CN102055378A - 太阳光跟踪装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳光跟踪装置,包括内空的支撑箱体、位于支撑箱体上方的太阳能光伏板、对太阳能光伏板的俯仰角度进行控制调整的俯仰调整机构和对太阳能光伏板的方位角进行控制调整的水平调整机构,所述俯仰调整机构安装在支撑箱体上且其与水平调整机构间通过传动件进行连接,太阳能光伏板安装在所述俯仰调整机构上。本发明结构简单、设计合理、使用操作简便且工作成本低、性能可靠、操作精度高,能有效解决现有太阳光跟踪装置所存在的精度低、成本高、耗电量大、发电量较小等缺陷和不足。
Description
技术领域
本发明属于太阳光自动跟踪技术领域,尤其是涉及一种太阳光跟踪装置。
背景技术
传统的太阳光跟踪系统大多都采用光感应系统,并且传统太阳光跟踪系统一般采用单支柱式结构,也有部分采用园盘式结构的。实际使用过程中,光感应系统不仅精度低;而且由于光感应系统在有云彩时会不停地寻找光源,因而造成用电量大的后果;同时云彩离开时,传统太阳光跟踪系统还需一定时间去调准跟踪,因而在影响发电量的同时,也增加了许多耗电量。综上,传统太阳光跟踪系统存在精度低、成本高、耗电量大、发电量较小等缺陷和不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种太阳光跟踪装置,其结构简单、设计合理、使用操作简便且工作成本低、性能可靠、操作精度高,能有效解决现有太阳光跟踪装置所存在的精度低、成本高、耗电量大、发电量较小等缺陷和不足。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种太阳光跟踪装置,其特征在于:包括内空的支撑箱体、位于支撑箱体上方的太阳能光伏板、对太阳能光伏板的俯仰角度进行控制调整的俯仰调整机构和对太阳能光伏板的方位角进行控制调整的水平调整机构,所述俯仰调整机构安装在支撑箱体上且其与水平调整机构间通过传动件进行连接,太阳能光伏板安装在所述俯仰调整机构上。
所述俯仰调整机构包括活动安装在支撑箱体上部的光伏板支架、安装在光伏板支架上的俯仰轴、固定安装在俯仰轴、与俯仰轴相接且驱动俯仰轴转动的驱动电机一和与驱动电机一相接且对驱动电机一进行控制的控制器一。
所述水平调整机构包括与光伏板支架固定连接的水平轴、与水平轴相接且驱动水平轴转动的驱动电机二和与驱动电机二相接且对驱动电机二进行控制的控制器二。
所述水平轴和驱动电机二间通过传动结构相接,且所述传动机构为蜗轮蜗杆传动机构。
所述俯仰调整机构还包括对光伏板支架的俯仰角度进行检测的俯仰角测量仪,所述俯仰角测量仪与控制器一相接。
所述水平调整机构还包括对光伏板支架的方位角进行检测的方位角测量仪,所述方位角测量仪与控制器二相接。
所述光伏板支架与支撑箱体间以及俯仰轴与光伏板支架间均通过轴承进行连接。
所述光伏板支架底部沿圆周方向设置有多个支撑柱,支撑箱体上部对应设置有一个与所述多个支撑柱相配合使用的圆环凹槽,且所述圆环凹槽内放有多个用于减小摩擦阻力的滚珠。
所述太阳能光伏板的形状为矩形、圆形或椭圆形。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、结构简单、设计合理、拆装方便、成本低且使用操作简便。
2、本发明工作过程中,不需要装置持续变换角度,只需按照程序设定,相隔适当时间旋转一次到达预定位置即可。并且相邻两次旋转的时间可以根据具体情况决定,这样既保证了装置的精度,又降低了耗电量。
3、本发明提出了计算并记录地表太阳朝向绝对坐标及双轴联动的改进方案,其跟踪过程不受天气因素的影响,因而更进步提高了装置的跟踪精度和工作性能可靠性,且适用范围宽。
