CN102331787B - 一种阵列式一体化两自由度太阳跟踪器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阵列式一体化两自由度太阳跟踪器。现有技术化石燃料储备有限，其燃烧产物污染环境。本发明包括底座、电机传动部分和多个独立的双轴跟踪器，具体包括内轴芯、外轴芯、轴套、滑块、推杆、第一轴销、封盖、PV/CPV组件支架、第二轴销、底座法兰盘、仰角控制电机、仰角驱动齿轮、仰角减速齿轮、方位角控制电机、方位角驱动齿轮和方位角减速齿轮，多个独立的双轴跟踪器呈阵列形式排列。本发明的双轴跟踪器和传动结构设计合理、工作可靠，每个独立的双轴跟踪器都可以实现两自由度跟踪的效果，且仅采用一套电机驱动和控制电路，大大地节约了系统成本。

Description

一种阵列式一体化两自由度太阳跟踪器

技术领域

 本发明属于太阳能应用领域，具体涉及一种阵列式一体化两自由度太阳跟踪器。

背景技术

化石燃料的有限储备及其燃烧产物对环境的污染，使得人类面临化石燃料短缺和环境恶化的双重压力。为了减少环境污染和温室效应，也为了缓解化石燃料短缺的压力，人类必须逐步放弃以煤炭和石油为主的能源结构。因此，可再生能源的研究和开发日益迫切。在中国, 随着《可再生能源法》的出台、《京都议定书》的签署, 以太阳能发电为代表的新能源技术得到重视, 会在近期得到很大的发展。与其他可再生能源相比，太阳能具有储量无限、存在普遍、清洁、无噪音等优势。然而，太阳能也存在密度低、间歇性强、空间分布不断变化等不利因素。为了提高光的利用效率，人们采用了各种各样的太阳能跟踪设备，用于提高太阳能光热发电系统和光伏发电系统的效率，同时，跟踪器也能够有效地提高太阳灶、太阳能热水器等民用设施的光热利用效率，甚至用于气象台。

太阳能跟踪器分平单轴、斜单轴、以及双轴跟踪三种方式。因为，双轴跟踪器能同时跟踪太阳的方位角与仰角，所以，它能够更有效的将太阳能利用起来。例如：光伏发电系统的双轴跟踪可以提高光电转换效率40%左右，而平单轴仅提高光电转换效率10-20%。双轴跟踪器通常采用独立的控制系统和与其相配套的电机，还需要进一步改进。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，设计一种阵列式一体化两自由度太阳跟踪器。

一种阵列式一体化两自由度太阳跟踪器包括底座、电机传动部分和多个独立的双轴跟踪器，多个独立的双轴跟踪器呈阵列形式排列。每个独立的双轴跟踪器包括：内轴芯、外轴芯、轴套、滑块、推杆、第一轴销、封盖、PV/CPV组件支架、第二轴销和底座法兰盘；底座用于安装独立双轴跟踪器。

PV/CPV组件支架包括轴向垂直的横梁和纵梁，两根纵梁对称设置在横梁的中部；

轴套为圆筒形，滑块设置在轴套内，滑块可沿轴套内壁滑动，轴套的侧壁对应推杆的位置开有长条形通槽，推杆可沿该通槽移动；

外轴芯为筒形，头部设置有法兰，轴套的一端与外轴芯的一端通过该法兰连接；内轴芯的一端穿过外轴芯以及轴套的一端设置，并与滑块固定连接，内轴芯与外轴芯通过螺纹连接；外轴芯穿过底座法兰盘设置，并与底座法兰盘滑动配合，外轴芯可沿底座法兰盘平面转动，底座法兰盘固定在底座上方；

