的塔式光伏跟踪发电系统，其特征在于，所述电池板固定支架的上端设置有光电传感器，该光电传感器包括光电探测头、电子控制线路及控制箱，光电探测头实时测量太阳光线照射在探测头上，在经纬度方向的偏差角度的变化值，并将测量值经由电子控制线路转换为两路控制信号，一路控制信号控制钢丝收紧器工作，另一路控制蜗轮旋转器工作，通过实时调整所述太阳能电池板在经度和纬度的跟踪方向，来保持太阳能电池板与太阳光线的垂直；所述系统中还设置有用于测量工作环境中风速、风向的风速风向传感器。

9.如权利要求8所述的塔式光伏跟踪发电系统，其特征在于，所述塔架和纬度追踪导轨均由若干部分组合而成，所述纬度追踪导轨的中部间隔设置有若干个固定支架，该固定支架的下端固定安装在地面水泥基座上。

10.如权利要求9所述的塔式光伏跟踪发电系统，其特征在于，所述发电系统还包括总控制器，该总控制器包括用于显示系统工作状态的显示器和用于手动控制系统工作的手动控制器。

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