综上所述,本发明结构简单、设计合理、使用操作简便且工作成本低、性能可靠、操作精度高,能有效解决现有太阳光跟踪装置所存在的精度低、成本高、耗电量大、发电量较小等缺陷和不足。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明俯仰调整机构的原理框图。
图3为本发明水平调整机构的原理框图。
图4为本发明支撑箱体上部的结构示意图。
图5为本发明光伏板支架的结构示意图。
附图标记说明:
1-支撑箱体; 1-1-圆环凹槽; 2-太阳能光伏板;
3-俯仰调整机构; 3-1-光伏板支架; 3-2-俯仰轴;
3-3-驱动电机一; 3-4-控制器一; 3-5-俯仰角测量仪;
4-水平调整机构; 4-1-水平轴; 4-2-驱动电机二;
4-3-控制器二; 4-4-方位角测量仪; 5-滚珠;
6-支撑柱; 7-蜗轮; 8-蜗杆;
9-蜗轮蜗杆传动机构。
具体实施方式
如图1、图2及图3所示,本发明包括内空的支撑箱体1、位于支撑箱体1上方的太阳能光伏板2、对太阳能光伏板2的俯仰角度进行控制调整的俯仰调整机构3和对太阳能光伏板2的方位角进行控制调整的水平调整机构4,所述俯仰调整机构3安装在支撑箱体1上且其与水平调整机构4间通过传动件进行连接,太阳能光伏板2安装在所述俯仰调整机构3上。所述太阳能光伏板2的形状为矩形、圆形或椭圆形。
所述俯仰调整机构3包括活动安装在支撑箱体1上部的光伏板支架3-1、安装在光伏板支架3-1上的俯仰轴3-2、固定安装在俯仰轴3-2、与俯仰轴3-2相接且驱动俯仰轴3-2转动的驱动电机一3-3和与驱动电机一3-3相接且对驱动电机一3-3进行控制的控制器一3-4。
所述水平调整机构4包括与光伏板支架3-1固定连接的水平轴4-1、与水平轴4-1相接且驱动水平轴4-1转动的驱动电机二4-2和与驱动电机二4-2相接且对驱动电机二4-2进行控制的控制器二4-3。本实施例中,所述水平调整机构4安装在支撑箱体1内部;水平轴4-1和驱动电机二4-2间通过传动结构相接,且所述传动机构为蜗轮蜗杆传动机构9。所述蜗轮蜗杆传动机构9由安装在支撑箱体1内侧底部的蜗杆8和与蜗杆8相配合使用的蜗轮7组成。同时,所述水平调整机构4还包括对光伏板支架3-1的方位角进行检测的方位角测量仪4-4,所述方位角测量仪4-4与控制器二4-3相接。
所述俯仰调整机构3还包括对光伏板支架3-1的俯仰角度进行检测的俯仰角测量仪3-5,所述俯仰角测量仪3-5与控制器一3-4相接。结合图4、图5,本实施例中,所述光伏板支架3-1底部沿圆周方向设置有多个支撑柱6,支撑箱体1上部对应设置有一个与所述多个支撑柱6相配合使用的圆环凹槽1-1,且所述圆环凹槽1-1内放有多个用于减小摩擦阻力的滚珠5。实际使用过程中,光伏板支架3-1底部所设置的支撑柱6与支撑箱体1上部所开设的圆环凹槽1-1相配合配合,支撑柱6可以在圆环凹槽1-1内灵活移动,从而实现对光伏板支架3-1的支撑和旋转。所述支撑柱6的数量为四个。实际加工制作时,所述光伏板支架3-1与支撑箱体1间以及俯仰轴3-2与光伏板支架3-1间也可以均通过轴承进行连接。
本发明的工作原理是:首先,地理纬度,实际上相当于地球(假设为一标准圆球体)上某一点同地心(球心)间的连线与赤道之间的夹角;太阳高度角,实际上相当于太阳光线(假设太阳光线为平行光)与过当地的圆面切线(即当地地平线)间的夹角。太阳直射光线是垂直于地球表面的,因而太阳直射光线必然垂直地平线,并且太阳直射光线的延长线必过地心。当某地的太阳光直射时,此时该地的太阳高度角为该地的正午太阳高度角,通常用h来表示这个角度,它在数值上等于太阳在天球地平坐标系中的地平高度。太阳高度角随着地方时和太阳赤纬的变化而变化,太阳高度角的计算公式如下:sinh=sinφsinδ+sinφcosδcost,式中δ为太阳赤纬,φ为观测地地理纬度,t为地方时(即时角)。