推杆的一端与滑块铰链连接，轴销贯穿推杆的另一端，推杆的轴向与轴销的轴向垂直，第一轴销的两端分别与PV/CPV组件支架中的两根纵梁连接；

第二轴销贯穿轴套的另一端，第二轴销的轴向与轴套的轴向垂直，第二轴销的两端与PV/CPV组件支架中的两根纵梁连接。

所述的底座为壳体，电机传动部分设置在底座内。

电机传动部分包括: 仰角控制电机、仰角驱动齿轮、仰角减速齿轮和方位角控制电机、方位角驱动齿轮、方位角减速齿轮，仰角控制电机的动力输出端与仰角驱动齿轮连接，仰角驱动齿轮与仰角减速齿轮啮合；方位角控制电机的动力输出端与方位角驱动齿轮连接，方位角驱动齿轮与方位角减速齿轮啮合。

对应每个双轴跟踪器的位置设置有仰角从动齿轮和方位角从动齿轮，仰角从动齿轮与方位角从动齿轮同轴设置；仰角从动齿轮与内轴芯的另一端固定连接，内轴芯与仰角从动齿轮同步转动；方位角从动齿轮与外轴芯的另一端固定连接，外轴芯与方位角从动齿轮同步转动。

所有仰角从动齿轮通过传动链条连接，实现同步转动，其中一个仰角从动齿轮与仰角减速齿轮连接；所有方位角从动齿轮通过传动链条连接，实现同步转动，其中一个方位角从动齿轮与方位角减速齿轮连接。

综上所述，本发明的有益效果有如下：（1）机械结构和传动结构的设计合理、工作可靠；（2）阵列中，每个独立的机械结构都可以实现两自由度跟踪的效果；（3）机械结构和传动结构采用简单零件的组合装配，容易实现批量化生产，安装方便；（4）传动机构中采用了减速齿轮机构，降低了对电机功率和大扭矩的要求；（5）每个阵列式双轴跟踪系统仅采用一套电机驱动和控制电路，大大地节约了系统成本。

附图说明

图1是一个独立的双轴跟踪系统的机械部件装配示意图；

图2是一个阵列式双轴跟踪系统的结构示意图。

图3是一个阵列式双轴跟踪系统的电机传动部分实例。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2 所示，一种阵列式一体化两自由度太阳跟踪器包括底座、电机传动部分和多个独立的双轴跟踪器，多个独立的双轴跟踪器呈阵列形式排列。每个独立的双轴跟踪器包括：内轴芯1、外轴芯2、轴套3、滑块4、推杆5、第一轴销6、封盖7、PV/CPV组件支架8、第二轴销9和底座法兰盘10；底座11用于安装独立双轴跟踪器。

PV/CPV组件支架8包括轴向垂直的横梁和纵梁，两根纵梁对称设置在横梁的中部；

轴套3为圆筒形，滑块4设置在轴套3内，滑块4可沿轴套3内壁滑动，轴套3的侧壁对应推杆5的位置开有长条形通槽，推杆5可沿该通槽移动；

外轴芯2为筒形，头部设置有法兰，轴套3的一端与外轴芯2的一端通过该法兰连接；内轴芯1的一端穿过外轴芯2以及轴套3的一端设置，并与滑块4固定连接，内轴芯1与外轴芯2通过螺纹连接；外轴芯2穿过底座法兰盘10设置，并与底座法兰盘10滑动配合，外轴芯2可沿底座法兰盘10平面转动，底座法兰盘10固定在底座11上方；

推杆5的一端与滑块4铰链连接，轴销6贯穿推杆5的另一端，推杆5的轴向与轴销6的轴向垂直，第一轴销6的两端分别与PV/CPV组件支架中的两根纵梁连接；

第二轴销9贯穿轴套3的另一端，第二轴销9的轴向与轴套3的轴向垂直，第二轴销9的两端与PV/CPV组件支架中的两根纵梁连接。

所述的底座11为壳体，电机传动部分设置在底座11内。

电机传动部分包括: 仰角控制电机15、仰角驱动齿轮16、仰角减速齿轮12和方位角控制电机17、方位角驱动齿轮18、方位角减速齿轮19，仰角控制电机15的动力输出端与仰角驱动齿轮16连接，仰角驱动齿轮16与仰角减速齿轮12啮合；方位角控制电机17的动力输出端与方位角驱动齿轮18连接，方位角驱动齿轮18与方位角减速齿轮19啮合。

对应每个双轴跟踪器的位置设置有仰角从动齿轮和方位角从动齿轮，仰角从动齿轮与方位角从动齿轮同轴设置；仰角从动齿轮与内轴芯1的另一端固定连接，内轴芯1与仰角从动齿轮同步转动；方位角从动齿轮与外轴芯2的另一端固定连接，外轴芯2与方位角从动齿轮同步转动。

所有仰角从动齿轮通过传动链条连接，实现同步转动，其中一个仰角从动齿轮与仰角减速齿轮12连接；所有方位角从动齿轮通过传动链条连接，实现同步转动，其中一个方位角从动齿轮与方位角减速齿轮19连接。

如图3 所示为一个阵列式双轴跟踪系统的电机传动部分实例，仰角驱动齿轮16的上端固定仰角控制电机15，仰角驱动齿轮16和仰角减速齿轮12相啮合，第一仰角从动齿轮14固定于仰角减速齿轮12上方，并与仰角减速齿轮12同步旋转，第一方位角从动齿轮13位于第一仰角从动齿轮14上方，独立于仰角减速齿轮12的旋转，仰角减速齿轮12、第一仰角从动齿轮14和第一方位角从动齿轮13的轴线重合；

方位角驱动齿轮18的上端固定方位角控制电机17，方位角驱动齿轮18和方位角减速齿轮19相啮合，第二方位角从动齿轮20固定于方位角减速齿轮19上方，并与方位角减速齿轮19同步旋转，第二仰角从动齿轮21位于方位角减速齿轮19和第二方位角从动齿轮20中间，独立于方位角减速齿轮19的旋转，仰角减速齿轮19、第二仰角从动齿轮21和第二方位角从动齿轮20的轴线重合；

第三方位角从动齿轮24位于第三仰角从动齿轮25上方，第三方位角从动齿轮24独立于第三仰角从动齿轮25的旋转，第三方位角从动齿轮24和第三仰角从动齿轮25的轴线重合；

第四方位角从动齿轮26位于第四仰角从动齿轮27上方，第四方位角从动齿轮26独立于第四仰角从动齿轮27的旋转，第四方位角从动齿轮26和第四仰角从动齿轮27的轴线重合；

仰角传动链条22与第一仰角从动齿轮14、第二仰角从动齿轮21、第三仰角从动齿轮25和第四仰角从动齿轮27相啮合，带动第一仰角从动齿轮14、第二仰角从动齿轮21、第三仰角从动齿轮25和第四仰角从动齿轮27同步旋转；

方位角传动链条23与第一方位角从动齿轮13、第二方位角从动齿轮20、第三方位角从动齿轮24和第四方位角从动齿轮26相啮合，带动第一方位角从动齿轮13、第二方位角从动齿轮20、第三方位角从动齿轮24和第四方位角从动齿轮26同步旋转；

仰角控制电机带动仰角驱动齿轮16，仰角驱动齿轮16带动仰角减速齿轮12，仰角减速齿轮12和第一仰角从动齿轮14同步旋转，同时仰角传动链条22带动第二仰角从动齿轮21、第三仰角从动齿轮25和第四仰角从动齿轮27同步旋转，并带动内轴芯与外轴芯产生相对的旋转，旋转时内轴芯将推动滑块在轴套内上下移动，滑块会带动与其铰链连接的推杆的一端上下移动，轴销贯穿推杆的另一端，进一步控制PV/CPV组件支架的仰角；轴销的两端分别与PV/CPV组件支架中的两根纵梁连接，外轴芯的转动会带动轴套和封盖同时转动，进一步控制PV/CPV组件支架与随外轴芯按方位角同步旋转；分别控制内轴芯和外轴芯的旋转就可以控制PV/CPV组件支架的仰角与方位角。为了准确执行控制任务，方位角和仰角的运动机构耦合在一起，控制方位角的时候，仰角保持不变，仰角电机不工作，随方位角的转动而转动，反之亦然。