日升日落,同一地点一天内太阳高度角是不断变化的。日出日落时,太阳高度角的角度均为零度,正午时太阳高度角的角度最大。因为正午时地方时t=0,因而正午时的太阳高度角可以用下列公式计算:对于北半球而言,H=90°-(φ-δ);对于南半球而方,H=90°-(δ-φ)。夏至日,太阳直射北回归线,即北纬23.5度;冬至日太阳直射南回归线,即南纬23.5度。北回归线和南回归线间相隔47个纬度,半年是365.26/2=182.63天。从夏至冬至,太阳直射点从北纬23.5度起向南移且每天移动47/182.63=0.2574个纬度,半年后(即冬至日)移到南纬23.5度;然后又向北摆,同样以每天0.2574个纬度的速度,经过182.63天(即夏至日)又回到北纬23.5度。综上,能很精确地查到每天太阳直射点的纬度,即太阳赤纬δ,并且能准确计算得出地球上任何地方、任何时刻的太阳高度角。
因而,本发明使用之前,先根据上述分析结果和太阳高度角计算公式计算得出具体使用地点在每天每时的太阳高度角,之后再根据计算结果相应对控制器一3-4和控制器二4-3输入对应控制程序,由控制器一3-4和控制器二4-3分别通过控制驱动电机一3-3和驱动电机二4-2达到对俯仰轴3-2和水平轴4-1进行控制调整的目的,最终实现对太阳能光伏板2的俯仰角度和方位角进行控制调整的精确控制调整过程。
所述水平调整机构4中控制器二4-3的驱动程序只是单纯的时间函数,通过水平调整机构4实现在每天正午时刻,保证光伏板支架3-1朝向正北或者正南(当本发明位于北半球时,正午时刻光伏板支架3-1朝向正南;当本发明位于南半球时,正午时刻光伏板支架3-1朝向正北)。
所述俯仰调整机构3的控制器一3-4中记录有本发明装置所在地每天每时的太阳高度角,通过简单的程序,统一调用存储在其内部的所需数据,控制驱动电机一3-3驱动俯仰轴3-2转动,实现按照每天每时的太阳高度角对太阳能光伏板2的俯仰角度进行控制调整的目的,以保证太阳能光伏板2时刻跟踪太阳光。
本发明的工作过程是:所述控制器一3-4和控制器二4-3按照预先编好的程序同时控制驱动电机一3-3和驱动电机二4-2动作,实现俯仰轴3-2和水平轴4-1双轴联动,保证太阳能光伏板2时刻跟踪太阳光即时刻正对太阳光入射光线。通常使用过程中,当太阳光强达到采集标准时,控制器二4-3控制驱动电机二4-2带动水平轴4-1转动,继而相应带动光伏板支架3-1转动,使太阳能光伏板2转到设定好的方位角度;同时控制器一3-4控制驱动电机一3-3带动俯仰轴3-2转动,将太阳能光伏板2的俯仰角度调整至预设值,此时太阳能光伏板2正对太阳光入射方向。随着太阳的东升西落,控制器一3-4和控制器二4-3通过控制驱动电机一3-3和驱动电机二4-2联合驱动,使俯仰轴3-2和水平轴4-1联动,保证太阳能光伏板2时刻跟踪太阳光入射方向。工作过程中,太阳能光伏板2俯仰和水平方向的旋转角度分别由俯仰角测量仪3-5和方位角测量仪4-4进行测量并记录,并且同步将所测量数据分别上传至控制器一3-4和控制器二4-3,当转到预设角度时,由控制器一3-4和控制器二4-3相应分别控制驱动电机一3-3和驱动电机二4-2停止转动。