所述的一种阵列式一体化两自由度太阳跟踪器的传动结构采用2套电机与1套控制电路系统即可实现对n套独立的双轴跟踪器的控制；仰角控制电机可以同时控制多个双轴跟踪器中PV/CPV组件支架的仰角；方位角控制电机可以同时控制多个双轴跟踪器中PV/CPV组件支架的方位角。

假设阵列中独立双轴跟踪结构有n套。它们仅仅采用2套电机与控制电路系统。与独立的n套太阳双轴跟踪器相比，它节约了n-2套电机与n-1套控制电路系统，具有明显的优越性。在实际工程系统中，可以采用分体式底座，传动链条贯穿各个底座中，保证了底座的低成本实施。

Claims (1)

1.一种阵列式一体化两自由度太阳跟踪器，包括底座、电机传动部分和多个独立的双轴跟踪器，其特征在于：多个独立的双轴跟踪器呈阵列形式排列；每个独立的双轴跟踪器包括：内轴芯、外轴芯、轴套、滑块、推杆、第一轴销、封盖、PV/CPV组件支架、第二轴销和底座法兰盘；底座用于安装独立双轴跟踪器；

PV/CPV组件支架包括轴向垂直的横梁和纵梁，两根纵梁对称设置在横梁的中部；

轴套为圆筒形，滑块设置在轴套内，滑块可沿轴套内壁滑动，轴套的侧壁对应推杆的位置开有长条形通槽，推杆可沿该通槽移动；

外轴芯为筒形，头部设置有法兰，轴套的一端与外轴芯的一端通过该法兰连接；内轴芯的一端穿过外轴芯以及轴套的一端设置，并与滑块固定连接，内轴芯与外轴芯通过螺纹连接；外轴芯穿过底座法兰盘设置，并与底座法兰盘滑动配合，外轴芯可沿底座法兰盘平面转动，底座法兰盘固定在底座上方；

推杆的一端与滑块铰链连接，第一轴销贯穿推杆的另一端，推杆的轴向与第一轴销的轴向垂直，第一轴销的两端分别与PV/CPV组件支架中的两根纵梁连接；

第二轴销贯穿轴套的另一端，第二轴销的轴向与轴套的轴向垂直，第二轴销的两端与PV/CPV组件支架中的两根纵梁连接；

所述的底座为壳体，电机传动部分设置在底座内；

电机传动部分包括: 仰角控制电机、仰角驱动齿轮、仰角减速齿轮和方位角控制电机、方位角驱动齿轮、方位角减速齿轮，仰角控制电机的动力输出端与仰角驱动齿轮连接，仰角驱动齿轮与仰角减速齿轮啮合；方位角控制电机的动力输出端与方位角驱动齿轮连接，方位角驱动齿轮与方位角减速齿轮啮合；

对应每个双轴跟踪器的位置设置有仰角从动齿轮和方位角从动齿轮，仰角从动齿轮与方位角从动齿轮同轴设置；仰角从动齿轮与内轴芯的另一端固定连接，内轴芯与仰角从动齿轮同步转动；方位角从动齿轮与外轴芯的另一端固定连接，外轴芯与方位角从动齿轮同步转动；

所有仰角从动齿轮通过传动链条连接，实现同步转动，其中一个仰角从动齿轮与仰角减速齿轮连接；所有方位角从动齿轮通过传动链条连接，实现同步转动，其中一个方位角从动齿轮与方位角减速齿轮连接。

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