综上所述,使用之前,根据分析得出的太阳高度角计算公式计算并记录本发明所在地某月某日某时的太阳高度角,利用该数据编写控制器一3-4对俯仰轴3-2的驱动程序;控制器二4-3对水平轴4-1的驱动则要保证太阳能光伏板2的向阳面始终和太阳方向在同一平面内,同样可以根据每天的日照时间编程实现。当太阳升起到一定高度且光照度满足预定值时,控制器二4-3开始工作并按预编好的程序控制驱动电机二4-2转动,且通过蜗轮蜗杆传动机构9和水平轴4-1相应带动光伏板支架3-1转动,使太阳能光伏板2转到设定好的方位角度;同时控制器一3-4控制驱动电机一3-3带动俯仰轴3-2转动,调整太阳能光伏板2的俯仰角度等于该时刻的太阳高度角,从而将太阳能光伏板2调整为正对太阳光入射的方向。随着一天太阳的东升西落,通过控制器一3-4和控制器二4-3控制俯仰轴3-2和水平轴4-1联动,保证太阳能光伏板2时刻跟踪太阳光入射方向。太阳落下后,控制器一3-4和控制器二4-3通过控制驱动电机一3-3和驱动电机二4-2驱动俯仰轴3-2和水平轴4-1联动,将俯仰轴3-2和水平轴4-1迅速转到第二天的起始测量位置。整个工作过程中,本发明不需要持续变换角度,只需按照程序设定,相隔适当时间旋转一次,到达预定位置即可;并且两次旋转的时间可以根据具体情况决定。这样,既保证了装置的精度,又降低了耗电量。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (9)
1.一种太阳光跟踪装置,其特征在于:包括内空的支撑箱体(1)、位于支撑箱体(1)上方的太阳能光伏板(2)、对太阳能光伏板(2)的俯仰角度进行控制调整的俯仰调整机构(3)和对太阳能光伏板(2)的方位角进行控制调整的水平调整机构(4),所述俯仰调整机构(3)安装在支撑箱体(1)上且其与水平调整机构(4)间通过传动件进行连接,太阳能光伏板(2)安装在所述俯仰调整机构(3)上。
2.按照权利要求1所述的太阳光跟踪装置,其特征在于:所述俯仰调整机构(3)包括活动安装在支撑箱体(1)上部的光伏板支架(3-1)、安装在光伏板支架(3-1)上的俯仰轴(3-2)、固定安装在俯仰轴(3-2)、与俯仰轴(3-2)相接且驱动俯仰轴(3-2)转动的驱动电机一(3-3)和与驱动电机一(3-3)相接且对驱动电机一(3-3)进行控制的控制器一(3-4)。
3.按照权利要求2所述的太阳光跟踪装置,其特征在于:所述水平调整机构(4)包括与光伏板支架(3-1)固定连接的水平轴(4-1)、与水平轴(4-1)相接且驱动水平轴(4-1)转动的驱动电机二(4-2)和与驱动电机二(4-2)相接且对驱动电机二(4-2)进行控制的控制器二(4-3)。
4.按照权利要求3所述的太阳光跟踪装置,其特征在于:所述水平轴(4-1)和驱动电机二(4-2)间通过传动结构相接,且所述传动机构为蜗轮蜗杆传动机构(9)。
5.按照权利要求2、3或4所述的太阳光跟踪装置,其特征在于:所述俯仰调整机构(3)还包括对光伏板支架(3-1)的俯仰角度进行检测的俯仰角测量仪(3-5),所述俯仰角测量仪(3-5)与控制器一(3-4)相接。
6.按照权利要求3或4所述的太阳光跟踪装置,其特征在于:所述水平调整机构(4)还包括对光伏板支架(3-1)的方位角进行检测的方位角测量仪(4-4),所述方位角测量仪(4-4)与控制器二(4-3)相接。
7.按照权利要求2、3或4所述的太阳光跟踪装置,其特征在于:所述光伏板支架(3-1)与支撑箱体(1)间以及俯仰轴(3-2)与光伏板支架(3-1)间均通过轴承进行连接。
8.按照权利要求2、3或4所述的太阳光跟踪装置,其特征在于:所述光伏板支架(3-1)底部沿圆周方向设置有多个支撑柱(6),支撑箱体(1)上部对应设置有一个与所述多个支撑柱(6)相配合使用的圆环凹槽(1-1),且所述圆环凹槽(1-1)内放有多个用于减小摩擦阻力的滚珠(5)。
9.按照权利要求1至4中任一项权利要求所述的太阳光跟踪装置,其特征在于:所述太阳能光伏板(2)的形状为矩形、圆形或椭圆形。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110511 |